RU2628674C1

RU2628674C1 - Vibration control device

Info

Publication number: RU2628674C1
Application number: RU2016114372A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Новиков; Юрий Георгиевич Столяров; Ольга Евгеньевна Котенева
Original assignee: Публичное акционерное общество "Техприбор"
Priority date: 2016-04-13
Filing date: 2016-04-13
Publication date: 2017-08-21

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: vibration control device contains at least two vibration sensors, each of which contains a piezoelectric element, at least two transducers and two, with increased rigidity, cables, each of which connects one of the vibration sensors to the corresponding transducer. Also it includes an electronic unit comprising at least two information and measurement channels, each of which is connected to the output of one of the transducers and consists of a bandpass filter, a scaling amplifier and a detector connected in series, the main output of which is connected to the inputs of the first and second comparators. The scaling amplifier and detector contain an additional output for outputting information to the interacting systems via an appropriate information link. There is a cross-board in the electronic unit containing the output communication lines of each of the information and measurement channels. All information and measurement channels are mounted on a common, common for them, printed-circuit board and are located in its opposite sections. The cross-board is perpendicular to the single printed-circuit board.

EFFECT: reducing the likelihood of false signals.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к авиаприборостроению и может быть использовано на летательном аппарате, содержащем не менее двух газотурбинных двигателей (ГТД), для контроля их технического состояния в процессе эксплуатации.The present invention relates to aircraft instrumentation and can be used on an aircraft containing at least two gas turbine engines (GTE), to control their technical condition during operation.

Известна аппаратура контроля вибрации, предназначенная для контроля технического состояния ГТД, установленного на летательном аппарате, по текущим значениям роторных составляющих виброускорения, содержащая датчик вибрации, преобразователь, канал связи датчика вибрации с преобразователем и размещенное в электронном блоке устройство обработки виброинформации, формирующее сигналы о текущих и опасных значениях виброскорости для передачи этих сигналов экипажу и во взаимодействующие системы летательного аппарата (см. патент РФ №2318194, кл G01M 13/04, 2008 г.).Known vibration control equipment designed to control the technical condition of a gas turbine engine installed on an aircraft according to the current values of rotary components of vibration acceleration, comprising a vibration sensor, a converter, a vibration sensor communication channel with a converter and a vibration information processing device located in the electronic unit, generating signals about current and dangerous values of vibration velocity for transmitting these signals to the crew and to the interacting systems of the aircraft (see RF patent No. 2318194, G01M 13/04, 2008).

Недостатком известной аппаратуры является значительная погрешность измерения виброскорости, вызванная установкой датчика вибрации на корпусе трубы слива масла от межвального подшипника ГТД, поскольку виброколебания этой трубы могут вызываться внешними факторами, не связанными с вибрациями ГТД.A disadvantage of the known equipment is a significant error in the measurement of vibration velocity caused by the installation of a vibration sensor on the body of the oil drain pipe from the GTE inter-shaft bearing, since vibration of this pipe can be caused by external factors unrelated to GTE vibrations.

Также известна аппаратура вибрации, которая может использоваться для виброконтроля ГТД, и содержит датчик вибрации, представляющий собой виброчувствительный пьезоэлемент, установленный в корпусе, преобразователь, соединительный кабель для подключения датчика вибрации к преобразователю, соединенному с электронным блоком, а также элементы встроенного контроля: инжектор тестовых сигналов и частично размещенную в упомянутых кабеле и датчике линию возбуждения ответного сигнала в сенсорной цепи датчика вибраций, предназначенные для проверки исправности датчика вибраций и соединительного кабеля (см. патент US 2014/0225634 А1).Also known is vibration equipment that can be used for GTE vibration monitoring, and contains a vibration sensor, which is a vibration-sensitive piezoelectric element installed in the housing, a transducer, a connection cable for connecting a vibration sensor to a transducer connected to an electronic unit, and also built-in control elements: test injector signals and partially placed in the aforementioned cable and sensor line of excitation of the response signal in the sensor circuit of the vibration sensor, designed to Erki serviceability vibration sensor and the connecting cable (See. Patent US 2014/0225634 A1).

