RU2313773C1 - System of calibration of measuring and vibration inspection device controlled by microprocessor - Google Patents
System of calibration of measuring and vibration inspection device controlled by microprocessor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2313773C1 RU2313773C1 RU2006135287/28A RU2006135287A RU2313773C1 RU 2313773 C1 RU2313773 C1 RU 2313773C1 RU 2006135287/28 A RU2006135287/28 A RU 2006135287/28A RU 2006135287 A RU2006135287 A RU 2006135287A RU 2313773 C1 RU2313773 C1 RU 2313773C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- digital
- analog
- output
- input
- vibration
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерению механических колебаний по изменению электрических свойств, осуществляемому с помощью пьезоэлектрических приборов. В частности, изобретение относится к системам поверки (то есть калибровки) устройств, измеряющих вибрацию (то есть механическое колебание) по таким ее параметрам, как виброскорость, виброускорение.The invention relates to the measurement of mechanical vibrations by changing electrical properties, carried out using piezoelectric devices. In particular, the invention relates to verification systems (i.e., calibration) of devices measuring vibration (i.e., mechanical vibration) by such parameters as vibration velocity, vibration acceleration.
Известен прибор для измерения и контроля вибрации «Аргус-М» (Руководство по эксплуатации ИМБР.421 417.002 РЭ Прибор контроля вибрации «Аргус-М» (с памятью EPPROM) 2005 г.)) (далее РЭ). Прибор «Аргус-М» совместно с пьезоэлектрическим датчиком, устанавливаемым на объекте, подлежащем контролю вибрации, и предварительным усилителем сигнала от пьезоэлектрического датчика, соединенный с одной стороны с выходом пьезоэлектрического датчика и с другой стороны с входом прибора «Аргус-М», образуют устройство измерения и контроля вибрации (стр.3, пункт 1.4 РЭ). Объектами, подлежащими контролю вибрации, могут быть подшипники электродвигателей и насосов, а также любые другие твердые тела, например стены зданий и т.п.The known device for measuring and controlling vibration "Argus-M" (Operating Instructions IMBR.421 417.002 RE The device for controlling vibration "Argus-M" (with EPPROM memory) 2005)) (hereinafter referred to as RE). The Argus-M device, together with the piezoelectric sensor installed on the object to be controlled by vibration, and a preliminary signal amplifier from the piezoelectric sensor, connected on the one hand with the output of the piezoelectric sensor and on the other hand with the input of the Argus-M device measurement and control of vibration (p. 3, clause 1.4 RE). The objects subject to vibration control can be bearings of electric motors and pumps, as well as any other solid bodies, such as walls of buildings, etc.
Прибор «Аргус-М» выполнен на основе микропроцессора и состоит из одного или нескольких микропроцессорных модулей различного назначения (стр.6 РЭ, пункт 4.1): модуля контроля температуры, модуля аналоговых входов, модуля блока питания, модуля контроля вибрации.The Argus-M device is made on the basis of a microprocessor and consists of one or several microprocessor modules for various purposes (p. 6 OM, clause 4.1): temperature control module, analog input module, power supply module, vibration control module.
Модули прибора «Аргус-М» содержат печатную плату нормирующих усилителей (аналоговая часть модуля), цифровую схему управления, плату контроллера и индикации (стр.6, п.4.5., стр.7, п.5.1. РЭ).The modules of the Argus-M device contain a printed circuit board of normalizing amplifiers (analog part of the module), a digital control circuit, a controller and indication board (p.6, p.5.5., P.7, p.5.1. RE).
Аналоговая часть модулей обеспечивает усиление, фильтрацию и другие необходимые преобразования входных сигналов. С выхода платы нормирующих усилителей нормированный сигнал поступает на плату контроллера и индикации.The analog part of the modules provides amplification, filtering and other necessary conversions of the input signals. From the output of the normalizing amplifier board, the normalized signal is fed to the controller and display board.
Прибор «Аргус-М» позволяет обращаться ЭВМ по последовательному цифровому интерфейсу RS-485 (по протоколу MODBUS, режим RTU (стр.8, абз.3 РЭ)) к любому модулю в своем составе.The Argus-M device allows computers to be contacted via the RS-485 serial digital interface (via MODBUS protocol, RTU mode (p. 8, para. 3 RE)) to any module in its composition.
Модуль контроля вибрации имеет релейную сигнализацию по допустимому значению виброскорости. Модуль контроля вибрации предназначен для усиления, фильтрации и преобразования сигнала, поступающего в него от пьезоэлектрического датчика, установленного на объекте контроля (подшипнике электродвигателя или насоса, либо любом другом твердом теле) через предварительный усилитель, в мгновенное значение виброускорения и среднеквадратичное значение (СКЗ) виброскорости, оцифровывания этого значения и сравнения в цифровом виде с контрольными уставками виброскорости для сигнализации. Модуль контроля вибрации обеспечивает индикацию принимаемых от объекта контроля значений параметров вибрации, а также выдает управляющие сигналы на цепи внешней автоматики и сигналы на включение сигнализации. В состав аналоговой части модуля контроля вибрации входят буферный усилитель, узел формирования среднеквадратичного значения виброскорости, состоящий из интегратора, полосового фильтра и детектора среднеквадратичного значения, с выхода которого сигнал постоянного тока после усиления поступает через аналоговый коммутатор на аналого-цифровой преобразователь процессора модуля контроля вибрации. В состав аналоговой части модуля контроля вибрации входит также узел формирования сигнала виброускорения на активных фильтрах, с которых снимается нормализованный сигнал. В аналоговой части модуля контроля вибрации расположен узел автоматики.The vibration control module has a relay alarm for the permissible value of vibration velocity. The vibration control module is designed to amplify, filter, and convert the signal received from the piezoelectric sensor installed on the control object (bearing of an electric motor or pump, or any other solid body) through a pre-amplifier, to the instantaneous value of vibration acceleration and rms value (RMS) of vibration velocity , digitizing this value and comparing it digitally with the control settings for vibration speed for signaling. The vibration control module provides an indication of the vibration parameter values received from the monitoring object, and also provides control signals to the external automation circuit and signals to turn on the alarm. The analog part of the vibration control module includes a buffer amplifier, a unit for generating the rms value of the vibration velocity, consisting of an integrator, a bandpass filter and a rms detector, the output of which the DC signal after amplification is fed through an analog switch to the analog-to-digital converter of the processor of the vibration control module. The analog part of the vibration control module also includes a unit for generating a vibration acceleration signal on active filters, from which a normalized signal is removed. An automation unit is located in the analogue part of the vibration control module.
Датчиками, контролирующими вибрацию, являются пьезоэлектрические датчики, установленные на объекте контроля (например, на подшипниках электродвигателей, насосов, на любом другом твердом теле) (стр.12, п.5.3. РЭ): однокоординатные пьезоэлектрические датчики, используемые совместно с отдельными предварительными усилителями, или трехкоординатные пьезоэлектрические датчики, в которых встроен предварительный усилитель и которые не требуют использования отдельного предварительного усилителя.Sensors that control vibration are piezoelectric sensors installed on the test object (for example, on bearings of electric motors, pumps, on any other solid body) (p. 12, clause 5.3. RE): single-axis piezoelectric sensors used in conjunction with separate pre-amplifiers , or three-axis piezoelectric sensors in which a preamplifier is integrated and which do not require the use of a separate preamplifier.
Поверка (то есть калибровка) параметров описанного выше устройства измерения и контроля вибрации осуществляется в соответствии с Методикой поверки ИМБР 421417.002 МП «Прибор контроля Аргус-М» г.Пермь 1996 г. (далее МП).Verification (that is, calibration) of the parameters of the vibration measuring and control device described above is carried out in accordance with the Calibration Methodology IMBR 421417.002 MP “Argus-M Control Instrument”, Perm, 1996 (hereinafter referred to as MP).
Калибровка включает, наряду с некоторыми другими операциями, в том числе,Calibration includes, along with some other operations, including
определение основной погрешности модуля контроля вибрации,determination of the basic error of the vibration control module,
определение неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АХЧ) модуля контроля вибрации,determination of non-uniformity of the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the vibration control module,
проверку индикации сигнализации о выходе параметра виброскорости на заданные пределы,checking the indication of the alarm about the output of the vibration velocity parameter to the specified limits,
проверку обрыва пьезоэлектрических датчиков.verification of breakage of piezoelectric sensors.
Для выполнения перечисленных операций требуются генератор низкой частоты (генератор синусоидального сигнала напряжения) с диапазоном используемых частот в области (10-1000) Гц и стабильностью частоты, не превышающей 0,5%, который используется в качестве имитатора сигнала от пьезоэлектрического датчика.To perform the above operations, a low-frequency generator (a sinusoidal voltage signal generator) with a frequency range in the range of (10-1000) Hz and a frequency stability of not more than 0.5%, which is used as a signal simulator from a piezoelectric sensor, is required.
