RU34750U1 - Датчик виброскорости - Google Patents

Abstract

Датчик виброскорости, содержащий горизонтальный и вертикальный первичные преобразователи и формирователь токового выхода, отличающийся тем, что введены первый и второй усилители, первый и второй фильтры низкой частоты, первый и второй масштабирующие усилители, вычислительное устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь, запоминающее устройство, блок гальванической развязки, первый и второй приемопередатчики, демодулятор и формирователь выхода напряжения, при этом выходы первичных преобразователей соединены с входами соответствующих усилителей, выходы которых соединены с входами соответствующих фильтров низкой частоты, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих масштабирующих усилителей, вторые входы которых соединены с первым выходом вычислительного устройства, а выходы соединены, соответственно, с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя вычислительного устройства, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом запоминающего устройства, второй и третий входы-выходы и второй выход соединены, соответственно, с первым, вторым входами-выходами и входом блока гальванической развязки, третий и четвертый входы-выходы которого соединены с входами-выходами, соответственно, первого и второго приемопередатчиков, входы-выходы которых являются, соответственно, вновь введенными первым и вторым входами-выходами датчика виброскорости, а выход соединен с входом демодулятора, выход которого соединен с входами формирователя выхода напряжения и формирователя токового выхода.

Description

использована для непрерывного дистанционного контроля за вибрацией и вибродиагностики элементов конструкции газоперекачивающих, нефтеперекачивающих, электрических агрегатов и других промышленных объектов.

Известен датчик виброскорости (см. каталог продукции РФЯЦВНИИЭФ для ТЭК, ИКЛЖ.402152.001, стр.34, изд. Россия, г. Саров Нижегородской обл., 2002 г.), содержащий пьезоэлектрический вибропреобразователь (первичный преобразователь), выход которого соединен с входом усилителя-интегратора.

Одним из недостатков известного датчика виброскорости является невозможность: дистанционной настройки на первичный преобразователь, дистанционного изменения диапазона измерения контролируемого параметра, частотного диапазона измерения и функции преобразования в связи с жестко заданными параметрами измерения. Другим недостатком датчика виброскорости является невозможность сохранения значений контролируемого параметра за определенный интервал времени для анализа в целях вибродиагностики объекта контроля вследствие отсутствия в датчике устройства для их накопления. Третьим недостатком датчика является невозможность определения интегральных характеристик

контролируемого параметра из-за отсутствия в составе датчика схем определения характеристик. Четвертым недостатком датчика является невозможность работы в составе систем с цифровыми линиями связи с реализацией резервирования канала связи из-за аналоговой обработки сигнала и отсутствия цифровых выходов.

Известен датчик виброскорости (см. каталог продукции РФЯЦВНИИЭФ для ТЭК, ИКЛЖ.402248.004, стр.32, изд. Россия, г. Саров Нижегородской обл., 2002 г.), взятый за прототип и содержащий горизонтальный и вертикальный первичные электродинамические преобразователи, выходы которых через, соответственно, первый и второй жгуты соединены, соответственно, с первым и вторым входами нормирующего преобразователя, содержащего формирователь токового выхода.

Одним из недостатков известного датчика виброскорости является невозможность: дистанционной настройки на первичный преобразователь, дистанционного изменения диапазона .измерения контролируемого параметра, частотного диапазона измерения и функции преобразования в связи с жестко заданными параметрами измерения. Другим недостатком датчика виброскорости является невозможность сохранения значений контролируемого параметра за определенный интервал времени для анализа в целях вибродиагностики объекта контроля вследствие отсутствия в датчике устройства для их накопления. Третьим недостатком

датчика является невозможность работы в составе современных систем с цифровыми линиями связи с реализацией резервирования канала связи изза аналоговой обработки сигнала и отсутствия цифровых выходов.

Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание датчика виброскорости, обладающего:

возможностью дистанционной настройки на первичный преобразователь;

- возможностью дистанционного - изменения диапазона измерения контролируемого параметра, частотного диапазона измерения и функции преобразования;

возможностью сохранения значений контролируемого параметра за определенный интервал времени;

возможностью работы в составе систем с цифровыми линиями связи с реализацией резервирования канала связи.

