SE1450279A1 - Vibrationssensor i en portabel vibrationsmätare - Google Patents

Abstract

12 SAM MANDRAG En vibrationsdetektor lämplig för fältanvändning och tillhörande system ochförfaranden beskrivs. En representativ apparat innefattar en vibrationssensorsom är i kontakt med en vibrerande struktur. Vibrationssensorn kan vara ikontakt med vibrationsisolatorer för eliminering av frekvenser hos operatörenshand. I nägra utföringsformer kan en kontaktkraft mellan vibrationssensornoch den vibrerande strukturen mätas, till exempel med användning avkontaktmotständ. Eftersom känsligheten hos vibrationssensorn kan vara enfunktion av kontaktkraften, kan vibrationsamplitudmätningarna justeras för enkänd kontaktkraft för förbättring av vibrationsamplitudmätningensnoggrannhet. Publikationsfigur: Fig. 2

Description

15 20 25 30 Figur 1 är en planvy över en konventionell vibrationsmätare 100. I drift är en Iäspenna 3 hos vibrationsmätaren 100 i kontakt med en vibrerande struktur 5.

Vibrationerna överförs genom läspennan 3 till en accelerometer 2 inuti ett hus 4. När den utsätts för vibrationer, åstadkommer accelerometern 2 en utmatningssignal som ska sändas till elektronik inne i enheten 100 via ledningar 6. Enheten 100 bestämmer sedan vibrationsamplitud/frekvens baserat på signalen som kommerfrån accelerometern. Utmatningen (dvs. amplituden och frekvensen hos vibrationen) kan visas med användning av en bildskärm 7. En sådan konventionell anordning är dock känslig för kontaktkvaliteten mellan anordningen och den vibrerande strukturen.

Noggrannheten hos avläsningen av vibrationssensorn i en handhållen anordning kvarstår därför som ett problem.

Kort beskrivning av figurerna Många aspekter hos föreliggande beskrivning kan förstås bättre med hänvisning till följande figurer. Komponenterna ifigurerna är inte nödvändigtvis skalenliga. Tonvikten är istället lagd på att tydligt illustrera principerna hos föreliggande beskrivning. ifigurerna betecknas vidare samma referenssiffror motsvarande delar genomgående i de olika vyerna.

Figur 1 är en planvy över en handhållen vibrationsmätare i enlighet med känd teknik.

Figur 2 är en planvy över en handhållen vibrationsmätare i enlighet med en utföringsform hos den häri beskrivna teknologin.

Figur 3A är en sprängvy över en handhållen vibrationsmätare i enlighet med en utföringsform hos den häri beskrivna teknologin.

Figur 3B är en isometrisk vy över ett kraftsensoraggregat i enlighet med en utföringsform hos den häri beskrivna teknologin.

Figur 4 är en graf över en känslighet hos vibrationssensorn som funktion av frekvens.

Figur 5 är ett schematiskt diagram över utmatningslinjäriseringen för vibrationssensorn i enlighet med en utföringsform hos den häri beskrivna teknologin. 10 15 20 25 30 Detaljerad beskrivning Specifika detaljer hos flera utföringsformer hos representativa vibrationsmätare och tillhörande förfarande för vibrationsmätningar beskrivs nedan. I några utföringsformer hos föreliggande teknologi är vibrationsmätaren en handhållen anordning som är i kontakt med en vibrerande struktur (till exempel ett roterande maskineri) och som mäter vibrationer hos den vibrerande strukturen. Vibrationsmätaren kan även innefatta en kraftsensor för mätning av en kraft mellan vibrationssensorn och den vibrerande utrustningen. Kraftmätningen kan användas för förbättring av noggrannheten hos vibrationsavläsningen (till exempel amplitud och frekvens), eftersom utmatningen från vibrationssensorn generellt ändras med intensiteten hos kontaktkraften mellan vibrationsmätaren och den vibrerande strukturen. I nägra utföringsformer kan därför utmatningen från vibrationssensorn kombineras med kraftavläsningen för åstadkommande av en justerad utmatning som automatiskt tar hänsyn till kontaktkraften utan ytterligare inmatning från användaren. En eller flera vibrationsisolatorer kan vidare vara i kontakt med vibrationssensorn för filtrering av bruset som skapas av ostadighet eller skakning hos operatörens hand, som skulle uppträda som lägfrekventa vibrationer vid vibrationssensorns utmatning om de inte hade filtrerats. En fackman inom det relevanta området förstår också att teknologin kan ha ytterligare utföringsformer och att teknologin kan utövas utan flera av de detaljer hos utföringsformerna som beskrivs nedan med hänvisning till Figurerna 2-5.