Недостатком этой аппаратуры служит низкая надежность канала передачи измерительного сигнала от датчика вибрации к преобразователю, обусловленная наличием в составе упомянутого канала элементов встроенного контроля, которые, по сравнению с датчиком вибрации и соединительным кабелем, обладают существенно меньшей надежностью.The disadvantage of this equipment is the low reliability of the measuring signal transmission channel from the vibration sensor to the converter, due to the presence of built-in control elements in the composition of the said channel, which, compared to the vibration sensor and the connecting cable, have significantly less reliability.

Указанные недостатки устранены в наиболее близкой к предложенной и принятой за прототип аппаратуре контроля вибрации, содержащей датчики вибрации, соединительные кабели, преобразователи и размещенные в электронном блоке информационно-измерительные каналы, каждый из которых предназначен для виброконтроля соответствующего ГТД, а также для формирования сигналов о повышенных и опасных вибрациях и передачи этих сигналов экипажу и во взаимодействующие системы летательного аппарата (см. Паспорт сводный на аппаратуру контроля вибрации ИВ-500Е, серия 2, №6Л1.620.003-13 ПС, 2013 г., а также Руководство по технической эксплуатации изделия ИВ-500, серия 2, разработки и производства ПАО «Техприбор»).These shortcomings are eliminated in the vibration control equipment closest to the proposed and adopted as a prototype instrument, which contains vibration sensors, connecting cables, converters and information-measuring channels located in the electronic unit, each of which is designed for vibration monitoring of the corresponding gas turbine engine, as well as for generating signals of increased and dangerous vibrations and the transmission of these signals to the crew and to the aircraft’s interacting systems (see Passport consolidated on the IV-5 vibration control equipment 00Е, series 2, No. 6L1.620.003-13 PS, 2013, as well as the Manual for the technical operation of the IV-500 product, series 2, developed and manufactured by Tekhpribor PJSC).

Каждый из датчиков вибрации известной аппаратуры представляет собой виброчувствительный пьезоэлемент, установленный в корпусе с высокой жесткостью, предназначенном для установки в штатном месте ГТД, наиболее информативном при его виброконтроле.Each of the vibration sensors of the known equipment is a vibration-sensitive piezoelectric element mounted in a housing with high rigidity, designed for installation in a regular place of a gas turbine engine, the most informative during its vibration control.

Выход каждого из датчиков вибрации подключен с помощью соединительного кабеля, обладающего повышенной жесткостью, ко входу соответствующего преобразователя, выход которого соединен со входом одного из информационно-измерительных каналов, в состав каждого из которых входят последовательно соединенные между собой высокочувствительные электронные элементы: полосовой фильтр, масштабный усилитель и детектор, выход которого подключен ко входам первого и второго компараторов, снабженных, каждый, проводным выходом для связи с взаимодействующими системами, причем каждый из информационно-измерительных каналов смонтирован на отдельной печатной плате, а масштабные усилители и детекторы, содержат, каждый, помимо основного, проводного, выхода, предназначенного для связи с соответствующим компаратором, также и дополнительный выход по соответствующей информационной линии связи с взаимодействующими системами.The output of each of the vibration sensors is connected using a connecting cable with increased rigidity to the input of the corresponding transducer, the output of which is connected to the input of one of the information-measuring channels, each of which includes highly sensitive electronic elements connected in series: a band-pass filter, a large-scale an amplifier and detector, the output of which is connected to the inputs of the first and second comparators, each equipped with a wired output for communication with the interaction systems, and each of the information-measuring channels is mounted on a separate printed circuit board, and large-scale amplifiers and detectors, contain, in addition to the main, wired, output intended for communication with the corresponding comparator, also an additional output via the corresponding information line with interacting systems.