Кроме того, для калибровки аналогового выхода модуля контроля вибрации и для определения неравномерности амплитудно-частотной характеристики модуля контроля вибрации необходим вольтметр, например, типа В7-40 с диапазоном измерений в интервале (0-120) мВ, с погрешностью измерений постоянного напряжения ±0,16% в диапазоне измерений (0-5) В или амперметр с диапазоном измерения сигнала в интервале (4-20) мА и погрешностью измерения по постоянному току ±0,2%.In addition, to calibrate the analog output of the vibration control module and to determine the unevenness of the amplitude-frequency characteristics of the vibration control module, a voltmeter, for example, type B7-40, with a measurement range in the range of (0-120) mV, with a DC voltage measurement error of ± 0, is required 16% in the measuring range (0-5) V or an ammeter with a measuring range of the signal in the range of (4-20) mA and a DC measurement error of ± 0.2%.
Поверку производят следующим образом. К входу модуля контроля вибрации подключают генератор низкой частоты (генератор синусоидального сигнала напряжения), имитирующий сигнал от пьезоэлектрического датчика.Verification is carried out as follows. A low-frequency generator (a sinusoidal voltage signal generator) that simulates a signal from a piezoelectric sensor is connected to the input of the vibration control module.
Определение основной погрешности модуля контроля вибрации.Determination of the basic error of the vibration control module.
Основную погрешность модуля контроля вибрации определяют:The main error of the vibration control module is determined by:
по порогу срабатывания сигнализации в модуле контроля вибрации,on the alarm threshold in the vibration control module,
по показаниям индикатора модуля контроля вибрации, according to the indications of the indicator of the vibration control module,
по аналоговым выходам модуля контроля вибрации.on the analog outputs of the vibration control module.
При поверке по порогу срабатывания сигнализации в модуле контроля вибрации устанавливают уставку виброскорости, при которой должно произойти срабатывание сигнализации. Подают постепенно увеличивающийся эталонный синусоидальный сигнал, имитирующий эталонную виброскорость, от генератора на модуль контроля вибрации до тех пор, пока не произойдет срабатывание сигнализации. Сравнивают эталонное и реальное значения виброскорости, при которых произошло срабатывание сигнализации. Разница между этими значениями является погрешностью модуля контроля вибрации по порогу срабатывания сигнализации.When checking against the alarm threshold in the vibration control module, the vibration velocity setting is set at which the alarm should occur. A gradually increasing reference sinusoidal signal, simulating a reference vibration velocity, is supplied from the generator to the vibration control module until an alarm is triggered. The reference and real values of the vibration velocity at which the alarm occurred are compared. The difference between these values is the error of the vibration control module according to the alarm threshold.
При поверке по показаниям индикатора модуля контроля вибрации подают на модуль контроля вибрации с помощью генератора сигналы, соответствующие определенным эталонным значениям виброскорости. Затем сравнивают эталонные значения со значениями на индикаторе модуля контроля вибрации. Разница между этими значениями является погрешностью модуля контроля вибрации по показаниям индикатора модуля контроля вибрации.When checking according to the indications of the indicator of the vibration control module, the signals corresponding to the determined reference values of vibration velocity are supplied to the vibration control module by means of a generator. Then, the reference values are compared with the values on the indicator of the vibration control module. The difference between these values is the error of the vibration control module according to the readings of the indicator of the vibration control module.
При поверке по аналоговым выходам модуля контроля вибрации подают генератором низкой частоты на этот модуль несколько разных эталонных синусоидальных сигналов напряжения, имитирующих разные эталонные значения виброскорости. Вольтметром или амперметром измеряют напряжение или ток на выходных контактах модуля контроля вибрации. Сравнивают эталонное значение напряжения или тока на выходе модуля контроля вибрации с реальным значением, измеренным вольтметром или амперметром. Разница между этими значениями является погрешностью модуля контроля вибрации по аналоговым выходам модуля контроля вибрации.When checking the analog outputs of the vibration control module, a low-frequency generator provides several different reference sinusoidal voltage signals to the module that simulate different reference values of vibration velocity. Using a voltmeter or ammeter, measure the voltage or current at the output terminals of the vibration control module. The reference value of the voltage or current at the output of the vibration control module is compared with the actual value measured by a voltmeter or ammeter. The difference between these values is the error of the vibration control module for the analog outputs of the vibration control module.
Определение неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АХЧ) модуля контроля вибрации.Determination of non-uniformity of the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the vibration control module.
Установив частоту синусоидального сигнала напряжения, поступающего от генератора на вход модуля контроля вибрации, равную 80 Гц, изменением величины синусоидального сигнала напряжения добиваются получения на аналоговом выходе модуля контроля вибрации напряжения (или тока) 2±0,005 В (или 10 мА±0,005 мА). Не меняя значения сигнала напряжения от генератора для этого значения тока на выходе модуля контроля вибрации, изменяют входную частоту синусоидального сигнала напряжения и замеряют вольтметром или амперметром значения выходного напряжения или тока на выходе модуля контроля вибрации при различных значениях этой входной частоты. Сравнивают полученные значения напряжения или тока на аналоговом выходе модуля контроля вибрации с эталонными, таблично заданными значениями. Модуль контроля вибрации соответствует по АХЧ установленным требованиям, если разница между полученными значениями и эталонными лежит в пределах, установленных нормами поверки.By setting the frequency of the sinusoidal voltage signal coming from the generator to the input of the vibration control module equal to 80 Hz, by changing the value of the sinusoidal voltage signal, they obtain 2 ± 0.005 V (or 10 mA ± 0.005 mA) on the analog output of the vibration control module (or current). Without changing the value of the voltage signal from the generator for this current value at the output of the vibration control module, change the input frequency of the sinusoidal voltage signal and measure with the voltmeter or ammeter the values of the output voltage or current at the output of the vibration control module at various values of this input frequency. Compare the obtained voltage or current values at the analog output of the vibration control module with the reference, tabulated values. The vibration monitoring module complies with the established requirements according to AHC, if the difference between the obtained values and the reference values lies within the limits established by the calibration standards.
Проверка индикации сигнализации модуля контроля вибрации о выходе параметра виброскорости на заданные пределы.Checking the alarm indication of the vibration control module about the output of the vibration velocity parameter to the specified limits.
При поверке индикации сигнализации о выходе параметра виброскорости на заданные пределы в модуле контроля вибрации устанавливают уставку виброскорости, при которой должно произойти срабатывание сигнализации. Подают постепенно увеличивающийся или уменьшающийся эталонный синусоидальный сигнал, имитирующий эталонную виброскорость, от генератора на модуль контроля вибрации.When checking the alarm indication about the output of the vibration velocity parameter to the specified limits, the vibration velocity setting is set in the vibration control module, at which the alarm should occur. A gradually increasing or decreasing reference sinusoidal signal, simulating a reference vibration velocity, is supplied from the generator to the vibration control module.
В правильно работающем устройстве измерения и контроля вибрации при превышении виброскоростью величины ее уставки для сигнализации должна включиться сигнальная индикация.In a properly functioning device for measuring and controlling vibration, when the vibration velocity exceeds its setpoint for signaling, an alarm indication should turn on.
В устройстве измерения и контроля вибрации на передней панели его модуля контроля вибрации должен загореться мигающий желтый светодиод и должна включиться звуковая сигнализация. После подачи сигнала на квитирование путем нажатия кнопки "Квитирование", расположенной на модуле блока питания, желтый светодиод должен гореть непрерывно, а звуковая сигнализация должна отключиться. При превышении контролируемым параметром величины уставки виброскорости для сигнализации на передней панели модуля контроля вибрации светодиод должен мигать красным цветом и должна включиться прерывистая звуковая сигнализация. После нажатия на кнопку "Квитирование" красный светодиод должен гореть непрерывно, а звуковая сигнализация должна отключиться.In the vibration measurement and control device on the front panel of its vibration control module, a flashing yellow LED should light up and an audible alarm should sound. After giving the acknowledgment signal by pressing the "Acknowledge" button located on the power supply module, the yellow LED should be lit continuously, and the audible alarm should turn off. If the controlled parameter exceeds the vibration speed setting for the alarm on the front panel of the vibration control module, the LED should blink red and an intermittent audible alarm should sound. After pressing the "Acknowledge" button, the red LED should be lit continuously, and the audible alarm should turn off.
Кроме того, при превышении контролируемым параметром виброскорости величины уставки включаются реле, контакты которых выведены на заднюю панель модуля контроля вибрации. Срабатывание реле проверяется измерением сопротивления между коммутируемыми контактами.In addition, when the controlled speed exceeds the setpoint, the relays are activated, the contacts of which are displayed on the rear panel of the vibration control module. The operation of the relay is checked by measuring the resistance between the switched contacts.
Для коммутации аварийного сигнала используется двухпозиционное поляризованное реле, обладающее механической памятью. Отключение этого реле (то есть деблокировка аварийного сигнала) осуществляется поворотом ключа в модуле блока питания.To switch the alarm, a two-position polarized relay with a mechanical memory is used. This relay is disabled (i.e. alarm release) by turning the key in the power supply module.
Если происходит включение сигнальной индикации при превышении виброскоростью величины уставки, то поверка свидетельствует о правильной работе устройства измерения и контроля вибрации.If the alarm indication turns on when the vibration speed exceeds the set value, then verification indicates the correct operation of the vibration measurement and control device.
