RU2207522C2

RU2207522C2 - Apparatus for measuring vibrations

Info

Publication number: RU2207522C2
Application number: RU2001119705/28A
Authority: RU
Inventors: А.Б. Качоровский; слов В.Ю. Пере; В.Ю. Переяслов
Original assignee: Волгоградский государственный технический университет
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2003-06-27

Abstract

FIELD: measuring processes and equipment, possibly vibrodiagnostics of technical state of low-speed power aggregates of hydraulic power stations and their basic constructions. SUBSTANCE: apparatus includes pickup for measuring vibration movements. Said pickup is combined with sensitive member of electromagnetic system. Signal from outlet of input transducer is fed to integrating, differentiating and aperiodic amplifiers and to inlet of resistive bridge circuit. The last has in one arm thermosensitive resistor combined with heater. Outlet of aperiodic amplifier through unit for setting dead zone is connected with heater. Summed signal from outlets of differentiating and integrating amplifiers and resistive bridge circuit is fed to windings of electrodynamic system of sensitive member. EFFECT: possibility of automatic drift of own resonance frequency and the whole measurement range of apparatus to low-frequency band, automatic centering and correction of damping degree independently upon direction of gravity action on sensitive member. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах и стационарных системах виброакустической диагностики технического состояния низкооборотных роторных машин на промышленных предприятиях и гидроэнергетических агрегатов электростанций и их базовых конструкций. The invention relates to measuring equipment and can be used in devices and stationary systems for vibro-acoustic diagnostics of the technical condition of low-speed rotary machines at industrial enterprises and hydropower units of power plants and their basic structures.

Известен вибрационный преобразователь, содержащий постоянный магнит, подвижную катушку с блоком управления перемещением ее в зазоре постоянного магнита, канал усиления и преобразования сигналов информации, электрический мост, состоящий из обмоток катушки и сопротивлений, где обмотки подвижной катушки включены в цепь регулятора тока в обмотках катушки, связанного с входом блока управления перемещением катушки, чем преследуется цель расширения частотного диапазона (А.с. 758032, М. Кл. G 01 V 1/16, 25.08.80). Known vibration transducer containing a permanent magnet, a moving coil with a control unit for moving it in the gap of a permanent magnet, a channel for amplifying and converting information signals, an electric bridge consisting of coil windings and resistances, where the windings of the moving coil are included in the current regulator circuit in the coil windings, associated with the input of the coil movement control unit, which is the aim of expanding the frequency range (A. S. 758032, M. Cl. G 01 V 1/16, 08.25.80).

Недостатком данного устройства является то, что встречное соединение обмоток катушки и их смещенное положение относительно поперечного сечения магнитного поля в его одном зазоре не создает линейности функции преобразования величины перемещения обмоток в магнитном поле в выходной сигнал преобразователя, а также не обеспечивает глубину смещения собственной частоты резонанса подвижной системы в область низких частот. The disadvantage of this device is that the counter-connection of the coil windings and their displaced position relative to the cross section of the magnetic field in its one gap does not create a linear function of converting the magnitude of the movement of the windings in the magnetic field into the output signal of the converter, nor does it provide a bias depth of the natural resonance frequency of the movable systems in the low frequency region.

Наиболее близким техническим решением является устройство электродинамического сейсмоприемника, содержащего постоянный магнит, подвижную катушку с обмоткой, подвешенной на пружинах в его зазоре, и электронный преобразовательный блок. Его подвижная катушка снабжена дополнительной магнитной массой, расположенной в поле постоянного магнита, и датчиком ее положения в магнитном зазоре и относительно корпуса, выход которого через электронный преобразовательный блок соединен с обмоткой подвижной катушки и выходом сейсмоприемника, чем достигается получение сигнала, пропорционального виброперемещению, и частичное смещение его механического резонанса в область низких частот и обеспечивается независимость его ориентации по отношению к вертикали. (А.с. 855580, М. Кл. G 01 V 1/16, 15.12.81)
Недостатком данного устройства является то, что он не обеспечивает смещение его собственной резонансной частоты в область более низких частот и имеет нарушение линейности функции преобразования вибраций в выходной сигнал из-за влияния магнитной массы, что не позволяет его использовать в качестве датчика для контроля технического состояния низкооборотных машин и энергетических агрегатов гидроэлектростанций.The closest technical solution is the arrangement of an electrodynamic seismic receiver containing a permanent magnet, a moving coil with a coil suspended on springs in its gap, and an electronic transducer block. Its movable coil is equipped with an additional magnetic mass located in the field of the permanent magnet, and a sensor of its position in the magnetic gap and relative to the housing, the output of which is connected through the electronic transducer block to the winding of the moving coil and the output of the geophone, thereby achieving a signal proportional to vibration displacement, and partial the shift of its mechanical resonance to the low-frequency region and ensures the independence of its orientation with respect to the vertical. (A.S. 855580, M. Cl. G 01 V 1/16, 12/15/81)
The disadvantage of this device is that it does not provide a shift of its own resonant frequency to lower frequencies and has a violation of the linearity of the function of converting vibrations into an output signal due to the influence of magnetic mass, which does not allow it to be used as a sensor for monitoring the technical condition of low-speed machines and power units of hydroelectric power stations.