Figur 2 illustrerar en vibrationsmätare 200 i enlighet med utföringsformer hos den häri beskrivna teknologin. Vibrationsmätaren 200 har ett hus 70 som kan vara gjort av pressmaterial (molded plastic) eller andra lämpliga material. I drift kan vibrationsmätaren 200 vara handhållen mot en vibrerande struktur 5 så att en vibrationssensor 10 äri kontakt med den vibrerande strukturen. I andra utföringsformer hos teknologin kan vibrationssensorn vara i kontakt med den vibrerande strukturen 5 genom ett mellanliggande element (ej visat) som överför vibrationer från den vibrerande strukturen till vibrationssensorn. Den vibrationssensorn 10 kan skyddas från mekanisk eller miljöbetingad skada genom en mantel 25 som kan vara gjord 10 15 20 25 30 av gummerat pressmaterial, metall, textilmaterial, eller andra lämpliga material. I några utföringsformer kan vibrationssensorn 10 ha en spets 11 som är hårdare än resten av vibrationssensorn 10 för förbättring av kontakten mellan vibrationssensorn 10 och den vibrerande strukturen 5. En fackman skulle känna till många exempel på vibrationssensorer, inkluderande till exempel accelerometrar. Den vibrationssensorn 10 är ansluten till signalbehandlingselektronik (ej visad i Figur 2) inuti huset 70.

Signalbehandlingselektroniken kan bestämma amplituderna och frekvenserna hos vibrationen baserat på utmatningen från vibrationssensorn 10. Till exempel kan amplituden hos vibrationen bestämmas genom att man integrerar signalen från vibrationssensorn 10 (till exempel en accelerometer) två gånger. En fackman skulle känna till många förfaranden för att numeriskt eller elektroniskt integrera en vibrationssensorsignal för bestämning av den motsvarande förflyttningen hos den vibrerande strukturen under mätningen.

Kommandoknappar 80 och en bildskärm 90 kan användas för att man ska kunna välja och visa vibrationsfrekvenserna och vibrationsamplituderna som motsvarar den vibrerande strukturen 5. Som diskuteras i detalj med hänvisning till Figurerna 3A-5 nedan, kan det lågfrekventa bruset filtreras från vibrationssensorn 10. Signalen från det lågfrekventa bruset kan vidare behandlas tillsammans med signalen från kraftsensorn för man ska ge en mer noggrann vibrationsavläsning.

Figur 3A visar en sprängvy över vibrationsmätaren 200 som är anordnad i enlighet med utföringsformer hos den häri beskrivna teknologin.

Med start i det övre högra hörnet i figuren, kan vibrationssensormanteln 25 åtminstone delvis rymma vibrationssensorn 10 för skydd mot miljöbetingad eller mekanisk skada. Vibrationssensorn 10 kan åtminstone i några utföringsformer dessutom åtminstone delvis vara i kontakt med vibrationsisolatorer 16, 20. Med konventionella handhållna vibrationsmätare kan vibrationen hos operatörens hand överföras till vibrationssensorn 10 och kan felaktigt tolkas som att vara genererad av den vibrerande strukturen själv.

Vibrationen hos operatörens hand är typiskt i lågfrekvensområdet (t.ex. mindre än omkring 50 Hz). I åtminstone några utföringsformer hos den uppfinningsenliga teknologin kan vibrationsisolatorerna 16, 20 filtrera ut dessa 10 15 20 25 30 låga frekvenser innan de når vibrationssensorn 10. Vibrationsisolatorerna 16, 20 kan vara gjorda av ett gummiliknande material eller andra material som dämpar vibrationer hos vibrationssensorn 10 för de frekvenser som är av intresse. Det gummiliknande materialet kan exempelvis väljas baserat på sina kända frekvensdämpande egenskaper. Vibrationsisolatorerna 16 och 20 kan ha flänsar 17 respektive 21 för ett mer stadigt ingrepp med vibrationssensorn 10. En utmatningssignal från vibrationssensorn kan överföras genom en kabel 11 till en gränssnittspanel 61 och vidare till signalbehandlingselektronik (ej visad).