Проверка контроля обрыва пьезоэлектрических датчиков.Verification of breakage control of piezoelectric sensors.
При моделировании обрыва пьезоэлектрических датчиков необходимо поочередно отключить эти датчики от модулей контроля вибрации. Индикация входа модуля контроля вибрации должна показать состояние обрыва пьезоэлектрического датчика.When modeling the breakdown of piezoelectric sensors, it is necessary to disconnect these sensors from the vibration control modules in turn. The indication of the input of the vibration control module should indicate the state of breakage of the piezoelectric sensor.
Следует отметить, что для осуществления своей работы и калибровки устройство для измерения и контроля вибрации имеет следующие входы и выходы:It should be noted that to carry out its work and calibration, the device for measuring and controlling vibration has the following inputs and outputs:
аналоговый вход для подачи сигнала от пьезоэлектрического датчика,analog input for supplying a signal from a piezoelectric sensor,
аналоговый выход для подключения регистрирующих аналоговых приборов (вольтметра или амперметра),analog output for connecting recording analog devices (voltmeter or ammeter),
цифровой вход/выход для данных, поступающих от цифрового интерфейса RS-485 или в него при общении устройства с ЭВМ.digital input / output for data coming from or into the digital interface RS-485 when the device communicates with a computer.
дискретный вход для подачи сигнала от системы калибровки на квитирование и деблокировку аварийного сигнала,discrete input for supplying a signal from the calibration system to acknowledge and enable the alarm,
дискретный выход для контроля аварийного сигнала от релейной защиты.discrete output for monitoring the alarm signal from relay protection.
Из вышеизложенного следует, что известная система калибровки устройства измерения и контроля вибрации, управляемого микропроцессором, выполненного с возможностью измерения электрического сигнала от пьезоэлектрического датчика и имеющего аналоговые, цифровые и дискретные вход и выход, включает генератор эталонного синусоидального электрического сигнала, имитирующего вибрацию, вольтметр или амперметр, как средства для измерения сигнала, ответного на сигнал генератора, от устройства измерения и контроля вибрации. При этом генератор эталонного синусоидального электрического сигнала присоединен к аналоговому входу устройства измерения и контроля вибрации, а вольтметр или амперметр присоединен к аналоговому выходу устройства измерения и контроля вибрации.From the foregoing, it follows that the known calibration system for a microprocessor-controlled vibration measuring and control device configured to measure an electrical signal from a piezoelectric sensor and having analog, digital and discrete input and output includes a generator of a reference sinusoidal electrical signal that simulates vibration, a voltmeter or ammeter as a means for measuring the signal responsive to the generator signal from a vibration measuring and monitoring device. In this case, the generator of the reference sinusoidal electric signal is connected to the analog input of the vibration measurement and control device, and the voltmeter or ammeter is connected to the analog output of the vibration measurement and control device.
Данная система выбрана за наиболее близкий аналог к заявляемому изобретению.This system is selected for the closest analogue to the claimed invention.
Недостатком данной системы калибровки является то, что она не автоматизирована, поэтому для процесса калибровки требуется много времени. Кроме того, эта система занимает много места, так как разнесена в пространстве и не имеет единого корпуса.The disadvantage of this calibration system is that it is not automated, therefore, the calibration process requires a lot of time. In addition, this system takes up a lot of space, as it is spaced in space and does not have a single enclosure.
Согласно документу «Правила по метрологии. ГСИ. Требования к выполнению калибровочных работ» ПР 50.2.016-94 калибровка средства измерений (калибровочные работы) - это совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и пригодности к применению средства измерений, не подлежащих государственному контролю и надзору.According to the document “Rules on metrology. GSI. Requirements for performing calibration work »PR 50.2.016-94 calibration of a measuring instrument (calibration work) is a set of operations performed to determine and confirm the actual values of metrological characteristics and suitability for use of a measuring instrument that is not subject to state control and supervision.
Задачей изобретения является автоматизация в устройстве для измерения и контроля вибрации таких калибровочных операций, как:The objective of the invention is the automation in the device for measuring and controlling vibration of such calibration operations as:
определение основной погрешности модуля виброскорости,determination of the basic error of the vibration velocity module,
определение неравномерности амплитудно-частотной характеристики модуля виброскорости,determination of the unevenness of the amplitude-frequency characteristics of the vibration velocity module,
проверка индикации о выходе параметра виброскорости за заданные пределы,checking the indication of the vibration parameter exiting beyond the specified limits,
проверка контроля обрыва датчиков.verification of sensor breakage monitoring.
Технический результат заключается в сокращении времени калибровки.The technical result is to reduce calibration time.
Как и наиболее близкий аналог, заявляемая система калибровки устройства измерения и контроля вибрации, управляемого микропроцессором, выполненного с возможностью измерения электрического сигнала от пьезоэлектрического датчика и имеющего аналоговые, цифровые и дискретные вход и выход, включает генератор эталонного синусоидального электрического сигнала, выполненный с возможностью подачи эталонного синусоидального электрического сигнала на аналоговый вход устройства измерения и контроля вибрации, средство для измерения сигнала, ответного на сигнал генератора, от устройства измерения и контроля вибрации, выполненное с возможностью соединения с аналоговым выходом последнего.Like the closest analogue, the inventive calibration system of a vibration measuring and control device controlled by a microprocessor, configured to measure an electrical signal from a piezoelectric sensor and having analog, digital and discrete input and output, includes a reference sinusoidal electrical signal generator configured to supply a reference sinusoidal electrical signal to the analog input of the device for measuring and controlling vibration, means for measuring the signal, about vetnogo to the signal generator, the measuring device and the vibration control adapted to be connected to the analog output of the latter.
В отличие от наиболее близкого аналога, генератор эталонного синусоидального электрического сигнала выполнен в виде цифроаналогового преобразователя с последовательным интерфейсом, а система калибровки включает аналоговый мультиплексор для коммутации генератора и устройства измерения и контроля вибрации, соединенный своим аналоговым входом с аналоговым выходом генератора и своим аналоговым выходом с аналоговым входом устройства измерения и контроля вибрации, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с последовательным интерфейсом для измерения сигнала, ответного на сигнал генератора, от устройства измерения и контроля вибрации, аналоговый демультиплексор для коммутации АЦП и устройства измерения и контроля вибрации, соединенный своим аналоговым входом с аналоговым выходом устройства измерения и контроля вибрации и своим аналоговым выходом с аналоговым входом АЦП, интерфейс управления системой калибровки, соединенный своими дискретными входом и выходом соответственно с дискретными выходом и входом устройства измерения и контроля вибрации, цифровым входом с цифровым выходом АЦП, первым цифровым выходом с цифровым входом генератора эталонного синусоидального электрического сигнала, вторым цифровым выходом с цифровым входом аналогового мультиплексора, третьим цифровым выходом с цифровым входом аналогового демультиплексора, цифровой интерфейс для осуществления контроля за показаниями устройства измерения и контроля вибрации в цифровой форме, имеющий первый цифровой вход/выход для соединения с цифровым выходом/входом устройства измерения и контроля вибрации и второй цифровой вход/выход для соединения с первым цифровым выходом/входом интерфейса управления системой калибровки, цифровой интерфейс для связи системы калибровки с ЭВМ, соединенный своим первым цифровыми входом/выходом со вторым цифровым выходом/входом интерфейса управления системой калибровки и имеющий второй цифровой вход/выход для соединения с ЭВМ.Unlike the closest analogue, the generator of the reference sinusoidal electric signal is made in the form of a digital-to-analog converter with a serial interface, and the calibration system includes an analog multiplexer for switching the generator and a device for measuring and controlling vibration, connected by its analog input to the analog output of the generator and its analog output with analog input of vibration measuring and control device, analog-to-digital converter (ADC) with serial interface To measure the signal in response to the generator signal from a vibration measuring and control device, an analog demultiplexer for switching the ADC and a vibration measuring and control device connected to its analog input with the analog output of the vibration measuring and control device and its analog output to the analog ADC input, interface control system calibration, connected by its discrete input and output, respectively, with discrete output and input of the device for measuring and controlling vibration, a digital input with qi ADC output, the first digital output with a digital input of a reference sinusoidal electric signal generator, the second digital output with a digital input of an analog multiplexer, the third digital output with a digital input of an analog demultiplexer, a digital interface for monitoring the readings of a measuring and vibration control device in digital form, having a first digital input / output for connecting to a digital output / input of a vibration measuring and monitoring device and a second digital input / output for connecting to the first digital output / input calibration system control interface, a digital interface to a calibration system with a computer connected to his first digital input / output of the second digital output / input control interface calibration system and having a second digital input / output for connection to a computer.