Указанные печатные платы размещены в электронном блоке известной аппаратуры напротив друг друга и параллельно между собой своими плоскостями, а линии информационных связей каждого из информационно-измерительных каналов выполнены в виде отдельных проводов, собранных в монтажные жгуты. Проверка исправности датчиков вибрации и соединительных кабелей в этой аппаратуре может производиться по наличию вибросигнала на выходе соответствующего преобразователя при кратковременном включении (прогоне) контролируемого ГТД в процессе предполетной подготовки, хотя необходимость подобной проверки не является существенной, поскольку наработка на отказ датчика вибрации, установленного в корпусе с высокой жесткостью, и обладающего повышенной жесткостью соединительного кабеля составляет более 200000 летных часов для каждого из них, что многократно превосходит наработку на отказ других элементов известной аппаратуры.These printed circuit boards are placed in the electronic unit of the known equipment opposite each other and parallel to each other by their planes, and the information communication lines of each of the information-measuring channels are made in the form of separate wires assembled in wiring harnesses. The operation of vibration sensors and connecting cables in this equipment can be checked by the presence of a vibration signal at the output of the corresponding converter during short-term switching on (run) of the controlled gas turbine during preflight preparation, although the need for such a check is not essential, since the MTBF of the vibration sensor installed in the housing with high rigidity and increased rigidity of the connecting cable is more than 200,000 flight hours for each of them, which many times exceeds the mean time between failures of other elements of the known equipment.

Недостатком известной аппаратуры является возможность периодических сбоев измерительной виброинформации, вырабатываемой высокочувствительными электронными элементами информационно-измерительных каналов, в результате наличия существенных паразитных электроемкостных связей между плоскими печатными проводниками параллельно установленных отдельных печатных плат, расположенных своими плоскостями одна напротив другой, а также в результате наличия существенных паразитных индуктивных связей между отдельными проводами вышеупомянутых монтажных жгутов.A disadvantage of the known equipment is the possibility of periodic malfunctions of the measuring vibration information generated by the highly sensitive electronic elements of the information-measuring channels, as a result of the presence of significant spurious electrical capacitive connections between the flat printed conductors of parallel mounted individual printed circuit boards located one opposite the other, and also as a result of the presence of significant spurious Inductive connections between individual wires assembly harnesses.

Помимо этого точная настройка масштабного усилителя и компараторов в каждом из информационно-измерительных каналов может быть искажена при случайном взаимном смещении отдельных проводов монтажных жгутов под действием эксплуатационных нагрузок.In addition, the fine-tuning of the large-scale amplifier and comparators in each of the information-measuring channels can be distorted by accidental mutual displacement of individual wires of the mounting harnesses under the action of operational loads.

Периодические сбои виброизмерительной информации и искажение точной настройки информационно-измерительных каналов известной аппаратуры могут приводить к формированию и выдаче ложных сигналов «Превышение нормы» и «Опасная вибрация» в процессе полета.Periodic malfunctions of vibration-measuring information and distortion of the fine-tuning of information-measuring channels of known equipment can lead to the formation and generation of false signals "Exceeding the norm" and "Dangerous vibration" during the flight.

Задачей предложенного изобретения и его техническим результатом является создание аппаратуры контроля вибрации, в которой затруднена возможность формирования и выдачи ложных сигналов, вызванных периодическими сбоями измерительной виброинформации, возникающими в результате наличия паразитных электроемкостных связей между высокочувствительными электронными элементами информационно-измерительных каналов и наличия паразитных индуктивных связей между отдельными проводами монтажных жгутов, а также обеспечена долговременная эксплуатационная стабильность настройки электронных элементов каждого информационно-измерительного канала.The objective of the proposed invention and its technical result is the creation of vibration control equipment, in which it is difficult to generate and issue false signals caused by periodic malfunctions of the measuring vibration information arising from the presence of spurious electrical capacitive connections between the highly sensitive electronic elements of the information-measuring channels and the presence of spurious inductive connections between separate wires of mounting plaits, as well as long-term operation Static stability of tuning electronic elements of each information measuring channel.

