RU2654996C1 - Device for equipment diagnostics (measuring channel) - Google Patents

Device for equipment diagnostics (measuring channel) Download PDF

Info

Publication number
RU2654996C1
RU2654996C1 RU2017110438A RU2017110438A RU2654996C1 RU 2654996 C1 RU2654996 C1 RU 2654996C1 RU 2017110438 A RU2017110438 A RU 2017110438A RU 2017110438 A RU2017110438 A RU 2017110438A RU 2654996 C1 RU2654996 C1 RU 2654996C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
converter
series
filter
pass filter
buffer
Prior art date
Application number
RU2017110438A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Николаевич Устенко
Георгий Владимирович Зусман
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Комдиагностика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Комдиагностика" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Комдиагностика"
Priority to RU2017110438A priority Critical patent/RU2654996C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2654996C1 publication Critical patent/RU2654996C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • G01H11/08Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices

Abstract

FIELD: metrology.
SUBSTANCE: invention relates to vibrational metrology. Device for diagnosing equipment consists of a primary and a secondary converter. Primary converter contains a temperature sensor, a low-pass filter, a charge amplifier, a normalizing amplifier, an output stage, a vibration sensor, and an alternating voltage to current converter. Secondary converter contains a spark protection barrier, a buffer stage, a direct voltage to current converter, a proportional filter, a second buffer stage, a high pass filter, a bandpass filter, a peak detector, a second direct voltage to current converter, an integrator, a root mean square detector, a third direct voltage to current converter, a narrowband filter, second peak detector, average detector, logarithm, first and second buffer averaging stages, second logarithm. Vibration sensor consists of a piezo-bimorph, a bolt made of non-magnetic steel, precision washers. Case of the primary converter contains a threaded pin and a four-prong connector. Primary and secondary converters are connected by a communication line with a common shield. Temperature sensor is glued in a cylindrical recess in the inner part of the housing.
EFFECT: providing the possibility of a one-time measurement of the levels of low-frequency and high-frequency vibrations, as well as temperature.
8 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля, защиты и диагностики промышленного оборудования, совершающего вращательные и возвратно-поступательные движения, в процессе его эксплуатации в энергетике, машиностроении и других отраслях промышленности и науки.The invention relates to measuring equipment and can be used to monitor, protect and diagnose industrial equipment that performs rotational and reciprocating movements during its operation in the energy sector, mechanical engineering and other industries and science.

Изобретение может применяться как самостоятельно, так и в составе автоматизированных систем контроля, защиты и диагностики промышленного оборудования, для измерения ударных импульсов резонансным методом (подшипников качения, кавитации перекачиваемой среды), а также для измерения абсолютной вибрации (виброускорение, виброскорость, виброперемещение) и температуры объектов диагностики.The invention can be used both independently and as part of automated control systems, protection and diagnostics of industrial equipment, for measuring shock pulses by the resonance method (rolling bearings, cavitation of the pumped medium), as well as for measuring absolute vibration (vibration acceleration, vibration velocity, vibration displacement) and temperature diagnostic objects.

Известна система диагностики подшипников качения по патенту на полезную модель RU 100252, представляющая собой стол с плитой, на которой расположен асинхронный двигатель, соединенный через виброизолирующую муфту с высокочастотным шпинделем для установки оправки с подшипником, к наружному кольцу подшипника подведено комплексное измерительное устройство, содержащее держатель пьезоэлектрического преобразователя с датчиком усилия, не имеющее металлической связи с деталями привода.A known diagnostic system of rolling bearings according to the patent for utility model RU 100252, which is a table with a plate on which an induction motor is located, connected through a vibration-isolating coupling with a high-frequency spindle to install the mandrel with a bearing, a complex measuring device containing a piezoelectric holder is connected to the outer ring of the bearing a transducer with a force sensor that does not have a metal connection with the drive parts.

Известно устройство для измерения вибрации (варианты) по патенту на изобретение RU 2382368, содержащее пьезоэлектрический преобразователь, инструментальный усилитель и операционный усилитель, выход которого является выходом устройства. Выходы пьезоэлектрического преобразователя соединены с прямым и инверсным входами инструментального усилителя, первый вход задания усиления которого соединен с первым выводом первого резистора. Выход операционного усилителя соединен с его инверсным входом через конденсатор. Инверсный вход операционного усилителя соединен через второй резистор с выходом инструментального усилителя. Прямой вход операционного усилителя соединен с общей шиной. В устройство введена индуктивность, которая включена между вторым выводом первого резистора и вторым входом задания усиления инструментального усилителя, а параллельно конденсатору подключен третий резистор. Индуктивность выполнена в виде инерционной массы, установленной на пьезоэлектрическом преобразователе.A known device for measuring vibration (options) according to the patent for invention RU 2382368, containing a piezoelectric transducer, instrumental amplifier and operational amplifier, the output of which is the output of the device. The outputs of the piezoelectric transducer are connected to direct and inverse inputs of the instrument amplifier, the first input of the gain setting of which is connected to the first output of the first resistor. The output of the operational amplifier is connected to its inverse input through a capacitor. The inverse input of the operational amplifier is connected through a second resistor to the output of the instrumental amplifier. The direct input of the operational amplifier is connected to a common bus. An inductance is introduced into the device, which is connected between the second output of the first resistor and the second input of the gain setting of the instrumental amplifier, and a third resistor is connected in parallel with the capacitor. Inductance is made in the form of an inertial mass mounted on a piezoelectric transducer.