Технический результат, заключающийся в обеспечении возможности дистанционной настройки на первичный преобразователь, дистанционного изменения диапазона измерения контролируемого параметра, частотного диапазона измерения и функции преобразования, сохранения значений контролируемого параметра за определенный интервал времени, работы в составе систем с цифровой линией связи с обеспечением резервирования канала связи, достигается тем, что в датчик виброскорости, содержащий горизонтальный и вертикальный первичные

преобразователи и формирователь токового выхода, введены первый и второй усилители, первый и второй фильтры низкой частоты, первый и второй масштабирующие усилители, вычислительное устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь, запоминающее устройство, блок гальванической развязки, первый и второй приемопередатчики, демодулятор и формирователь выхода напряжения, при этом выходы первичных преобразователей соединены с входами соответствующих усилителей, выходы которых соединены с входами

соответствующих фильтров низкой частоты, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих масштабирующих усилителей, вторые входы которых соединены с первым выходом вычислительного устройства, а выходы соединены, соответственно, с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя вычислительного устройства, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом запоминающего устройства, второй и третий входы-выходы и второй выход соединены, соответственно, с первым, вторым входами-выходами и входом блока гальванической развязки, третий и четвертый входы-выходы которого соединены с входами-выходами, соответственно, первого и второго приемопередатчиков, входы-выходы которых являются, соответственно, вновь введенными первым и вторым входами-выходами датчика виброскорости, а выход соединен с входом демодулятора, выход которого

соединен с входами формирователя выхода напряжения и формирователя токового выхода.

Указанная совокупность признаков позволяет обеспечить возможность: дистанционной настройки на первичный преобразователь, дистанционного изменения диапазона измерения контролируемого параметра, частотного диапазона измерения и функции преобразования за счет реализации конфигурируемой схемы измерения с гибким алгоритмом обработки сигналов, позволяющей изменять коэффициенты функции преобразования, параметры фильтрации, коэффициенты усиления масштабирующих усилителей и режимы работы. Возможность сохранения значений контролируемого параметра за определенный интервал времени обеспечивается путем их измерения и расчета в вычислительном устройстве с сохранением численного значения в запоминающем устройстве при установке соответствующего режима работы. Возможность работы в составе систем с цифровыми линиями связи с реализацией резервирования канала связи обеспечивается за счет цифровой обработки сигналов в вычислительном устройстве и наличием двух приемопередатчиков. Применение формирователей токового выхода и формирователя выхода напряжения позволяет применять датчик виброскорости аналогично прототипу - в составе систем с аналоговыми линиями сбора информации.

На фигуре представлена функциональная схема датчика виброскорости.

Датчик виброскорости содержит горизонтальный 1 и вертикальный 2 первичные преобразователи, выходы которых соединены с входами соответствующих усилителей 3 и 4, выходы которых соединены с входами соответствующих фильтров 5 и 6 низкой частоты, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих масштабирующих усилителей 7 и 8, вторые -входы которых соединены с первым выходом вычислительного устройства 9, а выходы соединены, соответственно, с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя 10 вычислительного устройства 9. Первый вход-выход вычислительного устройства 9 соединен с входом-выходом запоминающего устройства 11, второй и третий входы-выходы и выход соединены, соответственно, с первым, вторым входами-выходами и входом блока 12 гальванической развязки, третий и четвертый входы-выходы которого соединены с входами-выходами, соответственно, первого 13 и второго 14 приемопередатчиков, входы-выходы которых являются, соответственно, первым и вторым входами-выходами датчика виброскорости, а выход соединен с входом демодулятора 15, выход которого соединен с входами формирователя 16 выхода напряжения и формирователя 17 токового выхода.

В качестве горизонтального 1 и вертикального 2 первичных преобразователей могут использоваться соответствующие первичные электродинамические преобразователи, входящие в состав прототипа (см. каталог продукции РФЯЦ-ВНИИЭФ для ТЭК, Р1КЛЖ.402248.004, стр.32, изд. Россия, г. Саров Нижегородской обл., 2002 г.). Усилители 3 и 4 могут быть построены на операционных усилителях по схеме дифференциального усилителя. Фильтры 5 и 6 низкой частоты могут быть реализованы как активные фильтры- на операционном усилителе. Масщтабирующие усилители 7 и 8 могут быть выполнены по схеме инвертирующего включения операционного усилителя с переключающимся электронными ключами сопротивлением обратной связи для изменения коэффициента усиления. Вычислительное устройство 9, содержащее аналого-цифровой преобразователь 10, может быть реализовано на микроконтроллере, например, MSP430F149 фирмы Texas Instruments. В качестве запоминающего устройства 11 может быть использована микросхема статического оперативного запоминающего устройства CY62148V фирмы CYPRESS. Блок 12 гальванической развязки может быть реализован на транзисторных оптронах HCPL600, включенных по типовой схеме включения, приведенной в описании оптронов HCPL600 на сайте фирмы Hewlett Packard - www.hp.com. Приемопередатчики 13 и 14 могут быть реализованы на микросхемах интерфейса RS-485 - ADM485E, включенных по типовой схеме, приведенной в описании на данные

микросхемы на сайте фирмы Analog Devise - www.ad.com. Демодулятор 15 может быть реализован как простейший демодулятор широтноимпульсного сигнала - интегрирующая RC-цепь. Формирователь 16 выхода напряжения может быть реализован на операционном усилителе, включенном по схеме с неинвертирующим включением. Формирователь 17 токового выхода может быть реализован на микросхеме AD694, включенной по типовой схеме включения, приведенной в описании на эти микросхемы на сайте фирмы Analog Devise - www.ad.com.

