Устройство для вибродиагностики машинного оборудования

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля технического состояния механизмов. Цель изобретения - повышение достоверности диагностики механизмов. Это достигается за счет того, что устройство, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь 1, широкополосный усилитель 2 и блок 3 распознавания сигналов и перестраиваемый полосовой фильтр 4, вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя и информационным входом блока 3, снабжено блоком 5 автоматической регулировки усиления и последовательно соединенными генератором 6 опорного напряжения и регулируемым усилителем 7, при этом выход последнего соединен с входом управления блока 3 распознавания сигналов, выход генератора 6 опорного напряжения дополнительно соединен с входом опорного напряжения блока 5 автоматической регулировки усиления, информационный вход и выход последнего подключены соответственно к выходу перестраиваемого полосового фильтра 4 и входу управления широкополосного усилителя 2. Это позволяет снизить влияние реально существующих нестабильностей и неучитываемых внешних факторов, таких, как температурные колебания, различия в качестве контакта вибропреобразователя с корпусом машинного оборудования, старения элементов устройства и т.п. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля технического состояния механизмов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для виброакустической диагностики машинного оборудования [1] содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, широкополосный усилитель, блок распознавания сигналов, синхрогенератор, регулируемый полосовой фильтр и блок формирования импульсов, вход регулируемого полосового фильтра соединен с выходом усилителя и первым входом блока распознавания сигналов, второй вход которого соединен с выходом синхрогенератора, вход которого соединен с выходом блока формирования импульсов.

Недостатком известного устройства является недостаточно высокая достоверность в условиях реально существующих нестабильностей элементов и других неучитываемых внешних факторов.

Целью изобретения является повышение достоверности диагностирования механизмов.

Это достигается тем, что в устройство для виброакустической диагностики машинного оборудования, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, широкополосный фильтр и блок распознавания сигналов и перерастраиваемый полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя и информационным входом блока распознавания сигналов, введены блок автоматической регулировки усиления и последовательно соединенные генератор опорного напряжения и регулируемый усилитель, при этом выход регулируемого усилителя соединен с входом управления блока распознавания сигналов, выход генератора опорного напряжения дополнительно соединен с входом опорного напряжения блока автоматической регулировки усиления, информационный вход и выход последнего подключены соответственно к выходу перестраиваемого полосового фильтра и входу управления широкополосного усилителя.

Поставленная цель достигается также тем, что блок распознавания сигналов состоит из N параллельных каналов и последовательно соединенных коммутатора, компаратора и индикатора, входы всех каналов объединены с образованием информационного входа блока распознавания сигналов, их выходы соединены с соответствующими входами коммутатора, второй вход компаратора является входом управления блока распознавания сигналов, а каждый канал выполнен в виде последовательно соединенных перестраиваемого полосового фильтра, квадратичного детектора и регулируемого усилителя.

Принцип действия предлагаемого устройства основывается на диагностировании дефектов или неисправностей в каждом из N закрепленных (контролируемых) узлов машинного оборудования по признаку структурных изменений в суммарном виброакустическом сигналеV_Σ (t), которые проявляются в изменениях интенсивности σ_i² соответствующей составляющей V_i(t) суммарного вибросигнала по отношению к интенсивности σ_о² его опорной составляющей V_o(t), характеризующей работу (N+1) (опорного) узла. В условиях бездефектной работы i-го узла выполняется равенство σ_i²/ σ_o²= α_i² const. При появлении дефекта получаем σ_i²/ σ_o² > α_i². Признаком достоверного обнаружения дефекта может служить условие σ_i² / σ_o² ≥ β^* α_i², где β^* 1,5.2,0 коэффициент предельного увеличения относительной интенсивности i-й составляющей вибросигнала.

Отношение σ_i²/ σ_o² может служить таким образом достаточной статистикой в задаче диагностирования технического состояния каждого i-го узла. Ее (статистики) основным преимуществом является инвариантность (нечувствительность) к любым квазилинейным искажениям суммарного сигнала V_Σ (t), в том числе за счет влияния разного рода нестабильностей окружающей среды и старения элементов устройства.

На чертеже изображена блок-схема устройства для виброакустической диагностики машинного оборудования.

Устройство содержит последовательно соединенные вибропреобразователь 1, широкополосный усилитель 2 и блок 3 распознавания сигналов, перестраиваемый полосовой фильтр 4, вход которого подключен к выходу усилителя 2 и информационному входу блока 3, блок 5 автоматической регулировки усиления и последовательно соединенные генератор 6 опорного напряжения и регулируемый усилитель 7, выход последнего соединен с входом управления блока 3 распознавания сигналов, выход генератора 6 дополнительно соединен с входом опорного напряжения блока 5 автоматической регулировки усиления, информационный вход и выход последнего соединены соответственно с выходом полосового фильтра 4 и входом управления широкополосного усилителя 2. При этом блок 5 автоматической регулировки усиления может быть выполнен по известной схеме последовательного соединения детектора 8 с задержкой, регулируемой уровнем опорного напряжения, усилителя 9 и фильтра 10 нижних частот [2] А блок 3 распознавания сигналов состоит из N параллельных каналов 11-1-11-N, где N количество каналов, и последовательно соединенных коммутаторов 12 на N входов, компаратора 13 и индикатора 14. Входы всех каналов объединены и образуют информационный вход блока 3, их выходы соединены с соответствующими входами коммутатора 12. Второй (опорный) вход компаратора 13 является входом управления блока 3, а каждый канал 11-i состоит из последовательно соединенных перестраиваемого полосового фильтра 15, квадратичного детектора 16, интегратора 17 и регулируемого усилителя 18.

Устройство работает следующим образом.