Изобретение иллюстрировано следующими чертежами:The invention is illustrated by the following drawings:
фиг.1 - функциональная схема заявляемой системы калибровки,figure 1 is a functional diagram of the inventive calibration system,
фиг.2 - принципиальная электрическая схема генератора эталонного синусоидального электрического сигнала,figure 2 is a circuit diagram of a generator of a reference sinusoidal electrical signal,
фиг.3 - функциональная схема генератора эталонного синусоидального электрического сигнала, выполненного в виде цифроаналогового преобразователя (ЦАП) с последовательным интерфейсом,figure 3 is a functional diagram of a generator of a reference sinusoidal electrical signal made in the form of a digital-to-analog converter (DAC) with a serial interface,
фиг.4 - временная диаграмма, отражающая процесс загрузки входного слова в ЦАП генератора эталонного синусоидального электрического сигнала,Fig. 4 is a timing chart showing a process of loading an input word into a DAC of a generator of a reference sinusoidal electrical signal,
фиг.5 - принципиальная электрическая схема аналогового мультиплексора,5 is a circuit diagram of an analog multiplexer,
фиг.6 - пример функциональной схемы аналогового мультиплексора 4×1,6 is an example of a functional diagram of an
фиг.7 - функциональная схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП),Fig.7 is a functional diagram of an analog-to-digital Converter (ADC),
фиг.8 - принципиальная электрическая схема АЦП,Fig. 8 is a circuit diagram of an ADC,
фиг.9 - принципиальная электрическая схема аналогового демультиплексора,Fig.9 is a circuit diagram of an analog demultiplexer,
фиг.10 - принципиальная электрическая схема подключения заявляемой системы калибровки к устройству измерения и контроля вибрации (гальваническая развязка, разъемы «входы/выходы»),figure 10 - circuit diagram of the connection of the inventive calibration system to a device for measuring and controlling vibration (galvanic isolation, connectors "inputs / outputs"),
фиг.11 - принципиальная электрическая схема интерфейса управления системой калибровки,11 is a circuit diagram of a calibration system control interface,
фиг.12 - принципиальная электрическая схема цифрового интерфейса, предназначенного для контроля показаний устройства измерения и контроля вибрации в цифровой форме,12 is a circuit diagram of a digital interface for monitoring readings of a measurement and vibration control device in digital form,
фиг.13 - принципиальная электрическая схема цифрового интерфейса, предназначенного для связи системы калибровки с электронно-вычислительной машиной.13 is a circuit diagram of a digital interface for connecting a calibration system with an electronic computer.
Заявляемая система калибровки изображена на фигуре 1 со следующими обозначениями:The inventive calibration system is depicted in figure 1 with the following notation:
1 - устройство измерения и контроля вибрации,1 - device for measuring and controlling vibration,
2 - генератор эталонного синусоидального электрического сигнала,2 - generator reference sinusoidal electrical signal,
3 - аналоговый мультиплексор,3 - analog multiplexer,
4 - аналоговый вход мультиплексора 3,4 - analog input of
5 - аналоговый выход генератора 2,5 - analog output of the
6 - аналоговый выход мультиплексора 3,6 - analog output of
7 - аналоговый вход устройства 1,7 - analog input of
8 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП),8 - analog-to-digital Converter (ADC),
9 - аналоговый демультиплексор,9 - analog demultiplexer,
10 - аналоговый вход демультиплексора 9,10 -
11 - аналоговый выход устройства 1,11 - analog output of
12 - аналоговый выход демультиплексора 9,12 - analog output of the
13 - аналоговый вход АЦП 8,13 - analog input of the
14 - интерфейс управления системой калибровки,14 - calibration system control interface,
15 - дискретный выход интерфейса 14,15 - discrete output of the
16 - дискретный вход интерфейса 14,16 - discrete input of the
17 - дискретный вход устройства 1,17 -
18 - дискретный выход устройства 1,18 -
19 - цифровой вход интерфейса 14,19 -
20 - цифровой выход АЦП 8,20 - digital output of the
21 - первый цифровой выход интерфейса 14,21 - the first digital output of the
22 - цифровой вход генератора 2,22 - digital input of the
23 - второй цифровой выход интерфейса 14,23 - the second digital output of the
24 - цифровой вход аналогового мультиплексора 3,24 - digital
25 - третий цифровой выход интерфейса 14,25 - the third digital output of the
26 - цифровой вход аналогового демультиплексора 9,26 - digital
27 - цифровой интерфейс для контроля показаний устройства 1 в цифровой форме,27 is a digital interface for monitoring the readings of the
28 - первый цифровой вход/выход цифрового интерфейса 27,28 - the first digital input / output of the
29 - цифровой вход/выход устройства 1,29 - digital input /
30 - второй цифровой вход/выход цифрового интерфейса 27,30 - the second digital input / output of the
31 - первый цифровой вход/выход интерфейса 14,31 - the first digital input /
32 - цифровой интерфейс для связи системы калибровки с ЭВМ 33,32 is a digital interface for connecting the calibration system with a
33 - электронно-вычислительная машина (ЭВМ),33 - electronic computer (computer),
34 - первый цифровой вход/выход цифрового интерфейса 32,34 - the first digital input / output of the
35 - второй цифровой вход/выход интерфейса 14,35 - the second digital input /
36 - второй цифровой вход/выход цифрового интерфейса 32.36 - the second digital input / output of the
Генератор эталонного синусоидального электрического сигнала 2 (фиг.1) выполнен в виде цифроаналогового преобразователя (ЦАП) с последовательным интерфейсом. Такой преобразователь содержит на кристалле помимо собственно ЦАП дополнительно также последовательный регистр загрузки, параллельный регистр хранения и управляющую логику. В конкретном исполнении генератора эталонного синусоидального электрического сигнала ЦАП выполнен в виде микросхемы марки AD 7233 (фиг.2 ЦАП обозначен DD7). В качестве последовательного интерфейса чаще всего используют трехпроводный интерфейс SPI (serial peripheral interface), который обеспечивает управление цифроаналоговым преобразователем. При активном уровне сигнала CS (clock synchronization) (в данном случае - нулевом) входное слово длины N (равной разрядности ЦАП) загружается по линии DI (direct imput) (фиг.3) в регистр сдвига под управлением тактовой последовательности SCLK (serial clock) (фиг.3). После окончания загрузки, выставив активный уровень на линию LD (load data), входное слово записывают в регистр хранения, выходы которого непосредственно управляют ключами ЦАП. Для того чтобы иметь возможность передавать по одной линии данных входные коды в несколько ЦАП, последний разряд регистра сдвига у многих моделей ЦАП с последовательным интерфейсом соединяется с выводом интегральной микросхемы (ИМС) DO (digital output) (фиг.3). Этот вывод подключается к входу DI следующего ЦАП и т.д. Коды входных слов передаются, начиная с кода самого последнего преобразователя в этой цепочке.The reference sinusoidal electric signal generator 2 (Fig. 1) is made in the form of a digital-to-analog converter (DAC) with a serial interface. Such a converter contains on the chip in addition to the DAC itself also an additional serial load register, a parallel storage register and control logic. In a specific embodiment of the generator of the reference sinusoidal electric signal, the DAC is made in the form of a microcircuit of the brand AD 7233 (Fig. 2, the DAC is designated DD7). As a serial interface, the three-wire SPI (serial peripheral interface), which provides control of a digital-to-analog converter, is most often used. With the active signal level CS (clock synchronization) (in this case, zero), the input word of length N (equal to the DAC bit) is loaded via the DI (direct imput) line (Fig. 3) into the shift register under the control of the SCLK clock (serial clock) (figure 3). After the download is completed, setting the active level on the LD line (load data), the input word is written into the storage register, the outputs of which directly control the DAC keys. In order to be able to transmit the input codes to several DACs on the same data line, the last bit of the shift register for many DAC models with a serial interface is connected to the output of the integrated circuit (IC) DO (digital output) (Fig. 3). This pin is connected to the DI input of the next DAC, etc. Codes of input words are transmitted, starting with the code of the most recent converter in this chain.
В качестве примера на фиг.4 представлена временная диаграмма, отражающая процесс загрузки входного слова в ЦАП (AD7233) генератора эталонного синусоидального электрического сигнала 2 (или эпюры напряжений на входе ЦАП). Минимально допустимые значения интервалов времени (порядка 50 нс), обозначенных на временных диаграммах, указываются в технической документации на интегральную микросхему.As an example, FIG. 4 is a timing chart showing a process of loading an input word into a DAC (AD7233) of a reference sinusoidal electric signal generator 2 (or voltage plot at the input of the DAC). The minimum allowable values of time intervals (of the order of 50 ns) indicated on the time diagrams are indicated in the technical documentation for the integrated circuit.