Данное устройство имеет невысокий технический уровень, обусловленный наличием дополнительной магнитной массы, установленной на подвижной катушке и расположенной в поле неподвижного постоянного магнита, где величина компенсации сил упругости пружин подвеса катушки и датчика ее виброперемещения не контролируется структурой электронного преобразовательного блока и позиционно регулируется вращением установочного винта в процессе изготовления. Ограниченность области компенсации не обеспечивает устойчивости работы сейсмоприемника и достаточной для целей вибродиагностики линейности его амплитудно-частотной характеристики. Использование пьезоэлектрических устройств для измерения виброперемещений требует применения в их электронных устройствах структур двойного интегрирования, что в области низких частот вносит неприемлемые существенные искажения. This device has a low technical level due to the presence of additional magnetic mass mounted on a moving coil and located in the field of a fixed permanent magnet, where the amount of compensation of the elastic forces of the coil suspension springs and its vibration displacement sensors is not controlled by the structure of the electronic transducer and is positionally regulated by the rotation of the set screw in manufacturing process. The limited compensation area does not ensure the stability of the seismic receiver and the linearity of its amplitude-frequency characteristics sufficient for the purpose of vibration diagnostics. The use of piezoelectric devices for measuring vibrations requires the use of double integration structures in their electronic devices, which introduces unacceptable significant distortions in the low-frequency range.

Важнейшей задачей в области техники измерения вибраций на низкооборотных роторных машинах и энергетических агрегатах гидроэлектростанций, для виброакустической диагностики их технического состояния, является создание электродинамического устройства с системой контроля виброперемещений с автоматическим смещением собственной резонансной частоты в область более низких частот, без интегрирования вибросигналов, преобразуемых в выходной электрический сигнал датчиком, объединенным с постоянным магнитом, закрепленным на центрирующих пружинах в его корпусе с возможностью перемещения относительно оси неподвижной катушки, и связанного с ним электронного блока, включающего структуру устройств автоматического регулирования тока и действия электродинамических сил обмоток катушки на компенсацию сил упругости центрирующих пружин подвеса постоянного магнита, что позволит получать смещение рабочего диапазона чувствительного элемента в область более низких частот относительно нижнего частотного предела измерений, а также отвечать условию установки чувствительного элемента на объекте виброконтроля в любой его ориентации по отношению к направлению действия силы тяжести и с представлением результатов биполярным выходным сигналом напряжения постоянного тока. The most important task in the field of vibration measurement technology for low-speed rotary machines and power units of hydroelectric power plants, for vibro-acoustic diagnostics of their technical condition, is the creation of an electrodynamic device with a vibration displacement monitoring system with automatic bias of the natural resonant frequency to lower frequencies, without integrating vibration signals that are converted to the output an electrical signal with a sensor combined with a permanent magnet fixed to the centering springs in its housing with the ability to move relative to the axis of the fixed coil, and the associated electronic unit, including the structure of devices for automatically controlling the current and the action of the electrodynamic forces of the coil windings to compensate for the elastic forces of the centering springs of the suspension of the permanent magnet, which will allow shifting the working range of the sensitive element in region of lower frequencies relative to the lower frequency limit of measurements, and also meet the condition for installing a sensitive ele ment at the object of vibration control in any of its orientation with respect to the direction of gravity and with the presentation of the results by a bipolar output signal of DC voltage.

Техническим результатом заявленного устройства является создание новой структуры устройства для непосредственного измерения виброперемещений в области низких частот, включающего электродинамическую систему с подвижной инертной массой и электронный преобразовательный блок, снабженный устройствами, обеспечивающими автоматическое смещение ее собственной частоты резонанса и всего рабочего диапазона измерений в область низких частот, путем компенсации сил упругости ее пружин подвеса с коррекцией степени демпфирования и автоматического центрирования, независимо от направления действия на нее силы тяжести, и с представлением результатов биполярным выходным сигналом напряжения постоянного тока. The technical result of the claimed device is the creation of a new device structure for direct measurement of vibration displacements in the low frequency region, including an electrodynamic system with a moving inert mass and an electronic conversion unit equipped with devices that automatically bias its natural resonance frequency and the entire working measurement range to the low frequency region, by compensating for the elastic forces of its suspension springs with the correction of the degree of damping and automatically centering, regardless of the direction of action of gravity on it, and with the presentation of the results by a bipolar output signal of DC voltage.