Суммарный вибросигнал V_Σ (t) от вибропреобразователя 1 усиливается в усилителе 2 и поступает на входы N полосовых фильтров 15, которыми отфильтровываются (выделяются) N контролируемых составляющих V_i(t), i=.

Сигнал каждой отдельной составляющей с выхода полосового фильтра 15 детектируется по амплитуде в квадратичном детекторе 16 и подается на вход соответствующего интегратора 17, где формируется оценка его относительной интенсивности σ_i². Сигнал, пропорциональный σ_i² β_i α_i²σ_o², с выхода интегратора 17 усиливается с коэффициентом усиления К_i 1/ α_i² в усилителе 18. Усиленные сигналы с выходов каналов 11-1-11-N, пропорциональные по величине интенсивности опорного сигнала β_i σ_o², последовательно во времени через коммутатор 12 подаются на компаратор 13, где они сравниваются с установленным пороговым уровнем U_п β^* σ_o². При β_i > β^* сигнал проходит на вход индикатора 14, где регистрируется неисправность в соответствующем i-м узле машинного оборудования.

Для формирования требуемого порогового уровня U_п устройство снабжено последовательно соединенными генератором 6 опорного напряжения и регулируемым усилителем 7. Генератор 6 выполняется по схеме генератора постоянного напряжения и генерирует (формирует) напряжение, равное σ_о²= const. Требуемое пороговое напряжение на втором входе компаратора 13 формируется путем усиления постоянного напряжения генератора 6 в усилителе 7 с коэффициентом, равным β^*. При этом предполагается, что интенсивность опорной составляющей V_o(t) суммарного вибросигнала предварительно стабилизирована на уровне σ_о² const.

Для стабилизации интенсивности или мощности σ_о² опорной составляющей суммарного вибросигнала в устройство введен блок 5 автоматической регулировки усиления, который совместно с настроенным на частоту f_o опорной составляющей полосовым фильтром 4 и широкополосным усилителем 2 реализует идею селективной по полосе частот автоматической стабилизации мощности сигнала V_o(t). При этом на опорный вход блока 5 подается напряжение задержки, равное σ_о² с выхода генератора 6. На вход полосового фильтра 4 подается суммарный вибросигнал, усиленный усилителем 2.

В полосовом фильтре 4 отфильтровывается его опорная составляющая V_o(t). Сигнал V_o(t) с выхода фильтра 4 подается на детектор 8 блока 5 автоматической регулировки усиления, где он квадратично детектируется по амплитуде и сравнивается с опорным уровнем σ_о². При условии V_o²(t) > > σ_о² замыкается цепь обратной связи, включающая усилитель 9 и фильтр 10 нижних частот.

Усиленный в усилителе 9 и усредненный в фильтре 10 сигнал с выхода детектора 8 подается на вход управления широкополосного усилителя 2 и понижает его коэффициент усиления до момента обеспечения равенства V_o²(t) σ_о², когда цепь автоматической регулировки усиления размыкается. Этим обеспечивается стабилизация интенсивности опорной составляющей сигнала V_o(t) на требуемом уровне σ_о² вне зависимости от влияния разного рода нестабильностей и случайных внешних факторов на уровень входного (суммарного) сигнала V_Σ (t) и одновременно обеспечивается защита цепи автоматической регулировки усиления от действия внешних помех.

Перед началом работы для настройки устройства на конкретное машинное оборудование определяют собственные частоты f_i всех контролируемых составляющих V_i(t), i= , суммарного вибросигнала, а также частоту (N+1)-й (опорной) составляющей f_o и соответствующий набор относительных интенсивностей α _i² σ_i²/ σ_o², i=, характеризующий номинальный (бездефектный) режим работы оборудования.

По частотам f_i} настраивают полосовые фильтры 15, а по коэффициентам α _i²} регулируемые усилители 18 в каналах 11-1-11-N блока 3 распознавания сигналов. Коэффициент усиления регулируемого усилителя 7 устанавливают равным β^* const. При этом для получения исходных данных в процессе настройки устройства могут быть использованы результаты предварительного спектрального анализа, проведенного над вибросигналом от заведомо исправного машинного оборудования.

Таким образом, благодаря введению в устройство дополнительных элементов 5, 6 и 7 и новых функциональных связей удается повысить достоверность его работы в условиях реально существующих нестабильностей и неучитываемых внешних факторов, таких как температурные колебания, различия в качестве контакта вибропреобразователя 1 с корпусом машинного оборудования, старение элементов устройства и т.п. Причем за счет высокой избирательности цепи автоматической регулировки усиления по частоте одновременно обеспечивается высокая помехозащищенность предложенного устройства, что также повышает достоверность осуществляемого диагностирования.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРОДИАГНОСТИКИ МАШИННОГО ОБОРУДОВАНИЯ, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, широкополосный усилитель и блок распознавания сигналов, и перестраиваемый полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя и информационным входом блока распознавания сигналов, отличающееся тем, что оно снабжено блоком автоматической регулировки усиления и последовательно соединенными генератором опорного напряжения и регулируемым усилителем, выход регулируемого усилителя соединен с входом управления блока распознавания сигналов, выход генератора опорного напряжения соединен с входом опорного напряжения блока автоматической регулировки усиления, информационный вход и выход последнего подключены соответственно к выходу перестраиваемого полосового фильтра и входу управления широкополосного усилителя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок распознавания сигналов состоит из N параллельных каналов и последовательно соединенных коммутатора, компаратора и индикатора, входы всех каналов объединены с образованием информационного входа блока распознавания сигналов, их выходы с соответствующими входами коммутатора, второй вход компаратора является входом управления блока распознавания сигналов, а каждый канал выполнен в виде последовательно соединенных перестраиваемого полосового фильтра, квадратичного детектора и регулируемого усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1