Принцип работы генератора 2 заключается в следующем.The principle of operation of
На вход SCLK подается тактовый синхронизирующий сигнал с известной частотой fCLK=230.4 кГц (фиг.3). Период следования тактового импульса, следовательно, и период квантования необходимого синусоидального сигнала (ТCLK) составит I/fCLK. Если нам известна частота требуемого сигнала и его период (Tsin), то число квантов, формирующих период сигнала составит Tsin/ТCLK. А уровень сигнала на i-ом кванте будет:At the input of SCLK, a clock synchronization signal with a known frequency f CLK = 230.4 kHz is supplied (Fig. 3). The repetition period of the clock pulse, therefore, the quantization period of the required sinusoidal signal (T CLK ) will be I / f CLK . If we know the frequency of the desired signal and its period (T sin ), then the number of quanta forming the signal period will be T sin / T CLK . And the signal level on the i-th quantum will be:
где Usin_i - сигнал на выходе генератора 2 на i-ом кванте;where U sin_i is the signal at the output of
U0 - амплитуда сигнала на выходе генератора 2;U 0 - the amplitude of the signal at the output of the
fsin - требуемая частота сигнала на выходе генератора 2;f sin is the required frequency of the signal at the output of the
t0 - время начала отсчета;t 0 - reference time;
Сформированная последовательность сигнала последовательно передается на вход ЦАП генератора 2, который в свою очередь формирует сигнал требуемой формы.The generated signal sequence is sequentially transmitted to the input of the DAC of the
Так как сигнал на выходе будет в виде ступенек, то здесь включена RC цепочка C17R43 (фиг.2), время переходного процесса которой равно TCLK.Since the output signal will be in the form of steps, here the RC chain C17R43 is included (Fig. 2), the transient time of which is equal to T CLK .
Генератор 2 имеет цифровой вход 22 и аналоговый выход 5.
Заявляемая система калибровки включает аналоговый мультиплексор 3 (фиг.1), предназначенный для коммутации генератора 2 и устройства измерения и контроля вибрации 1 и для передачи сигнала с аналогового выхода 5 генератора 2 на аналоговый вход 7 калибруемого устройства 1. Аналоговый мультиплексор 3 имеет аналоговый вход 4, соединенный с аналоговым выходом 5 генератора 2, и аналоговый выход 6, соединенный с аналоговым входом 7 устройства измерения и контроля вибрации 1. Аналоговый мультиплексор 3 имеет также цифровой вход 24, через который обеспечивается управление аналоговым мультиплексором 3, соединенный со вторым цифровым выходом 23 интерфейса управления системой калибровки 14.The inventive calibration system includes an analog multiplexer 3 (Fig. 1), intended for switching a
В конкретном исполнении заявляемой системы калибровки аналоговым мультиплексором 3 является мультиплексор, обеспечивающий коммутацию по одной линии 16 сигналов, что общепринято обозначать 1×16. Основу данного мультиплексора 3 составляют две интегральные микросхемы марки ADG708 (фиг.5). Аналоговый мультиплексор 3 - это схема, которая позволяет выбрать один из нескольких входов калибруемого устройства 1 по указанию управляющего цифрового сигнала, подаваемого на цифровой вход 24 мультиплексора 3 от второго цифрового выхода 23 интерфейса управления системой 14. Аналоговый сигнал с выхода 6 мультиплексора 3 будет проходить на аналоговый вход 7 устройства 1.In a specific implementation of the claimed calibration system, the
На фиг.6 в качестве примера показана функциональная схема аналогового мультиплексора из четырех направлений в одно и ее условное обозначение. Каждый из ключей от S0 до S3 представляет собой аналоговый КМОП (комплементарный металло-оксидный полупроводник)-ключ. Дешифратор декодирует адрес, представленный в двоичном коде, и включает только адресованный ключ, блокируя остальные. Вход разрешения Е необходим для наращивания числа коммутируемых источников сигналов; если на этот вход поступает сигнал низкого уровня, то, независимо от состояния адресных входов, все ключи мультиплексора 3 разомкнуты. На фиг.6 имеются также следующие обозначения А0, A1 - входы соответственно младшего значащего разряда (МЗР) и среднего значащего разряда (СЗР), SW-switch - ключ.Figure 6 shows as an example a functional diagram of an analog multiplexer from four directions to one and its symbol. Each of the keys from S0 to S3 is an analog CMOS (complementary metal oxide semiconductor) key. The decoder decodes the address represented in binary code and includes only the addressed key, blocking the rest. The permission input E is necessary to increase the number of switched signal sources; if a low level signal is supplied to this input, then, regardless of the status of the address inputs, all keys of the
Микросхема ADG708 (фиг.5) аналогового мультиплексора 3 (фиг.1) представляет собой мультиплексор 1×8. Для организации шестнадцати выходов используется две микросхемы, включенные параллельно и имеющие одну шину выбора канала A0_OUT-A2_OUT и разные сигналы выбора микросхемы EN1_OUT, EN2_OUT.Microcircuit ADG708 (figure 5) of the analog multiplexer 3 (figure 1) is a 1 × 8 multiplexer. To organize sixteen outputs, two microcircuits are used that are connected in parallel and have one channel selection bus A0_OUT-A2_OUT and different microcircuit selection signals EN1_OUT, EN2_OUT.
Реле P1 используется в качестве мультиплексора 1×2 для связи сигнала, поступающего с генератора эталонного синусоидального электрического сигнала 2, через буфер DA10:A на мультиплексоры DA5, DA6 и управляется линией EN3_OUT (фиг.5).Relay P1 is used as a 1 × 2 multiplexer for communication of the signal from the generator of the reference sinusoidal
Другое реле Р2 используется для коммутации синусоидального сигнала на RC делитель, необходимый для проверки амплитудно-частотной характеристики калибруемого устройства 1, и управляется линией EN4_OUT (фиг.5).Another relay P2 is used to switch the sinusoidal signal to the RC divider, necessary to check the amplitude-frequency characteristics of the calibrated
Система калибровки включает также аналого-цифровой преобразователь 8 (АЦП) с последовательным интерфейсом (фиг.1). АЦП 8 предназначен для измерения сигнала, ответного на сигнал генератора 2, от устройства измерения и контроля вибрации 1. АЦП 8 имеет аналоговый вход 13, соединенный с аналоговым выходом 12 демультиплексора 9 и цифровой выход 20, соединенный с цифровым входом 19 интерфейса управления системой 14The calibration system also includes an analog-to-digital Converter 8 (ADC) with a serial interface (figure 1). The
В конкретном исполнении заявляемой системы калибровки АЦП 8 выполнен в виде микросхемы AD7896. АЦП 8 в этом случае является высокоскоростным 12-битным аналого-цифровым преобразователем (фиг.7 и фиг.8). Данный АЦП 8 имеет входной динамический диапазон напряжения питания микросхемы AD7896 от 0 Вольт до напряжения электрического питания Vdd, работает от однополярного источника питания от 2,7 В до 5,5 В и имеет максимальную потребляемую мощность 9 мВт. Прибору не требуется внешний источник опорного напряжения, так как в качестве опорного напряжения используется напряжение питания.In a specific implementation of the claimed calibration system, the
На фигуре 7 имеются следующие обозначения: AD7896 - марка микросхемы аналого-цифрового преобразователя, 12-bit ADC (analog digital converter) - высокоскоростной 12-битный аналого-цифровой преобразователь, output register - выходной регистр, Vdd - напряжение питания микросхемы AD7896, Vin - входное напряжение, которое микросхема AD7896 оцифровывает, track/hold - запоминающий элемент, convst - разрешающий импульс, clock - таймер, AGND - аналоговая «земля», DGND - цифровая «земля», busy - выход готовности оцифрованных данных, SCLK - (serial clock) синхронизирующая тактовая последовательность, sdata - последовательные данные.In figure 7, there are the following notation: AD7896 - brand of microchip of an analog-to-digital converter, 12-bit ADC (analog digital converter) - high-speed 12-bit analog-to-digital converter, output register - output register, V dd - supply voltage of the AD7896, V in - input voltage that the AD7896 chip digitizes, track / hold - memory element, convst - enable pulse, clock - timer, AGND - analog ground, DGND - digital ground, busy - digitized data ready output, SCLK - ( serial clock) clock, sdata - sequential ln data.
АЦП 8 в виде микросхемы AD7896 (фиг.7) выдает результат преобразования сигналов по высокоскоростному последовательному интерфейсу (sdata, SCLK, busy, convst). Этот двухпроводный последовательный интерфейс имеет последовательный вход внешних тактовых импульсов SCLK и последовательный выход данных sdata, синхронизированных с внешними тактовыми импульсами SCL.The
Дополнительно к традиционно определяемым статическим характеристикам, таким как линейность и абсолютная и относительная ошибки, для АЦП 8 в виде AD7896 определены динамические характеристики, такие как коэффициенты нелинейных искажений и шума.In addition to the traditionally defined static characteristics, such as linearity and absolute and relative errors, dynamic characteristics, such as non-linear distortion and noise coefficients, are defined for
АЦП 8 в виде AD7896 имеет 1) режим высокоскоростного преобразования и 2) автоматический режим с пониженным потреблением электроэнергии, в котором по окончании преобразования прибор переходит в ждущий режим, активизируясь только при инициализации следующего преобразования для применения в устройствах с малым потреблением электроэнергии.The
Аналоговый демультиплексор 9 (фиг.1) изготавливают на основе аналогового мультиплексора, так как аналоговые ключи аналогового мультиплексора являются двунаправленными. Сигнал может быть подан на вход демультиплексора и снят с избранного выхода. Схемотехнически аналоговый демультиплексор 9 выполнен на аналоговых мультиплексорах и может включать, как показано в примере (фиг.9) конкретного исполнения, 16 токовых и 6 потенциальных входов. Интегральные микросхемы DA7, DA8 осуществляют коммутацию напряжения, пропорционального измеряемому току, которое падает на входных резисторах R12-R27 (фиг.10). Интегральная микросхема DA9 (ADG708) (фиг.9) коммутирует сигналы с микросхем DA7, DA8, а также с потенциальных входов демультиплексора 9 на АЦП 8 через усилитель-буфер DA10:B. Микросхемы DA7, DA8 (фиг.9) включены параллельно друг относительно друга и последовательно с микросхемой DA9. Усилитель-буфер DA10:B масштабирует входной сигнал для согласования с АЦП 8 с коэффициентом усиления по напряжению КU=5 В/120 мВ≈40.The analog demultiplexer 9 (Fig. 1) is made on the basis of an analog multiplexer, since the analog keys of the analog multiplexer are bi-directional. The signal can be applied to the input of the demultiplexer and removed from the selected output. Schematically, the
Резисторы R41, R44 (фиг.9) рассчитываются по формуле:Resistors R41, R44 (Fig.9) are calculated by the formula:
где Uвых - максимальное напряжение на выходе операционного усилителя, составляет 5 В;where U o - the maximum voltage at the output of the operational amplifier is 5 V;
Uвх - максимальное напряжение на входе операционного усилителя, составляет 5 В.Uin - the maximum voltage at the input of the operational amplifier is 5 V.
