RU2701207C1 - Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний объектов - Google Patents
Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний объектов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2701207C1 RU2701207C1 RU2019102501A RU2019102501A RU2701207C1 RU 2701207 C1 RU2701207 C1 RU 2701207C1 RU 2019102501 A RU2019102501 A RU 2019102501A RU 2019102501 A RU2019102501 A RU 2019102501A RU 2701207 C1 RU2701207 C1 RU 2701207C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- unit
- channel
- operational amplifier
- measuring
- Prior art date
Links
- 230000010358 mechanical oscillation Effects 0.000 title abstract 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 15
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 15
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 101100400378 Mus musculus Marveld2 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100046503 Symbiobacterium thermophilum (strain T / IAM 14863) tnaA1 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
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
- G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для дистанционного контроля работоспособности средств измерения параметров механических колебаний объектов. Комплекс содержит два устройства - измерительно-усилительный блок и блок питания и регистрации результатов измерения, соединенные трехпроводной кабельной линией связи с концевым соединителем. Измерительно-усилительный блок включает установленный на объекте пьезоэлектрический вибропреобразователь, в корпусе которого размещены пьезопреобразователь и плата с усилительно-преобразующим блоком и источником опорного напряжения. Усилительно-преобразующий блок выполнен на базе дифференциального операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с сигнальным выходным контактом пьезопреобразователя, а выход подключен к базе транзистора структуры p-n-р. Выбор рабочей точки дифференциального операционного усилителя производится с помощью источника опорного напряжения, соединенного через резистор фильтра нижних частот с неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя. Блок питания и регистрации результатов измерения содержит источник постоянного тока, выходной фильтр, регистратор переменного напряжения трехканальный двухпозиционный переключатель, запоминающий блок, блок сравнения, индикатор неисправности и источник тестового сигнала. Источник тестового сигнала в режиме проверки работоспособности комплекса подключается через третий выходной контакт концевого соединителя и конденсатор фильтра нижних частот к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя. Технический результат заключается в обеспечении возможности дистанционной проверки работоспособности измерительного устройства. 2 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для дистанционного контроля работоспособности средств измерения параметров механических колебаний объектов.
В средствах измерения параметров механических колебаний (вибраций) широко используются пьезоэлектрические вибропреобразователи, которые предназначены для работы в течение длительных периодов времени с минимальным обслуживанием в жестких условиях эксплуатации (повышенная температура, влажность, наличие агрессивной среды и т.д.). По этой причине возможно возникновение нарушений работы пьезоэлектрических вибропреобразователей или отклонение их характеристик от нормируемых в нормативных документах. В этих случаях измерение параметров вибраций будет проводиться со значительными погрешностями (превышающими допустимые пределы) или информация о них будет вообще отсутствовать, и, как следствие, возможен выход из строя объекта, вибрационные параметры которого предназначено измерять измерительное средство на базе пьезоэлектрического вибропреобразователя. Замена вышедшего из строя пьезоэлектрического вибропреобразователя в измерительном средстве часто является дорогостоящей операцией (а иногда она просто невозможна без длительных и затратоемких работ), поэтому периодический контроль работоспособности средств измерений с пьезоэлектрическими вибропреобразователями, установленными на объектах измерения, является актуальной задачей.
Известно техническое решение для измерения параметров механических колебаний объектов («Пьезоэлектрический акселерометр» RU 2097772, G01P 15/09, 1997.11.27).
Известное техническое решение содержит пьезоэлектрический вибропреобразователь, предварительный усилитель с согласующей схемой, биполярным и полевым транзисторами, кабельную линию связи с концевым соединителем, источник питания и регистратор. Предварительный усилитель разделен на две части, одна из которых с согласующей схемой и биполярным и полевым транзисторами расположена вместе с пьезоэлектрическим вибропреобразователем в его корпусе, а другая часть предварительного усилителя, с согласующим резистором, расположена вне корпуса пьезоэлектрического вибропреобразователя и связана с его первой частью линией связи с концевым соединителем.
Расположение предварительного усилителя в корпусе вибропреобразователя позволяет практически исключить влияние помех, возникающих в длинных линиях связи между пьезоэлектрическим вибропреобразователем и согласующим усилителем, т.к. в некоторых случаях эти линии связи могут достигать 100 метров и более, соответственно возрастают значения распределенных активного и реактивных сопротивлений длинных линий, появляются дополнительные потери, которыми уже пренебрегать нельзя.
Размещение второй части предварительного усилителя с согласующим резистором, определяющим режим работы и коэффициент усиления предварительного усилителя, в нормальные температурные условия на значительном расстоянии от объекта позволяет известному техническому решению существенно снизить уровень помех, возникающих в длинных линиях связи между пьезоэлектрическим вибропреобразователем и согласующим усилителем, и быть работоспособным в диапазоне температур объекта от -40 до +125°С.
К недостатку известного технического решения следует отнести отсутствие возможности дистанционного контроля его работоспособности.
