Устройство для диагностики механизмов циклического действия

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике, а именно к диагностике механизмов циклического действия. Сущность: устройство содержит последовательно соединенные вибропреобразователь 1, усилитель 2, блок 3 обработки виброакустического сигнала и регистрирующее устройство 4. Блок 3 включает аналого-цифровой преобразователь 5, подключенный к выходу усилителя 2, цифроаналоговый преобразователь 6, подсоединенный к регистрирующему устройству 4, последовательно соединенные двухвходовый сумматор 7, цифровой умножитель 8 и управляемую линию задержки 9, выход которой подсоединен к первому входу сумматора 7, второй вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя 5, выход цифрового умножителя 8 соединен с входом цифроаналогового преобразователя 6, а управляющий вход линии задержки 9 через последовательно соединенные цифровой умножитель частоты 10 и формирователь импульсов 11 - к датчику 12 фазы цикла. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к диагностике механизмов циклического действия (зубчатых передач, насосов, турбин, электродвигателей, двигателей внутреннего сгорания и др.), и может использоваться для балансировки роторов, исследования динамики механизмов при создании малошумного оборудования в гидроакустике.

Виброакустические сигналы механизмов циклического действия имеют периодические (циклические) составляющие, скрытые в шуме и несущие исчерпывающую информацию о динамике механизмов, поэтому для целей диагностики их необходимо выделить из общего шума.

Известно устройство вибрационного контроля турбоагрегата [1], которое позволяет измерять величины n-гармоник циклических составляющих вибраций механизма с помощью n-следящих фильтров, управляемых от датчика частоты оборотов и умножителя частоты.

Однако данное устройство при измерении теряет фазы гармонических составляющих, поэтому с его помощью невозможно оценить форму циклической составляющей виброакустического сигнала, что снижает точность контроля дефектов механизма. Кроме того, сильно возрастает громоздкость и сложность устройства с ростом числа гармоник, величины которых необходимо измерить с помощью этого устройства. Так, чтобы обеспечить контроль состояния зубчатых передач с большим числом зубьев (до 128) в устройство должно быть введено 512 аналого-цифровых преобразователей и следящих фильтров.

Таким образом, данное устройство не обеспечивает точности при значительном его усложнении для определенного круга диагностируемых механизмов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, реализующее способ виброакустической диагностики механизмов циклического действия [2] и содержащее последовательно соединенные вибропреоразователь, усилитель, блок обработки виброакустического сигнала и регистрирующее устройство. Блок обработки виброакустического сигнала включает умножитель, формирователь зондирующих импульсов, линию задержки зондирующих импульсов, временное управляющее устройство и интегратор.

Устройство выделяет из виброакустического сигнала периодическую (циклическую) составляющую, форма которой достаточно близко отображает характер динамических процессов в узле, с движением которого синхронизирована последовательность зондирующих импульсов, а следовательно, несет достоверную информацию о техническом состоянии узла. Однако, из-за того, что измерение значений сигнала в определенных фазах цикла производят в стробе с конечной длительностью, возникает некоторая погрешность вследствие сглаживания сигнала в стробе (огрубление формы циклической составляющей) и, следовательно, уменьшается точность измерения. Кроме того, интегрирование (сглаживание) в стробе осуществляется аналоговым интегратором, что также снижает точность измерений. Данное устройство позволяет осуществлять просмотр циклической составляющей последовательной подачей зондирующих импульсов, что увеличивает время диагностики.

Задача изобретения - разработать устройство для диагностики механизмов циклического действия, которое позволило бы сократить время и повысить точность диагностики механизма.

Это достигается тем, что в устройстве для диагностики механизма циклического действия, включающем последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель, блок обработки виброакустического сигнала и регистрирующее устройство, согласно изобретению блок обработки виброакустического сигнала содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), подключенный к выходу усилителя, рециркулятор и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), подключенный к регистрирующему устройству, при этом рециркулятор состоит из последовательно соединенных двухвходового сумматора, цифрового умножителя и управляемой линии задержки, сигнальный выход которой подключен к выходам АЦП, выход цифрового умножителя подключен к входу ЦАП, а управляющий вход линии задержки через последовательно соединенные цифровой умножитель частоты и формирователь импульсов - к датчику фазы цикла.