Vibrationsmätaren 200 kan också innefatta en kraftsensor 30. När vibrationsmätaren 200 trycker mot den vibrerande strukturen (ej visad) överförs kontaktkraften från vibrationssensorn 10 till kraftsensorn 30, som förklaras i mer detalj med hänvisning till Figur 3B nedan. Kraftsensorn kan bäras upp av en struktur, exempelvis en kombination av ett belastningsnav 65, en belastningsregel 55 och ett belastningsregelfäste 50, för kvarhållning av kraftsensorn. Skruvar 70 kan ingripa med mottagande gängade hål 26 för att man ska hälla delarna hos vibrationsmätaren 200 i kontakt.

Figur 3B visar en isometrisk vy över kraftsensorn 30 som är placerad mellan en dyna 45 och en kolv 40. En fackman skulle känna till många kraftsensorer som är tillgängliga på marknaden, till exempel inkluderande belastningsmätare och kraftsensorer med skiktmotstånd. En kolv 40 som har en väsentligen plan första yta 41 kan överföra kontaktkraft från vibrationssensorn till kraftsensorn 30, som kan skjutas in mellan kolven 40 och dynan 45. I några utföringsformer kan kraftsensorn 30 vara förbelastad för förbehandling av sin utmatning inom känslighetsområdet. Förbelastningen kan exempelvis uppnås genom att man trycker kolven 40 mot kraftsensorn 30 som bärs upp av den elastiska dynan 45 på den motstående sidan. Vid belastning ändrar kraftsensorn 30 sitt elektriska motstånd. Denna ändring i motståndet, som motsvarar ändringen i kraften, kan mätas genom ett kontaktdon 35. Som förklaras nedan med hänvisning till Figur4 kan mätningarna av vibrationsamplituden förbättras baserat på värdet hos kontaktkraften mellan den vibrerande strukturen och vibrationssensorn. 10 15 20 25 30 Figur 4 är en graf över frekvensrespons hos vibrationssensorn 10. Den horisontella axeln hos grafen visar ett frekvensområde på en logaritmisk skala. Den vertikala axeln till vänster visar en känslighet hos vibrationssensorn i dB. Känsligheten hos en vibrationssensor kan exempelvis tolkas som ett förhållande mellan amplituden som indikeras vid utmatningen hos vibrationssensorn 10 och vibrationsamplituden hos den vibrerande strukturen i sig. Känsligheten som är nära noll på den logaritmiska skalan hos grafen 300 motsvarar ett känslighetsvärde på omkring ett på den linjära skalan. Omvänt indikerar ett positivt värde på den vertikala axeln en högre känslighet och ett negativt värde på den vertikala axeln indikerar en lägre känslighet. I allmänhet är känsligheten hos en vibrationssensor en funktion av vibrationsfrekvensen. Om känsligheten hos vibrationssensorn är känd kan dessutom en lämplig koefficient eller en annan justering användas för bestämning av den relevanta vibrationsamplituden hos vibrationsstrukturen vid en speciell vibrationsfrekvens.

Den vertikala axeln till höger visar vibrationsamplituden. Känsligheten hos vibrationssensorn som en funktion av frekvens kan normalt erhållas från tillverkaren av vibrationssensorn eller kan den bestämmas experimentellt.

Vibrationsamplituden kan därför beräknas retroaktivt för en speciell vibrationsfrekvens. Om känsligheten hos vibrationssensorn också är en funktion av kontaktkraften mellan sensorn och den vibrerande strukturen, kan dock en mätning av vibrationsamplituden, som inte tar hänsyn till kontaktkraften, reducera mätningens noggrannhet. Till exempel kan kurvorna F1, F2, F3 i Figur 4 motsvara vibrationsamplitudmätningarna över ett frekvensområde, men med användning av en annan kontaktkraft. En fackman skulle känna till att en vibrationsamplitud för en given vibrationsfrekvens kan beräknas genom att man integrerar accelerationssignalen två gånger och genom att man justerar resultatet baserat på den kända känsligheten hos vibrationssensorn.