Известно также техническое решение для измерения параметров механических колебаний объектов (ЕР 3312615, G01L 1/16, G01P 15/08, G01P 15/09, 20.10.2016, «Electronic measuring device for vibration measuring with a piezoelectric acceleration sensor», «Электронное измерительное устройство для измерения вибрации с пьезоэлектрическим датчиком ускорения»), один из вариантов которого по совокупности существенных признаков является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения.
Известное техническое решение содержит измерительно-усилительный блок и блок питания и регистрации результата измерения. Измерительно-усилительный блок включает пьезоэлектрический вибропреобразователь, в корпусе которого размещен пьезопреобразователь и плата с усилительно-преобразующим блоком. Корпус пьезоэлектрического вибропреобразователя установлен на объекте, виброускорение которого измеряется в процессе эксплуатации.
Усилительно-преобразующий блок, выполнен на базе дифференциального операционного усилителя (схема включения - усилитель заряда), к инвертирующему входу которого подключен выходной (первый) электрод пьезопреобразователя. Второй электрод пьезопреобразователя соединен с общей шиной.
К неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя усилительно-преобразующего блока подключена средняя точка делителя напряжения, образованного последовательным соединением резистора, подключенного к шине питания, и первого стабилизирующего диода (Zenerdiode als erstes Spannungsbegrenzungelement), который вторым контактом соединен с общей шиной.
Выход дифференциального операционного усилителя подключен к базе транзистора структуры p-n-р, коллектор и эмиттер которого подключены соответственно к общей шине и через второй стабилизирующий диод к шине питания.
Блок питания и регистрации результата измерения включает источник постоянного тока, соединенный с усилительно-преобразующим блоком двухпроводной кабельной линией с концевым соединителем, и регистратор переменного напряжения. Источник постоянного тока, обеспечивает стабилизацию тока на заданном уровне (например, 4 мА), потребляемого усилительно-преобразующим блоком.
Известное техническое решение с пьезоэлектрическим вибропреобразователем работает следующим образом. Воздействие на корпус пьезоэлектрического вибропреобразователя внешней вибрации со стороны объекта вызывает появление на электродах пьезопреобразователя электрического заряда, пропорционального виброускорению, воздействующему на корпус пьезоэлектрического вибропреобразователя. Электрический заряд передается на инвертирующий вход дифференциального операционного усилителя усилительно-преобразующего блока, размещенного на плате, встроенной в корпус пьезоэлектрического вибропреобразователя, где он преобразуется в электрическое напряжение, усиливается с помощью дифференциального операционного усилителя и поступает на базу транзистора. Выбор рабочей точки дифференциального операционного усилителя производится с помощью напряжения в средней точке делителя, образованного последовательным соединением резистора, подключенного к шине питания, и первого стабилизирующего диода.
Изменение внутреннего сопротивления транзистора вызывает модуляцию падения напряжения на переходе «эмиттер-коллектор» транзистора. Усиленный сигнал в виде суммы постоянной и переменной составляющих напряжения поступает в кабельную линию связи с концевым соединителем и в блок питания и регистрации результата измерения.
В блоке питания и регистрации результата измерения выделяется и измеряется амплитуда (или среднее квадратическое значение) переменной составляющей напряжения, которая пропорциональна воздействующему на пьезоэлектрический вибропреобразователь амплитудному значению (или среднему квадратическому значению) виброускорения.
К недостатку известного технического решения следует отнести отсутствие возможности дистанционного контроля его работоспособности.
Задачей, на решение которой направлен заявляемый комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний объектов, является расширение функциональных возможностей комплекса за счет придания ему способности дистанционной проверки его работоспособности.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний объектов, заключается в обеспечении возможности дистанционной проверки соответствия выходных параметров пьезоэлектрического вибропреобразователя и усилительно-преобразующего блока установленным значениям при воздействии на него тестового электрического сигнала.