Известен виброметр по патенту на изобретение RU 2046301, содержащий пьезоэлектрический вибропреобразователь, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот, первый и второй интеграторы, первый и второй усилители, детектор среднеквадратичного значения и блок индикации, снабженный первым и вторым коммутаторами, переключателем диапазона измерения, третьим усилителем, аналого-цифровым преобразователем, последовательно соединенным блоком задания режимов работы и блоком управления. Виброметр является наиболее близким к предлагаемому устройству для диагностики оборудования по технической сущности и достигаемому результату и принят за прототип.A known vibrometer according to the invention patent RU 2046301, comprising a piezoelectric vibration transducer, a low-pass filter, a high-pass filter, first and second integrators, first and second amplifiers, a rms detector and an indication unit equipped with first and second switches, a measuring range switch, and a third amplifier , an analog-to-digital converter, connected in series by the unit for setting operating modes and the control unit. The vibrometer is the closest to the proposed device for diagnosing equipment according to the technical nature and the achieved result and is taken as a prototype.

Дефекты подшипников качения чаще всего проявляются в нарушении гладкости поверхностей или тел качения. При качении шарики подшипника, перекатываясь через такие неровности, испытывают соударения, которые проявляются в виде пиков вибрационного ускорения - ударных импульсов. Измерение амплитуды ударных импульсов позволяет оценить состояние подшипника. Измерение амплитуды импульсов возможно как широкополосной системой, так и с помощью резонансного контура, который позволяет увеличить соотношение сигнал шум при измерениях и тем самым обеспечивает более достоверное определение состояния подшипника, особенно при малых дефектах. Ударные импульсы подшипника возбуждают резонансную систему тем сильнее, чем дефект подшипника более развит. По измеренному значению амплитуды импульсов на выходе резонансной системы и оценивается развитие дефекта подшипника. Для реализации такого измерения требуется нормированный по частоте и амплитуде стабильный резонанс, что в известных системах реализуется специализированными резонансными датчиками. При этом такими датчиками невозможно одновременно измерить вибрацию. Подобные устройства работают исключительно на частоте резонанса, что значительно удорожает систему, поскольку для измерения вибрации требуются дополнительные датчики измерения вибрации, которые в свою очередь не имеют резонансных характеристик, пригодных для измерения ударных импульсов. Таким образом, известные устройства позволяют измерять и контролировать лишь выборочные диагностические параметры, что является недостатком данных устройств.Defects of rolling bearings are most often manifested in violation of the smoothness of surfaces or rolling bodies. When rolling, the balls of the bearing, rolling through such irregularities, experience collisions, which manifest themselves in the form of peaks of vibrational acceleration - shock pulses. Measurement of the amplitude of the shock pulses allows you to evaluate the condition of the bearing. Measurement of the pulse amplitude is possible both with a broadband system and with the help of a resonant circuit, which allows to increase the signal-to-noise ratio during measurements and thereby provides a more reliable determination of the state of the bearing, especially for small defects. The shock impulses of the bearing excite the resonant system the stronger, the more developed the defect of the bearing. From the measured value of the amplitude of the pulses at the output of the resonant system, the development of the bearing defect is estimated. To implement such a measurement, a stable resonance normalized in frequency and amplitude is required, which in known systems is implemented by specialized resonant sensors. However, such sensors cannot simultaneously measure vibration. Such devices operate exclusively at the resonance frequency, which significantly increases the cost of the system, since vibration measurement requires additional vibration measurement sensors, which in turn do not have resonance characteristics suitable for measuring shock pulses. Thus, the known devices allow you to measure and control only selective diagnostic parameters, which is a disadvantage of these devices.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства, способного одновременно с измерением ударных импульсов резонансным методом измерять амплитуду ударных импульсов широкополосным методом, регулярное значение вибрации объекта и температуру в месте установки одним универсальным датчиком.The technical problem to which the invention is directed is the creation of a device capable of simultaneously measuring shock pulses by the resonance method to measure the amplitude of shock pulses by the broadband method, the regular value of the object vibration and the temperature at the installation site with one universal sensor.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение возможности единовременного измерения уровней низкочастотной и высокочастотной вибраций, а также температуры однократной установкой одного датчика, т.е. повышение универсальности устройства.The technical result of the invention is the possibility of a one-time measurement of the levels of low-frequency and high-frequency vibrations, as well as the temperature by a single installation of one sensor, i.e. increasing the versatility of the device.