Использование новой структуры в конструкциях устройств для низкочастотных виброизмерений с применением в них типовых компонентов должно обеспечивать их промышленное тиражирование и широкое использование заявленного устройства для измерения вибраций в автоматизированных системах виброконтроля и диагностики технического состояния низкооборотного технологического оборудования и энергетических агрегатов гидроэлектростанций. The use of the new structure in the design of devices for low-frequency vibration measurements using standard components in them should ensure their industrial replication and widespread use of the claimed device for measuring vibration in automated systems for vibration monitoring and diagnostics of the technical condition of low-speed process equipment and power units of hydroelectric power plants.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения вибраций, содержащее корпус чувствительного элемента с размещенными в нем постоянным магнитом и катушкой с обмотками, и электронный преобразовательный блок, где в корпусе чувствительного элемента установлен датчик виброперемещений, объединенный с постоянным магнитом, закрепленным в нем на центрирующих пружинах с возможностью перемещения относительно оси неподвижной катушки, и выполненный в виде двух обмоток, индуктивно связанных между собой, одна из которых замкнута накоротко и жестко закреплена между полюсами постоянного магнита, а вторая закреплена на катушке в виде двух симметрично расположенных секций, выходы которых введены в электронный преобразовательный блок и в его входной преобразователь, соединенный с выходом и с резистивным мостом, снабженным терморезистором, конструктивно совмещенным с нагревателем, где одна диагональ резистивного моста соединена с выходом входного преобразователя, а другая соединена со входом операционного усилителя, выход которого через сумматор и усилитель тока соединен с обмотками катушки, и на выход входного преобразователя включен усилитель с передаточной функцией апериодического звена, а его выход соединен со входом звена задания зоны нечувствительности, выход которого местной обратной связью соединен с нагревателем терморезистора резистивного моста, образующего звено регулирования тока и действия электродинамических сил обмоток катушки на компенсацию сил упругости центрирующих пружин подвеса постоянного магнита и смещение рабочего диапазона чувствительного элемента в область низких частот, а для подготовки и коррекции переходных процессов регулирования выход входного преобразователя параллельно соединен через интегрирующее и дифференцирующее звенья со входами сумматора. The specified technical result is achieved by the fact that the device for measuring vibration, comprising a housing of the sensing element with a permanent magnet and a coil with windings housed in it, and an electronic conversion unit, where a vibration displacement sensor is installed in the housing of the sensing element, combined with a permanent magnet mounted on it centering springs with the ability to move relative to the axis of the fixed coil, and made in the form of two windings inductively coupled to each other, one of which of the sockets is short-circuited and rigidly fixed between the poles of the permanent magnet, and the second is mounted on the coil in the form of two symmetrically arranged sections, the outputs of which are introduced into the electronic converter unit and into its input converter connected to the output and with a resistive bridge equipped with a thermistor, structurally combined with heater, where one diagonal of the resistive bridge is connected to the output of the input converter, and the other is connected to the input of the operational amplifier, the output of which is through the adder and the current suppressor is connected to the coil windings, and an amplifier with an aperiodic link transfer function is connected to the output converter input, and its output is connected to the input of the dead band reference link, the output of which is connected by local feedback to the heater of the resistor bridge thermistor, which forms the link for regulating the current and the action of electrodynamic forces of the coil windings to compensate for the elastic forces of the centering springs of the suspension of the permanent magnet and the shift of the working range of the sensing element in low frequency domain, and for preparing and correcting transient regulation input inverter output is connected in parallel across the integrating and differentiating element from the adder inputs.

Сущность предложенного устройства состоит в том, что измерение вибрации, посредством использования электродинамического устройства, происходит непосредственно, без интегрирования вибросигналов, по параметру виброперемещений, преобразуемых в выходной электрический сигнал датчиком, объединенным с постоянным магнитом, закрепленным на центрирующих пружинах в его корпусе с возможностью перемещения относительно оси неподвижной катушки и связанным с ним электронным блоком, включающего новую структуру устройств автоматического регулирования тока и действия электродинамических сил обмоток катушки на компенсацию сил упругости центрирующих пружин подвеса постоянного магнита, что позволяет получать смещение рабочего диапазона чувствительного элемента в область более низких частот относительно нижнего частотного предела измерений, а также линейность и стабильность амплитудно-частотной характеристики измерительного устройства и отвечает условию установки чувствительного элемента на объекте виброконтроля в любой его ориентации по отношению к направлению действия силы тяжести и с представлением результатов биполярным выходным сигналом напряжения постоянного тока. The essence of the proposed device lies in the fact that the measurement of vibration, through the use of an electrodynamic device, takes place directly, without integrating vibration signals, according to the parameter of vibration displacement, converted into an output electrical signal by a sensor combined with a permanent magnet mounted on centering springs in its body with the possibility of movement relative to the axis of the fixed coil and the associated electronic unit, including a new structure of automatic control devices the current and the action of the electrodynamic forces of the coil windings to compensate for the elastic forces of the centering springs of the permanent magnet suspension, which allows one to obtain a shift in the working range of the sensitive element to lower frequencies relative to the lower frequency limit of measurements, as well as linearity and stability of the amplitude-frequency characteristics of the measuring device the condition for the installation of the sensing element on the object of vibration control in any of its orientation with respect to the direction of action with silts of gravity and with the presentation of the results by a bipolar output signal of DC voltage.