Указанный технический результат при осуществлении комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний объектов достигается тем, что в заявляемом комплексе, включающем измерительно-усилительный блок и блок питания и регистрации результата измерения, соединенные кабельной линией связи с концевым соединителем, при этом измерительно - усилительный блок содержит пьезоэлектрический вибропреобразователь, установленный на объекте, виброускорение которого измеряется в процессе эксплуатации, и содержит размещенный в его корпусе пьезопреобразователь и плату с усилительно-преобразующим блоком, выполненным на базе дифференциального операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с сигнальным выходным контактом пьезопреобразователя, а выход - подключен к базе транзистора структуры p-n-р, коллектор которого подключен к общей шине, а контакт питания и общий контакт дифференциального операционного усилителя подключены соответственно к шине питания и общей шине, и источником опорного напряжения (стабилизирующий диод), соединенным первым выводом через ограничительный резистор с шиной питания и с неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя, а вторым выводом - с общей шиной, блок питания и регистрации результата измерения содержит источник постоянного тока, соединенный одним выводом с шиной питания, вторым - с общей шиной, а через первый и второй контакты концевого соединителя - с первым и третьим выходными контактами усилительно-преобразующего блока, и регистратор переменного напряжения, в отличие от известного технического решения кабельная линия связи между измерительно - усилительным блоком и блоком питания и регистрации результата измерения выполнена трехпроводной, усилительно-преобразующий блок дополнительно снабжен входным резистором, установленным между сигнальным выходным контактом пьезопреобразователя и инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя, дополнительным резистором и фильтром нижних частот, резистор которого установлен между первым выводом источника опорного напряжения и неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя, конденсатор фильтра нижних частот соединен первым выводом с неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя, а вторым выводом - с первым выводом дополнительного резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, при этом второй вывод конденсатора фильтра нижних частот также соединен с вторым выходным контактом усилительно-преобразующего блока и через третий провод трехпроводной кабельной линии связи соединен с третьим контактом концевого соединителя, эмиттер транзистора усилительно-преобразующего блока соединен с шиной питания, блок питания и регистрации результата измерения дополнительно снабжен выходным фильтром, трехканальным двухпозиционным переключателем, запоминающим блоком, блоком сравнения, индикатором неисправности и источником тестового сигнала, при этом, выходной фильтр содержит последовательно соединенные конденсатор и резистор, средняя точка между которыми соединена с входом регистратора переменного напряжения, первый вывод конденсатора выходного фильтра соединен с шиной питания, а второй вывод резистора выходного фильтра соединен с общей шиной, выход регистратора переменного напряжения соединен с первым и вторым каналами трехканального двухпозиционного переключателя, третий канал которого соединен с третьим контактом концевого соединителя трехпроводной кабельной линии связи, первый и второй контакты первого канала трехканального двухпозиционного переключателя соединены с входом запоминающего блока, выход которого соединен первым входом блока сравнения, второй контакт второго канала трехканального двухпозиционного переключателя соединен со вторым входом блока сравнения, первый контакт третьего канала трехканального двухпозиционного переключателя соединен с общей шиной, а второй - с выходом источника тестового сигнала, причем выход блока сравнения соединен с входом индикатора неисправности.
На фиг. 1 приведена блок - схема заявляемого комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний объектов.
На фиг. 2 приведена принципиальная схема усилительно-преобразующего блока, размещенного на плате в корпусе пьезоэлектрического вибропреобразователя.
Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний (фиг. 1 и 2) содержит первое устройство - измерительно-усилительный блок 1 и второе устройство - блок питания и регистрации результата измерения 2, соединенные с помощью трехпроводной кабельной линии связи 3 с концевым соединителем 4. В измерительно-усилительном блоке 1 расположен пьезоэлектрический вибропреобразователь 5, установленный на объекте 6, виброускорение которого измеряется. В корпусе пьезоэлектрического вибропреобразователя 5 размещены пьезопреобразователь 51 и на плате 7 - усилительно-преобразующий блок 8 (фиг. 2) с тремя выходными контактами 81, 82 и 83, соединенными с помощью трехпроводной кабельной линии связи 3 через контакты 41, 42 и 43 концевого соединителя 4 с блоком питания и регистрации результата измерений 2.
К сигнальному выходному контакту 52 пьезопреобразователя 51 подключен через входной резистор 9 (фиг. 2) инвертирующий вход 101 дифференциального операционного усилителя 10, на базе которого выполнен усилительно-преобразующий блок 8.
Общий выходной контакт 53 пьезопреобразователя 51 соединен с объектом 6, с корпусом пьезоэлектрического вибропреобразователя 5, с общим контактом 83 усилительно-преобразующего блока 8 и с общей шиной 11. Трехпроводная кабельная линия связи 3 помещена в экранированную оплетку и подключена к общей шине 11.
Выход 102 дифференциального операционного усилителя 10 (элементы обратной связи дифференциального операционного усилителя 10 на фиг. 2 не показаны) усилительно-преобразующего блока 8, размещенного на плате 7, установленной в корпусе пьезоэлектрического вибропреобразователя 5, соединен с базой 121 транзистора 12 структуры p-n-р. Эмиттер 122 и коллектор 123 транзистора 12 и выводы 103 и 104 дифференциального операционного усилителя 10 подключены соответственно к шине питания 13 и к общей шине 11, к которым подключены также контакты 41 и 42 концевого соединителя 4.
К неинвертирующему входу 105 дифференциального операционного усилителя 10 подключены через резистор 14 фильтра нижних частот 15 источник опорного напряжения 16 и первый вывод 171 конденсатора 17 фильтра нижних частот 15.
Источником питания комплекса служит источник постоянного тока 18, который размещен в блоке питания и регистрации результата измерения 2. Первый вывод 181 источника постоянного тока 18 соединен с шиной питания 13 через выходной контакт 41 концевого соединителя 4 и контакт 81 усилительно-преобразующего блока 8, а второй вывод 182 - с общей шиной 11 через выходной контакт 42 концевого соединителя 4 и контакт 83 усилительно-преобразующего блока 8.