Для решения поставленной задачи в состав предложенной аппаратуры, содержащей не менее: двух датчиков вибрации, каждый из которых содержит пьезоэлемент, установленный в жестком корпусе, двух, обладающих повышенной жесткостью, соединительных кабелей и двух преобразователей, причем каждый из датчиков вибрации с помощью одного из соединительных кабелей соединен с соответствующим преобразователем, а также не менее двух, расположенных в электронном блоке, информационно-измерительных каналов, каждый из которых подключен к выходу одного из преобразователей и состоит из последовательно соединенных между собой полосового фильтра, масштабного усилителя и детектора, выход которого соединен со входами первого и второго компараторов, причем масштабный усилитель и детектор содержат, каждый, помимо основного выхода, также и дополнительный выход, предназначенный для выдачи текущей информации во взаимодействующие системы по соответствующей информационной линии связи, выход первого компаратора предназначен для выдачи во взаимодействующие системы по проводной линии связи сигнала «Превышение нормы», а выход второго - для выдачи во взаимодействующие системы по проводной линии связи сигнала «Опасная вибрация», в соответствии с изобретением добавлен установленный в электронном блоке новый элемент - кросс-плата, изменено взаимное расположение информационно-измерительных каналов в электронном блоке, а также жестко зафиксированы линии связи информационно-измерительных каналов с взаимодействующими системами.To solve the problem, the proposed equipment contains at least: two vibration sensors, each of which contains a piezoelectric element mounted in a rigid case, two with increased rigidity, connecting cables and two transducers, each of the vibration sensors using one of the connecting cables is connected to the corresponding converter, as well as at least two information-measuring channels located in the electronic unit, each of which is connected to the output of one of the and consists of a series-connected bandpass filter, a scale amplifier and a detector, the output of which is connected to the inputs of the first and second comparators, the scale amplifier and detector containing each, in addition to the main output, also an additional output designed to provide current information to interacting systems on the corresponding information communication line, the output of the first comparator is designed to issue a signal to the interacting systems on the wire line “Exceeding the norm”, and the output of the second - for issuing the signal “Dangerous vibration” to the interacting systems via a wireline, in accordance with the invention, a new element installed in the electronic unit is added - a cross-board, the mutual arrangement of information and measuring channels in the electronic unit is changed , as well as rigidly fixed communication lines of information-measuring channels with interacting systems.

Предложенная аппаратура отличается от прототипа тем, что согласно изобретению в его состав дополнительно введена установленная в электронном блоке кросс-плата, печатные проводники которой представляют собой жестко зафиксированные линии связи каждого из информационно-измерительных каналов, а все информационно-измерительные каналы, смонтированы на единой, общей для них, печатной плате и размещены в ее противолежащих участках, причем кросс-плата расположена перпендикулярно единой печатной плате.The proposed equipment differs from the prototype in that according to the invention, it additionally includes a cross-board installed in the electronic unit, the printed conductors of which are rigidly fixed communication lines of each of the information-measuring channels, and all information-measuring channels are mounted on a single, common to them, the printed circuit board and are located in its opposite sections, and the cross-board is located perpendicular to a single printed circuit board.

Работа предложенного устройства поясняется Фигурой. На Фигуре представлены структурная схема предложенного устройства, а также показано взаимное расположение в электронном блоке кросс-платы и единой печатной платы для случая, когда число датчиков вибрации равно двум.The operation of the proposed device is illustrated by the Figure. The Figure shows a structural diagram of the proposed device, and also shows the relative position in the electronic unit of the cross-circuit board and a single printed circuit board for the case when the number of vibration sensors is equal to two.

На Фигуре введены следующие обозначения:The following notation is introduced in the Figure:

1 - датчик вибрации, 2 - корпус, 3 - пьезоэлемент, 4 - кабель, 5 - преобразователь, 6 - информационно-измерительный канал, 7 - полосовой фильтр, 8 - масштабный усилитель, 9 - детектор, 10 - первый компаратор, 11 - второй компаратор, 12 - кросс-плата, 13 - печатная плата, 14 - электронный блок.1 - vibration sensor, 2 - housing, 3 - piezoelectric element, 4 - cable, 5 - transducer, 6 - information-measuring channel, 7 - band-pass filter, 8 - scale amplifier, 9 - detector, 10 - first comparator, 11 - second comparator, 12 - cross-board, 13 - printed circuit board, 14 - electronic unit.