I det illustrerade exemplet, med en vibrationsfrekvens på omkring 1,4 kHz, skulle vibrationssensorn indikera vibrationsamplituder A1, A2 eller A3 för de respektive känslighetskurvorna F1, F2, F3, beroende på storleken hos kontaktkraften mellan vibrationssensorn och den vibrerande strukturen. För 10 15 20 25 30 att erhålla mer noggranna vibrationsamplitudmätningar kan man mäta och använda kontaktkraften för att välja en lämplig känslighetskurva, t.ex. F1, F2 eller F3. Amplituden hos den vibrerande strukturen kan sedan bestämmas från den lämpliga känslighetskurvan. Till exempel kan kraftsensorn 30 (beskriven med hänvisning till Figurerna 3A-3B) mäta kontaktkraft, vilken man i sin tur kan använda för att välja den korrekta vibrationskänslighetskurvan bland känslighetskurvorna F1, F2 och F3. I åtminstone några utföringsformer kan känslighetskurvorna vara tillgängliga i tabellform för enklare beräkningar per relevanta vibrationsfrekvenser. Känslighetskurvorna i tabellform kan kommas åt genom lämplig elektronik baserat på kraftsensoravläsningen, och kan sedan vidare behandlas för beräkning av vibrationsamplituden, exempelvis genom användning av signalintegreringsalgoritmer. I nägra utföringsformer kan känslighetskurvorna vara linjäriserade med användning av linjäriseringskretsar. Exempelvis kan känslighetskurvorna F1, F2, F3 vara linjäriserade för frambringande av linjäriserade känslighetskurvor L1, L2 respektive L3. I åtminstone några utföringsformer gör de linjäriserade känslighetskurvorna vibrationsamplitudsberäkningen enklare och/eller snabbare.

Figur 5 är ett schematiskt diagram över en linjäriseringskrets 500 i enlighet med utföringsformer hos den häri beskrivna teknologin. En ickelinjär inmatning 110 (till exempel känslighetskurvorna F1, F2, F3 som visas i Figur 4) kan matas till en funktionsgenerator 120 som matar ut en funktion som kan dämpas med en dämpare 130. Sedan kan den ickelinjära inmatningen 110 och utmatningen från dämparen 130 summeras i en summeringsförstärkare 140 för åstadkommande av en linjäriserad utmatning 150 (till exempel de linjäriserade känslighetskurvorna L1, L2, L3 som visas i Figur 4). Den linjäriserade utmatningen 150 kan användas för enklare bestämning av vibrationsamplituderna. Många funktionsgeneratorer och linjäriseringskretsar är tillgängliga kommersiellt på marknaden, till exempel funktionsgeneratorer AD640, AD639, AD538 och linjäriseringskretsar AD7569 av Analog Devices, Norwood, Massachusetts.

Från det föregående kommer det att inses att specifika utföringsformer hos teknologin har beskrivits häri för illustrativa ändamål, men att olika 10 15 20 25 modifieringar kan göras utan att avvika från beskrivningen. Till exempel kan i några utföringsformer en funktionsanalysator användas tillsammans med den beskrivna teknologin för att man ska kunna bestämma dominerande frekvenser. I andra utföringsformer kan utmatningen från vibrationssensorn anskaffas av en analog-digitalomvandlingskrets för en efterföljande databehandling som kan göras utanför vibrationsdetektorn.

Vibrationsdetektorn kan vidare innefatta analoga eller digitala frekvensfilter för eliminering av de oönskade övertonerna eller undertonerna hos vibrationsstrukturens huvudfrekvenser. Medan olika fördelar och egenskaper, som hör till vissa utföringsformer, har beskrivits ovan i dessa utföringsformers sammanhang, kan dessutom andra utföringsformer också uppvisa sådana fördelar och/eller egenskaper, och alla utföringsformer behöver inte nödvändigtvis uppvisa sådana fördelar och/eller nackdelar för att man ska hamna inom teknologins omfattning. Följaktligen kan beskrivningen omfatta andra utföringsformer som inte uttryckligen visats eller beskrivits häri.