Выходной фильтр 19 содержит последовательно соединенные конденсатор 20 и резистор 21, средняя точка 191 между которыми соединена с входом регистратора переменного напряжения 22.
Вывод 201 конденсатора 20 выходного фильтра 19 соединен с шиной питания, а вывод 211 резистора 21 выходного фильтра 19 соединен с общей шиной 11.
Выход регистратора переменного напряжения 22 соединен с первым 231 и вторым 232 каналами трехканального двухпозиционного переключателя 23.
Третий канал 233 трехканального двухпозиционного переключателя 23 через контакты 82 усилительно-преобразующего блока 8 и 43 концевого соединителя 4 соединен со вторым выводом 172 конденсатора 17 фильтра нижних частот 15, к которому подключен первый вывод 241 дополнительного резистора 24, второй вывод 242 которого соединен с общей шиной 11.
Контакты 231-1 и 231-2 первого канала 231 трехканального двухпозиционного переключателя 23 соединены с входом запоминающего блока 25, выход которого соединен с первым входом 261 блока сравнения 26, контакт 232-2 второго канала 232 трехканального двухпозиционного переключателя 23 соединен со вторым входом 262 блока сравнения 26, выход которого соединен с входом индикатора неисправности 27.
Контакт 233-1 третьего канала 233 трехканального двухпозиционного переключателя 23 подключен к общей шине 11, а контакт 233-2 - к выходу источника тестового сигнала 28.
Питание источника опорного напряжения 16 осуществляется от источника постоянного тока 18 через ограничительный резистор 29 (фиг. 2), подключенный к шине питания 13.
Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний работает следующим образом.
Воздействие на пьезопреобразователь 51 пьезоэлектрического вибропреобразователя 5 внешней вибрации со стороны объекта 6 вызывает появление пропорционального виброускорению электрического заряда на сигнальном выходном контакте 52 пьезопреобразователя 51, который через входной резистор 9 поступает на инвертирующий вход 101 дифференциального операционного усилителя 10 усилительно-преобразующего блока 8, расположенного на плате 7 в корпусе пьезоэлектрического вибропреобразователя 5. Электрический заряд усиливается, преобразуется в электрическое напряжение с помощью дифференциального операционного усилителя 10 и поступает на базу 121 транзистора 12.
Изменение внутреннего сопротивления транзистора 12 вызывает модуляцию падения напряжения на переходе «эмиттер 122 - коллектор 123» транзистора 12. Усиленный сигнал в виде суммы постоянной и переменной составляющих напряжения через выходные контакты 81 и 83 усилительно-преобразующего блока 8 по трехпроводной кабельной линии связи 3 поступает на контакты 41 и 42 концевого соединителя 4 и на выходной фильтр 19, где выделяется переменная составляющая напряжения с помощью конденсатора выходного фильтра 20 и со средней точки 191 выходного фильтра 19 поступает на вход регистратора переменного напряжения 22 блока питания и регистрации результата измерения 2.
Амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) напряжения с выхода регистратора переменного напряжения 22 пропорционально амплитудному значению (или среднему квадратическому) виброускорения, действующему на пьезоэлектрический вибропреобразователь 5 со стороны объекта 6. Коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом преобразования пьезоэлектрического вибропреобразователя (пКл/мс-2), определяется при первичной поверке на базовой частоте (например, 160 Гц) в соответствии с ГОСТ 8.669-2009 по формуле:
где 
- амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) напряжения в средней точке 191 выходного фильтра 19 блока питания и регистрации результата измерения 2, измеренное в мВ регистратором переменного напряжения 22, мВ;
Действительное значение коэффициента преобразования пьезоэлектрического вибропреобразователя 5, определенное при первичной поверке фиксируется в запоминающем блоке 25, на вход которого передается амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) напряжения с выхода регистратора переменного напряжения 22 через контакт 231-1 первого канала 231 трехканального двухпозиционного переключателя 23, который переключают в первое положение (позиция фиг. 1). Действительное значение коэффициента преобразования записывают также в паспорт комплекса.
Одновременно в запоминающем блока 25 фиксируется амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) напряжения 
в средней точке 191 выходного фильтра 19 блока питания и регистрации результата измерения 2, измеренное регистратором переменного напряжения 22.
Питание дифференциального операционного усилителя 10, транзистора 12, а также источника опорного напряжения (стабилизирующий диод) 16 осуществляется от источника постоянного тока 18, обеспечивающего стабилизацию потребляемого тока на заданном уровне (например, 4 мА). Выбор рабочей точки дифференциального операционного усилителя 10 производится с помощью источника опорного напряжения (стабилизирующий диод) 16, соединенного через резистор 14 фильтра нижних частот 15 с неинвертирующим входом 105 дифференциального операционного усилителя 10.
