Вибродатчик с элементом цифровой калибровки

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для вибродиагностики технологического оборудования. Вибродатчик с элементом цифровой калибровки выполнен в виде металлического корпуса с фланцем для крепления на контролируемом объекте. Внутри корпуса датчика размещены первичный пьезокерамический преобразователь и электронная схема сопряжения первичного преобразователя. При этом в состав электронной схемы тракта усиления сигнала включен цифровой потенциометр, позволяющий вернуть коэффициент преобразования датчика к начальному значению. Потенциометр управляется от внешнего блока эталонных импульсов, подаваемых через технологический разъем в корпусе датчика при калибровке в режиме задания на испытательном вибростенде образцовых значений виброскорости на базовой частоте и фиксации выходного сигнала датчика на штатной нагрузке блока регистрации. Технический результат заключается в поддержании паспортных характеристик вибродатчика в течение всего срока эксплуатации. 4 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при вибродиагностике различного технологического оборудования - турбоагрегатов, нефте- и газоперекачивающих насосов, компрессоров, колесных пар высокоскоростного железнодорожного транспорта.

Известны серийные промышленные образцы вибропреобразователей: ВК-310, HS-421 Series Vibration sensor, датчик виброскорости 9842V, “Измеритель параметров вагонной буксы” - Патент RU №2360817, 2009 - аналоги. Для обеспечения конструктивной технологичности датчики выполняются в виде корпуса с фланцем, внутри корпуса датчика размещены пьезокерамический чувствительный элемент и электронная схема сопряжения, размещенная на печатной плате, которая жестко закреплена в корпусе датчика.

К недостаткам аналогов следует отнести невозможность калибровки датчика при старении пьезокерамического чувствительного элемента из-за потери добротности в течение периода эксплуатации с сохранением первоначального значения коэффициента преобразования. У существующих датчиков виброскорости при их периодической калибровке определяются новые значения коэффициента преобразования, которые отличаются от первоначальных значений, установленных при изготовлении датчиков. Такая калибровка требует введения новых коэффициентов преобразования датчиков в систему сбора данных, что создает дополнительные трудности при эксплуатации.

Известна “Система контроля состояния вагонных букс” (Патент RU №2356771, 2009). Система аналога включает комплект первичных датчиков, установленных в стандартном узле крепления буксы, работающих в режиме дискретных поочередных измерений температуры и виброперегрузки двухпараметрического датчика по одной двухпроводной линии питания путем одновременной переполюсовки питания всех датчиков, а также режим диагностирования путем программной обработки сигналов в функциональных трактах измерения температуры и виброперегрузки и программного включения трехцветной светодиодной сигнализации в вагонном блоке контроля и сигнализации за счет создания токовой измерительной цепи каждого датчика и введения в состав системы блока переполюсовки питания, аналого-цифрового преобразователя, включенного на выходе измерительной цепи каждого датчика, буферного запоминающего устройства данных текущих измерений сигналов в измерительных цепях, подключенного на вход контроллера, выход которого подключен на вход блока сигнализации.

К недостаткам аналога следует отнести:

- потеря добротности (коэффициента преобразования) пьезоэлектрических датчиков в течение срока эксплуатации;

- необходимость калибровки измерительного тракта каждого датчика в интересах автоматизированной программы обработки состояния вагонных пар в специализированных центрах обработки (по окончании рейсов) по записям измерительной информации в буферных запоминающих устройствах.

Ближайшим аналогом к заявляемому техническому решению является “Испытательный стенд поверки вибропреобразователя [см. Руководство по эксплуатации 4277-032-98222904 РЭ, ООО “ВиКонт”, рис.4, с.18, Москва, 2010, ОКП 427734]” - ближайший аналог.

Испытательный стенд поверки определяет значение коэффициента преобразования вибродатчика на базовой частоте 45 Гц и нелинейности амплитудной характеристики в рабочем диапазоне частот путем сравнения их со значениями (образцового) эталонного вибропреобразователя.