Выход каждого из датчиков вибрации 1, содержащего установленный в корпусе 2 пьезоэлемент 3, подключен с помощью кабеля 4 ко входу соответствующего преобразователя 5, выход которого соединен со входом одного из двух информационно-измерительных каналов 6, каждый из которых представляет собой последовательно соединенные между собой электронные элементы: полосовой фильтр 7, масштабный усилитель 8 и детектор 9, основной выход которого подключен ко входам первого и второго компараторов 10, И, выходы компараторов 10, 11 подключены к кросс-плате 12. Каждый из масштабных усилителей 8 и каждый из детекторов 9 содержит, помимо основного, проводного, также и дополнительный выход, соединяющий этот масштабный усилитель 8 и этот детектор 9 с кросс-платой 12 с помощью соответствующей информационной линии связи. Проводные выходы кросс-платы 12 предназначены для передачи во взаимодействующие системы сигналов о превышении нормы (ПН) и опасных вибрациях (ОВ) каждого из ГТД, а выходные информационные линии связи кросс-платы 12 - для передачи во взаимодействующие системы текущей виброинформации. Оба информационно-измерительных канала 6 смонтированы в противолежащих участках единой, общей для них, печатной платы 13, установленной в электронном блоке 14 перпендикулярно кросс-плате 12.The output of each of the vibration sensors 1, containing the piezoelectric element 3 installed in the housing 2, is connected via cable 4 to the input of the corresponding transducer 5, the output of which is connected to the input of one of the two information-measuring channels 6, each of which is an electronic series-connected elements: a band-pass filter 7, a scale amplifier 8 and a detector 9, the main output of which is connected to the inputs of the first and second comparators 10, And, the outputs of the comparators 10, 11 are connected to the cross-board 12. Each One of the large-scale amplifiers 8 and each of the detectors 9 contains, in addition to the main, wired, an additional output connecting this large-scale amplifier 8 and this detector 9 to the cross-board 12 using the corresponding information line. The wired outputs of the cross-board 12 are designed to transmit to the interacting systems signals about the excess of the norm (PN) and dangerous vibrations (OV) of each of the gas turbine engine, and the output information lines of the cross-board 12 are used to transmit the current vibration information to the interacting systems. Both information-measuring channels 6 are mounted in opposite sections of a single, common for them, printed circuit board 13 installed in the electronic unit 14 perpendicular to the cross-board 12.

При работе предложенной аппаратуры каждый из пьезоэлементов 3 соответствующего датчика вибрации 1, корпус 2 которого закреплен в штатном месте соответствующего ГТД, наиболее информативном для виброконтроля последнего, вырабатывает пропорциональный виброускорению сигнал, поступающий через кабель 4 на вход одного из преобразователей 5, интегрирующего этот сигнал, и затем, в виде напряжения, пропорционального виброскорости контролируемого ГТД, подается на вход соответствующего информационно-измерительного канала 6, где поступивший сигнал фильтруется полосовым фильтром 7 с установленной полосой пропускания, масштабируется масштабным усилителем 8 в соответствии с уровнем заданного значения номинальной виброскорости и детектируется детектором 9, после чего поступает на входы первого и второго компараторов 10 и 11, соответственно, в каждом из которых сравнивается с установленным в данном компараторе предельным значением. В случае превышения поступившим сигналом предельного значения в одном из компараторов 10, 11, на выходе такого компаратора формируется сигнал о превышении нормы или об опасном значении вибраций соответствующего ГТД и через кросс-плату 12 передается во взаимодействующие системы и экипажу, например, на сигнальные табло ПН (Превышение нормы) или ОВ (Опасная вибрация).When the proposed equipment is in operation, each of the piezoelectric elements 3 of the corresponding vibration sensor 1, the housing 2 of which is fixed in a regular place of the corresponding gas turbine engine, which is the most informative for vibration control of the latter, produces a signal proportional to vibration acceleration, which passes through cable 4 to the input of one of the converters 5 integrating this signal, and then, in the form of a voltage proportional to the vibration velocity of the controlled gas turbine engine, it is fed to the input of the corresponding information-measuring channel 6, where the received signal l is filtered by a band-pass filter 7 with a set passband, scaled by a scale amplifier 8 in accordance with the level of the set value of the nominal vibration velocity and is detected by the detector 9, after which it is supplied to the inputs of the first and second comparators 10 and 11, respectively, in each of which it is compared with the one set in This comparator is the limit value. If the received signal exceeds the limit value in one of the comparators 10, 11, the output of such a comparator generates a signal about the excess of the norm or about the dangerous value of the vibration of the corresponding gas turbine engine and is transmitted via the cross-board 12 to the interacting systems and crew, for example, to signal boards (Exceeding the norm) or OM (Dangerous vibration).