После установки на место эксплуатации пьезоэлектрического вибропреобразователя 5 подключают все блоки комплекса в соответствии с фиг. 1 и 2, переводят трехканальный двухпозиционный переключатель 23 в положение 2 (подключают контакты каналов 231-2, 232-2 и 233-2). От источника тестового сигнала 28 через контакт 43 концевого соединителя 4, по трехпроводной кабельной линии связи 3 и через контакт 82 измерительно-усилительного блока 8, а также конденсатор 17 фильтра нижних частот 15 подают переменное напряжение на неинвертирующий вход 105 дифференциального операционного усилителя 10. Частота сигнала на выходе источника тестового сигнала 28 должна быть равна частоте сигнала, при которой определялось действительное значение коэффициента преобразования пьезоэлектрического вибропреобразователя 5 (например, 160 Гц).
Подбирают начальное амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) напряжения 
на выходе источника тестового сигнала 28, соответствующее действующему на пьезоэлектрический вибропреобразователь 5 значению амплитуды (или среднему квадратическому значению) виброускорения, при котором определялось действительное значение коэффициента преобразования пьезоэлектрического вибропреобразователя 5 (например, 
= 10 м/с2). В этом случае амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) напряжения в средней точке 191 выходного фильтра 19 блока питания и регистрации результата измерения 2 должно быть равно 
(допустимо при незначительном превышении шумового порога напряжением 
увеличивать 
таким образом, чтобы амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) напряжения в средней точке 191 выходного фильтра 19 блока питания и регистрации результата измерения 2, было кратно значению 
например, 
или 
).
Значение напряжения 
(и кратность напряжения 
если она применялась) сохраняется в запоминающем блоке 25, передается на вход 261 блока сравнения 26 и записывают в паспорте комплекса. При фиксированном значении 
изменяют частоту источника тестового сигнала 28 от базового значения до величины 1,2FУст, где FУст - значение частоты установочного резонанса, которое должно соответствовать указанному в паспорте комплекса устройств (отличие не должно превышать заданного значения, например, 10%). В запоминающем блоке 25 фиксируют значение FУст и амплитуду на частоте FУст (или их среднее квадратическое значение).
Переводят трехканальный двухпозиционный переключатель 23 в первое положение (подключают контакты каналов 231-1, 232-1 и 233-1), после чего комплекс устройств готов к работе в режиме измерений виброускорения.
Информация о текущем амплитудном значении (или о среднем квадратическом значении) виброускорения, воздействующем на пьезоэлектрический вибропреобразователь 5 со стороны объекта 6, определяют с помощью напряжения, измеренного регистратором переменного напряжения 22 по формуле
где 
- текущее амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) напряжения в средней точке 191 выходного фильтра 19 блока питания и регистрации результата измерения 2, измеренное с помощью регистратора переменного напряжения 22, мВ;
Через интервал времени, регламентированный в нормативной документации на комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний, осуществляется проверка его работоспособности. Для этого переводят трехканальный двухпозиционный переключатель 23 во второе положение (подключают контакты каналов 231-2, 232-2 и 233-2) и с выхода источника тестового сигнала 18 через контакт 43 концевого соединителя 4, по трехпроводной кабельной линии связи 3 и через контакт 82 усилительно-преобразующего блока 8, а также конденсатор 17 фильтра нижних частот 15 подают на базовой частоте переменное напряжение на неинвертирующий вход 105 дифференциального операционного усилителя 10, амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) которое равно значению 
записанному в паспорте комплекса. В средней точке 191 выходного фильтра 19 блока питания и регистрации результата измерения 2 текущее амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) сигнала 
измеряется с помощью регистратора переменного напряжения 22 и передается через контакт 232-2 трехканального двухпозиционного переключателя 23 на второй вход 262 блока сравнения 26, в котором текущее амплитудное значение (или среднее квадратическое значение) сигнала 
сравнивается с сохраненным значением 
в запоминающем блоке 25. При сравнении в блоке сравнения 26 измеренных и сохраненных значений напряжений возможны несколько вариантов.
1. Если в блоке сравнения 26 выполняется условие
(отклонение не должно превышать регламентированного в нормативных документах на комплекс значения, например, 5%), то в индикатор неисправности 27 поступает команда об исправном состоянии комплекса для измерения параметров механических колебаний объектов.
2. Если же в блоке сравнения 26 выполняется условие
и отклонение превышает значение, регламентированное в нормативных документах на комплекс, то в индикатор неисправности 27 поступает команда о неисправном состоянии комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний объектов.
3. Если же в блоке сравнения 26 выполняются условия:
то произошло отсоединение контактов 52 и/или 53 пьезопреобразователя 51 от усилительно - преобразующего блока 8, и/или контакта 53 пьезопреобразователя 51 от общей шины 11 усилительно-преобразующего блока 8. В индикатор неисправности 27 поступает команда о неисправном состоянии комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний объектов.