Датчик виброскорости работает следующим образом.

При воздействии вибрации на первичные преобразователи 1 и 2, на их выходах возникает э.д.с., пропорциональная мгновенным значениям виброскорости. Сигналы напряжения с первичных преобразователей 1, 2 передаются на соответствующие входы усилителей 3, 4, которые усиливают их. С выхода дифференциальных усилителей 3, 4 сигналы подаются на входы соответствующих фильтров 5, 6 низкой частоты, которые ограничивают частотный диапазон входных сигналов для обеспечения критерия Найквиста для последующего аналого-цифрового преобразования сигналов. С выхода фильтров 5, 6 сигналы подаются на входы соответствующих масштабирующих усилителей 7, 8, которые усиливают выходные сигналы фильтров 5, 6 низкой частоты для обеспечения полного рабочего диапазона аналогово-цифрового преобразователя 10 (АЦП), входящего в состав вычислительного

устройства 9. Коэффициент усиления масштабирующих усилителей 7, 8 переключается сигналом управления с первого выхода вычислительного устройства 9. Выходной сигнал масштабирующих усилителей 7, 8 подается на соответствующие входы (каналы) АЦП 10. В вычислительном устройстве 9 цифровые значения с выхода АЦП 10, пропорциональные мгновенным значениям виброскорости подвергаются математической обработке: производится корректировка входных значений с учетом характеристики первичного преобразователя, частотный., диапазон ограничивается программным цифровым фильтром до граничных значений, зависящих от установленного частотного диапазона, производится расчет среднего квадратического значения векторной суммы или одной из составляющих виброскорости в зависимости от установленного режима измерения. Рассчитанное значение преобразуется в модулированный сигнал и со второго выхода вычислительного устройства 9 через блок 12 гальванической развязки поступает на демодулятор 15, который преобразует входной сигнал в сигнал напряжения. Формирователь 16 выхода напряжения и формирователь 17 токового выхода преобразуют выходной сигнал демодулятора в выходные сигналы, соответственно, напряжения и тока требуемых параметров. Также через входы-выходы вычислительного устройства 9 по запросам, поступающим от системы верхнего уровня (на фигуре не показана) через приемо-передатчики 13, 14 и блок гальванической развязки 12, могут

передаваться цифровые значения результатов измерений, изменяться режимы измерений и параметры настройки. Кроме того, вычислительное устройство 9 по запросу от системы верхнего уровня может сохранять цифровые значения виброскорости, в запоминающем устройстве 11 и затем передавать их.

В целях подтверждения осуществимости заявленного объекта и достижения технического результата изготовлен опытный образец. Проведенные испытания показали осуществимость технического рёщения и его практическую ценность.

Claims (1)

1. Датчик виброскорости, содержащий горизонтальный и вертикальный первичные преобразователи и формирователь токового выхода, отличающийся тем, что введены первый и второй усилители, первый и второй фильтры низкой частоты, первый и второй масштабирующие усилители, вычислительное устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь, запоминающее устройство, блок гальванической развязки, первый и второй приемопередатчики, демодулятор и формирователь выхода напряжения, при этом выходы первичных преобразователей соединены с входами соответствующих усилителей, выходы которых соединены с входами соответствующих фильтров низкой частоты, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих масштабирующих усилителей, вторые входы которых соединены с первым выходом вычислительного устройства, а выходы соединены, соответственно, с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя вычислительного устройства, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом запоминающего устройства, второй и третий входы-выходы и второй выход соединены, соответственно, с первым, вторым входами-выходами и входом блока гальванической развязки, третий и четвертый входы-выходы которого соединены с входами-выходами, соответственно, первого и второго приемопередатчиков, входы-выходы которых являются, соответственно, вновь введенными первым и вторым входами-выходами датчика виброскорости, а выход соединен с входом демодулятора, выход которого соединен с входами формирователя выхода напряжения и формирователя токового выхода.