Использование рециркулятора с управляемой от датчика фазы цикла линией задержки в каждый момент времени обеспечивает точное равенство времени задержки и длительности цикла действия механизма, вследствие чего в следящем режиме работы рециркулятора за изменениями скорости вращения механизма обеспечивается точная настройка рециркулятора на частоту вращения механизма. Это позволяет осуществлять синфазное накопление полезной периодической составляющей вибросигнала механизма и отфильтровывать ее от шума и мощных несинхронных периодических вибраций соседних узлов и механизмов, полностью сохраняя форму, что повышает точность диагностики.

Равенство времени задержки и периода циклической составляющей позволяет с помощью рециркулятора одновременно получать и выводить на регистрирующее устройство все значения полезного сигнала, что ускоряет время диагностики. Кроме того, выполнение блока обработки виброакустического сигнала позволяет организовать работу всего устройства таким образом, что сигнал обрабатывается на цифровом уровне, что также повышает точность диагностики.

На чертеже представлена функциональная схема диагностического устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные вибропреобразователь 1, усилитель 2, блок 3 обработки виброакустического сигнала и регистрирующее устройство 4. Блок обработки виброакустического сигнала включает АЦП 5, подключенный к выходу усилителя 2, ЦАП 6, подсоединенный к регистрирующему устройству 4.

Блок обработки виброакустического сигнала состоит из последовательно соединенных двухвходового сумматора 7, цифрового умножителя 8 с коэффициентом умножения β < 1 и управляемой линии задержки 9, выход которой подсоединен к первому входу сумматора 7, второй вход которого подключен к выходу АЦП 5. Выход цифрового умножителя 8 соединен с входом ЦАП 6, а управляющий вход линии задержки 9 через последовательно соединенные цифровой умножитель частоты 10 и формирователь импульсов 11 подключен к датчику 12 фазы цикла.

Устройство работает следующим образом. Сигнал, генерирующий механизмом циклического действия, с вибропреобразователя 1 после усиления в усилителе 2 и преобразовании в АЦП 5 поступает в блок обработки виброакустического сигнала. Пройдя через сумматор 7, сигнал ослабляется в цифровом умножителе 8 с коэффициентом умножения β< 1.

Коэффициент задает определенную постоянную времени рециркуляции сигнала для осуществления экспоненциального режима накопления полезного сигнала.

Ослабленный сигнал из цифрового умножителя 8 поступает в ЦАП 6 и линию задержки 9, откуда после задержки на время, равное длительности цикла действия механизма, поступает на первый вход сумматора 7, где происходит суммирование задержанных на время, равное длительности цикла, синфазных значений полезного сигнала с полезным сигналом, поступившим в АЦП 5. При этом синфазность значений полезного сигнала, поступающего с АЦП 5, и сигнала, поступающего с линии задержки 9, обеспечивается управляющим сигналом от датчика фазы цикла механизма.

Управляющий сигнал от датчика 12 формируется в формирователе 11 импульсов и затем поступает в цифровой умножитель 10 частоты, в котором частота сформированного сигнала фазы цикла умножается на число, которое определяет количество значений сигнала в течение периода, необходимое для точного измерения циклической составляющей.

Сигнал с умноженной частоты поступает на управляющий вход линии задержки 9 и осуществляет запись значений полезного виброакустического сигнала в линии задержки и их считывание равно через период вращения механизма. Тем самым обеспечивается постоянное (следящее) равенство периода вращения механизма и времени задержки. Притом происходит экспоненциальное накопление полезного сигнала в сумматоре 7 при полном сохранении формы циклической составляющей, что увеличивает точность измерений. Накапливаемый в сумматоре 7 сигнал через цифровой умножитель 8 непрерывно поступает в ЦАП 6 и после образования в аналоговый вид - на регистрирующее устройство. При этом на регистрирующее устройство 4 выводятся одновременно все значения полезного сигнала, что ускоряет время диагностики.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ МЕХАНИЗМОВ ЦИКЛИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель, блок обработки виброакустического сигнала и регистрирующий блок, отличающееся тем, что блок обработки виброакустического сигнала выполнен в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, двухвходового сумматора, цифрового умножителя и цифроаналогового преобразователя, последовательно соединенных датчика фазы цикла, формирователя импульсов и цифрового умножителя частоты, управляемой линии задержки, первый вход которой соединен с выходом цифрового умножителя, второй вход - с выходом цифрового умножителя частоты, а выход - с вторым входом двухвходового сумматора, вход аналого-цифрового преобразователя является входом блока обработки виброакустического сигнала, выход цифроаналогового преобразователя является выходом блока обработки виброакустического сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1