4. Если выполняется условие по пункту 1, то с помощью источника тестового сигнала 28 проверяется значение частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя 1. Для этого при фиксированном значении 
изменяют частоту источника тестового сигнала 28 от базового значения (например, 160 Гц) до величины 1,2FУст, где FУст - значение частоты установочного резонанса, сохраненное в запоминающем блоке 25. (отличие не должно превышать заданного значения, например, 10%). При отсутствии отклонений, превышающих заданные значения, в индикатор неисправности 27 поступает команда об исправном состоянии комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний объектов.
При регистрации неисправности комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний дальнейшие действия оператора связаны с определением источника неисправности.
На нашем предприятии были изготовлены 3 опытных образца заявляемого комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний объектов со следующими элементами:
два пьезоэлектрических вибропреобразователя, в которых применена сдвиговая деформация пьезопреобразователя 51 (по патенту RU 143487 U1) и один пьезоэлектрический вибропреобразователь с компрессионной деформацией пьезопреобразователя 51;
пьезопреобразователи 51 (фиг. 1) со сдвиговой деформацией имеют:
пьезопакет, содержащий 4 прямоугольных пьзокерамических пластины, изготовленных из материала ЦТС-26;
размеры прямоугольных пьзокерамических пластин - 8,5×8 мм2;
толщина - 0,72 мм;
инерционная масса - 15 г;
пьезопреобразователь 51 с компрессионной деформацией имеет:
пьезопакет, содержащий 7 пьезопластин из пьзокерамических шайб, изготовленных из материала ТНАВ - 1;
наружный диаметр пьзокерамических шайб - 9,5 мм;
внутренний диаметр пьзокерамических шайб - 3,6 мм;
толщина - 0,8 мм;
инерционная масса - 10 г;
дифференциальный операционный усилитель 10 - AD8627:
источник опорного напряжения (стабилизирующий диод) 16 - AD1580BRT;
транзистор 12 - ВС860С;
источник питания постоянного тока 18 - LM334Z;
регистратор переменного напряжения 22 - вольтметр Agilent 34401А;
резистор 9 - Р1-33-1 (200 Ом);
резистор 14 - Р1-33-1-1 (10 МОм);
резистор 21 -Р1-33-1-1 (1 МОм);
резистор 24 - P1-33-1-1 (1 кОм);
резистор 29 - Р1-33-1-1 (30 кОм);
конденсатор 17 - К10-43 (0,33 мкФ);
конденсатор 20 - К10-43 (10 мкФ).
. Усилительно - преобразующий блок 8 изготовлен на двусторонней печатной плате 7, диаметр которой 12,8 мм, с применением ЧИП-элементов для поверхностного монтажа и размещен корпусе пьезоэлектрического вибропреобразователя 5 (длина трехпроводной кабельной линии связи 3 от пьезоэлектрического вибропреобразователя 5 до концевого соединителя 4 от 0,6 до 1 м). Используется концевой соединитель 4 типа 2РМДТ18КПЭ4Г5В1В. Для обеспечения герметичности концевого соединителя 4 используется герметик «ВИКСИНТ». Последовательность проводимых экспериментов с каждым образцом следующая.
Определяются действительное значение коэффициента преобразования пьезоэлектрического вибропреобразователя 
по ГОСТ Р 8.669 - 2009 и значение частоты установочного резонанса, которые фиксируются в запоминающем блоке 25 вместе со средним квадратическим значением напряжения на выходе регистратора переменного напряжения 22 
Для оценки влияния на выходной сигнал изменения параметров только пьезоэлектрического вибропреобразователя 5 экспериментальный образец дифференциального операционного усилителя 10, выход которого подключен к базе 121 транзистора 12 структуры p-n-р, изготовлен с коэффициентом преобразования 1 мВ/пКл.
Пьезоэлектрический вибропреобразователь 5 вместе с размещенным в его корпусе усилительно-преобразующим блоком 8 устанавливают на имитатор объекта (инерционная масса которого в 10 раз больше массы пьезоэлектрического вибропреобразователя) и подключаются все блоки комплекса в соответствии с фиг. 1 и 2.
По описанной выше процедуре определяются
- среднее квадратическое значение напряжения на выходе источника тестового сигнала 
при котором среднее квадратическое значение напряжения в средней точке 191 выходного фильтра 19 блока питания и регистрации результата измерения 2 равно сохраненному в запоминающем блоке 25 
(в эксперименте 
= 100 мВ),
- значение частоты установочного резонанса FУст, которое должно быть равно 
(отличие не должно превышать 5%).
На следующем этапе опытные образцы пьезоэлектрического вибропреобразователя 5 подвергаются процедуре располяризации (на пьезопреобразователь 51 воздействуют постоянным напряжением от 500 до 1000 В), после чего определяются текущие значения 
и 
(при
= 100 мВ) и влияние обрыва соединения в линии передачи электрического сигнала от пьезоэлектрического вибропреобразователя 5 к расположенной в пьезоэлектрическом вибропреобразователе 5 плате 7 с усилительно - преобразующим блоком 8.
Результаты экспериментов приведены в таблице.