Аналоговый демультиплексор 9 соединен своим аналоговым входом 10 с аналоговым выходом 11 устройства измерения и контроля вибрации 1, а также соединен своим аналоговым выходом 12 с аналоговым входом 13 АЦП 9 (фиг.1).The
Система калибровки содержит интерфейс управления системой калибровки 14 (фиг.1) на низком уровне.The calibration system comprises a control interface for the calibration system 14 (FIG. 1) at a low level.
В основе интерфейса управления системой калибровки 14 находятся сверхбольшие интегральные схемы программируемой логики (СБИС ПЛ), которые являются цифровыми СБИС высокой степени интеграции, имеющими программируемую пользователем внутреннюю структуру и предназначенными для реализации сложных цифровых устройств. Использование СБИС ПЛ и соответствующих средств автоматизации проектирования позволяет в сжатые сроки создавать устройства и системы, удовлетворяющие жестким требованиям по производительности, энергопотреблению, надежности, массогабаритным параметрам, стоимости.At the heart of the control interface of the
В конкретном исполнении заявляемой системы калибровки используются СБИС ПЛ DD6 - EPM7128SQC100-10 и DD9 - EPM7128SLC84-15 серии MAX7000S фирмы ALTERA (фиг.11).In a specific embodiment of the claimed calibration system, VLSI submarines DD6 - EPM7128SQC100-10 and DD9 - EPM7128SLC84-15 of the MAX7000S series from ALTERA are used (Fig. 11).
Эти СБИС ПЛ обеспечивают:These VLSI submarines provide:
- задержку распространения сигнала от любого входа до выхода СБИС не более 10 нс;- the propagation delay of the signal from any input to the VLSI output is not more than 10 ns;
- устойчивую работу на частотах до 147 МГц;- stable operation at frequencies up to 147 MHz;
- возможность регулирования скорости переключения выходных буферов;- the ability to control the switching speed of the output buffers;
- возможность использования четырех режимов работы выходных буферов: вход, выход, двунаправленный, открытый коллектор;- the ability to use four operating modes of output buffers: input, output, bidirectional, open collector;
- возможность программирования и репрограммирования после распайки на плате;- the ability to program and reprogram after soldering on the board;
- возможность задания режима секретности разработки (Design Security).- the ability to set the mode of secrecy of development (Design Security).
Через интерфейс JTAG (разъемы ХР4 и ХР6) (фиг.11) в интерфейсе 14 (фиг.1) производится конфигурирование СБИС ПЛ (фиг.11). Запрограммированная микросхема DD6 (фиг.11) в интерфейсе управления системой 14 (фиг.1) производит считывание с АЦП 8 (фиг.1) (или с микросхемы DA12 на фиг.8) данных и их буферизацию, последовательную выдачу кода сигнала на генератор эталонного синусоидального электрического сигнала 2 (фиг.1) (или на микросхему DD7 на фиг.2), переключение каналов аналогового мультиплексора 3 и демультиплексоров 9 (фиг.1).Via the JTAG interface (connectors XP4 and XP6) (Fig. 11) in the interface 14 (Fig. 1), the VLSI submarine is configured (Fig. 11). The programmed DD6 chip (Fig. 11) in the control interface of the system 14 (Fig. 1) reads from the ADC 8 (Fig. 1) (or from the DA12 chip in Fig. 8) data and buffers it, sequentially issuing a signal code to the reference generator sinusoidal electrical signal 2 (Fig. 1) (or on the DD7 chip in Fig. 2), switching channels of the
Совместно со СБИС ПЛ DD6 и DD9 в интерфейсе управления системой калибровки 14 используется генератор тактовых импульсов DD4, выполненный на мультивибраторе SN74S124D, и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) DD3 (537РУ10), DD5 (537РУ10).Together with the VLSI submarine DD6 and DD9, the control
ОЗУ (микросхемы DD3 и DD5 на фиг.11) используется для хранения кода эталонного синусоидального электрического сигнала от генератора 2. Этот код загружается в ОЗУ в процессе работы с ЭВМ 33 (фиг.1) через цифровой интерфейс 32 (в конкретном исполнении: СОМ (communications port) порт (RS-232)).RAM (microcircuits DD3 and DD5 in Fig. 11) is used to store the code of the reference sinusoidal electrical signal from the
Система калибровки общается с ЭВМ 33 по протоколу, представленному ниже.The calibration system communicates with the
Кадр записи/чтения представляет двухбайтовую последовательность, причем младшие 4 бита первого байта несут информацию о системе калибровки и о команде, а последующие 12 бит несут данные.A write / read frame represents a two-byte sequence, with the lower 4 bits of the first byte carrying information about the calibration system and the command, and the next 12 bits carrying data.
В таблице, представленной ниже, описаны команды, выполняемые системой калибровки, то есть алгоритм низшего уровня, выполняемый системой калибровки.The table below describes the commands performed by the calibration system, that is, the lower level algorithm performed by the calibration system.
Общую синхронизацию интерфейса управления системой калибровки 14 с периферией, в которую входят генератор эталонного синусоидального электрического сигнала 2, АЦП 8, аналоговый мультиплексор 3, аналоговый демультиплексор 8, и с портами ввода-вывода, которыми являются цифровой интерфейс 27 (например, порт RS-485), цифровой интерфейс 36 (например, порт RS-232) осуществляется при помощи синхроимпульсов (f=460.8 кГц) генератора тактовых импульсов DD4 (фиг.11), входящего в состав интерфейса управления системой 14.General synchronization of the control interface of the
Интерфейс управления системой калибровки 14 имеет дискретные и цифровые выходы и входы, которые связывают интерфейс 14 со всеми элементами системы калибровки следующим образом (фиг.1).The control interface of the
Дискретные выход 15 и дискретный вход 16 интерфейса 14 (фиг.1) предназначены для соединения соответственно с дискретными входом 17 и выходом 18 устройства измерения и контроля вибрации 1.
Дискретный выход 15 и дискретный вход 16 (фиг.1) интерфейса управления системой калибровки 14 выполнены на основе цифровых линий передачи данных управления системой калибровки 14. Дискретный вход 16 имеет гальваническую развязку (оптроны DA1 и DA2 на фиг.10) для защиты системы калибровки от возможных перегрузок по току и напряжению.The
На фиг.10 дискретный выход 15 обозначен как kvit 33 и Deblok 34, а дискретный вход 16 обозначен как Rele1 35 и Rele2 36.10,
Дискретный выход 15 используется для дистанционного управления сигналом «квитирование» и «деблокировка», передаваемым на дискретный вход 17 устройства 1.