Följande exempel tillhandahåller ytterligare utföringsformer hos föreliggande teknologi.

Claims (17)

10 15 20 25 30

1. .

2.

3.

4.

5. KRAV Handhällen vibrationsmätare, innefattande, ett hus, en vibrationssensor anordnad att omvandla vibrationer till elektriska signaler, varvid vibrationssensorn är åtminstone delvis inrymd inuti huset, och en vibrationsisolator i kontakt med vibrationssensorn, varvid vibrationsisolatorn är anordnad att filtrera en eller flera vibrationsfrekvenser. Vibrationsmätare enligt krav 1, vidare innefattande en kraftsensor som är mottaglig för en kontaktkraft som anbringas på vibrationssensorn. Vibrationsmätare enligt krav 2, varvid kraftsensorn innefattar ett tryckkänsligt elektriskt motstånd. Vibrationsmätare enligt krav 2, varvid kraftsensorn har en första sida som huvudsakligen är vänd mot vibrationssensorn och en andra sida som är vänd bort från den första sidan, vilken vibrationsmätare vidare innefattar: en kolv vid en andra sida hos kraftsensorn, varvid kolven är anordnad att överföra kontaktkraften till kraftsensorn, och en dyna vid en första sida hos kraftsensorn. Vibrationsmätare enligt krav 1, varvid vibrationsisolatorn är en första vibrationsisolator vid en framsida hos vibrationssensorn, varvid apparaten vidare innefattar: en andra vibrationsisolator vid en baksida hos vibrationssensorn. 10 15 20 25 30 10

6. Vibrationsmätare enligt krav 1, varvid vibrationsisolatorn innefattar gummi.

7. Vibrationsmätare enligt krav 2, vidare innefattande organ för bestämning av ettjusterat vibrationssensorsvar från en kombination av ett vibrationssensorsvar och ett kraftsensorsvar.

8. Vibrationsmätare enligt krav 7, varvid organet för bestämning av det justerade vibrationssensorsvaret innefattar en uppslagstabell, en processor, och en kombination därav.

9. Vibrationsmätare enligt krav 7, varvid åtminstone ett av vibrationssensorsvaret och det justerade vibrationssensorsvaret är Iinjäriserat.

10.Förfarande för mätning av vibrationer hos en vibrerande utrustning med användning av en vibrationsmätare, innefattande: avkänning av vibrationer hos den vibrerande utrustningen med en vibrationssensor, åstadkommande av ett vibrationssensorsvar med vibrationssensorn, mätning av en kontaktkraft mellan vibrationssensorn och den vibrerande utrustningen, och justering av vibrationssensorsvaret baserat på kontaktkraften för att generera ett justerat vibrationssensorsvar.

11.Förfarande enligt krav 10, vidare innefattande: linjärisering av vibrationssensorsvaret för generering av en linjäriserad frekvensrespons.

12.Förfarande enligt krav 11, vidare innefattande: bestämning av en amplitud hos vibrationerna baserat på det 10 15 20 11 justerade vibrationssensorsvaret.

13.Förfarande enligt krav 10, vidare innefattande: bestämning av en frekvens hos vibrationerna baserat på det justerade vibrationssensorsvaret.

14.Förfarande enligt krav 10, vidare innefattande att låta den vibrerande utrustningen vara i kontakt med en vibrationsmätare.

15.Förfarande enligt krav 10, vidare innefattande: filtrering av en eller flera vibrationsfrekvenser med användning av en vibrationsisolator som är i kontakt med vibrationssensorn.

16.Förfarande enligt krav 15, varvid vibrationsisolatorn innefattar: en första isolator vid en framsida hos vibrationssensorn, och en andra isolator vid en baksida hos vibrationssensorn.

17.Förfarande enligt krav 10, varvid mätningen av en kontaktkraft mellan vibrationssensorn och den vibrerande utrustningen utförs med en kraftsensor.