Из таблицы следует, что после воздействия на пьезопреобразователй 51 экспериментальных образцов пьезоэлектрических вибропреобразователей 5 постоянным напряжением от 500 до 1000 В напряжение на выходе усилительно - преобразующего блока 8, размещенного на плате 7, изменилось ~ - 8% при подаче на его неинвертирующий вход напряжения 100 мВ. Так как коэффициент преобразования усилительно - преобразующего блока 8 не изменялся, то изменение напряжения на выходе усилительно - преобразующего блока 8 подтверждает изменение коэффициентов преобразования пьезоэлектрических вибропреобразователей, что свидетельствует об их неисправном состоянии.
При обрыве соединения в линии передачи электрического сигнала от пьезоэлектрического вибропреобразователя 5 к расположенномуна плате 7 усилительно - преобразующему блоку 8 напряжение на выходе усилительно-преобразующего блока 8 находилось в пределах 
= 102 ÷ 104 мВ ≠ 
Это свидетельствует о том, что произошло отсоединение выходного контакта пьезопреобразователя 52 от усилительно - преобразующего блока 8, размещенного на плате 7.
Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность реализации комплекса устройств для измерения параметров механических колебаний объектов, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.
Claims (1)
- Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний объектов, включающий измерительно-усилительный блок и блок питания и регистрации результата измерения, соединенные кабельной линией связи с концевым соединителем, при этом измерительно-усилительный блок содержит пьезоэлектрический вибропреобразователь, установленный на объекте, виброускорение которого измеряется в процессе эксплуатации, и содержит размещенный в его корпусе пьезопреобразователь и плату с усилительно-преобразующим блоком, выполненным на базе дифференциального операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с сигнальным выходным контактом пьезопреобразователя, а выход подключен к базе транзистора структуры p-n-р, коллектор которого подключен к общей шине, а контакт питания и общий контакт дифференциального операционного усилителя подключены соответственно к шине питания и общей шине, и источником опорного напряжения (стабилизирующий диод), соединенным первым выводом через ограничительный резистор с шиной питания и с неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя, а вторым выводом - с общей шиной, блок питания и регистрации результата измерения содержит источник постоянного тока, соединенный одним выводом с шиной питания, вторым - с общей шиной, а через первый и второй контакты концевого соединителя - с первым и третьим выходными контактами усилительно-преобразующего блока, и регистратор переменного напряжения, отличающийся тем, что кабельная линия связи между измерительно-усилительным блоком и блоком питания и регистрации результата измерения выполнена трехпроводной, усилительно-преобразующий блок дополнительно снабжен входным резистором, установленным между сигнальным выходным контактом пьезопреобразователя и инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя, дополнительным резистором и фильтром нижних частот, резистор которого установлен между первым выводом источника опорного напряжения и неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя, конденсатор фильтра нижних частот соединен первым выводом с неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя, а вторым выводом - с первым выводом дополнительного резистора, второй вывод которого подключен к общей шине, при этом второй вывод конденсатора фильтра нижних частот также соединен с вторым выходным контактом усилительно-преобразующего блока и через третий провод трехпроводной кабельной линии связи соединен с третьим контактом концевого соединителя, эмиттер транзистора усилительно-преобразующего блока соединен с шиной питания, блок питания и регистрации результата измерения дополнительно снабжен выходным фильтром, трехканальным двухпозиционным переключателем, запоминающим блоком, блоком сравнения, индикатором неисправности и источником тестового сигнала, при этом выходной фильтр содержит последовательно соединенные конденсатор и резистор, средняя точка между которыми соединена с входом регистратора переменного напряжения, первый вывод конденсатора выходного фильтра соединен с шиной питания, а второй вывод резистора выходного фильтра соединен с общей шиной, выход регистратора переменного напряжения соединен с первым и вторым каналами трехканального двухпозиционного переключателя, третий канал которого соединен с третьим контактом концевого соединителя трехпроводной кабельной линии связи, первый и второй контакты первого канала трехканального двухпозиционного переключателя соединены с входом запоминающего блока, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй контакт второго канала трехканального двухпозиционного переключателя соединен со вторым входом блока сравнения, первый контакт третьего канала трехканального двухпозиционного переключателя соединен с общей шиной, а второй - с выходом источника тестового сигнала, причем выход блока сравнения соединен с входом индикатора неисправности.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019102501A RU2701207C1 (ru) | 2019-01-29 | 2019-01-29 | Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний объектов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019102501A RU2701207C1 (ru) | 2019-01-29 | 2019-01-29 | Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний объектов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2701207C1 true RU2701207C1 (ru) | 2019-09-25 |