Испытательный стенд поверки вибропреобразователя ближайшего аналога содержит электродинамический вибратор, на котором установлены калибруемый и образцовый вибродатчики, усилитель мощности с блоком управления для задания эталонных параметров вибрации, измеряемых лазерным виброметром, измерительные каналы регистрации параметров сигналов калибруемого и образцового вибропреобразователей.

По результатам поверочных измерений оценивают степень потери чувствительности поверяемого вибродатчика путем расчета нелинейности амплитудной и частотной характеристик.

Расчет значений нелинейности АХ вибропреобразователя в рабочем диапазоне виброскорости или виброускорения на базовой частоте производится по формуле:

,

где K ¯ п р = 1 n i = 1 n K п р i - среднее арифметическое значение коэффициента преобразования.

Расчет неравномерности АЧХ производится по формуле:

,

где Kпр fi - коэффициент преобразования на i-ой частоте;

Kпр баз - коэффициент преобразования на базовой частоте 45 Гц.

Результат поверки представляется в виде таблицы значений отклонений измеряемых параметров от показаний образцового вибропреобразователя.

Недостатком ближайшего аналога следует считать необходимость пересчета исходных данных по коэффициенту преобразования каждого датчика при автоматизированном программном диагностировании состояния контролируемого объекта и его составных частей.

Задачей, решаемой заявленным техническим решением, является изменение электронной схемы вибродатчика для получения возможности калибровки его выходной характеристики на всем интервале эксплуатации до паспортных данных, полученных при первичной аттестации датчика.

Технический результат достигается тем, что вибродатчик с элементом цифровой калибровки выполнен в виде металлического корпуса с фланцем для крепления на контролируемом объекте, внутрь корпуса помещены первичный пьезокерамический преобразователь, электронная схема сопряжения первичного преобразователя с блоком регистрации, отличающийся тем, что в состав электронной схемы включен цифровой потенциометр, позволяющий вернуть коэффициент преобразования датчика к начальному значению, управляемый от внешнего блока эталонных импульсов, подаваемых через выводы технологического разъема в корпусе датчика при калибровке в режиме задания на испытательном вибростенде образцовых значений виброскорости на базовой частоте, равной средневзвешенной частоте измеряемого процесса виброколебаний объекта и режима штатной нагрузки блока регистрации.

Изобретение поясняется чертежами, где

фиг 1 - поэлементная схема вибродатчика;

фиг.2 - структурная схема блока эталонных импульсов;

фиг.3 - сигнал управления цифровым потенциометром;

фиг.4 - амплитудно-частотная характеристика измеряемого процесса.

Поэлементная схема вибродатчика иллюстрируется фиг 1. Вибродатчик состоит из металлического корпуса с фланцем 1 для крепления датчика, внутри корпуса размещены первичный пьезокерамический преобразователь 2, электронная схема сопряжения 3 с цифровым потенциометром 4, технологический разъем 5 с выводами для подключения измерительного канала 6 регистрации сигнала вибродатчика и внешнего генератора 7 эталонных импульсов.

Структурная схема внешнего генератора 7 эталонных импульсов (фиг.2) содержит одновибратор 8 с защитой от дребезга контактов, тумблер 9 направления изменения значений цифрового потенциометра, тактовая кнопка 10, кнопка 11 записи значения в память цифрового потенциометра, технологический разъем 5.

Сигнал управления цифровым потенциометром при калибровке иллюстрируется фиг.3.

Динамика взаимодействия элементов при калибровке состоит в следующем. Предварительно по АЧХ измеряемого процесса калибруемого датчика рассчитывают средневзвешенную частоту вибраций (Fcp) контролируемого объекта из условия:

.