Для достижения технического результата в устройстве для диагностики оборудования, содержащем снабженный датчиком температуры, пассивным низкочастотным фильтром, усилителем заряда и нормирующим усилителем первичный преобразователь вибрации, последовательно соединенный с вторичным преобразователем, содержащим первый буферный каскад, соединенный с первым преобразователем постоянного напряжения в ток, пропорциональный фильтр, последовательно соединенный со вторым буферным каскадом, и узкополосный фильтр, согласно изобретению второй буферный каскад параллельно соединен с фильтром верхних частот и с полосовым фильтром, а узкополосный фильтр последовательно соединен со вторым пиковым детектором и детектором средних значений.To achieve a technical result, in a device for diagnosing equipment comprising a primary passive low-pass filter, a charge amplifier and a normalizing amplifier, a primary vibration transducer connected in series with a secondary transducer containing a first buffer stage connected to the first DC-to-DC converter, a proportional filter connected in series with the second buffer cascade and a narrow-band filter according to the invention The first buffer stage is connected in parallel with the high-pass filter and the band-pass filter, and the narrow-band filter is connected in series with the second peak detector and the average value detector.

Также для достижения технического результата первичный преобразователь вибрации содержит вибрационный чувствительный элемент, последовательно соединенный с пассивным низкочастотным фильтром, усилителем заряда и нормирующим усилителем, к выходу которого подключены параллельно соединенные преобразователь переменного напряжения в ток и выходной каскад.Also, to achieve a technical result, the primary vibration transducer comprises a vibration sensitive element connected in series with a passive low-pass filter, a charge amplifier and a normalizing amplifier, to the output of which are connected a parallel-connected AC-to-current converter and an output stage.

Вторичный преобразователь нормализует выходные сигналы благодаря блоку электроники, содержащему фильтр верхних частот, последовательно соединенный с первым пиковым детектором и вторым преобразователем постоянного напряжения в ток. Полосовой фильтр последовательно соединен с интегратором, детектором среднеквадратичного значения и третьим преобразователем постоянного напряжения в ток. Второй пиковый детектор последовательно соединен с первым логарифматором и первым буферным усредняющим каскадом. Детектор средних значений последовательно соединен со вторым логарифматором и вторым буферным усредняющим каскадом.The secondary converter normalizes the output signals thanks to an electronics unit containing a high-pass filter connected in series with the first peak detector and the second DC-to-DC converter. The band-pass filter is connected in series with an integrator, a rms detector and a third DC-to-DC converter. The second peak detector is connected in series with the first logarithm and the first buffer averaging cascade. The average value detector is connected in series with the second logarithm and the second buffer averaging cascade.

На одной торцевой поверхности первичного преобразователя вибрации выполнена резьбовая шпилька, а на противоположной торцевой поверхности установлен четырехштыревой цилиндрический разъем для соединения со вторичным преобразователем, который содержит встроенный барьер искрозащиты.A threaded rod is made on one end surface of the primary vibration transducer, and a four-pin cylindrical connector is installed on the opposite end surface for connection with the secondary transducer, which contains an integrated spark protection barrier.

Патентные исследования не выявили технических решений, характеризующихся заявляемой совокупностью существенных признаков, следовательно, можно предположить, что указанное изобретение соответствует критерию «новизна».Patent studies have not identified technical solutions characterized by the claimed combination of essential features, therefore, we can assume that this invention meets the criterion of "novelty."

Кроме того, предлагаемое изобретение может быть изготовлено в промышленных масштабах с использованием стандартного оборудования и найдет применение как самостоятельно, так и в составе автоматизированных систем контроля, защиты и диагностики промышленного оборудования, совершающего вращательные и возвратно-поступательные движения, в процессе его эксплуатации в энергетике, машиностроении и других отраслях промышленности и науки, т.е характеризуется критерием «промышленная применимость».In addition, the present invention can be manufactured on an industrial scale using standard equipment and will find application both independently and as part of automated systems for monitoring, protection and diagnostics of industrial equipment performing rotational and reciprocating movements during its operation in the energy sector, mechanical engineering and other industries and science, that is, characterized by the criterion of "industrial applicability".

Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

на фиг. 1 - структурная схема устройства;in FIG. 1 is a block diagram of a device;

на фиг. 2 - внешний вид первичного преобразователя вибрации;in FIG. 2 - appearance of the primary vibration transducer;

на фиг. 3 - внешний вид вторичного преобразователя.in FIG. 3 - appearance of the secondary Converter.

Устройство для диагностики оборудования (измерительный канал), структурная схема которого приведена на фиг. 1, представляет собой снабженный датчиком 1 температуры первичный преобразователь 2 вибрации, последовательно соединенный со вторичным преобразователем 3. Первичный преобразователь 2 вибрации является преобразователем инерционного типа и использует прямой пьезоэлектрический эффект. Для этого в корпусе 4 первичного преобразователя 2 вибрации закреплен вибрационный чувствительный элемент 5, последовательно соединенный с пассивным низкочастотным фильтром 6, усилителем 7 заряда и нормирующим усилителем 8 с программируемым коэффициентом усиления.A device for equipment diagnostics (measuring channel), the structural diagram of which is shown in FIG. 1 is a primary vibration transducer 2 provided with a temperature sensor 1, connected in series with a secondary transducer 3. The primary vibration transducer 2 is an inertial transducer and uses a direct piezoelectric effect. For this, a vibration sensitive element 5 is fixed in the housing 4 of the primary transducer 2 of vibration, connected in series with a passive low-pass filter 6, a charge amplifier 7 and a normalizing amplifier 8 with a programmable gain.

Пассивный низкочастотный фильтр 6 имеет частотную характеристику вида:Passive low-pass filter 6 has a frequency response of the form:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где:Where:

K1 - коэффициент передачи фильтра по постоянному току;K 1 is the direct current filter transmission coefficient;

j - комплексная единица;j is the complex unit;

ω - круговая частота;ω is the circular frequency;

τ1 - постоянная времени фильтра (50 мкс<τ1<100 мкс).τ 1 - filter time constant (50 μs <τ 1 <100 μs).

К выходу нормирующего усилителя 8 подключены параллельно соединенные преобразователь 9 переменного напряжения в ток и выходной каскад 10. Выходной каскадThe output of the normalizing amplifier 8 is connected in parallel to the transformer 9 of the alternating voltage into current and the output stage 10. The output stage

10, во время калибровки, имеет возможность внешнего задания коэффициента для нормирующего усилителя 8. Преобразователь 9 переменного напряжения в ток обеспечивает сигнал, пропорциональный пиковому значению ускорения, для работы на длинную линию, на выходе 11, а выходной каскад 10 обеспечивает нормированный по частоте и амплитуде сигнал на выходе 12.10, during calibration, it is possible to externally set the coefficient for the normalizing amplifier 8. The AC-to-current converter 9 provides a signal proportional to the peak value of acceleration for operation on a long line at output 11, and the output stage 10 provides normalized in frequency and amplitude output signal 12.

Вибрационный чувствительный элемент 5 выполнен в виде пьезоэлектрического биморфа 13, закрепленного между прецизионными шайбами 14, посредством болта 15 из немагнитной стали.The vibration sensitive element 5 is made in the form of a piezoelectric bimorph 13, mounted between precision washers 14, by means of a bolt 15 made of non-magnetic steel.

Датчик 1 температуры представляет собой температурный сенсор, вклеенный на термопроводящий компаунд в цилиндрическое углубление во внутренней части корпуса 4 первичного преобразователя 2 вибрации, рядом с резьбовой шпилькой 16 (см. фиг. 2).The temperature sensor 1 is a temperature sensor glued to a thermally conductive compound in a cylindrical recess in the inner part of the housing 4 of the primary vibration transducer 2, next to the threaded rod 16 (see Fig. 2).

Резьбовая шпилька 16 выполнена на одной из торцевых поверхностей первичного преобразователя 2 вибрации, а на противоположной торцевой поверхности первичного преобразователя 2 вибрации установлен четырехштырьковый цилиндрический разъем 17 для соединения с вторичным преобразователем 3 (см. фиг. 2).The threaded rod 16 is made on one of the end surfaces of the primary vibration transducer 2, and on the opposite end surface of the primary vibration transducer 2 there is a four-pin cylindrical connector 17 for connection with the secondary transducer 3 (see Fig. 2).

Первичный преобразователь 2 вибрации и вторичный преобразователь 3 соединены линией 18 связи, например кабелем, например витой парой с общей оплеткой (экраном). Штыревой цилиндрический разъем 17 выполнен под пайку провода. Первичный преобразователь 2 вибрации и линия связи 18 соединяются резьбовым сочленением. Линия связи 18 выполнена с общей оплеткой (экраном) как для уменьшения влияния внешних электромагнитных излучений на внутренний, сигнальный провод, так и для уменьшения паразитарного излучения проходимых по внутренним жилам сигналов.The primary vibration transducer 2 and the secondary transducer 3 are connected by a communication line 18, for example a cable, for example a twisted pair cable with a common braid (screen). The pin cylindrical connector 17 is made for soldering the wire. The primary transducer 2 vibration and the communication line 18 are connected by a threaded joint. The communication line 18 is made with a common braid (screen) both to reduce the influence of external electromagnetic radiation on the internal signal wire, and to reduce the parasitic radiation transmitted through the internal veins of the signals.

Датчик 1 температуры обеспечивает сигнал, пропорциональный напряжению на выходе 19. Общий провод 20, являющийся заземлением, присоединен к корпусу 4.The temperature sensor 1 provides a signal proportional to the voltage at the output 19. The common wire 20, which is the ground, is connected to the housing 4.

Таким образом, в результате работы первичного преобразователя 2 вибрации обеспечивается четыре выхода: по температуре (10 мВ/ОС); вибрации (10 мкФ/g) и питанию (15-30 В); контролю и калибровке (100 mB/g), а также общего провода.Thus, as a result of the operation of the primary vibration converter 2, four outputs are provided: by temperature (10 mV / OS); vibration (10 μF / g) and power (15-30 V); monitoring and calibration (100 mB / g), as well as common wire.

Вторичный преобразователь 3 содержит первый буферный каскад 21, последовательно соединенный с первым преобразователем 22 постоянного напряжения в ток 4-20 мА. Эта последовательность позволяет получить на выходе 23 сигнал, пропорциональный температуре объекта диагностики.The secondary Converter 3 contains a first buffer stage 21, connected in series with the first Converter 22 DC voltage into a current of 4-20 mA. This sequence allows you to get the output 23 signal proportional to the temperature of the diagnostic object.

Вторичный преобразователь 3 содержит также пропорциональный фильтр 24, к выходу которого параллельно подключены второй буферный каскад 25, фильтр 26 верхних частот и полосовой фильтр 27.The secondary converter 3 also contains a proportional filter 24, to the output of which a second buffer stage 25, a high-pass filter 26 and a band-pass filter 27 are connected in parallel.

Пропорциональный фильтр 24 имеет характеристику вида:The proportional filter 24 has a characteristic of the form:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где выбирается τ2≈τ1 пассивного низкочастотного фильтра 6, а τ3 выбирается исходя из желаемой верхней граничной частоты канала, например τ3≈8 мкс для 20 кГц.where τ 2 ≈ τ 1 of the passive low-pass filter 6 is selected, and τ 3 is selected based on the desired upper cutoff frequency of the channel, for example, τ 3 ≈8 μs for 20 kHz.

Фильтр 26 верхних частот последовательно соединен с первым пиковым детектором 28 и вторым преобразователем 29 постоянного напряжения в ток 4-20 мА.The high-pass filter 26 is connected in series with the first peak detector 28 and the second DC / DC converter 29 to 4-20 mA.

Полосовой фильтр 27 последовательно соединен с интегратором 30, детектором 31 среднеквадратичного значения и третьим преобразователем 32 постоянного напряжения в ток 4-20 мА.The bandpass filter 27 is connected in series with an integrator 30, a rms detector 31, and a third DC / DC converter 32 to 4-20 mA.

Данное расположение элементов схемы позволяет получить сигнал на выходе 33, соответствующий переменному напряжению, пропорциональному виброускорению, для диагностики и спектрального анализа, а также сигнал на выходе 34, пропорциональный пиковому значению высокочастотной составляющей ускорения, и сигнал на выходе 35, пропорциональный среднеквадратичному значению виброскорости.This arrangement of circuit elements allows to obtain a signal at output 33, corresponding to an alternating voltage proportional to vibration acceleration, for diagnostics and spectral analysis, as well as a signal at output 34, proportional to the peak value of the high-frequency acceleration component, and a signal at output 35, proportional to the rms value of vibration velocity.

Параллельно пропорциональному фильтру 24 присоединен узкополосный фильтр 36, с центральной частотой 46 кГц, т.е. близкой к резонансной частоте вибрационного чувствительного элемента 5 (ширина по уровню -3 дБ около 3 кГц).In parallel to the proportional filter 24, a narrow-band filter 36 is connected, with a center frequency of 46 kHz, i.e. close to the resonant frequency of the vibration sensitive element 5 (width at the level of -3 dB about 3 kHz).

Последовательно к узкополосному фильтру 36 присоединен второй пиковый детектор 37 и детектор 38 средних значений. Второй пиковый детектор 37 последовательно соединен с первым логарифматором 39 и первым буферным усредняющим каскадом 40. Детектор 38 средних значений последовательно соединен со вторым логарифматором 41 и вторым буферным усредняющим каскадом 42.Sequentially, a second peak detector 37 and an average value detector 38 are coupled to the narrowband filter 36. The second peak detector 37 is connected in series with the first logarithmator 39 and the first buffer averaging stage 40. The average value detector 38 is connected in series with the second logarithmator 41 and the second buffer averaging stage 42.

Данное расположение элементов схемы позволяет получить сигнал, пропорциональный техническому состоянию подшипника на выходе 43, а также сигнал по напряжению, пропорциональному состоянию смазки подшипника на выходе 44. Развитие дефекта в подшипнике приводит к росту напряжения на выходе 43, а дефицит смазки в подшипнике приводит к росту напряжения на выходе 44.This arrangement of circuit elements allows you to get a signal proportional to the technical condition of the bearing at the output 43, as well as a voltage signal proportional to the state of the bearing lubricant at the output 44. The development of a defect in the bearing leads to an increase in voltage at the output 43, and a deficiency of lubricant in the bearing leads to an increase output voltage 44.

Вторичный преобразователь 3 нормализует выходные сигналы и защищает от помех за счет экранирования и полного гальванического разделения между входами, выходами и питанием, это обеспечивается корпусом 45 (см. фиг 3) со встроенным барьером искрозащиты 46. Корпус 45 выполнен с возможностью крепления на DIN-рельс.The secondary Converter 3 normalizes the output signals and protects against interference due to shielding and complete galvanic separation between inputs, outputs and power, this is provided by the housing 45 (see Fig. 3) with an integrated spark protection barrier 46. The housing 45 is made with the possibility of mounting on a DIN rail .

При работе вторичного преобразователя 3 совместно с первичным преобразователя 2 вибрации обеспечивается семь выходов: три выхода 4-20 мА (по среднеквадратичному значению виброскорости, по пику ускорения и по температуре), три выхода по резонансу (ударным импульсам) и один выход переменного ускорения.When the secondary converter 3 is operated together with the primary vibration converter 2, seven outputs are provided: three 4-20 mA outputs (rms vibration velocity, peak acceleration and temperature), three resonance (shock pulses) outputs and one variable acceleration output.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет решить техническую проблему, а именно провести весь комплекс диагностических мероприятий с помощью одного универсального устройства, однократной установкой на объект диагностики.Thus, the present invention allows to solve a technical problem, namely to carry out the whole complex of diagnostic measures using one universal device, a single installation on the diagnostic object.

Устройство для диагностики оборудования (измерительный канал) во время определения состояния подшипника работает следующим образом: чувствительный элемент 5 благодаря своей конструкции, т.е. ненагруженному биморфу 13 со строго фиксированными размерами и закрепленному между прецизионными шайбами 14, имеет стабильный по частоте и амплитуде резонанс, например, около 46 кГц. Для одновременного измерения вибрации амплитуда резонанса за счет пассивного фильтра 6 уменьшается приблизительно на порядок до значений, при которых не наступает перегрузка усилителя заряда ни при каком, даже значительном, дефекте подшипника. Это одновременно существенно повышает защиту от перегрузки для высоких значений дорезонансной вибрации, но искажает частотную характеристику в дорезонансной области. Для ее восстановления отфильтрованный сигнал поступает на вход пропорционального фильтра 24. Пропорциональный фильтр 24 восстанавливает частотную характеристику для вибрационных измерений следующим образом.The device for diagnosing equipment (measuring channel) during the determination of the state of the bearing works as follows: the sensitive element 5 due to its design, i.e. unloaded bimorph 13 with strictly fixed sizes and fixed between precision washers 14 has a resonance that is stable in frequency and amplitude, for example, about 46 kHz. For the simultaneous measurement of vibration, the resonance amplitude due to the passive filter 6 is reduced by approximately an order of magnitude to values at which overload of the charge amplifier does not occur for any, even significant, bearing defect. This at the same time significantly increases overload protection for high values of pre-resonance vibration, but distorts the frequency response in the pre-resonance region. To restore it, the filtered signal is fed to the input of the proportional filter 24. The proportional filter 24 restores the frequency response for vibration measurements as follows.

На выходе пропорционального фильтра сигнал может быть представлен в следующем виде:At the output of the proportional filter, the signal can be represented as follows:

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

что при τ2≈τ1 преобразуется в:that at τ 2 ≈τ 1 is converted to:

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

т.е. при указанном выше соотношении постоянных времени частотная характеристика преобразуется в плоскую частотную характеристику с верхней частотой среза

Figure 00000005
, что, например, для τ3≈8 мкс обеспечивает полосу 20 кГц.those. with the above ratio of time constants, the frequency response is converted to a flat frequency response with an upper cutoff frequency
Figure 00000005
, which, for example, for τ 3 ≈8 μs provides a band of 20 kHz.

Таким образом, обеспечивается широкополосное измерение вибрации, поскольку сигнал выхода пропорционального фильтра 24 - это сигнал с уже плоской частотной характеристикой, который поступает на буферный каскад 25 для анализа и на линию 26-28-29-34 для выделения пикового значения высокочастотной вибрации, а также на линию 27-30-31-32-35 для получения выходного сигнала, пропорционального виброскорости. Выход 34 высокочастотного ускорения может использоваться для подтверждения развитых дефектов подшипников или коробок передач. Выход 35 среднеквадратичного значения виброскорости может использоваться для защиты и автоматической остановки агрегата согласно нормативным документам.Thus, a broadband vibration measurement is provided, since the output signal of the proportional filter 24 is a signal with an already flat frequency response that is fed to the buffer stage 25 for analysis and to line 26-28-29-34 for highlighting the peak value of high-frequency vibration, as well as on line 27-30-31-32-35 to obtain an output signal proportional to vibration velocity. High-frequency acceleration output 34 can be used to confirm developed defects in bearings or gearboxes. Output 35 rms vibration speed can be used to protect and automatically stop the unit according to regulatory documents.

Для одновременного резонансного контроля состояния подшипника сигнал поступает на полосовой фильтр 36 до пропорционального фильтра 24 и таким образом нормированный резонансный сигнал, возникающий на резонансе чувствительного элемента 5, поступает на линию 37-39-40-43 для определения технического состояния подшипника, так как развитие дефекта в подшипнике приводит к росту напряжения на выходе 43, одновременно с этим нормированный резонансный сигнал, возникающий на резонансе чувствительного элемента 5, поступает и на линию 38-41-42-44 для определения состояния смазки подшипника, так как дефицит смазки в подшипнике приводит к росту напряжения на выходе 44.For simultaneous resonant monitoring of the state of the bearing, the signal is transmitted to the band-pass filter 36 to the proportional filter 24 and thus the normalized resonant signal arising at the resonance of the sensing element 5 is sent to line 37-39-40-43 to determine the technical condition of the bearing, since the development of the defect in the bearing leads to an increase in voltage at the output 43, at the same time, the normalized resonant signal arising at the resonance of the sensing element 5 is also sent to line 38-41-42-44 for bearing lubrication, since a lack of lubrication in the bearing leads to an increase in output voltage 44.