Дискретный вход 16 считывает информацию с дискретного входа 18 устройства 1, необходимую для контроля срабатывания реле при превышении уставки виброскорости.The
Цифровые входы и выходы интерфейса 14 (позиции 19, 21, 23, 25, 31, 35) (фиг.1) выполнены на основе цифровых линий передач.The digital inputs and outputs of the interface 14 (
Цифровой вход 19 интерфейса 14 соединен с цифровым выходом 20 аналого-цифрового преобразователя 8.The
Первый цифровой выход 21 интерфейса 14 соединен с цифровым входом 22 генератора эталонного синусоидального электрического сигнала 2.The first
Второй цифровой выход 23 интерфейса 14 соединен с цифровым входом 24 аналогового мультиплексора 3.The second
Третий цифровой выход 25 интерфейса 14 соединен с цифровым входом 26 аналогового демультиплексора 9.The third
Первый цифровой вход/выход 31 интерфейса 14 соединен со вторым цифровым входом/выходом 30 цифрового интерфейса 27.The first digital input /
Второй цифровой вход/выход 35 интерфейса 14 соединен с первым цифровым входом/выходом 34 цифрового интерфейса 32.The second digital input /
Цифровые входы/выходы 28, 30, 31, 35, 34, 36 заявляемой системы калибровки являются каждый единым элементом, работающим как на вход сигнала, так и на выход. Цифровой вход/выход 28 на фиг.12 обозначен DB9M ХР2 А В. Цифровой вход/выход 30 и цифровой вход/выход 31 обозначены на фиг.12 элементами RXD TXD. Цифровой вход/выход 35 обозначен на фиг.13 элементом RXD TXD. Цифровой вход/выход 34 и цифровой вход/выход 36 обозначены на фиг.13 элементом ХР5 DB9M.Digital inputs / outputs 28, 30, 31, 35, 34, 36 of the claimed calibration system are each a single element that works both at the signal input and output. Digital input /
Заявляемая система калибровки содержит цифровой интерфейс 27 (фиг.1), предназначенный для контроля показаний устройства измерения и контроля вибрации 1 в цифровой форме и имеющий цифровой вход/выход 28 для соединения с цифровым выходом/входом 29 устройства измерения и контроля вибрации 1.The inventive calibration system contains a digital interface 27 (figure 1), designed to control the readings of the measuring and
В качестве цифрового интерфейса 27 в конкретном исполнении используют интерфейс RS-485 (фиг.12). Интерфейс RS-485 (другое название - EIA/TIA-485) - один из наиболее распространенных стандартов физического уровня связи. Сеть, построенная на интерфейсе RS-485, представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары - двух скрученных проводов. В основе интерфейса RS-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам. Причем по одному проводу (условно А) идет оригинальный сигнал, а по другому (условно В) - его инверсная копия. Другими словами, если на одном проводе "1", то на другом "0" и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при "1" она положительна, при "0" - отрицательна.As a
Именно этой разностью потенциалов и передается сигнал. Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. Синфазной называют помеху, действующую на оба провода линии одинаково. К примеру, электромагнитная волна, проходя через участок линии связи, наводит в обоих проводах потенциал. Если сигнал передается потенциалом в одном проводе относительно общего, как в RS-232, то наводка на этот провод может исказить сигнал относительно хорошо поглощающего наводки общего ("земли").It is this potential difference that the signal is transmitted. This transmission method provides high resistance to common mode interference. Common-mode noise is called interference acting on both wires of the line in the same way. For example, an electromagnetic wave passing through a section of a communication line induces potential in both wires. If the signal is transmitted by the potential in one wire relatively common, as in RS-232, then pickup on this wire can distort the signal relatively well absorbing common (ground) pickups.
Кроме того, на сопротивлении длинного общего провода будет падать разность потенциалов земель - дополнительный источник искажений. А при дифференциальной передаче искажения не происходит. В самом деле, если два провода пролегают близко друг к другу, да еще перевиты, то наводка на оба провода одинакова. Потенциал в обоих одинаково нагруженных проводах изменяется одинаково, при этом информативная разность потенциалов остается без изменений.In addition, the earth potential difference will fall on the resistance of a long common wire - an additional source of distortion. And with differential transmission, distortion does not occur. In fact, if two wires run close to each other, and even interchanged, then the pickup on both wires is the same. The potential in both equally loaded wires changes equally, while the informative potential difference remains unchanged.
Аппаратно интерфейс 27 собран на драйвере ADM485 (фиг.12). Сигнал IN 485 с оптрона DA4 подается на вход DI ADM 485. С выхода RO ADM 485 сигнал подается на DA3.
Выходы А и В драйвера ADM485 (фиг.12) используются для передачи данных по интерфейсу RS485. На таймере DD1 (NE555) (интегральная цифровая микросхема) собран одновибратор, который переключает драйвер ADM485 в режим передачи данных. В схеме интерфейса 27 (RS-485) параметры цепочки R33C3 (фиг.12) рассчитаны для скорости 9600 б/с. Оптическая развязка DA3, DA4 (фиг.12) защищает заявляемую систему калибровки от перегрузок по току и напряжению.The outputs A and B of the ADM485 driver (Fig. 12) are used to transmit data via the RS485 interface. On the DD1 timer (NE555) (digital integrated circuit), a single-shot is assembled, which switches the ADM485 driver to data transfer mode. In the interface circuit 27 (RS-485), the parameters of the R33C3 chain (Fig. 12) are calculated for a speed of 9600 bps. Optical isolation DA3, DA4 (Fig) protects the inventive calibration system from overload current and voltage.
Взаимодействие интерфейса управления системой калибровки 14 (следовательно, всей заявляемой системы калибровки) и ЭВМ 33 (фиг.1), на базе которой построен интерфейс высокого уровня для управления процессом калибровки, отображения, накопления, обработки информации и диалога с пользователем, осуществляется через цифровой интерфейс 32 (фиг.1). Интерфейс 32 имеет первый цифровой вход/выход 34, соединенный со вторым цифровым выходом/входом 35 интерфейса управления системой калибровки 14. Интерфейс 32 имеет также второй цифровой вход/выход 36 для соединения с ЭВМ 33.The interaction of the control interface of the calibration system 14 (therefore, the entire claimed calibration system) and a computer 33 (Fig. 1), on the basis of which a high-level interface is built to control the process of calibration, display, accumulation, processing of information and dialogue with the user, is carried out through a digital interface 32 (Fig. 1).
В конкретном исполнении системы калибровки цифровым интерфейсом 32 является интерфейс RS-232 (фиг.13).In a specific embodiment of the calibration system, the
Для передачи данных в ЭВМ 33 от калибруемого устройства 1 через интерфейс управления системой 14 и цифровой интерфейс 27 (в конкретном исполнении системы калибровки это интерфейс RS-485) осуществляется преобразование принимаемых и передаваемых данных из формата RS-485 в формат RS-232 и обратно. Эта функция выполнена в интерфейсе управления системой 14.To transfer data to the
Цифровой интерфейс 32 (фиг.1) предназначен для подключения аппаратуры, передающей или принимающей данные (АПД), к оконечной аппаратуре каналов данных (АКД). В роли АПД в нашем случае выступает ЭВМ 33, а в роли АКД разрабатываемая система калибровки.The digital interface 32 (figure 1) is designed to connect equipment transmitting or receiving data (ADF) to the terminal equipment of data channels (AKD). In our case, the
Стандарт интерфейса RS-232 описывает несимметричные передатчики и приемники - сигнал передается относительно общего провода - схемной земли. Физически интерфейс RS-232 реализован на микросхеме ADM232 (фиг.13), которая является драйвером - преобразователем логических уровней сигналов на линии RS-232 в соответствующие сигналы TTL уровня (TTL - transistor - transistor-logic - логическая микросхема на транзисторах). Соединение заявляемой системы калибровки с ЭВМ 33 производится минимальным нуль-модемным кабелем, схема которого представлена ниже.The RS-232 interface standard describes unbalanced transmitters and receivers - the signal is transmitted relative to a common wire - circuit ground. Physically, the RS-232 interface is implemented on the ADM232 chip (Fig. 13), which is a driver - a converter of the logic levels of the signals on the RS-232 line to the corresponding TTL level signals (TTL - transistor - transistor-logic - logic chip on transistors). The connection of the claimed calibration system with a
Заявляемая система калибровки прибора измерения и контроля вибрации работает следующим образом. Посредством ЭВМ 33 (фиг.1) подают команду в соответствии с ранее представленной таблицей команд, выполняемых системой калибровки (алгоритм низшего уровня) через цифровой интерфейс 32 на интерфейс управления системой 14 о проведении калибровки, при этом вводят данные о количестве, расположении, очередности калибровки модулей контроля вибрации. Команда о проведении калибровки поступает в виде цифрового сигнала с интерфейса 14 на генератор эталонного синусоидального электрического сигнала 2, имитирующего сигнал о вибрации с пьезоэлектрических датчиков. Цифроаналоговый преобразователь генератора 2 преобразует цифровой сигнал в аналоговый.The inventive calibration system of the measuring device and vibration control operates as follows. By means of a computer 33 (Fig. 1), a command is sent in accordance with the previously presented table of commands executed by the calibration system (lower level algorithm) through the
Как было указано выше, генератор 2 реализован на цифроаналоговом преобразователе (ЦАП) с последовательным интерфейсом фирмы Analog Device AD7233. Этот генератор 2 преобразует цифровой сигнал в виде 12-разрядного кода в эквивалентный ему аналоговый сигнал в виде напряжения в диапазоне ±5В с погрешностью преобразования ±1LSB (±2,5 млВ), максимальная дискретизация сигнала составляет 300 кГц. Погрешность преобразования такого генератора 2 по частоте не превышает 0,5%, а по амплитуде 2,5 мВ. Генератор 2 обладает более высокой стабильностью и точностью, чем требуется в соответствии с Методикой поверки прибора контроля «Аргус-М» ИМБР 421417.002 МП и может быть использован для калибровки этого прибора 1.As mentioned above, the