Family
ID=68063301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019102501A RU2701207C1 (ru) | 2019-01-29 | 2019-01-29 | Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний объектов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2701207C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU204614U1 (ru) * | 2021-01-28 | 2021-06-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Устройство дистанционного измерения коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра в рабочем режиме |
| RU2813636C1 (ru) * | 2023-10-23 | 2024-02-14 | Акционерное общество "Вибро-прибор" | Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний объектов с компенсацией температурной погрешности |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU794539A1 (ru) * | 1977-12-05 | 1981-01-07 | Ленинградский Ордена Красногознамени Механический Институт | Пьезоэлектрический преобразо-ВАТЕль уСКОРЕНий |
| SU1388585A1 (ru) * | 1985-12-17 | 1988-04-15 | Производственное объединение по организации технической эксплуатации энергомеханического оборудования магистральных газопроводов | Устройство дл измерени низкочастотных колебаний компрессорных установок |
| RU140046U1 (ru) * | 2013-10-17 | 2014-04-27 | Закрытое акционерное общество "Вибро-прибор" | Пьезоэлектрический акселерометр |
| RU152648U1 (ru) * | 2015-01-28 | 2015-06-10 | Закрытое акционерное общество "Вибро-прибор" | Двухканальный акселерометр |
| US9057655B2 (en) * | 2012-08-31 | 2015-06-16 | Meggitt Sa | Force sensor and method for testing its reliability |
| US20170227381A1 (en) * | 2016-02-08 | 2017-08-10 | Meggitt Sa | Measuring circuit |
-
2019
- 2019-01-29 RU RU2019102501A patent/RU2701207C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU794539A1 (ru) * | 1977-12-05 | 1981-01-07 | Ленинградский Ордена Красногознамени Механический Институт | Пьезоэлектрический преобразо-ВАТЕль уСКОРЕНий |
| SU1388585A1 (ru) * | 1985-12-17 | 1988-04-15 | Производственное объединение по организации технической эксплуатации энергомеханического оборудования магистральных газопроводов | Устройство дл измерени низкочастотных колебаний компрессорных установок |
| US9057655B2 (en) * | 2012-08-31 | 2015-06-16 | Meggitt Sa | Force sensor and method for testing its reliability |
| RU140046U1 (ru) * | 2013-10-17 | 2014-04-27 | Закрытое акционерное общество "Вибро-прибор" | Пьезоэлектрический акселерометр |
| RU152648U1 (ru) * | 2015-01-28 | 2015-06-10 | Закрытое акционерное общество "Вибро-прибор" | Двухканальный акселерометр |
| US20170227381A1 (en) * | 2016-02-08 | 2017-08-10 | Meggitt Sa | Measuring circuit |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU204614U1 (ru) * | 2021-01-28 | 2021-06-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Устройство дистанционного измерения коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра в рабочем режиме |
| RU2813636C1 (ru) * | 2023-10-23 | 2024-02-14 | Акционерное общество "Вибро-прибор" | Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний объектов с компенсацией температурной погрешности |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6643800B2 (ja) | アクセサリ及びその校正方法 | |
| WO2005077029A2 (en) | Transducer in-situ testing apparatus and method | |
| CN103460058A (zh) | 通过电流的两个不同值无接触地确定对象的电势的方法以及设备 | |
| RU2701207C1 (ru) | Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний объектов | |
| US8228054B2 (en) | Method and apparatus for amplifying a signal and test device using same | |
| RU140046U1 (ru) | Пьезоэлектрический акселерометр | |
| JP2010019842A (ja) | 測定データを得るための試験装置及び試験方法 | |
| KR100784927B1 (ko) | 이동국의 장치를 테스트하는 방법 및 장치 | |
| US9939315B2 (en) | Two-wire electronics interface sensor with integrated mechanical transducing and temperature monitoring capability | |
| RU2705747C1 (ru) | Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний высокотемпературных объектов | |
| KR20210128239A (ko) | 선형가변차동변압기용 진단장치 | |
| US4075601A (en) | Combined pipeline marker and test unit | |
| CN110514869A (zh) | 利用双线接口来测量特定量的电子装置 | |
| US7036378B2 (en) | High and low frequency band dual output transducer | |
| RU2813636C1 (ru) | Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний объектов с компенсацией температурной погрешности | |
| JPH06508685A (ja) | 静電容量形音響トランスデューサを試験するための方法及びシステム | |
| Lally | Accelerometer Selection Considerations | |
| CN112526439A (zh) | 一种标准电压/电荷转换器校准装置 | |
| RU185575U1 (ru) | Устройство для бездемонтажной проверки работоспособности виброметра с пьезоэлектрическим вибропреобразователем | |
| WO2005121825B1 (en) | Test arrangement including anisotropic conductive film for testing power module | |
| US11277701B2 (en) | Microphone | |
| RU207514U1 (ru) | Пьезоэлектрический акселерометр | |
| US20230273235A1 (en) | Two-wire interface reference accelerometer with integrated mechanical transducing and self-calibration capability | |
| US6232831B1 (en) | Electrical power supply with floating current source suitable for providing bias voltage and current to an amplified transducer | |
| KR100359238B1 (ko) | 압전형 진동 센서용 임피던스 변환기의 자동 검사 장치 및방법 |