Новая структура устройства автоматического регулирования включает резистивный мост, снабженный терморезистором, конструктивно совмещенным с его нагревателем, где одна диагональ резистивного моста соединена с выходом входного преобразователя, а другая соединена со входом операционного усилителя, выход которого соединен со входом сумматора, и при этом ее цепь управления содержит присоединенный к выходу входного преобразователя усилитель с передаточной функцией апериодического звена, а его выход соединен со входом звена задания зоны нечувствительности, соединенного выходом с нагревателем терморезистора резистивного моста, автоматически регулирующего компенсацию действия сил упругости центрирующих пружин подвеса подвижной части электродинамической системы, снабженной датчиком виброперемещения, и смещение частоты механического резонанса и рабочего диапазона чувствительного элемента в область низких частот, а также линейность и стабильность его амплитудно-частотной характеристики и при любой его ориентации по отношению к направлению действия сил тяжести и с представлением результатов биполярным выходным сигналом напряжения постоянного тока. The new structure of the automatic control device includes a resistive bridge equipped with a thermistor structurally combined with its heater, where one diagonal of the resistive bridge is connected to the output of the input converter, and the other is connected to the input of the operational amplifier, the output of which is connected to the input of the adder, and its control circuit contains an amplifier connected to the output of the input converter with the transfer function of the aperiodic link, and its output is connected to the input of the zone setting link insensitivity connected by the output of the resistor bridge thermistor heater, automatically regulating the compensation of the action of the elastic forces of the centering springs of the suspension of the moving part of the electrodynamic system equipped with a vibration displacement sensor, and the shift of the frequency of the mechanical resonance and the operating range of the sensitive element to the low frequency region, as well as the linearity and stability of its amplitude -frequency characteristics and for any orientation with respect to the direction of gravity and with Presenting the results with a bipolar DC voltage output signal.

Особенность применения в новой структуре резистивного моста с терморезстором состоит в том, что он у порога своего баланса воздействует на изменение глубины и знака вводимой через него той главной составляющей обратной связи, которая позволяет автоматизировать поиск экстремальной величины, которая обеспечивает минимизацию суммарного действия силы, создаваемой электродинамической системой и силы упругости центрирующих пружин подвеса инертной массы чувствительного элемента, а также выполняет компенсацию действия на нее силы тяжести. A feature of the use of a resistive bridge with a thermal resistor in the new structure is that it affects the depth and sign of the main feedback component introduced through it at the threshold of its balance, which allows you to automate the search for the extreme value, which minimizes the total action of the force generated by the electrodynamic the system and the elastic forces of the centering springs of the suspension of the inert mass of the sensing element, and also compensates for the action of gravity on it .

Проведенный заявителем анализ по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существующим признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. The analysis by the applicant on patent and scientific and technical sources of information and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention allows us to establish that the applicant has not found an analogue characterized by features identical to all existing features of the claimed invention, and the definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the characteristics of the analogue, allowed to identify the set of essential in relation to perceived by the applicant technical result ultu distinctive features in the claimed object set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованиям изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличными от признаков прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники. To verify the compliance of the claimed invention with the requirements of the inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the features of the claimed invention that are different from the prototype features, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the prior art.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень". Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step".

Устройство для измерения вибраций изображено на: фиг.1 - устройство чувствительного элемента с датчиком виброперемещения; на фиг.2 - структурная схема заявленного устройства с раскрытым содержанием возможных вариантов построения его элементов. A device for measuring vibration is depicted in: figure 1 - device of the sensing element with a vibration displacement sensor; figure 2 is a structural diagram of the claimed device with the disclosed content of possible options for constructing its elements.

Сущность устройства для измерения вибраций состоит в том, что оно содержит корпус 1 (фиг.1) чувствительного элемента с размещенным в нем постоянным магнитом 2 и катушкой 3 с обмотками 4, и электронный преобразовательный блок 5 (фиг.2). В корпусе 1 чувствительного элемента установлен датчик виброперемещений, объединенный с постоянным магнитом 2 (фиг.1), закрепленный в корпусе 1 чувствительного элемента на центрирующих пружинах 6 с возможностью перемещения относительно оси неподвижной катушки 3. Здесь жесткость центрирующих пружин 6 исключает радиальное перемещение постоянного магнита 2 при произвольном расположении корпуса 1 чувствительного элемента относительно направления действия сил тяжести. Для обеспечения системы контроля виброперемещений датчик виброперемещений выполнен в виде двух обмоток 7 и 8. Обмотка 7 закреплена на постоянном магните 2 между его полюсами 9 и замкнута накоротко, а обмотка 8 расположена на неподвижной катушке 3 и выполнена в виде двух симметрично расположенных секций, выходы которых введены в электронный преобразовательный блок 5 (фиг.2) и включены на вход входного преобразователя 10, выполняющий преобразование отношения индуктивных сопротивлений секций обмотки 8 в биполярный сигнал напряжения постоянного тока. Его выход соединен с выходом 11 электронного преобразовательного блока 5 и с расположенным в нем резистивным мостом 12, снабженным терморезистором 13, конструктивно совмещенным с нагревателем 14, где одна диагональ резистивного моста соединена с выходом входного преобразователя 10, а другая соединена со входом операционного усилителя 15. Его выход через сумматор 16 и усилитель тока 17 соединен по цепи главной обратной связи с обмотками 4 катушки 3. Кроме того, на выход входного преобразователя 10 включена цепь управления резистивным мостом 12, содержащая усилитель 18, с передаточной функцией апериодического звена, где его выход соединен со входом звена задания зоны нечувствительности 19. Его выход местной обратной связью 20 соединен с нагревателем 14 терморезистора 13 резистивного моста 12, образующего динамическое звено регулирования тока и действия электродинамических сил обмоток 4 катушки 3 на компенсацию сил упругости центрирующих пружин 8 подвеса постоянного магнита 2 и обеспечивающего смещение собственной резонансной частоты в рабочем диапазоне чувствительного элемента в область низких частот. Для подготовки и коррекции переходных процессов регулирования выход входного преобразователя параллельно соединен через интегрирующее звено 21 и дифференцирующее звено 22 со входами сумматора 16, являющимися динамическими звеньями в полной новой структуре устройства регулирования. The essence of the device for measuring vibration is that it contains a housing 1 (Fig. 1) of a sensing element with a permanent magnet 2 and a coil 3 with windings 4 placed therein, and an electronic converter unit 5 (Fig. 2). In the housing 1 of the sensing element a vibration displacement sensor is installed, combined with a permanent magnet 2 (Fig. 1), mounted in the housing 1 of the sensing element on centering springs 6 with the possibility of movement relative to the axis of the stationary coil 3. Here, the stiffness of the centering springs 6 eliminates the radial movement of the permanent magnet 2 with an arbitrary location of the housing 1 of the sensing element relative to the direction of gravity. To provide a control system for vibration displacement, the vibration displacement sensor is made in the form of two windings 7 and 8. The winding 7 is mounted on a permanent magnet 2 between its poles 9 and is short-circuited, and the winding 8 is located on a fixed coil 3 and is made in the form of two symmetrically arranged sections, the outputs of which introduced into the electronic conversion unit 5 (figure 2) and connected to the input of the input Converter 10, which converts the ratio of the inductive resistances of the sections of the winding 8 into a bipolar DC voltage signal current. Its output is connected to the output 11 of the electronic conversion unit 5 and to the resistive bridge 12 located therein, equipped with a thermistor 13, structurally combined with the heater 14, where one diagonal of the resistive bridge is connected to the output of the input converter 10, and the other is connected to the input of the operational amplifier 15. Its output through the adder 16 and the current amplifier 17 is connected via the main feedback circuit to the windings 4 of the coil 3. In addition, the control circuit of the resistive bridge 12 is connected to the output of the input converter 10 a live amplifier 18, with a transfer function of an aperiodic link, where its output is connected to the input of the deadband job link 19. Its output is connected by local feedback 20 to the heater 14 of the thermistor 13 of the resistive bridge 12, forming a dynamic link for regulating the current and the action of the electrodynamic forces of the coil windings 4 of the coil 3 to compensate for the elastic forces of the centering springs 8 of the suspension of the permanent magnet 2 and providing a shift of its own resonant frequency in the working range of the sensing element in the region s low frequencies. For the preparation and correction of control transients, the output of the input converter is connected in parallel through an integrating link 21 and a differentiating link 22 with the inputs of the adder 16, which are dynamic links in a completely new structure of the control device.

Устройство для измерения вибраций работает следующим образом. A device for measuring vibration works as follows.

Корпус 1 чувствительного элемента, устанавливаемый на контролируемом объекте, воспринимает его вибрации, и датчик с короткозамкнутой обмоткой 7 и постоянным магнитом 2, представляющие собой инертную массу, стремятся к сохранению состояния покоя и совершают относительное колебательное движение в катушке 3, неподвижно закрепленной в корпусе 1 чувствительного элемента. Симметричная двухсекционная обмотка 8 датчика получает питание током высокой частоты от входного преобразователя 10, положение обмотки 7 относительно обмотки 8 воздействует на изменение отношения индуктивных сопротивлений ее двух секций, которое соответствует мгновенному положению подвижной системы чувствительного элемента. Величина приращения отношения индуктивных сопротивлений обмотки 8 линейно преобразуется во входном измерительном преобразователе 10 в его выходной биполярный сигнал напряжения постоянного тока, который поступает на выход 11 электронного преобразовательного блока 5 и параллельно на входы каналов, содержащих интегрирующее звено 21, дифференцирующее звено 22 и резистивный мост 12 со связанными с ним звеньями и далее через сумматор 16 и усилитель тока 17 по цепи главной обратной связи на обмотки 4 катушки 3, индуктивно связанной с постоянным магнитом 2. The housing 1 of the sensing element, mounted on the controlled object, perceives its vibrations, and the sensor with a short-circuited winding 7 and a permanent magnet 2, which is an inert mass, tend to maintain a state of rest and make relative oscillatory motion in the coil 3, fixedly mounted in the housing 1 of the sensitive item. The symmetric two-section winding 8 of the sensor receives power by a high-frequency current from the input converter 10, the position of the winding 7 relative to the winding 8 affects the change in the ratio of inductive resistances of its two sections, which corresponds to the instantaneous position of the movable system of the sensing element. The magnitude of the increment in the ratio of the inductive resistances of the winding 8 is linearly converted in the input measuring transducer 10 into its output bipolar DC voltage signal, which is fed to the output 11 of the electronic converter unit 5 and in parallel to the channel inputs containing the integrating link 21, the differentiating link 22, and the resistive bridge 12 with the links connected to it and then through the adder 16 and the current amplifier 17 along the main feedback circuit to the windings 4 of the coil 3, inductively coupled to a permanent magnet Volume 2.

Первый канал, содержащий интегрирующий усилитель 21, подготавливает процесс регулирования, он интегрирует поступающий от входного преобразователя 10 сигнал ошибки положения постоянного магнита 2 относительно оси ОХ, лежащей в плоскости симметрии обмоток 4, и преобразует его в выходной сигнал, который, проходя через сумматор 16 и усилитель тока 17 в обмотки 4, перемещает чувствительный элемент и постоянный магнит 2 их магнитным полем к центру обмоток до совпадения их плоскости симметрии с осью ОХ, где сигнал ошибки на выходе входного преобразователя 10 обращается в нуль и фиксирует при этом величину выходного сигнала интегрирующего звена 21 и, соответственно, полученное центральное положение постоянного магнита 2 для любой заданной ориентации его оси относительно вертикали. Выполнение функции чистого интегрирования в интегрирующем звене 21 обеспечивает высокую точность положения постоянного магнита 2 относительно оси ОХ в катушке 3. Вибрации, передаваемые на корпус 1 чувствительного элемента (фиг.1) и преобразуемые во входном преобразователе 10 (фиг.2) в электрические сигналы, при интегрировании усредняются и не нарушают среднего во времени зафиксированного центрального положения постоянного магнита 2. The first channel, containing the integrating amplifier 21, prepares the control process, it integrates the error signal of the position of the permanent magnet 2 relative to the axis OX lying in the plane of symmetry of the windings 4 received from the input transducer 10, and converts it into an output signal, which, passing through the adder 16 and the current amplifier 17 in the windings 4, moves the sensitive element and the permanent magnet 2 by their magnetic field to the center of the windings until their plane of symmetry coincides with the axis OX, where the error signal at the output of the input transform STUDIO 10 vanishes and thus fixes the value of output signal of the integrating unit 21 and, accordingly, the resulting central position of the permanent magnet 2 for any given orientation of its axis with respect to the vertical. Performing the function of pure integration in the integrating link 21 provides high accuracy of the position of the permanent magnet 2 relative to the OX axis in the coil 3. The vibrations transmitted to the housing 1 of the sensing element (figure 1) and converted in the input transducer 10 (figure 2) into electrical signals, during integration, they are averaged and do not violate the time-average fixed central position of the permanent magnet 2.

Второй канал, содержащий дифференцирующий усилитель 22, обеспечивает требуемую степень демпфирования переходных процессов по параметру виброскорости. Здесь сигналы, вызываемые перемещениями постоянного магнита 2, дифференцируются и, проходя через сумматор 16 и усилитель тока 17 в обмотки 4, создают составляющую магнитного поля, демпфирующую скорость перемещения постоянного магнита 2 в переходных процессах при воздействиях на корпус 1 чувствительного элемента высокочастотных составляющих виброперемещений. Заданием параметров цепей дифференцирующего звена 22 регулируют степень демпфирования и частотный предел на ее выполнение. Введенный в цепь обмоток 4 усилитель тока 17 исключает влияние их индуктивных сопротивлений на фазовые смещения сигналов и обеспечивает формирование электродинамических сил, действующих на постоянный магнит 2 без фазовых искажений. The second channel, containing the differentiating amplifier 22, provides the required degree of damping of transients according to the vibration velocity parameter. Here, the signals caused by the movements of the permanent magnet 2 are differentiated and, passing through the adder 16 and the current amplifier 17 into the windings 4, create a magnetic field component damping the speed of movement of the permanent magnet 2 in transients when the sensitive element of the high-frequency components of the vibrations is exposed to the housing 1. By setting the parameters of the chains of the differentiating link 22, the degree of damping and the frequency limit for its implementation are regulated. Introduced into the circuit of the windings 4, the current amplifier 17 eliminates the influence of their inductive resistances on the phase displacements of the signals and ensures the formation of electrodynamic forces acting on the permanent magnet 2 without phase distortion.