После этого аналоговый сигнал проходит в аналоговый мультиплексор 3. В конкретном исполнении аналоговый мультиплексор 3 коммутирует этот сигнал на 16 аналоговых входов устройства измерения и контроля вибрации 1. Каждый модуль контроля вибрации устройства 1 создает на соответствующем ему аналоговом выходе 11 устройства 1 аналоговый сигнал, ответный на сигнал генератора 2. Далее аналоговые сигналы от всех аналоговых выходов 11 поступают на аналоговый демультиплексор 9, который передает их на аналого-цифровой преобразователь 8.After that, the analog signal passes to the
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8 с последовательным интерфейсом, например, фирмы Analog Device AD7896 реализует в себе вольтметр или амперметр. Этот АЦП осуществляет преобразование аналогового сигнала в 12-и разрядный цифровой код в диапазоне измерения 0 -+5 В с погрешностью преобразования ±3LSB (±3,7 млВ), максимальная дискретизация сигнала составляет 780 кГц. При масштабировании сигнала в диапазон 0-120 мВ погрешность измерения составит ±87 мкВ, что составляет 0,07% от всей шкалы измерения. Так как точность измерения данного прибора более чем в 2 раза выше точности требуемых тестовых приборов по Методике поверки прибора контроля «Аргус-М» ИМБР 421417.002 МП, то предложенная микросхема может использоваться в процессе калибровки этого устройства 1. С АЦП 8 цифровой сигнал передается на интерфейс управления системой 14. И далее сигнал поступает в интерфейс 32 и в ЭВМ 33, в которой происходит сравнение эталонного значения сигнала, подаваемого генератором 2, с реальным значением, измеряемым АЦП 8.An analog-to-digital converter (ADC) 8 with a serial interface, for example, from Analog Device AD7896, implements a voltmeter or ammeter. This ADC converts an analog signal into a 12-bit digital code in the measuring range 0 - + 5 V with a conversion error of ± 3LSB (± 3.7 mlV), the maximum signal sampling is 780 kHz. When the signal is scaled to a range of 0-120 mV, the measurement error will be ± 87 μV, which is 0.07% of the entire measurement scale. Since the measurement accuracy of this device is more than 2 times higher than the accuracy of the required test devices according to the Calibration Method of the Argus-M control instrument IMBR 421417.002 MP, the proposed microcircuit can be used in the calibration process of this
Такой порядок работы заявляемой системы калибровки относится к определению основной погрешности и неравномерности АХЧ модуля контроля вибрации в устройстве 1.This procedure of the claimed calibration system relates to the determination of the basic error and unevenness of the AFC of the vibration control module in
Что касается проверки индикации сигнализации о выходе параметра виброскорости на заданные пределы (уставку), при правильной работе устройства 1 происходит следующее. Если эталонный сигнал генератора 2 превышает уставку виброскорости, то срабатывает реле, настроенное на эту уставку, а сигнал о срабатывании реле устройства 1 поступает с дискретного выхода 18 устройства 1 на дискретный вход 16 интерфейса 14 и далее последовательно в цифровой интерфейс 32 и ЭВМ 33. Для квитирования и деблокировки сигнала срабатывания реле устройства 1 программа ЭВМ 33 подает сигнал через ЭВМ 33, цифровой интерфейс 32, интерфейс 14, дискретный выход 15 на дискретный вход 17 устройства 1. Если устройство 1 исправно, то происходят квитирование и деблокировка устройства 1.As for the verification of the indication of the alarm about the output of the vibration velocity parameter to the specified limits (set point), with the correct operation of the
Для обеспечения автоматизации проверки обрыва пьезоэлектрических датчиков выходы аналогового мультиплексора 3 (фиг.1) переводятся в высокоомное состояние, тем самым моделируется обрыв датчиков. При правильной работе устройства 1 сигнал об обрыве пьзоэлектрического датчика поступает на интерфейс управления системой калибровки 14, а далее через цифровой интерфейс 32 на ЭВМ 33. С ЭВМ 33 идет команда на интерфейс 27 прочитать информацию из устройства 1 об обрыве пьзоэлектрического датчика. Эта прочитанная информацию даее поступает в ЭВМ 33 для обработки.To provide automation for checking the breakdown of piezoelectric sensors, the outputs of the analog multiplexer 3 (Fig. 1) are transferred to a high-impedance state, thereby breaking the sensors. With the correct operation of
Таким образом, заявляемая система калибровки автоматизирует следующие операции калибровки: определение основной погрешности модуля контроля вибрации, определение неравномерности амплитудно-частотной характеристики модуля контроля вибрации, проверка индикации сигнализации о выходе параметра виброскорости за заданные пределы и проверка обрыва пьезоэлектрических датчиков. За счет этой автоматизации сокращается время калибровки. Заявляемая система в отличие от наиболее близкого аналога не разнесена в пространстве, а имеет единый корпус и поэтому занимает меньше места.Thus, the claimed calibration system automates the following calibration operations: determination of the main error of the vibration control module, determination of the non-uniformity of the amplitude-frequency characteristics of the vibration control module, verification of the alarm indication of the vibration velocity parameter exceeding the specified limits, and verification of the breakdown of piezoelectric sensors. This automation reduces calibration time. The inventive system, in contrast to the closest analogue is not spaced in space, but has a single housing and therefore takes up less space.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006135287/28A RU2313773C1 (en) | 2006-10-05 | 2006-10-05 | System of calibration of measuring and vibration inspection device controlled by microprocessor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006135287/28A RU2313773C1 (en) | 2006-10-05 | 2006-10-05 | System of calibration of measuring and vibration inspection device controlled by microprocessor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2313773C1 true RU2313773C1 (en) | 2007-12-27 |
Family
ID=39019025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006135287/28A RU2313773C1 (en) | 2006-10-05 | 2006-10-05 | System of calibration of measuring and vibration inspection device controlled by microprocessor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2313773C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2558636C2 (en) * | 2013-12-09 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" (ФГБОУ ВПО МГУЛ) | Vibration detector with element of digital calibration |
| RU176408U1 (en) * | 2017-02-21 | 2018-01-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Перспективные Системы Транспорта" (ООО "ПСТ") | Diagnostic system of mechanisms |
| CN108279103A (en) * | 2018-01-25 | 2018-07-13 | 华电电力科学研究院有限公司 | A kind of online checking system and check method of overall machine vibration monitoring system |
| RU207791U1 (en) * | 2020-12-25 | 2021-11-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ФОРМ" | DEVICE FOR AUTOMATED CALIBRATION OF THE MEASURING DEVICE |
-
2006
- 2006-10-05 RU RU2006135287/28A patent/RU2313773C1/en active
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2558636C2 (en) * | 2013-12-09 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" (ФГБОУ ВПО МГУЛ) | Vibration detector with element of digital calibration |
| RU176408U1 (en) * | 2017-02-21 | 2018-01-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Перспективные Системы Транспорта" (ООО "ПСТ") | Diagnostic system of mechanisms |
| CN108279103A (en) * | 2018-01-25 | 2018-07-13 | 华电电力科学研究院有限公司 | A kind of online checking system and check method of overall machine vibration monitoring system |
| CN108279103B (en) * | 2018-01-25 | 2023-06-09 | 华电电力科学研究院有限公司 | Online checking system and method for rotary machine vibration monitoring system |
| RU207791U1 (en) * | 2020-12-25 | 2021-11-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ФОРМ" | DEVICE FOR AUTOMATED CALIBRATION OF THE MEASURING DEVICE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102369488B (en) | Industrial process control transmitter with multiple sensors | |
| Park et al. | Practical data acquisition for instrumentation and control systems | |
| RU2321847C2 (en) | Replaceable module for liquid or gas sensor with galvanic-decoupled transmitting section | |
| RU2313773C1 (en) | System of calibration of measuring and vibration inspection device controlled by microprocessor | |
| US4403297A (en) | Process control system prover | |
| US7369078B2 (en) | Flexible converter interface for use in analog-to-digital and digital-to-analog systems | |
| JPH02500791A (en) | Digital-based system for monitoring physical phenomena | |
| JP5292925B2 (en) | Semiconductor integrated circuit, control method therefor, and information processing apparatus | |
| Sachenko et al. | Intelligent distributed sensor network | |
| Licht | The IEEE 1451.4 proposed standard | |
| WO2008042927A1 (en) | Open wire detection system and method | |
| KR200444834Y1 (en) | Modular device with integrated functions of multi-channel current calibrator and active current transmitter controlled by local and remote | |
| EP2966519A1 (en) | Programmable universal io interface | |
| Memon et al. | Embedded DAQ system design for temperature and humidity measurement | |
| RU207875U1 (en) | Computing control unit | |
| DE10322278B4 (en) | Sensor simulator for testing transducers | |
| Sreelal et al. | A compact software programmable data acquisition system | |
| JP2006113036A (en) | Measuring instrument and calibration method for sensor | |
| Knapp et al. | Easy as piadcs: A low‐cost, ultra‐high‐resolution data acquisition system using a Raspberry Pi | |
| Sowmya et al. | Design and Development of Signal Conditioning Card for Load Cell | |
| RU2159952C1 (en) | Device for information input | |
| JPS6355679A (en) | Sensor identification information generator | |
| Vichoudis et al. | A flexible stand-alone testbench for facilitating system tests of the CMS Preshower | |
| JP2006099288A (en) | Bus sharing system | |
| Cupiał et al. | URwaga software as interface for measuring devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |