RU2658577C2 - Vibration monitoring method and device (embodiments) - Google Patents
Vibration monitoring method and device (embodiments) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658577C2 RU2658577C2 RU2016136190A RU2016136190A RU2658577C2 RU 2658577 C2 RU2658577 C2 RU 2658577C2 RU 2016136190 A RU2016136190 A RU 2016136190A RU 2016136190 A RU2016136190 A RU 2016136190A RU 2658577 C2 RU2658577 C2 RU 2658577C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- outputs
- unit
- elements
- output
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Предполагаемое изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению параметров механических колебаний в широкой полосе частот. Изобретение может быть использовано для измерения волновых параметров механических колебаний различных объектов в строительстве, машиностроении, акустике и т.п.The alleged invention relates to the field of measurement technology, in particular to measuring the parameters of mechanical vibrations in a wide frequency band. The invention can be used to measure the wave parameters of mechanical vibrations of various objects in construction, engineering, acoustics, etc.
Уровень техникиState of the art
Известно, что для измерения параметров механических колебаний в настоящее время существуют различные способы преобразования определяемого параметра в измеряемый электрический сигнал. Чаще других для измерения механических колебаний используются однокомпонентные (с одним чувствительным элементом) пьезоэлектрические датчики, измеряющие проекцию вектора колебательного ускорения на измерительную ось датчика. Для того чтобы измерить величину и направление вектора колебательного ускорения, используют 2 или 3 чувствительных элемента, вектора чувствительности которых не являются коллинеарными, объединенных в одном корпусе. Два чувствительных элемента позволяют определить направление вектора колебательного ускорения в плоскости, а три чувствительных элемента в трех ортогональных направлениях позволяют определить величину и направление вектора в пространстве.It is known that currently for measuring the parameters of mechanical vibrations, there are various ways of converting the determined parameter into a measured electrical signal. Most often, for the measurement of mechanical vibrations, one-component (with one sensitive element) piezoelectric sensors are used, which measure the projection of the vibrational acceleration vector on the measuring axis of the sensor. In order to measure the magnitude and direction of the vibrational acceleration vector, use 2 or 3 sensing elements, the sensitivity vectors of which are not collinear, combined in one housing. Two sensing elements allow you to determine the direction of the vector of vibrational acceleration in the plane, and three sensing elements in three orthogonal directions allow you to determine the magnitude and direction of the vector in space.
Для ответственных измерений получили распространение трехкомпонентные вибропреобразователи, представляющие собой конструкцию из трех ортогонально ориентированных однокомпонентных датчиков в общем корпусе. При таком инженерном решении чувствительные элементы датчиков, в пространстве, по физическим и электрическим свойствам характеризуются векторными параметрами чувствительности и измеряемые ими компоненты вектора могут иметь фазовые рассогласования относительно измеряемых параметров, которые, как правило, весьма малы и не сказываются на результатах измерений, за исключением очень высоких частот, когда длинна волны колебательного процесса становится соизмеримой с расстоянием между центральными точками инерционных масс. Помимо вносимых фазовых рассогласований пьезоэлектрические кристаллы однокомпонентных датчиков имеют свою матрицу тензорного преобразования, связанную как с технологическими и конструктивными причинами, так и со свойствами пьезоэлектрического материала,, придающую каждому датчику параметры поперечной чувствительности.For critical measurements, three-component vibration transducers, which are a structure of three orthogonally oriented one-component sensors in a common housing, have spread. With this engineering solution, the sensitive elements of the sensors, in space, are characterized by vector sensitivity parameters in terms of physical and electrical properties, and the components of the vector measured by them may have phase mismatches with respect to the measured parameters, which, as a rule, are very small and do not affect the measurement results, except for very high frequencies, when the wavelength of the oscillatory process becomes comparable with the distance between the center points of the inertial masses. In addition to the introduced phase mismatches, the piezoelectric crystals of one-component sensors have their own tensor transformation matrix associated with both technological and structural reasons, as well as with the properties of the piezoelectric material, which gives each sensor transverse sensitivity parameters.
Известны также решения, описанные ниже, с единой инерционной массой и с одним или несколькими пьезоэлектрическими элементами. Во всех случаях такие многокомпонентные акселерометры имеют по каждой из осей поперечную чувствительность, снижающую точность измерения по всем осям. Влияние поперечной чувствительности типично как для простых пьезоэлектрических акселерометров, так и для акселерометров с встроенной электроникой.Also known are the solutions described below, with a single inertial mass and with one or more piezoelectric elements. In all cases, such multicomponent accelerometers have transverse sensitivity along each axis, which reduces the measurement accuracy along all axes. The effect of lateral sensitivity is typical of both simple piezoelectric accelerometers and accelerometers with integrated electronics.
На точность измерения составляющих вибрации с применением трехкомпонентного датчика, состоящего из трех однокомпонентных датчиков и на трехкомпонентные датчики с общими инерционными элементами, также влияет точность изготовления датчиков в общем корпусе.The accuracy of the measurement of vibration components using a three-component sensor, consisting of three one-component sensors and three-component sensors with common inertial elements, is also affected by the accuracy of the manufacture of sensors in a common housing.
Известен патент на трехкомпонентный виброакселерометр с одним чувствительным элементом. В этом устройстве одна измерительная компонента (Z) из трех ортогональных, определяется путем физического преобразования «растяжения -сжатия», а две другие (X и Y) путем преобразования «сдвига» в чувствительном элементе [Патент №2229136 RU, G01P 15/09 приор. 29.11.2002, опубл. 20.05.2004 Трехкомпонентный пьезоэлектрический виброакселерометр с одним чувствительным элементом].A patent is known for a three-component vibration accelerometer with one sensing element. In this device, one measuring component (Z) of the three orthogonal, is determined by the physical transformation of "tension-compression", and the other two (X and Y) by converting the "shear" in the sensing element [Patent No. 2229136 RU,
Недостатком этого решения является высокая поперечная чувствительность при измерениях, снижающая точность контроля вибрации.The disadvantage of this solution is the high lateral sensitivity during measurements, which reduces the accuracy of vibration control.
Известен способ измерения вектора механических колебаний и реализующее его устройство, которое содержит три чувствительных элемента в виде пьезоэлектрических или биморфных пластин, жестко закрепленных на общем корпусе, который выполнен в форме трехгранной пирамиды с тремя ортогональными плоскостями. С помощью трех чувствительных элементов, расположенных близко к измерительной точке, вектор колебательного ускорения раскладывается на три компоненты, измерение которых позволяет получить значение и направление измеряемого вектора [Патент №2383025 RU, G01P 15/09, приор. 15.10.2008, опубл. 27.02. 2010, Трехкомпонентный датчик механических колебаний].A known method of measuring the vector of mechanical vibrations and a device that implements it, which contains three sensing elements in the form of piezoelectric or bimorph plates, rigidly mounted on a common housing, which is made in the form of a trihedral pyramid with three orthogonal planes. Using three sensing elements located close to the measuring point, the vibrational acceleration vector is decomposed into three components, the measurement of which allows to obtain the value and direction of the measured vector [Patent No. 2383025 RU,
Недостатком этого решения является высокая поперечная чувствительность при измерениях, снижающая точность контроля вибрации.The disadvantage of this solution is the high lateral sensitivity during measurements, which reduces the accuracy of vibration control.
Известен способ определения вектора механических колебаний в широкой полосе частот, включающий процесс синхронного измерения трех компонентов вектора механических колебаний с помощью чувствительных элементов, расположенных на гранях корпуса 3D-приемника, образующих трехгранную пирамиду, механическое колебание из приемной точки через изотропный корпус 3D-приемника поступает синхронно на чувствительные элементы, расположенные на корпусе приемника симметрично и равноудаленно относительно измерительной точки объекта мониторинга, на которых происходит преобразование измеряемых колебаний через однотипные процессы преобразования «растяжения - сжатия» в направлении измерительных осей, пересекающихся в измерительной точке, в сигналы, пропорциональные трем компонентам вектора механических колебаний, разложенных в направлении измерительных осей, совмещенных в измерительной точке пространственно, физически и электрически, что позволяет измерять величину и реконструировать в пространстве направление вектора механических колебаний [Патент RU 2530479, G01P 15/09, приор. 20.05.2010, опубл. 10.10.2014 Способ и 3d-приемник измерения вектора механических колебаний].A known method for determining the vector of mechanical vibrations in a wide frequency band, including the process of synchronously measuring the three components of the vector of mechanical vibrations with the help of sensitive elements located on the faces of the body of the 3D receiver, forming a trihedral pyramid, mechanical vibration from the receiving point through the isotropic body of the 3D receiver is received synchronously to sensitive elements located on the receiver case symmetrically and equidistant from the measuring point of the monitoring object, to The conversion of the measured oscillations through the same type of transformation processes “stretching - compression” in the direction of the measuring axes intersecting at the measuring point into signals proportional to the three components of the vector of mechanical vibrations arranged in the direction of the measuring axes, spatially, physically and electrically aligned at the measuring point, which allows you to measure the value and reconstruct in space the direction of the vector of mechanical vibrations [Patent RU 2530479,
Недостатком этого решения является ограниченность функциональных возможностей и наличие поперечной чувствительности в каждом из каналов измерения.The disadvantage of this solution is the limited functionality and the presence of lateral sensitivity in each of the measurement channels.
Известен способ контроля вибрации многокомпонентным датчиком, выходные сигналы которого пропускают через согласующие усилители и полученный вектор сигналов умножают на матрицу корректирующих коэффициентов, элементы которой равны элементам матрицы обратной матрице коэффициентов чувствительности многокомпонентного датчика, получаемый вектор используют для вычисления ортогональных составляющих вибрации, а результаты измерения выводят на устройство отображения [Авторское свидетельство СССР №1257411, опубл. БИ №34, 1981 г., G01H 9/00, Анализатор вибраций].A known method of controlling vibration with a multicomponent sensor, the output signals of which are passed through matching amplifiers and the resulting signal vector is multiplied by a matrix of correction factors, the elements of which are equal to the matrix elements of the inverse matrix of sensitivity coefficients of the multicomponent sensor, the resulting vector is used to calculate the orthogonal components of the vibration, and the measurement results are output to display device [USSR Author's Certificate No. 1257411, publ. BI No. 34, 1981,
Данный способ имеет ограниченные функциональные возможности. Этот способ и реализующее его устройство позволяют устранить влияние поперечной чувствительности многокомпонентного датчика и взаимные наводки в каналах измерения, но не обеспечивают возможность достоверного контроля состояния оборудования, на котором установлен датчик, так как получаемые сигналы образуют независимые (ортогональны) составляющие.This method has limited functionality. This method and its implementing device make it possible to eliminate the influence of the transverse sensitivity of the multicomponent sensor and mutual interference in the measurement channels, but do not provide the possibility of reliable monitoring of the state of the equipment on which the sensor is installed, since the received signals form independent (orthogonal) components.
Известен способ контроля вибрации многокомпонентным датчиком, выходные сигналы которого пропускают через согласующие усилители и полученный вектор сигналов умножают на матрицу корректирующих коэффициентов, элементы которой равны элементам матрицы обратной матрице коэффициентов чувствительности многокомпонентного датчика, получаемый вектор используют для вычисления ортогональных составляющих вибрации, а результаты измерения выводят на устройство отображения [Авторское свидетельство СССР №1341499, опубл. БИ №36, 1987 г., G01H 9/00. Устройство для измерения пространственной вибрации].A known method of controlling vibration with a multicomponent sensor, the output signals of which are passed through matching amplifiers and the resulting signal vector is multiplied by a matrix of correction factors, the elements of which are equal to the matrix elements of the inverse matrix of sensitivity coefficients of the multicomponent sensor, the resulting vector is used to calculate the orthogonal components of the vibration, and the measurement results are output to display device [USSR Author's Certificate No. 1341499, publ. BI No. 36, 1987,
Данный способ имеет ограниченные функциональные возможности. Этот способ и реализующее его устройство позволяют устранить влияние поперечной чувствительности многокомпонентного датчика и взаимные наводки в каналах измерения, но не обеспечивают возможность достоверного контроля состояния оборудования на котором установлен датчик, так как получаемые сигналы образуют независимые (ортогональны) составляющие.This method has limited functionality. This method and its implementing device make it possible to eliminate the influence of the transverse sensitivity of the multicomponent sensor and mutual interference in the measurement channels, but they do not provide the possibility of reliable monitoring of the state of the equipment on which the sensor is installed, since the received signals form independent (orthogonal) components.
Известен способ контроля вибрации многокомпонентным датчиком, выходные сигналы которого пропускают через согласующие усилители и полученный вектор сигналов умножают на матрицу корректирующих коэффициентов, элементы которой равны элементам матрицы обратной матрице коэффициентов чувствительности многокомпонентного датчика, получаемый вектор используют для вычисления ортогональных составляющих вибрации, а результаты измерения выводят на устройство отображения [Патент РФ №2399890 по заявке №2009122261, приор, от 11.06.2009 г., решение о выдаче патента от 11.05.2010, опубл. БИ №6, 20.09.2010, Многоканальное устройство анализа пространственных векторных величин (варианты)]. Данный способ имеет ограниченные функциональные возможности. Этот способ и реализующее его устройство позволяют устранить влияние поперечной чувствительности многокомпонентного датчика и взаимные наводки в каналах измерения, но не обеспечивают возможность достоверного контроля состояния оборудования на котором установлен датчик, так как получаемые сигналы образуют независимые (ортогональны) составляющие. Это техническое решение имеет ограниченные функциональные возможности.A known method of controlling vibration with a multicomponent sensor, the output signals of which are passed through matching amplifiers and the resulting signal vector is multiplied by a matrix of correction factors, the elements of which are equal to the matrix elements of the inverse matrix of sensitivity coefficients of the multicomponent sensor, the resulting vector is used to calculate the orthogonal components of the vibration, and the measurement results are output to display device [RF Patent No. 2399890 for application No. 2009122261, prior, dated June 11, 2009, decision to issue awning on 11.05.2010, publ. BI No. 6, 09/20/2010, Multichannel device for the analysis of spatial vector quantities (options)]. This method has limited functionality. This method and its implementing device make it possible to eliminate the influence of the transverse sensitivity of the multicomponent sensor and mutual interference in the measurement channels, but they do not provide the possibility of reliable monitoring of the state of the equipment on which the sensor is installed, since the received signals form independent (orthogonal) components. This technical solution has limited functionality.
Известно техническое решение [Патент США 6038924, НПК 73/514.34, МПК: G01P 15/09, приор. 22.12.1997, опубл. 21.03.2000 г.], в котором выходы трехкомпонентного датчика соединены с входами согласующих усилителей, выходы которых соединены с входами блока коррекции, который формирует из вектора входных сигналов вектор выходных сигналов, каждый из которых представляет собой сумму входных с соответствующими весовыми коэффициентами, причем блок коррекции может быть реализован как на аналоговых элементах, так и в виде цифрового вычислителя с аналого-цифровыми преобразователями на каждом из его входов (фиг. 3, 7 и 8).A technical solution is known [US Patent 6038924, NPK 73 / 514.34, IPC:
Недостатком данного решения является ограниченность функциональных возможностей и относительно низкая достоверность функционирования при контроле уровня вибрации.The disadvantage of this solution is the limited functionality and relatively low reliability of operation when controlling the level of vibration.
Известено техническое решение, касающееся контроля вибрации, выбранное в качестве прототипа, с многокомпонентным датчиком, выходные сигналы которого пропускают через согласующие усилители и полученный вектор сигналов умножают на матрицу корректирующих коэффициентов, элементы которой равны элементам матрицы обратной матрице коэффициентов чувствительности многокомпонентного датчика, получаемый вектор используют для вычисления ортогональных составляющих вибрации, а результаты измерения выводят на устройство отображения [Авторское свидетельство СССР №1330475, БИ №30, 1986 г., G01H 11/06. Устройство для измерения трехмерной вибрации]. Данный способ имеет ограниченные функциональные возможности. Этот способ и реализующее его устройство позволяют устранить влияние поперечной чувствительности многокомпонентного датчика и взаимные наводки в каналах измерения, но не обеспечивают возможность контроля состояния оборудования, на котором установлен датчик, с высокой достоверностью, так как получаемые сигналы образуют независимые (ортогональны) составляющие.A technical solution is known for vibration control, selected as a prototype, with a multicomponent sensor, the output signals of which are passed through matching amplifiers and the resulting signal vector is multiplied by a matrix of correction factors, the elements of which are equal to the matrix elements of the inverse matrix of sensitivity coefficients of the multicomponent sensor, the resulting vector is used to computing the orthogonal components of vibration, and the measurement results are output to a display device [Authors certificate of the USSR №1330475,
Единство изобретательского замыслаThe unity of inventive design
Предлагаемые решения объединены общим замыслом, состоящим в том, что кроме получения ортогональных составляющих, независимых и ортогональных между собой, используемых для точной оценки вибрации, например, для решения задач диагностики вибрационного состояния, для всех сигналов датчика образующих вектор в неортогональном базисе из-за наличия поперечной чувствительности, умножением на матрицу дополнительных корректирующих коэффициентов, также получают идентичные n сигналов, где n - число компонент контролируемых датчиком, которые используют для контроля исправности каналов измерения и для резервированной противоаварийной защиты. Другими словами, наличие поперечной чувствительности у применяемого многокомпонентного датчика из недостатка, снижающего точность измерений и устраняемого, как и в прототипе, умножением на матрицу корректирующих коэффициентов, превращается в преимущество, обеспечивая возможность резервированного контроля и противоаварийной защиты.The proposed solutions are united by the general idea that, in addition to obtaining orthogonal components that are independent and orthogonal to each other, used to accurately assess vibration, for example, to solve problems of diagnosing a vibrational state, for all sensor signals forming a vector in a non-orthogonal basis due to the presence of transverse sensitivity, multiplying by the matrix of additional correction factors, also receive identical n signals, where n is the number of components controlled by the sensor, which are used zuyut to control the proper measurement channels for redundant emergency protection. In other words, the presence of lateral sensitivity of the applied multicomponent sensor from the disadvantage of reducing the accuracy of measurements and eliminated, as in the prototype, by multiplying the matrix of correction factors, turns into an advantage, providing the possibility of redundant monitoring and emergency protection.
Таким образом, целью предполагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение достоверности функционирования.Thus, the aim of the proposed invention is to expand the functionality and increase the reliability of the operation.
Для вектора вибрации А мы получим вектор кода В в соответствии с выражением:For the vibration vector A, we get the code vector B in accordance with the expression:
для плоскости, а для случая трехмерного пространства:for the plane, and for the case of three-dimensional space:
Для получения точных значений ортогональных составляющих вибрации с подавлением влияния поперечных чувствительностей, которые связанны как с конструктивными свойствами, так и со свойствами используемых пьезоэлектрических элементов, вектор В можно умножить на матрицу корректирующих коэффициентов С, что позволяет получить вектор V ортогональных составляющих вибрации, если матрица корректирующих коэффициентов является обратной к матрице коэффициентов чувствительности:To obtain accurate values of the orthogonal components of the vibration with the suppression of the influence of transverse sensitivities, which are associated with both the structural properties and the properties of the used piezoelectric elements, the vector B can be multiplied by the matrix of correction factors C, which allows you to get a vector V of the orthogonal components of the vibration, if the matrix of corrective coefficients is inverse to the matrix of sensitivity coefficients:
где Е - единичная матрицаwhere E is the identity matrix
для измерений с двухкомпонентным датчиком иfor measurements with a two-component sensor and
при измерениях с трехкомпонентным датчиком.when measuring with a three-component sensor.
Для реализации противоаварийной защиты с возможным контролем и резервированием вектор В аналоговых сигналов или цифровых данных умножаем на матрицу коэффициентов К ориентированных на защиту и удовлетворяющих условию:To implement emergency protection with possible control and redundancy, we multiply the vector B of analog signals or digital data by the matrix of coefficients K oriented towards protection and satisfying the condition:
для случая двухкомпонентного датчика и измерения в плоскости, илиfor the case of a two-component sensor and measurement in the plane, or
для случая измерения в трехмерном пространстве.for the case of measurement in three-dimensional space.
Данные условия являются матричными уравнениями и для них нетрудно получить единственное решение:These conditions are matrix equations and it is easy to obtain a unique solution for them:
для двухкомпонентных измерений и:for two-component measurements and:
при использовании трехкомпонентного датчика и измерении пространственной вибрации, где:when using a three-component sensor and measuring spatial vibration, where:
для случая трехкомпонентных измерений.for the case of three-component measurements.
Корректирующие коэффициенты в столбцах матриц совпадают т.е.:Correction coefficients in the columns of the matrices coincide i.e.:
kxx = kyx = k1 kxy =kyy=k2 для случая двухкомпонентных измерений иk xx = k yx = k1 k xy = k yy = k2 for the case of two-component measurements and
илиor
для двух координат иfor two coordinates and
- трехмерный случай.- three-dimensional case.
Для пространственного измерения трехкомпонентными датчиками.For spatial measurement with three-component sensors.
Применение такой матрицы корректирующих коэффициентов обеспечивает получение вектора V измеренных сигналов в виде:The use of such a matrix of correction factors provides the vector V of the measured signals in the form of:
для измерения двухкомпонентным датчиком иfor measurement by a two-component sensor and
Получаемые по трем каналам идентичные суммы мгновенных значений трех ортогональных составляющих вектора вибрации (вектор сумм сигналов) можно использовать для оценки суммарного уровня вибрации по среднему квадратичному значению (СКЗ), пиковому значению или размаху.The identical sums of the instantaneous values of the three orthogonal components of the vibration vector (signal sum vector) obtained through three channels can be used to estimate the total vibration level by the mean square value (RMS), peak value, or range.
для СКЗ и учитывая, что произведения ортогональных составляющих стремятся при усреднении к нулевому значению.for SKZ and taking into account that the products of orthogonal components tend, when averaging, to a zero value.
Если полученные по всем каналам составляющие отличаются больше, чем на величину допустимой погрешности можно фиксировать наличие неисправного канала измерений. При трехканальном исполнении соответствующем использованию трехкомпонентного датчика наличие трех идентичных каналов позволяет реализовать мажоритарное голосование в виде функции «два из трех», т.е. обеспечить резервирование и противоаварийную защиту, даже если один из каналов формирует недостоверные данные.If the components obtained on all channels differ more than by the value of the permissible error, it is possible to fix the presence of a faulty measurement channel. In the case of three-channel performance, corresponding to the use of a three-component sensor, the presence of three identical channels allows for a majority vote in the form of a “two out of three” function, i.e. provide redundancy and emergency protection, even if one of the channels generates false data.
Отметим, что расширение функциональных возможностей и резервирование не требуют при использовании предлагаемого способа увеличения количества датчиков, входных согласующих усилителей и т.д.Note that the expansion of functionality and redundancy do not require using the proposed method to increase the number of sensors, input matching amplifiers, etc.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля вибрации многокомпонентным датчиком, выходные сигналы которого пропускают через согласующие усилители и получают на их выходах вектор сигналов, который умножают на матрицу корректирующих коэффициентов, элементы которой равны элементам матрицы, обратной матрице коэффициентов чувствительности многокомпонентного датчика, получаемый вектор используют для измерения ортогональных составляющих вибрации, а результаты измерения выводят на блок регистрации, полученный на выходе согласующих усилителей вектор сигналов дополнительно умножают на матрице дополнительных корректирующих элементов, элементы которой выбраны таким образом, что произведение матрицы дополнительных корректирующих элементов на матрицу коэффициентов чувствительности многокомпонентного датчика образует матрицу, все элементы которой равны единицам и полученный дополнительный вектор сигналов, все элементы которого идентичны сумме мгновенных значений ортогональных составляющих преобразуют в оценки уровня, которые сравнивают с заданным порогом противоаварийной защиты и сигнал результата сравнения используют как сигнал защиты.This goal is achieved by the fact that in the method of controlling vibration with a multicomponent sensor, the output signals of which are passed through matching amplifiers and receive at their outputs a vector of signals that are multiplied by a matrix of correction factors, the elements of which are equal to the matrix elements, the inverse matrix of the sensitivity coefficients of the multicomponent sensor, the resulting vector used to measure the orthogonal components of vibration, and the measurement results are displayed on the registration unit obtained at the output of of amplifying amplifiers, the signal vector is additionally multiplied by a matrix of additional correction elements, the elements of which are selected in such a way that the product of the matrix of additional correction elements and the matrix of sensitivity coefficients of a multicomponent sensor forms a matrix, all elements of which are equal to units, and the obtained additional vector of signals, all elements of which are identical to the sum the values of the orthogonal components are converted into level estimates, which are compared with a given pore The emergency protection signal and the comparison result signal are used as the protection signal.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, содержащем многокомпонентный датчик, выходы которого соединены с входами соответствующих согласующих усилителей, выходы которых соединены с входами блока коррекции, выходы которого соединены с входами блока измерения параметров вибрации, выход которого соединен с входом блока регистрации, дополнительные выходы вектора сумм сигналов блока коррекции соединены с входами блока противоаварийной защиты, выход которого является выходом сигнала защиты.Another difference of the vibration control device is that in this device containing a multicomponent sensor, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding matching amplifiers, the outputs of which are connected to the inputs of the correction unit, the outputs of which are connected to the inputs of the vibration parameter measuring unit, the output of which is connected to the input the registration unit, the additional outputs of the vector of the sums of signals of the correction unit are connected to the inputs of the emergency protection unit, the output of which is the output of the protection signal.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве блок коррекции содержит усилители с программируемым усилением, вход каждого из которых является входом блока коррекции, а выход соединен с входом соответствующего фильтра нижних частот, выходы которых соединены с входами соответствующих аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены с входами вычислительного узла, выходы которого являются выходами блока коррекции, дополнительные выходы вектора сумм сигналов которого являются дополнительными выходами вектора сумм сигналов вычислительного узла.Another difference of the vibration control device is that in this device the correction unit contains programmable amplifiers, the input of each of which is the input of the correction unit, and the output is connected to the input of the corresponding low-pass filter, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding analog-to-digital converters the outputs of which are connected to the inputs of the computing node, the outputs of which are the outputs of the correction unit, the additional outputs of the vector of the sums of the signals of which are additional the outputs of the vector of the sums of the signals of the computing node.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, блок коррекции содержит усилители с дифференциальным выходом, вход каждого из которых является входом блока коррекции, а выходы усилителей с дифференциальным выходом подключены к неподвижным контактам соответствующих 2n потенциометров, где n число компонент многокомпонентного датчика, а также содержит 2n сумматоров, каждый из которых содержит по n входов, которые соединены с подвижным контактом соответствующего потенциометра, которые соединены с разными усилителями с дифференциальными выходами, выходы n первых сумматоров являются выходами блока коррекции, дополнительные выходы вектора сумм сигналов которого являются выходами остальных сумматоров.Another difference of the vibration control device is that in this device, the correction unit contains amplifiers with a differential output, the input of each of which is the input of the correction unit, and the outputs of amplifiers with a differential output are connected to the fixed contacts of the corresponding 2n potentiometers, where n is the number of multicomponent components sensor, and also contains 2n adders, each of which contains n inputs that are connected to the movable contact of the corresponding potentiometer, which are connected to different devices tels with differential outputs, the outputs of the n first adders are outputs of the correction unit, the additional outputs of the vector of the sums of the signals of which are the outputs of the remaining adders.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, блок противоаварийной защиты содержит узел измерения уровня, входы которого являются входами блока противоаварийной защиты, а выход узла измерения уровня соединен с входом узла логики защиты, выход которого является выходом блока противоаварийной защиты.Another difference of the vibration control device is that in this device, the emergency protection unit contains a level measuring unit, the inputs of which are inputs of the emergency protection unit, and the output of the level measuring unit is connected to the input of the protection logic unit, the output of which is the output of the emergency protection unit.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, блок измерения параметров вибрации содержит узлы вычисления среднего квадратичного значения, входы которых являются входами блока измерения параметров вибрации, выходы узлов вычисления среднего квадратичного значения соединены через сглаживающие элементы с входами интерфейсного узла, выход которого является выходом блока измерения параметров вибрации.Another difference of the vibration control device is that, in this device, the vibration parameter measuring unit contains nodes for calculating the mean square value, the inputs of which are inputs of the unit for measuring vibration parameters, the outputs of the nodes for calculating the mean square value are connected through the smoothing elements to the inputs of the interface node, the output which is the output of the unit for measuring vibration parameters.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, блок измерения параметров вибрации содержит узлы вычисления пикового значения, входы которых являются входами блока измерения параметров вибрации, выходы узлов вычисления пикового значения соединены через элементы хранения уровня с входами интерфейсного узла, выход которого является выходом блока измерения параметров вибрации.Another difference of the vibration control device is that in this device, the vibration parameter measurement unit contains peak value calculation nodes, the inputs of which are inputs of the vibration parameter measurement block, the outputs of the peak value calculation nodes are connected through the level storage elements to the inputs of the interface node, the output of which is the output of the unit for measuring vibration parameters.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, блок измерения параметров вибрации содержит узлы вычисления значения размаха, входы которых являются входами блока измерения параметров вибрации, выходы узлов вычисления значения размаха соединены через элементы хранения уровня с входами интерфейсного узла, выход которого является выходом блока измерения параметров вибрации.Another difference of the vibration control device is that in this device, the vibration parameter measuring unit contains the amplitude value calculation units, the inputs of which are the inputs of the vibration parameter measurement unit, the outputs of the amplitude value calculation units are connected through the level storage elements to the inputs of the interface unit, the output of which is the output of the unit for measuring vibration parameters.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, узел измерения уровня содержит элементы вычисления среднего квадратичного значения, входы которых являются узла измерения уровня, выходы элементов вычисления среднего квадратичного значения соединены через сглаживающие элементы с выходами узла измерения уровня.Another difference of the vibration control device is that in this device, the level measuring unit contains the mean square value calculation elements, the inputs of which are the level measuring unit, the outputs of the mean square value calculation elements are connected through the smoothing elements to the outputs of the level measuring unit.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, узел измерения уровня содержит элементы вычисления пикового значения, входы которых являются входами узла измерения уровня, выходы элементов вычисления пикового значения соединены через элементы хранения уровня с выходами узла измерения уровня.Another difference of the vibration control device is that in this device, the level measurement unit contains peak value calculation elements, the inputs of which are inputs of the level measurement unit, the outputs of the peak value calculation elements are connected through the level storage elements to the outputs of the level measurement unit.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, узел измерения уровня содержит элементы вычисления размаха, входы которых являются входами узла измерения уровня, выходы элементов вычисления размаха соединены через элементы хранения уровня с выходами узла измерения уровня.Another difference of the vibration control device is that in this device, the level measuring unit contains the span calculation elements, the inputs of which are the inputs of the level measuring unit, the outputs of the span calculation elements are connected through the level storage elements to the outputs of the level measuring unit.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, узел логики защиты содержит элемент сравнения сигналов, входы которого являются входами узла логики защиты, выход которого является выходом элемента сравнения сигналов, входы которого соединены с элементами индикации.Another difference of the vibration control device is that in this device, the protection logic node contains a signal comparison element, the inputs of which are the inputs of the protection logic node, the output of which is the output of the signal comparison element, the inputs of which are connected to the indication elements.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, элемент сравнения сигналов выполнен в виде логического мажоритарного элемента.Another difference of the vibration control device is that in this device, the signal comparison element is made in the form of a logical majority element.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, элемент сравнения сигналов выполнен в виде элемента И.Another difference of the vibration control device is that in this device, the signal comparison element is made in the form of element I.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, элемент сравнения сигналов выполнен в виде элемента ИЛИ.Another difference of the vibration control device is that in this device, the signal comparison element is made in the form of an OR element.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, узел логики защиты содержит элемент сравнения сигналов, входы которого являются входами узла логики защиты, выход которого является выходом элемента сравнения сигналов, первый и второй входы которого соединены с первыми входами первого и второго элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», вторые входы которых соединены с третьим входом элемента сравнения сигналов, а выходы элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» соединены с элементами индикации.Another difference of the vibration control device is that in this device, the protection logic node contains a signal comparison element, the inputs of which are the inputs of the protection logic node, the output of which is the output of the signal comparison element, the first and second inputs of which are connected to the first inputs of the first and second “EXCLUSIVE OR” elements, the second inputs of which are connected to the third input of the signal comparison element, and the outputs of the “EXCLUSIVE OR” elements are connected to the display elements.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, элемент сравнения сигналов выполнен в виде логического мажоритарного элемента.Another difference of the vibration control device is that in this device, the signal comparison element is made in the form of a logical majority element.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, элемент сравнения сигналов выполнен в виде элемента И.Another difference of the vibration control device is that in this device, the signal comparison element is made in the form of element I.
Другое отличие устройства контроля вибрации состоит в том, что в этом устройстве, элемент сравнения сигналов выполнен в виде элемента ИЛИ.Another difference of the vibration control device is that in this device, the signal comparison element is made in the form of an OR element.
Другое отличие устройства контроля вибрации во втором варианте состоит в том, что в этом устройстве, содержащем многокомпонентный датчик, выходы которого соединены с входами соответствующих согласующих усилителей, выходы которых соединены с входами блока коррекции и измерения параметров вибрации, выход которого соединен с входом блока регистрации, дополнительные выходы вектора сумм сигналов блока коррекции и измерения параметров вибрации соединены с входами узла логики защиты, выход которого является выходом сигнала защиты.Another difference of the vibration control device in the second embodiment is that in this device containing a multicomponent sensor, the outputs of which are connected to the inputs of the respective matching amplifiers, the outputs of which are connected to the inputs of the vibration correction and measurement unit, the output of which is connected to the input of the recording unit, additional outputs of the vector of sums of signals of the correction unit and the measurement of vibration parameters are connected to the inputs of the protection logic node, the output of which is the output of the protection signal.
Другое отличие устройства контроля вибрации во втором варианте состоит в том, что в этом устройстве, блок коррекции и измерения параметров вибрации содержит усилители с программируемым усилением, вход каждого из которых является входом блока коррекции и измерения параметров вибрации, а выход соединен с входом соответствующего фильтра нижних частот, выходы которых соединены с входами соответствующих аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены с входами вычислительного узла, выходы которого являются выходами блока коррекции и измерения параметров вибрации, дополнительные выходы вектора сумм сигналов которого являются дополнительными выходами вектора сумм сигналов вычислительного узла.Another difference of the vibration control device in the second embodiment is that in this device, the block for correction and measurement of vibration parameters contains amplifiers with programmable amplification, the input of each of which is the input of the block for correction and measurement of vibration parameters, and the output is connected to the input of the corresponding lower filter frequencies, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding analog-to-digital converters, the outputs of which are connected to the inputs of the computing node, the outputs of which are the outputs of the block projections and vibration measurements of parameters further outputs a vector sum of signals which are complementary outputs of the vector sum computing node signals.
Другое отличие устройства контроля вибрации во втором варианте состоит в том, что в этом устройстве, узел логики защиты содержит элемент сравнения сигналов, входы которого являются входами узла логики защиты, выход которого является выходом элемента сравнения сигналов, первый и второй входы которого соединены с первыми входами первого и второго элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», вторые входы которых соединены с третьим входом элемента сравнения сигналов, а выходы элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» соединены с элементами индикации.Another difference of the vibration control device in the second embodiment is that in this device, the protection logic node contains a signal comparison element, the inputs of which are the inputs of the protection logic node, the output of which is the output of the signal comparison element, the first and second inputs of which are connected to the first inputs the first and second EXCLUSIVE OR elements, the second inputs of which are connected to the third input of the signal comparison element, and the outputs of the EXCLUSIVE OR elements are connected to the display elements.
Другое отличие устройства контроля вибрации во втором варианте состоит в том, что в этом устройстве, элемент сравнения сигналов выполнен в виде логического мажоритарного элемента.Another difference of the vibration control device in the second embodiment is that in this device, the signal comparison element is made in the form of a logical majority element.
Другое отличие устройства контроля вибрации во втором варианте состоит в том, что в этом устройстве, элемент сравнения сигналов выполнен в виде элемента И.Another difference of the vibration control device in the second embodiment is that in this device, the signal comparison element is made in the form of element I.
Другое отличие устройства контроля вибрации во втором варианте состоит в том, что в этом устройстве, элемент сравнения сигналов выполнен в виде элемента ИЛИ.Another difference of the vibration control device in the second embodiment is that in this device, the signal comparison element is made in the form of an OR element.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 показан пример структурной схемы первого варианта выполнения устройства контроля вибрации.In FIG. 1 shows an example of a structural diagram of a first embodiment of a vibration control device.
На фиг. 2 показан пример структурной схемы блока коррекции для аналогового выполнения операции умножения вектора входных сигналов на матрицу корректирующих коэффициентов и на матрицу дополнительных корректирующих элементов.In FIG. 2 shows an example of a block diagram of a correction unit for analogically performing the operation of multiplying the vector of input signals by a matrix of correction factors and a matrix of additional correction elements.
На фиг. 3 и 4 приведены примеры структурных схем блоков измерения параметров вибрации.In FIG. 3 and 4 are examples of structural diagrams of blocks for measuring vibration parameters.
На фиг. 5 и 6 приведены примеры структурных схем узлов измерения уровня вибрации.In FIG. 5 and 6 are examples of block diagrams of vibration level measuring units.
На рис. 7-10 приведены примеры структурных схем узлов логики защиты.In fig. 7-10 are examples of block diagrams of protection logic nodes.
На фиг. 11 показан пример структурной схемы второго варианта выполнения устройства контроля вибрации.In FIG. 11 shows an example of a structural diagram of a second embodiment of a vibration control device.
Подробное описаниеDetailed description
Способ контроля вибрации многокомпонентным датчиком 1, выходные сигналы которого пропускают через согласующие усилители 2 и получают на их выходах вектор сигналов В соответствующий выражениям (1) или (2), который умножают в блоке коррекции 3 на матрицу корректирующих коэффициентов С, элементы которой равны элементам матрицы S-1 обратной матрице коэффициентов чувствительности S многокомпонентного датчика 1, получаемый вектор сигналов V используют для измерения ортогональных составляющих вибрации αx, αу и αz, а результаты измерения блоком измерения 4 параметров этих составляющих ускорения выводят на блок регистрации 5. Полученный на выходе согласующих усилителей 2 вектор сигналов В в блоке коррекции 3 дополнительно умножают на матрице К дополнительных корректирующих элементов, удовлетворяющую условиям (6) или (7), т.е. элементы которой выбраны таким образом, что произведение матрицы К дополнительных корректирующих элементов на матрицу S коэффициентов чувствительности многокомпонентного датчика 1 образует матрицу, все элементы которой равны единицам и полученный дополнительный вектор W сумм сигналов, все элементы которого w1, w2 и w3 идентичны (равны с точностью в пределах погрешности измерения) суммам мгновенных значений ортогональных составляющих αх, αу и αz, преобразуют в оценки уровня вибрации в соответствии с выражениями (24), (25) и/или (26), которые сравнивают с заданным порогом противоаварийной защиты и сигнал результата сравнения используют как сигнал защиты. Если вектор W представлен цифровыми сигналами, то сравнение выполняется программными средствами с цифровым пороговым значением, если вектор W образован аналоговыми сигналами сравнение с пороговым значением может быть выполнено компаратором или логическим элементом порог срабатывания которого равен аварийному (или предупредительному) порогу.The method of vibration control by a
По первому варианту выполнения (фиг. 1) в устройство контроля вибрации, содержащее многокомпонентный датчик 1 выходы которого соединены с входами соответствующих согласующих усилителей 2, выходы которых соединены с входами блока коррекции 3, выходы которого соединены с входами блока 4 измерения параметров вибрации, выход которого соединен с входом блока 5 регистрации, дополнительные выходы вектора сумм сигналов блока коррекции 3 соединены с входами блока 6 противоаварийной защиты, выход которого является выходом сигнала защиты.According to the first embodiment (Fig. 1), to a vibration control device comprising a
Блок противоаварийной защиты 6 содержит узел измерения уровня 7, входы которого являются входами блока 6 противоаварийной защиты, а выход узла 7 измерения уровня соединен с входом узла 8 логики защиты, выход которого является выходом блока 6 противоаварийной защиты.The
При цифровой реализации операции умножения вектора сигналов на матрицу корректирующих коэффициентов, блок коррекции 3 содержит усилители 9 с программируемым усилением, вход каждого из которых является входом блока 3 коррекции, а выход соединен с входом соответствующего фильтра 10 нижних частот, выходы которых соединены с входами соответствующих аналого-цифровых преобразователей 11, выходы которых соединены с входами вычислительного узла 12, выходы которого являются выходами блока 3 коррекции, дополнительные выходы вектора сумм сигналов которого являются дополнительными выходами вектора сумм сигналов вычислительного узла 12.In the digital implementation of the operation of multiplying the vector of signals by a matrix of correction factors, the
Вычислительный узел 12 может быть выполнен в виде DSP процессора, микроконтроллера, программируемой логической интегральной схемы -ПЛИС (FPGA), контроллера или одноплатного компьютера.
При аналоговой реализации блок 3 коррекции (фиг. 2) содержит усилители 13 с дифференциальным выходом, вход каждого из которых является входом блока 3 коррекции, а выходы усилителей 13 с дифференциальным выходом подключены к неподвижным контактам соответствующих 2n потенциометров 14-31, где n - число компонент многокомпонентного датчика, а также содержит 2n сумматоров 32 и 33, каждый из которых содержит по n входов, которые соединены с подвижным контактом соответствующего потенциометра, которые соединены с разыми усилителями 13 с дифференциальными выходами, выходы n первых сумматоров 32 являются выходами блока 3 коррекции, дополнительные выходы вектора сумм сигналов которого являются выходами остальных сумматоров 33.In an analogous implementation, the correction unit 3 (Fig. 2) contains
В зависимости от решаемой задачи измерения блок 4 может иметь различные варианты выполнения. Как показано на фиг. 3, блок 4 измерения параметров вибрации содержит узлы 34 вычисления среднего квадратичного значения, входы которых являются входами блока 4 измерения параметров вибрации, выходы узлов 34 вычисления среднего квадратичного значения соединены через сглаживающие элементы 35 с входами интерфейсного узла 36, выход которого является выходом блока 4 измерения параметров вибрации.Depending on the measurement task to be solved, block 4 may have various embodiments. As shown in FIG. 3, the
Сглаживающие узлы 35 могут быть выполнены в интегрирующих звеньев различного типа (интеграторов, RC цепей, фильтров нижних частот и т.п.).
В качестве узлов 34 могут использоваться и другие узлы оценки усредненных характеристик вибрации - асимметрии, эксцеса и т.п.As
Кроме усредненных значений в качестве параметров также часто используют оценки экстремальных значений (амплитудное или пиковое, размах). В этом случае, как показано на фиг. 5, блок 4 измерения параметров вибрации содержит узлы 37 вычисления пикового значения, входы которых являются входами блока 4 измерения параметров вибрации, выходы узлов 37 вычисления пикового значения соединены через элементы 38 хранения уровня с входами интерфейсного узла 36, выход которого является выходом блока 4 измерения параметров вибрации.In addition to averaged values, parameters of extreme values (amplitude or peak, peak-to-peak) are also often used as parameters. In this case, as shown in FIG. 5, the vibration
Интерфейсный узел 36 обеспечивает согласование сигналов для блока регистрации и может быть выполнен в зависимости от формы представления и характеристик сигналов на стандартных решениях в виде интерфейсных элементов, преобразователей уровня, аналого-цифровых или цифро-аналоговых преобразователей.The
Если оценивается значение максимума, узел формирует оценку пикового значения. Если проводится оценка размаха, в качестве узла используют узел определения размаха.If the maximum value is estimated, the node generates a peak value estimate. If a span assessment is performed, a span determination node is used as a node.
В этом случае блок 4 измерения параметров вибрации содержит узлы 37 вычисления значения размаха, входы которых являются входами блока 4 измерения параметров вибрации, выходы узлов 37 вычисления значения размаха соединены через элементы 38 хранения уровня с входами интерфейсного узла 36, выход которого является выходом блока 4 измерения параметров вибрации.In this case, the vibration
Как показано на фиг. 5, узел 7 измерения уровня содержит элементы 39 вычисления среднего квадратичного значения, входы которых являются узла 7 измерения уровня, выходы элементов 39 вычисления среднего квадратичного значения соединены через сглаживающие элементы 40 с выходами узла 7 измерения уровня.As shown in FIG. 5, the
Если в качестве параметра уровня используют оценку экстремального уровня вибрации, например, пиковое значение, то, как показано на фиг. 6, узел измерения уровня содержит элементы вычисления пикового значения, узел 7 измерения уровня содержит элементы 41 вычисления пикового значения, входы которых являются входами узла 7 измерения уровня, выходы элементов 41 вычисления пикового значения соединены через элементы 42 хранения уровня с выходами узла 7 измерения уровня.If an extreme vibration level estimate, for example a peak value, is used as a level parameter, then, as shown in FIG. 6, the level measurement unit contains peak value calculation elements, the
Если в качестве контролируемого параметра используют величину размаха, узел измерения уровня содержит элементы вычисления размаха, входы которых являются входами узла измерения уровня, выходы элементов вычисления размаха соединены через элементы хранения уровня с выходами узла измерения уровня.If the span value is used as the controlled parameter, the level measurement unit contains span calculation elements whose inputs are inputs of the level measurement unit, the outputs of the span calculation elements are connected through the level storage elements to the outputs of the level measurement unit.
Как показано на фиг. 7, узел 8 логики защиты содержит элемент 43 сравнения сигналов, входы которого являются входами узла 8 логики защиты, выход которого является выходом элемента 43 сравнения сигналов, входы которого соединены с элементами индикации 44-46.As shown in FIG. 7, the
При использовании трехкомпонентного датчика, т.е. при трех составляющих вибрации элемент 43 сравнения сигналов может быть выполнен в виде логического мажоритарного элемента.When using a three-component sensor, i.e. with the three components of vibration, the
Элемент 43 сравнения сигналов также может быть выполнен в виде элемента И.
Элемент 43 сравнения сигналов также может быть выполнен в виде элемента ИЛИ.
Узел 8 логики защиты, показанный на фиг. 8, содержит элемент 43 сравнения сигналов 43, входы которого являются входами узла 8 логики защиты, выход которого является выходом элемента 43 сравнения сигналов, первый и второй входы которого соединены с первыми входами первого 47 и второго 48 элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», вторые входы которых соединены с третьим входом элемента 43 сравнения сигналов, а выходы элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» соединены с элементами индикации 49 и 50.The
Элемент 43 сравнения сигналов может быть выполнен в виде логического мажоритарного элемента.
Элемент 43 сравнения сигналов также может быть выполнен в виде элемента И 51, как показано на фиг. 9.The
Элемент 43 сравнения сигналов также может быть выполнен в виде элемента ИЛИ, как показано на фиг. 10.The
По второму варианту выполнения функции вычисления параметров и уровней сигналов совмещены с функциями коррекции в техническом решении, структурная схема которого показана на фиг. 11.According to the second embodiment, the functions of calculating the parameters and signal levels are combined with the correction functions in the technical solution, the structural diagram of which is shown in FIG. eleven.
Устройство контроля вибрации, содержит многокомпонентный датчик 1, выходы которого соединены с входами соответствующих согласующих усилителей 2, выходы которых соединены с входами блока 53 коррекции и измерения параметров вибрации, выход которого соединен с входом блока 5 регистрации, дополнительные выходы вектора сумм сигналов блока 53 коррекции и измерения параметров вибрации соединены с входами узла 8 логики защиты, выход которого является выходом сигнала защиты.The vibration control device comprises a
Блок 53 коррекции и измерения параметров вибрации содержит усилители 9 с программируемым усилением, вход каждого из которых является входом блока 53 коррекции и измерения параметров вибрации, а выход соединен с входом соответствующего фильтра 10 нижних частот, выходы которых соединены с входами соответствующих аналого-цифровых преобразователей 11, выходы которых соединены с входами вычислительного узла 12, выходы которого являются выходами блока 53 коррекции и измерения параметров вибрации, дополнительные выходы вектора сумм сигналов которого являются дополнительными выходами вектора сумм сигналов вычислительного узла 12.Block 53 for correction and measurement of vibration parameters contains
Узел 8 логики защиты по структурной схеме идентичен вариантам выполнения аналогичного узла по первому варианту устройства, как показано на фиг. 7-10, и содержит элемент 43 сравнения сигналов, входы которого являются входами узла логики защиты, выход которого является выходом элемента 43 сравнения сигналов, первый и второй входы которого соединены с первыми входами первого 47 и второго 48 элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», вторые входы которых соединены с третьим входом элемента 43 сравнения сигналов, а выходы элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» соединены с элементами индикации 49 и 50.The
Элемент 43 сравнения сигналов может быть выполнен в виде логического мажоритарного элемента, элемента И или логического элемента ИЛИ.The
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Многокомпонентный датчик 1 создает сигналы, которые формируются согласующими усилителями на выходе которых вектор сигналов соответствует неортогональному базису из-за наличия поперечной чувствительности. Совокупность коэффициентов чувствительности характеризуется матрицей S коэффициентов чувствительности многокомпонентного датчика. Преобразование этого вектора сигналов в вектор соответствующий ортогональному базису выполняется блоком коррекции. Для этого вектор сигналов умножают на матрицу корректирующих коэффициентов, элементы которой равны матрице обратной матрице коэффициентов чувствительности. Получаемые ортогональные составляющие вектора вибрации с повышенной точностью характеризуют вибрационный процесс и для них измеряют параметры вибрации, необходимые для анализа вибрационного состояния контролируемого объекта. Для решения задачи противоаварийной защиты, которая, как правило, должна срабатывать при достаточно высоких для контролируемого оборудования уровнях вибрации по оценкам среднего уровня или уровня экстремального значения (пиковое значение или размах) важно обеспечить повышенную надежность, для чего рекомендуется реализовать резервирование (дублирование) измерений, а в некоторых случаях и реализовать средства самодиагностики. В предлагаемом решении получаемый от многокомпонентного датчика на выходе согласующих усилителей вектор сигналов умножают на матрицу дополнительных корректирующих коэффициентов, что позволяет получить на дополнительных выходах вектора сумм сигналов идентичные сигналы соответствующие суммам всех ортогональных составляющих. Требуемые дополнительные корректирующие коэффициенты, как было показано выше, получаются из значений матрицы коэффициентов чувствительности многокомпонентного датчика (которые легко можно определить замером сигналов на его выходах при последовательной установке датчика на калибровочный стенд в трех положениях, когда измерительные оси датчика соответствуют оси вибрации стенда). Элементы матрицы дополнительных корректирующих коэффициентов соответствуют решению матричного уравнения и в явном аналитическом виде были ранее приведены в тексте данного описания.The
Получаемые идентичные для всех каналов оценки уровня поступают на узел логики защиты, который сравнивает их и формирует выходной сигнал противоаварийной защиты на своем выходе в соответствии с логикой мажоритарного голосования, или в соответствии с логическими функциями И или ИЛИ.The resulting level estimates that are identical for all channels are sent to the protection logic node, which compares them and generates the anti-emergency protection output signal at its output in accordance with the majority voting logic, or in accordance with the logical functions of AND or OR.
Устройство по первому варианту выполнения работает следующим образом.The device according to the first embodiment runs as follows.
Вибрационное воздействие на многокомпонентный датчик 1 приводит к появлению на его выходах сигналов, зависящих от всех составляющие вибрационного процесса. Эти сигналы формируются согласующими усилителями 2 и образую вектор сигналов датчика 1. Блок коррекции 3 обеспечивает умножение этого вектора сигналов на матрицы корректирующих коэффициентов С и дополнительных корректирующих коэффициентов К. При цифровой реализации блока коррекции, показанной на фиг. 1. вектор сигналов преобразуется в цифровую форму, для чего сигналы пропускают чер5ез последовательно соединенные усилители 9 с программируемым усилением, фильтры нижних частот 10 и аналого-цифровые преобразователи 11. Усилители 9 позволяют оптимизировать уровень сигналов для наиболее эффективного использования разрядности аналого-цифровых преобразователей 11. Фильтры нижних частот 10 служат для исключения влияния высокочастотных составляющих, частота которых превышает половину частоты выборок аналого-цифровых преобразователей. Вычислительный узел 12 обеспечивает умножение вектора сигналов в цифровой форме на матрицы корректирующих коэффициентов и вывод полученных результатов на основные выходы и дополнительные выходы вектора сумм сигналов. С основных выходов полученный вектор сигналов соответствующий разложению вектора вибрации, воздействующего на многокомпонентный датчик 1, по ортогональному базису поступает на блок 4 измерения параметров вибрации, который и выполняет оценку требуемых параметров для каждой составляющей, а результаты выводятся на блок регистрации 5.The vibration effect on the
Идентичные сигналы результата формирования вектора сумм сигналов на дополнительных выходах вектора сумм сигналов поступают с дополнительных выходов вектора сумм сигналов вычислительного узла 12 на входы блока противоаварийной защиты, который сравнивает их и формирует на своем выходе сигнал о необходимости защитного отключения, при его необходимости.Identical signals of the result of the formation of the vector of the sums of signals at the additional outputs of the vector of the sums of signals are received from the additional outputs of the vector of the sums of signals of the
Если блок коррекции 3 реализует операцию умножения вектора сигналов на матрицы корректирующих коэффициентов и дополнительных корректирующих коэффициентов в аналоговой форме, его структурная схема, например, может быть выполнена как показано на фиг. 2. Усилители 13 с дифференциальными выходами формируют на своих выходах противофазные сигналы, поступающие на потенциометры 14-31. Каждый потенциометр позволяет задать один из коэффициентов матрицы С корректирующих коэффициентов или матрицы дополнительных корректирующих коэффициентов К. Сумматоры 32 и 33 формируют на своих выходах векторы сигналов оценки вибрации с разложением по ортогональному базису и дополнительных сигналов вектора сумм сигналов, идентичны между собой и соответствующих суммам всех составляющих при разложении исходной вибрации по ортогональному базису.If the
Показанные на фиг. 3 и 4 примеры структурных схем блока измерения параметров обеспечивают оценку среднего квадратичного узлом 34 или пикового (размаха) узлом 37. Усреднение или хранение экстремального значения выполняется соответственно узлами ИЛИ 38. Полученные результаты передаются через интерфейсный узел 36 на блок регистрации 5.Shown in FIG. 3 and 4, examples of block diagrams of the parameter measuring unit provide an estimate of the root-mean-
Узлы оценки уровня вибрации 7 имеют похожие структурные схемы, показанные на фиг. 5 и 6. В них входные сигналы поступают на элементы оценки среднего квадратичного 39 или пикового (размаха) текущих значений составляющих, а полученные результаты поступают соответственно на элементы сглаживания 40 или на элементы хранения 42.The vibration
Полученные на выходе узла 7 сигналы, характеризующие уровень вибрации поступают на узел логики защиты 8. Узел логики защиты, сравнивает уровни сигналов с заложенными в нем порогами срабатывания и при превышении их формирует на своем выходе сигнал противоаварийной защиты.The signals characterizing the level of vibration received at the output of
В простейшем случае порог срабатывания определяется порогом срабатывания соответствующего входа используемого в данном узле логического элемента, реализующего соответствующею логику защиты.In the simplest case, the response threshold is determined by the response threshold of the corresponding input of the logic element used in this node that implements the corresponding protection logic.
Для узла, показанного на фиг. 7, логический сигнал присутствия аварийной ситуации формируется при совпадении двух сигналов аварийного уровня на его входах за счет применения мажоритарного логического элемента 43. Входные сигналы одновременно поступают на элементы индикации 44-46, сравнивая состояние которых между собой можно обнаружить состояние когда один из каналов неисправен т.е. обеспечить контроль исправности. Следует отметить, что даже при наличии такой единичной неисправности на выходе блока логики защиты формируется правильная оценка наличия аварийной ситуации. Работа узла логики защиты, показанного на фиг. 8 аналогична предыдущему варианту, но элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» 47 и 48 обеспечивает формирование на элементах индикации 49 и 50 двоичного кода неисправного канала, что может быть в некоторых случаях более предпочтительным.For the assembly shown in FIG. 7, a logical signal of the presence of an emergency situation is formed when two signals of the emergency level at its inputs coincide due to the application of the
Приведенные на фиг. 9 и 10 структурные схемы отличаются видом используемого логического элемента. Применение логического элемента И 51 позволяет получит срабатывание блока противоаварийной защиты только если все три сигнала на дополнительных выходах вектора сумм сигналов блока коррекции 3 одновременно превышают заданный пороговый уровень.Referring to FIG. 9 and 10 structural diagrams differ in the type of logic element used. The use of the logical element And 51 allows you to receive the emergency block only if all three signals at the additional outputs of the vector of sums of signals of the
При использовании элемента ИЛИ 52 обеспечивает срабатывание противоаварийной защиты, если хотя бы один из сигналов на дополнительных выходах вектора сумм сигналов блока коррекции 3 превысит допустимый уровень.When using the OR element 52, emergency protection is triggered if at least one of the signals at the additional outputs of the sum vector of the signals of
Поскольку современные цифровые вычислительные узлы имеют достаточно высокое быстродействие не только для выполнения операций умножения вектора на матрицы, для сигналов с частотами, типичных для процессов вибрации в реальном масштабе времени, но и позволяют одновременно выполнять измерение параметров сигналов и их уровня, а также выполнять сравнение уровня с заданными пороговыми значениями, соответствующие функции могут быть реализованы единым вычислительным узлом, как это выполнено во втором варианте реализации устройства.Since modern digital computing nodes have a sufficiently high speed not only for performing operations of vector multiplication by matrices, for signals with frequencies typical of vibration processes in real time, they also allow simultaneous measurement of signal parameters and their level, as well as level comparison with predetermined threshold values, the corresponding functions can be implemented by a single computing node, as is done in the second embodiment of the device.
Структурная схема устройства по второму варианту приведена на фиг. 11.The block diagram of the device according to the second embodiment is shown in FIG. eleven.
Блок коррекции и измерения параметров и уровня вибрации 53 обеспечивает оценку параметров, которые передают на блок регистрации и логических сигналов наличия аварийной ситуации по п выходам, которые сравниваются в узле логики защиты 8 для формирования сигнала противоаварийной защиты.Block correction and measurement of parameters and vibration level 53 provides an assessment of the parameters that are transmitted to the registration unit and the logical signals of the presence of an emergency by n outputs, which are compared in the node of the
Технический эффект от реализации предлагаемого решения состоит в в том, что без существенных дополнительных аппаратурных затрат обеспечивается не только контроль с высокой точностью ортогональных составляющих вибрационного процесса, но и обеспечивается оценка с резервированием (дублированием) уровня вибрации для противоаварийной защиты. При этом не требуется применения многокомпонентных датчиков сложной конструкции и высокой стоимости с низкой поперечной чувствительностью. Это повышает надежность, расширяет функциональные возможности и увеличивает достоверность функционирования предлагаемого решения.The technical effect of the implementation of the proposed solution lies in the fact that, without significant additional hardware costs, not only high-precision control of the orthogonal components of the vibration process is ensured, but also an assessment with redundancy (duplication) of the vibration level for emergency protection is provided. It does not require the use of multicomponent sensors of complex design and high cost with low lateral sensitivity. This increases reliability, expands functionality and increases the reliability of the proposed solution.
Указанные особенности позволяют получить более высокие технические характеристики даже при использовании простых и недорогих датчиков вибрации со значительной поперечной чувствительностью, что и представляет технический результат предполагаемого изобретения.These features allow to obtain higher technical characteristics even when using simple and inexpensive vibration sensors with significant lateral sensitivity, which represents the technical result of the proposed invention.
Представленное решение может применяться как для анализа и контроля многомерной вибрации для двумерного пространства (на плоскости), так и в трехмерном пространстве. Его также можно применить при использовании датчиков контроля физических величин с большим числом степеней свободы, например, датчиков контроля как линейной так и угловой вибрации в пространстве, для устранения их взаимного влияния на результаты измерений и одновременного обеспечения функции противоаварийной защиты по всем параметрам с резервированием.The presented solution can be used both for analysis and control of multidimensional vibration for two-dimensional space (on the plane), and in three-dimensional space. It can also be used when using physical quantity control sensors with a large number of degrees of freedom, for example, control sensors of both linear and angular vibration in space, to eliminate their mutual influence on the measurement results and at the same time provide emergency protection function in all parameters with redundancy.
Claims (25)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016136190A RU2658577C2 (en) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | Vibration monitoring method and device (embodiments) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016136190A RU2658577C2 (en) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | Vibration monitoring method and device (embodiments) |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016136190A3 RU2016136190A3 (en) | 2018-03-15 |
| RU2016136190A RU2016136190A (en) | 2018-03-15 |
| RU2658577C2 true RU2658577C2 (en) | 2018-06-21 |
Family
ID=61627251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016136190A RU2658577C2 (en) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | Vibration monitoring method and device (embodiments) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2658577C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2764504C1 (en) * | 2021-06-16 | 2022-01-17 | Акционерное общество "Вибро-прибор" | Piezoelectric spatial vibration transducer and a method for monitoring its performance at a working facility |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1330475A1 (en) * | 1986-04-04 | 1987-08-15 | Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова | Device for measuring three-dimensional vibration |
| US20040200206A1 (en) * | 2002-03-20 | 2004-10-14 | Mckelvey Terrence | Gas turbine apparatus |
| RU2376564C1 (en) * | 2008-04-28 | 2009-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Диамех 2000" | Vibration control device (versions) |
| RU2399890C1 (en) * | 2009-06-11 | 2010-09-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Диамех 2000" | Multichannel device for analysing spatial vector quantities (versions) |
-
2016
- 2016-09-08 RU RU2016136190A patent/RU2658577C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1330475A1 (en) * | 1986-04-04 | 1987-08-15 | Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова | Device for measuring three-dimensional vibration |
| US20040200206A1 (en) * | 2002-03-20 | 2004-10-14 | Mckelvey Terrence | Gas turbine apparatus |
| RU2376564C1 (en) * | 2008-04-28 | 2009-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Диамех 2000" | Vibration control device (versions) |
| RU2399890C1 (en) * | 2009-06-11 | 2010-09-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Диамех 2000" | Multichannel device for analysing spatial vector quantities (versions) |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Правоторова Е.А., Скворцов О.Б. КОМПЕНСАЦИЯ ДЕГРАДАЦИИ ПАРАМЕТРОВ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ДАТЧИКА ВИБРАЦИИ МЕТОДОМ СРАВНЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛОВ // Научные труды 4 Международной научной конференции "Фундаментальные исследования и инновационные технологии в машиностроении". М.: Спектр, 2015 (стр. 212-215). * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2764504C1 (en) * | 2021-06-16 | 2022-01-17 | Акционерное общество "Вибро-прибор" | Piezoelectric spatial vibration transducer and a method for monitoring its performance at a working facility |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016136190A3 (en) | 2018-03-15 |
| RU2016136190A (en) | 2018-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5897608B2 (en) | Measuring apparatus and measuring method | |
| JP5486097B2 (en) | Acceleration micromechanical measurement method and micromechanical acceleration sensor | |
| Jafari et al. | Optimal redundant sensor configuration for accuracy and reliability increasing in space inertial navigation systems | |
| RU2658568C2 (en) | Method and device for vibration monitoring (embodiments) | |
| Jafari et al. | PEM stochastic modeling for MEMS inertial sensors in conventional and redundant IMUs | |
| RU2658577C2 (en) | Vibration monitoring method and device (embodiments) | |
| Du et al. | Strong tracking Tobit Kalman filter with model uncertainties | |
| KR20130030156A (en) | Calibration method for 6-axis vibration sensors using periodic angular vibration and its realization system | |
| Tan et al. | Low-cost Structural Health Monitoring scheme using MEMS-based accelerometers | |
| D'Emilia et al. | Amplitude–phase calibration of tri-axial accelerometers in the low-frequency range by a LDV | |
| KR100754801B1 (en) | System for correcting displacement of gps using accelerometer | |
| RU2658125C1 (en) | Method for determining parameters of natural tones of structure vibrations in resonant tests | |
| Sofwan et al. | Filtering for data acquisition on wireless sensor network | |
| KR101815584B1 (en) | Compensation method for bias errors in 3D intensity probe used for the source localization in precision | |
| Rudyk | Analysis of the errors of MEMS accelerometers by the Allan variation method | |
| Arpaia et al. | An ultrasonic heading goniometer intrinsically robust to magnetic interference | |
| Li et al. | Method for measuring self-noise of vector hydrophones | |
| Grecheneva et al. | Compensation of the accelerometer errors in solving the problem of kinematic control of dynamic objects | |
| JP2015014535A (en) | Vibration intensity measuring device and method | |
| Candy et al. | Vibrational processing of a dynamic structural flight system: A multichannel spectral estimation approach | |
| RU2667336C1 (en) | Piezoelectric transducer of spatial vibration and the method of increasing its operational reliability | |
| Liu et al. | Enhanced sensory identification in arrays of coupled resonant sensors | |
| EP3645985B1 (en) | Method for measuring complex acoustic intensity with three-dimensional radiative and oscillatory spectral resolution | |
| Farooq et al. | An experimental investigation of state-variable modal decomposition method for modal analysis | |
| RU178309U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THREE-DIMENSIONAL ANGULAR ACCELERATIONS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180909 |