Устройство для измерения вибрации

 

Изобретение относится к вибродиагностике и может быть использовано для измерения виброскорости и виброускорения различных машин и механизмов. Цель изобретения - повышение точности измерения виброускорения. Устройство содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик 1, усилитель 2 и полосовой фильтр 3, входную RC-цепь 4, подключенную к входу усилителя 2, сумматор 5, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам усилителя 2 и полосового фильтра 3. 3 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 Н 11/06

ГосудАРственныи кОмитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

: л;-":7К;.Г я т ; цццуцн.:,"„„, (А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1267168 (21) 4438123/24-28 (22) 08.06.88 (46) 23.08.90. Бюл. N 31 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (72) В.И.Петрович, Г,В.Зусман и В.А.Шпанкин (53) 531.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Q 1267168, кл. G 01 Н 13/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ

„„5U 1587348 А2 (57) Изобретение относится к вибродиагностике и может быть использовано для измерения виброскорости и виброускорения различных машин и механизмов. Цель изобретения — повышение точности измерения виброускорения. Устройство содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик 1, усилитель 2 и полосовой фильтр 3, входную RC-цепь 4, подключенную к входу усилителя 2, сумматор 5, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам усилителя 2 и-полосового фильтра 3. 3 ил.

1587348

Изобретение относится к вибродиагносТМК8, может 5blTb испоЛьзовано Pflfl N3MG рения виброскорости и виброускорения различных машин и механизмов и является усовершенствованием устройства по авт, 5 св. KL 1267168., . Цель изобретения — повышение точности измерения виброускорения.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 — график зависимости 10 погрешности измерения ускорения от нормированной частоты; на фиг,3 — график зависимости модуля максимал ь ной погрешности измерения ускорения от коэффициента а= Кфр Kz/K 1.

4 Ц

Устройство содержит последовательчо соединенные пьезоэлектрический датчик i, усилитель 2 и полосовой фильтр 3, входную

RC-цепь 4, подключенную к входу усилителя

2, сумматор 5, первый и второй входы кото- 20 рого подключены соответственно к выходам усилителя 2 и полосового фильтра 3, Последний представляет собой схему с многопетлевой обратной связью и инвертирующим коэффициентом передачи. 25

Сумматор 5 имеет коэффициенты передачи К1 и К2 соответственно по первому и второму входам, которые связаны с инвертирующим коэффициентом передачи К@р полосового фильтра 3 соотношением 30

03 <Кф, — 04, К2

Устройство работает следующим образом.

Пьезодатчик 1 и усилитель 2 преобразу- 35 ют механические когебания а(в) в электрический сигнал, пропорциональный виброускорени(о. Этот сигнал поступает на полосовой фильтр 3 с резонансной час отой вр. Напряжение полезногосигнала на выхо- 40 де 1 устройства определяется выражением

u.«I(a) = а(в) . i

Кф(в) — коэффициент передачи полом- "" вого фильтра 3.

Коэффициент передачи усилигеля 2 с учетом входной RC-цепи 4 определяется по формуле аЯс Г0 y() уо р,р г+ где Ку — коэффициент усиления собственно усилителя, Коэффициен передачи полосового 55 фильтра 3 определяется выражением

КФ(в.) = КФ . (1 г ),.-, где Кфр — коэффициент передачи фильтра на центральной частоте вр, Q — его добротность, Если выполняется условие RC = 1/вр, то

Ua )(в) = а(в) K)o Кфг, 2 иР z p af ((вЬ,) +1)((1 — ) 0 +—

4 4

Отличие приведенной частотной характеристики от идеального интегратора (1/в) для частот в >2вр составляет менее

0,08;4 при 0 1. Поэтому в частотном диапазоне с нижней граничной частотой в„=

=2 предлагаемое устройство обеспечивает выходной сигнал (по первому выходу), пропорциональный виброскорости. При этом существенно уменьшаются коэффициент передачи устройства вне рабочего диапазона и постоянная времени входной

RC-цепи. Например, для — „= 10 Гц и С = йф»

2_#_

=4000 пФ достаточно и = 5 МОм (вместо обычно требуемых 50 МОм), Таким образом, обеспечивается существенное снижение низкочастотных шумов, повышается точность измерения виброскорости и уменьшается время восстановления устройства после перегрузки, Это позволяет также проводить точн ые оперативные измерения виброскорости пьезодатчиком со щупом. В то же время сигнал с выхода усилителя 2, пропорциональный виброускорению, дает значение виброускорения со значительной погрешностью, максимальное значение которой при N/вя = 2 составляет 10,5%.

Поэтому значение виброускорения снимается с второго выхода устройства (выход сумматора 5). Сигналы на входах сумматора

5 в комплексном виде можно представить как

)- = () —: —.- - - ((, в P — i в + 1) (l — + „. вр вр вр где! — мнимая единица.

Сигнал на выходе сумматора записывается как

Uâblõ.2 =- аЪ)) " >

К;о 1 ввр

i — +1 в

fK

N, N () — ) — i — + 1 вр вр

1587348 и его модуль

Uev () =з(в) к, х г > )4 к, к к к, г)(в + "ъ 1+ Ф 1+ (щ)" ш в

1+(— ) 1+(— ) Ip

Анализ последнего выражения показывает, что при в 2ñèð погрешность от неравномерности амплитудно-частотной характеристики полученного таким образом сигнала виброускорения составляет малые значения (менее 2 ) при

0,3 Кфр — <0,4. Для наглядности расКг

К1 смотрим приведенные на фиг.2 зависимости погрешности д сигнала ускорения от нормированной частоты МЬ(,, Как видно, например, при Кфр — = 0;3565 максималь, Кг

Ki ная погрешность и редлагаемого устройства составляет-0,357; по сравнению с 10,5 у известного. Для обоснования выбранного диапазона коэффициента

0,3 а = Кфр . — 0,4 на фиг.3 приведе. Кг

К1 на зависимость модуля максимальной погрешности / MBKc/ определения ускорения в диапазоне частот в 3 2вр от коэффициенI

Кг та а = Кфр †. Как видно из приведенной

K) зависимости, максимальная погрешность мала как раз при значениях 0,3 а «0,4, 5 поэтому эти значения выделены в качестве существенного признака.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет существенно повысить точность измерения виброускорения, сохраняя

10 малые низкочастотные шумы и малое время: восстановления после перегрузок.

Формула изобретения

15 Устройство для измерения вибрации по а вт. св. М 1267168, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения виброускорения, оно снабжено сумматором, усилителем и полосовым фильтром, 20 первый вход сумматора с коэффициентом передачи К1 подключен к выходу усилителя, второй вход с коэффициентом передачи Кг. соединен с выходом полосового фильтра с инвертирующим коэффициентом передачи

Кфр на резонансной частоте вр, а выход сумматора является выходом устройства, причем коэффициенты передачи К1, Кг и Кфр удовлетворяют соотношению

0,3 Кфр Кг /К1 — - 0,4.

1587348

"О йР/у

® иакс1, 5

03 04 дьгЗ

Составитель Е. Воронин

Редактор Н,Лазаренко Техред М.Моргентал Корректор С, Шекмэр

Заказ 2413 Тираж 418 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГKHl СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101