Сигналы, вызываемые статическими и динамическими перемещениями датчика чувствительного элемента с постоянным магнитом 2 относительно оси ОХ его центрального положения, параллельно поступают на вход третьего канала на входную диагональ резистивного моста 12 для автоматического снижения частоты механического резонанса чувствительного элемента. Сигналы, поступающие с его другой диагонали, усиливаются в операционном усилителе 15, снабженном жесткой обратной связью, и без искажений через сумматор 16, усилитель тока 17 и обмотки 4 катушки 3 воздействуют на постоянный магнит 2. Здесь усилитель тока 17 также исключает влияние индуктивных сопротивлений обмоток 4 на форму и фазу поступающего в них сигнала тока, что обеспечивает безинерционность компенсирующих силовых воздействий на динамику состояния датчика с постоянным магнитом 2. The signals caused by static and dynamic movements of the sensor of the sensor with a permanent magnet 2 relative to the axis OX of its central position, are simultaneously fed to the input of the third channel on the input diagonal of the resistive bridge 12 to automatically reduce the frequency of the mechanical resonance of the sensor. The signals coming from its other diagonal are amplified in the operational amplifier 15, provided with rigid feedback, and without distortion through the adder 16, the current amplifier 17 and the windings 4 of the coil 3 act on the permanent magnet 2. Here, the current amplifier 17 also eliminates the influence of inductive resistances of the windings 4 on the shape and phase of the current signal arriving at them, which ensures the inertia of compensating force effects on the dynamics of the state of the sensor with a permanent magnet 2.