Claims (8)

1. Устройство для диагностики оборудования, содержащее снабженный датчиком температуры, пассивным низкочастотным фильтром, усилителем заряда и нормирующим усилителем первичный преобразователь вибрации, последовательно соединенный с вторичным преобразователем, содержащим первый буферный каскад, соединенный с первым преобразователем постоянного напряжения в ток, пропорциональный фильтр, последовательно соединенный со вторым буферным каскадом, и узкополосный фильтр, отличающееся тем, что второй буферный каскад параллельно соединен с фильтром верхних частот и с полосовым фильтром, а узкополосный фильтр последовательно соединен со вторым пиковым детектором и детектором средних значений.1. A device for equipment diagnostics, comprising a primary vibration transducer equipped with a temperature sensor, a passive low-pass filter, a charge amplifier and a normalizing amplifier, connected in series with a secondary converter containing a first buffer stage connected to a first DC-to-DC converter, a proportional filter connected in series with a second buffer cascade, and a narrow-band filter, characterized in that the second buffer cascade is connected in parallel the high pass filter and a bandpass filter, a notch filter is connected in series with a second peak detector and the average detector. 2. Устройство для диагностики оборудования по п. 1, отличающееся тем, что первичный преобразователь вибрации содержит вибрационный чувствительный элемент, последовательно соединенный с пассивным низкочастотным фильтром, усилителем заряда и нормирующим усилителем, к выходу которого подключены параллельно соединенные преобразователь переменного напряжения в ток и выходной каскад.2. A device for diagnosing equipment according to claim 1, characterized in that the primary vibration transducer comprises a vibration sensitive element connected in series with a passive low-pass filter, a charge amplifier and a normalizing amplifier, to the output of which are connected in parallel an AC-to-current converter and an output stage . 3. Устройство для диагностики оборудования по п. 1, отличающееся тем, что фильтр верхних частот последовательно соединен с первым пиковым детектором и вторым преобразователем постоянного напряжения в ток.3. A device for diagnosing equipment according to claim 1, characterized in that the high-pass filter is connected in series with the first peak detector and the second DC-to-DC converter. 4. Устройство для диагностики оборудования по п. 1, отличающееся тем, что полосовой фильтр последовательно соединен с интегратором, детектором среднеквадратичного значения и третьим преобразователем постоянного напряжения в ток.4. A device for diagnosing equipment according to claim 1, characterized in that the band-pass filter is connected in series with an integrator, a rms detector and a third DC-to-DC converter. 5. Устройство для диагностики оборудования по п. 1, отличающееся тем, что второй пиковый детектор последовательно соединен с первым логарифматором и первым буферным усредняющим каскадом.5. A device for diagnosing equipment according to claim 1, characterized in that the second peak detector is connected in series with the first logarithm and the first buffer averaging cascade. 6. Устройство для диагностики оборудования по п. 1, отличающееся тем, что детектор средних значений последовательно соединен со вторым логарифматором и вторым буферным усредняющим каскадом.6. A device for diagnosing equipment according to claim 1, characterized in that the average value detector is connected in series with the second logarithm and the second buffer averaging cascade. 7. Устройство для диагностики оборудования по п. 1, отличающееся тем, что на одной торцевой поверхности первичного преобразователя вибрации выполнена резьбовая шпилька, а на противоположной торцевой поверхности установлен четырехштыревой цилиндрический разъем для соединения со вторичным преобразователем.7. A device for diagnosing equipment according to claim 1, characterized in that a threaded pin is made on one end surface of the primary vibration transducer, and a four-pin cylindrical connector for connecting to the secondary transducer is installed on the opposite end surface. 8. Устройство для диагностики оборудования по п. 1, отличающееся тем, что вторичный преобразователь содержит встроенный барьер искрозащиты.8. A device for diagnosing equipment according to claim 1, characterized in that the secondary converter contains a built-in spark protection barrier.
RU2017110438A 2017-03-28 2017-03-28 Device for equipment diagnostics (measuring channel) RU2654996C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110438A RU2654996C1 (en) 2017-03-28 2017-03-28 Device for equipment diagnostics (measuring channel)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110438A RU2654996C1 (en) 2017-03-28 2017-03-28 Device for equipment diagnostics (measuring channel)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2654996C1 true RU2654996C1 (en) 2018-05-23

Family

ID=62202355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017110438A RU2654996C1 (en) 2017-03-28 2017-03-28 Device for equipment diagnostics (measuring channel)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2654996C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU189050U1 (en) * 2018-12-11 2019-05-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" BUILT-IN DEVICE OF FUNCTIONAL DIAGNOSTICS OF VIBRATER AND BLOCKS OF SIGNAL TREATMENT
RU2758482C1 (en) * 2020-10-01 2021-10-28 Владимир Семенович Потапенко Receiving and converting module of the multichannel complex of equipment diagnostics