Текущие значения виброинформации снимаются с дополнительного выхода каждого из масштабных усилителей 8 и каждого из детекторов 9, поступают на кросс-плату 12 по соответствующим информационным линиям связи и с ее выхода по соответствующим информационным линиям связи передаются во взаимодействующие системы, например, в систему вибрографирования.The current values of vibration information are taken from the additional output of each of the large-scale amplifiers 8 and each of the detectors 9, are fed to the cross-board 12 via the corresponding information communication lines and transmitted from its output via the corresponding information lines to the interacting systems, for example, the vibrographic system.

При работе электронного блока 14 оба его информационно-измерительных канала 6 не создают заметных взаимных помех, вызванных паразитными электроемкостными связями между ними, поскольку электроемкостные связи между плоскими проводниками двух информационно-измерительных каналов 6, расположенными на единой печатной плате в одной плоскости на расстояниях, многократно превышающих толщину этих проводников, пренебрежимо малы. В результате оба канала 6 работают без сбоев даже в тех случаях, когда обрабатываемые ими сигналы содержат близкие по частоте или кратные виброгармоники.During operation of the electronic unit 14, both of its information-measuring channels 6 do not create noticeable mutual interference caused by spurious electrical capacitive connections between them, since electrical capacitive communications between the flat conductors of two information-measuring channels 6 located on a single printed circuit board in one plane at distances many times exceeding the thickness of these conductors are negligible. As a result, both channels 6 operate without failures even in those cases when the signals processed by them contain close in frequency or multiple vibration harmonics.

Бесперебойная работа каналов 6 обеспечивается также благодаря практически безындуктивному исполнению линий связи каждого из них на основе печатных проводников кросс-платы 12, которая, для исключения паразитных связей с общей печатной платой 13, установлена перпендикулярно к ней.The uninterrupted operation of channels 6 is also ensured thanks to the practically non-inductive execution of the communication lines of each of them on the basis of the printed conductors of the cross-board 12, which, to eliminate spurious connections with the common printed circuit board 13, is installed perpendicular to it.

Кроме того, жесткая фиксация печатных проводников кросс-платы 12 гарантирует неизменность настройки каждого из информационно-измерительных каналов 6 даже в условиях эксплуатационных механических перегрузок электронного блока 14.In addition, the rigid fixation of the printed conductors of the cross-board 12 ensures that the settings of each of the information-measuring channels 6 remain unchanged even under conditions of operational mechanical overloads of the electronic unit 14.

Таким образом, задача изобретения успешно решена с помощью предложенных технических решений.Thus, the objective of the invention has been successfully solved using the proposed technical solutions.

Claims

Vibration control equipment containing at least two vibration sensors, each of which contains a piezoelectric element mounted in a rigid case, at least two transducers and two cables with increased rigidity, each of which connects one of the vibration sensors to the corresponding transducer, as well as electronic a unit including at least two information-measuring channels, each of which is connected to the output of one of the converters and consists of strips connected in series filter, a large-scale amplifier and detector, the main output of which is connected to the inputs of the first and second comparators, while the large-scale amplifier and detector contain each, in addition to the main output, an additional output for outputting information to interacting systems via the corresponding information communication line, characterized in that it additionally contains a cross-board located in the electronic unit containing the output communication lines of each of the information-measuring channels, and all information-measuring the channels are mounted on a single, common to them, printed circuit board and placed in its opposite sections, and the cross-board is located perpendicular to a single printed circuit board.