В статическом состоянии постоянного магнита 2, уравновешенном действием только первого канала с интегрирующим звеном 21, резистивный мост 12 настраивают так, что при возбуждении на корпусе 1 чувствительного элемента механических вибраций и соответствующих им колебаний постоянного магнита 2 относительно оси ОХ ток в обмотках 4 создает приращения магнитного поля, противодействующие динамическим составляющим сил упругости его центрирующих пружин 6 и несколько превосходящие их. В этом случае возникает потеря устойчивости в положении датчика чувствительного элемента с постоянным магнитом 2 относительно оси ОХ, и они, даже при малом внешнем возмущающем воздействии, будут стремиться к дальнейшему выходу из этого положения. Однако ветвью канала, содержащей усилитель 18 с передаточной функцией апериодического звена 1-го порядка, воспринимается имеющий место в рассматриваемом случае замедленный выход чувствительного элемента из центрального положения, что вызывает превышение сигнала на выходе усилителя 18 над зоной нечувствительности звена задания зоны нечувствительности 19, и тогда нагрев нагревателя 14, по местной цепи обратной связи 20, приводит к изменению величины сопротивления терморезистора 13 и состояния резистивного моста 12. В результате, напряжение на входе операционного усилителя 15 снижается (или даже кратковременно изменяется его полярность) и его выходной сигнал, избыточно действующий на компенсацию сил упругости центрирующих пружин 6, падает, что вызывает переход системы "инертная масса - упругость центрирующих пружин" из неустойчивого состояния в устойчивое, которое сопровождается возвращением чувствительного элемента с постоянным магнитом 2 в требуемое положение на оси ОХ, что достигается также путем совместного действия интегрирующего звена 21. Поскольку силы упругости центрирующих пружин 6 и компенсирующие их силы электродинамической системы, воздействующие на инертную массу чувствительного элемента с постоянным магнитом 2, в этом состоянии почти взаимно уравновешены, то собственная частота колебаний в системе "инертная масса - упругость центрирующих пружин" минимизируется и, следовательно, рабочий частотный диапазон чувствительного элемента смещается в область низких частот, что обеспечивает постоянство и линейность его амплитудно-частотной характеристики в широком низкочастотном диапазоне измерений вибрации, и автоматического регулирования компенсации действия сил упругости центрирующих пружин электродинамической системы. In the static state of the permanent magnet 2, balanced by the action of only the first channel with the integrating link 21, the resistive bridge 12 is adjusted so that upon excitation on the housing 1 of the sensing element of mechanical vibrations and the corresponding vibrations of the permanent magnet 2 relative to the OX axis, the current in the windings 4 creates magnetic increments fields that counteract the dynamic components of the elastic forces of its centering springs 6 and slightly exceed them. In this case, there is a loss of stability in the position of the sensor of the sensor with a permanent magnet 2 relative to the axis OX, and they, even with a small external disturbing effect, will tend to further exit from this position. However, the branch of the channel containing the amplifier 18 with the transfer function of the first-order aperiodic link, perceives the delayed exit of the sensing element from the central position, which causes the signal at the output of the amplifier 18 to exceed the dead band of the dead band link for setting the dead band 19, and then heating the heater 14, through the local feedback loop 20, leads to a change in the resistance value of the thermistor 13 and the state of the resistive bridge 12. As a result, the voltage at the input of the operational amplifier 15 decreases (or its polarity changes for a short time) and its output signal, excessively acting on the compensation of the elastic forces of the centering springs 6, drops, which causes the transition of the inert mass - elasticity of centering springs system from an unstable to a stable state, which is accompanied by the return of the sensor with a permanent magnet 2 to the desired position on the axis OX, which is also achieved by the combined action of the integrating link 21. Since the center of elasticity 6 and the compensating forces of the electrodynamic system, acting on the inertial mass of the sensor with a permanent magnet 2, are almost mutually balanced in this state, then the natural frequency of the oscillations in the inertial mass-elasticity centering springs system is minimized and, therefore, the operating frequency range sensitive element is shifted to the low-frequency region, which ensures the constancy and linearity of its amplitude-frequency characteristics in a wide low-frequency range of measurements vibration, and automatic regulation of the compensation of the action of the elastic forces of the centering springs of the electrodynamic system.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:
- устройство для измерения вибраций, воплощающее заявленное изобретение для преобразования механических виброперемещений в пропорциональные им электрические сигналы, обеспечивает расширение частотного диапазона чувствительного элемента в область низких частот путем выполнения в процессе измерений автоматической компенсации сил упругости центрирующих пружин подвеса подвижной инертной массы чувствительного элемента и автоматического перемещения чувствительного элемента в его рабочее центральное положение, что позволяет получать при его использовании постоянство и линейность амплитудно-частотной характеристики в широком низкочастотном диапазоне измерения вибрации при любой ориентации оси чувствительного элемента к направлению действия силы тяжести;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеуказанных конструктивных решений и способов их реализации;
- устройство для измерения вибраций, воплощенное в заявленном изобретении, при его осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, the above information indicates that when using the invention the following set of conditions:
- a device for measuring vibrations, embodying the claimed invention for converting mechanical vibrations to proportional electrical signals, provides the extension of the frequency range of the sensor to the low frequency region by performing automatic compensation of the elastic forces of the centering springs of the suspension of the moving inert mass of the sensor and automatically moving the sensor during measurements element in its working central position, which allows to receive l when using it, the constancy and linearity of the amplitude-frequency characteristics in a wide low-frequency range of vibration measurement for any orientation of the axis of the sensitive element to the direction of gravity;
- for the claimed invention in the form described in the claims, the possibility of its implementation using the above design solutions and methods for their implementation is confirmed;
- a device for measuring vibration, embodied in the claimed invention, when implemented, is able to achieve the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "Промышленная применимость". Therefore, the claimed invention meets the requirement of "Industrial applicability".

Claims

A device for measuring vibration, comprising a housing of the sensor with a permanent magnet and a coil with windings of the electrodynamic system of the sensor, and an electronic converter unit, characterized in that a sensor of vibration is mounted in the housing of the sensor, combined with a permanent magnet mounted on it centering springs with the ability to move relative to the axis of the fixed coil, and made in the form of two windings inductively connected between themselves, one of which is short-circuited and rigidly fixed between the poles of a permanent magnet, and the second is mounted on a coil with windings of the electrodynamic system of the sensing element and made in the form of two symmetrically arranged sections, the outputs of which are introduced into the electronic converter unit and into its input converter connected to output and with a resistive bridge equipped with a thermistor structurally combined with a heater, where one diagonal of the resistive bridge is connected to the output of the input converter the amplifier, and the other is connected to the input of the operational amplifier, the output of which through the adder and the current amplifier is connected to the windings of the electrodynamic system of the sensing element, the amplifier with the transfer function of the aperiodic link is also connected to the output of the input converter, and its output is connected to the input of the deadband reference link, output which is connected by local feedback to the heater of the thermistor of the resistive bridge, forming a link for regulating the current and the action of electrodynamic forces the current of the electrodynamic system of the sensor to compensate for the elastic forces of the centering springs of the suspension of the permanent magnet and the shift of the working range of the sensor to the low frequency region, and for the preparation and correction of transient regulation processes, the output of the input converter is connected in parallel through integrating and differentiating links to the inputs of the adder.