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU530393A1 (en) * 1974-09-27 1976-09-30 Предприятие П/Я Р-6794 Rotor of a pole-mounted electric machine
SU1791728A1 (en) * 1990-04-27 1993-01-30 Proizv Ob Vsesoyuznyj Nii Metr Method of testing of vibration converter
SU1402052A1 (en) * 1986-07-14 1993-11-30 Yu V Kartashev Method and device for loading structures for strength test
RU2012846C1 (en) * 1991-03-05 1994-05-15 Самарский государственный технический университет Parameter recorder for process unit electric drive
RU2376564C1 (en) * 2008-04-28 2009-12-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Диамех 2000" Vibration control device (versions)
RU96427U1 (en) * 2010-05-18 2010-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "ТМК Инновация" ROTOR UNIT MONITORING SYSTEM
RU105026U1 (en) * 2011-01-26 2011-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Интегро-Инжиниринг" VIBRATION PARAMETERS MONITORING SYSTEM
CA2904466A1 (en) * 2014-10-01 2016-04-01 George V. Zusman Piezoelectric vibration sensor for fluid leak detection
US20160097674A1 (en) * 2014-10-01 2016-04-07 Vicont, Inc. Piezoelectric vibration sensor for monitoring machinery

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU530393A1 (en) * 1974-09-27 1976-09-30 Предприятие П/Я Р-6794 Rotor of a pole-mounted electric machine
SU1402052A1 (en) * 1986-07-14 1993-11-30 Yu V Kartashev Method and device for loading structures for strength test
SU1791728A1 (en) * 1990-04-27 1993-01-30 Proizv Ob Vsesoyuznyj Nii Metr Method of testing of vibration converter
RU2012846C1 (en) * 1991-03-05 1994-05-15 Самарский государственный технический университет Parameter recorder for process unit electric drive
RU2376564C1 (en) * 2008-04-28 2009-12-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Диамех 2000" Vibration control device (versions)
RU96427U1 (en) * 2010-05-18 2010-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "ТМК Инновация" ROTOR UNIT MONITORING SYSTEM
RU105026U1 (en) * 2011-01-26 2011-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Интегро-Инжиниринг" VIBRATION PARAMETERS MONITORING SYSTEM
CA2904466A1 (en) * 2014-10-01 2016-04-01 George V. Zusman Piezoelectric vibration sensor for fluid leak detection
US20160097674A1 (en) * 2014-10-01 2016-04-07 Vicont, Inc. Piezoelectric vibration sensor for monitoring machinery

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G. Zusman. Universal Single Sensor for Machinery Condition Monitoring: Vibration, Bearing Health and Temperature // 19th World Conference on Non-Destructive Testing (WCNDT 2016), 13-17.06.2016, стр. 1137-1141. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU189050U1 (en) * 2018-12-11 2019-05-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" BUILT-IN DEVICE OF FUNCTIONAL DIAGNOSTICS OF VIBRATER AND BLOCKS OF SIGNAL TREATMENT
RU2758482C1 (en) * 2020-10-01 2021-10-28 Владимир Семенович Потапенко Receiving and converting module of the multichannel complex of equipment diagnostics

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9435684B2 (en) Integrated vibration measurement and analysis system
JP4519463B2 (en) Diagnosis of piezoelectric sensors
RU2654996C1 (en) Device for equipment diagnostics (measuring channel)
RU2686522C2 (en) Method for real-time monitoring of operating conditions of capacitive sensor
US6679119B2 (en) Multi-function stress wave sensor
JP2011521225A (en) Full function test for in-situ testing of sensors and amplifiers
KR101949622B1 (en) Method for operating a machine plant having a shaft train
CN113325242A (en) Is suitable for in-situ actual measurement of piezoelectric ceramics d under different conditions33Temperature-controlled excitation system and method
US4856098A (en) Inductance sensor and circuit arrangement for the detection of vehicle attitude
RU130705U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ABSOLUTE VIBRATIONS
RU2492441C2 (en) Device for measuring vibration
CN205175686U (en) Measure device of 4 wheel driven transfer case motor assembly noise
CN106768282B (en) On-site calibration system for magneto-electric sensor
Shrestha et al. Digital ultrasonic sensing device with programmable frequency: Development and analysis
EP3719464A1 (en) Reduced error sensor fault detection
US5136241A (en) Device for sensing unwanted electric and magnetic fields in a remote sensor electrical lead
US20040035215A1 (en) Load monitoring systems and methods
KR101225614B1 (en) Non-contact eddy cur rent displacement probes with vibration absorber
RU152833U1 (en) Piezoelectric Transducer Performance Monitoring Device
CN211178728U (en) Signal conditioning device, signal sensing and conditioning device and vibration testing system
RU2382368C1 (en) Device for measurement of vibration (versions)
Zusman et al. New effects of one-point mechanical metal-to-metal contact allowing the measurement of high-frequency vibration using handheld probes and heavy vibration sensors
Lucas et al. Study of a three phase induction motor load estimation system by low-cost piezoelectric sensor
RU14672U1 (en) DEVICE FOR HARMONIZING A PIEZOELECTRIC VIBRATION SENSOR
SU1462214A1 (en) Device for checking change of air clearance of synchronous electric machine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200329