Средняя частота Fcp=64 Гц делит площадь под кривой, как это иллюстрируется фиг.4, пополам. АЧХ вибропроцесса измеряют путем подключения на выход блока регистрации спектроанализатора типа 3560С (см., http://tecon.com.ua/bruel-and-kjaer/107-product17.html). Затем калибруемый и эталонный датчики устанавливают на испытательный вибростенд. Задают базовую частоту электродинамического преобразователя стенда, равную Fcp измеряемого вибропроцесса. Поскольку все каскады измерительного тракта влияют на выходной сигнал калибруемого датчика, измерения проводят при подключенных блоках регистрации, имитирующих эталонную нагрузку. Подключают внешний генератор эталонных импульсов к калибруемому датчику и добиваются совпадения коэффициента преобразования датчика с паспортными данными путем изменения значения сопротивления цифрового потенциометра.

Все элементы вибродатчика выполнены на существующей технической базе аналогов. Новым элементом является цифровой потенциометр, выполненный на интегральной схеме фирмы Maxim - МАХ5128 [datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX5128.pdf].

Эффективность заявленного технического решения определяется возможностью обеспечения паспортных характеристик вибродатчика в течение всего срока его эксплуатации, а также возможностью автоматизированной программной обработки сигналов при диагностировании вибропроцессов.

Вибродатчик с элементом цифровой калибровки выполнен в виде металлического корпуса с фланцем для крепления на контролируемом объекте, внутрь корпуса помещены первичный пьезокерамический преобразователь, электронная схема сопряжения первичного преобразователя с блоком регистрации, отличающийся тем, что в состав электронной схемы включен цифровой потенциометр, позволяющий вернуть коэффициент преобразования датчика к начальному значению, управляемый от внешнего блока эталонных импульсов, подаваемых через выводы технологического разъема в корпусе датчика при калибровке в режиме задания на испытательном вибростенде образцовых значений виброскорости на базовой частоте, равной средневзвешенной частоте измеряемого процесса виброколебаний объекта и режима штатной нагрузки блока регистрации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике. Акселерометр содержит кремниевую подложку, на которую нанесен пьезоэлектрический слой, например, из окиси цинка в виде прямоугольной вытянутой дорожки.

Изобретение относится к устройствам для измерения линейных ускорений и может быть использовано для одновременного измерения ускорений вдоль трех взаимно перпендикулярных осей.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения линейного ускорения. Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения состоит из двух каналов приемо-передачи оптического излучения и чувствительного элемента, включающего два устройства ориентации оптического излучения, выполненные из кварцевого стекла в форме параллелепипеда, частично покрытые зеркальным напылением, и устройство поглощения оптического излучения, которое консольно закреплено через прокладки между устройствами ориентации оптического излучения и выполнено в виде балки из светопоглощающего материала с грузом, закрепленным на ее конце.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к акселерометрам, предназначенным для измерения малых ускорений. Акселерометр содержит ячейку из двух параллельно установленных поляроидов с чувствительным элементом между ними, выполненным из прозрачного тензочувствительного материала - полиуретана, имеющего форму клина.

Изобретение относится к пьезоэлектрическим датчикам и может быть использовано, в частности, в системах диагностики автомобиля и системах автосигнализации. Сущность: датчик включает пьезоэлектрическое рабочее тело и систему регистрации.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению параметров механических колебаний в широкой полосе частот. Изобретение может быть использовано для измерения волновых параметров механических колебаний различных объектов в строительстве, машиностроении, акустике и т.д.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения параметров удара на стендах и может быть использовано при исследовании ударного взаимодействия тел.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения пиковых ударных ускорений. Пьезоэлектрический датчик ударного ускорения содержит корпус, во внутренней полости которого закреплена опора, имеющая выступы в средней части, равноудаленные от сторон корпуса, на каждом из которых закреплены при помощи промежуточного клеевого слоя пьезоэлемент и инерционная масса.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к акселерометрам. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к технике высокоточных измерений, и может быть использовано для измерения перемещений и вибраций.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается линейного микроакселерометра с оптической системой. Микроакселерометр включает в себя корпус, две инерционные массы на упругих подвесах, два датчика положения, два компенсационных преобразователя. Датчики положения выполнены в виде двух пар монохроматических излучателей с различным спектром излучения и двух фотоприемников с цветоделением, имеющих не менее двух выходов спектральных диапазонов. Излучатели расположены над инерционной массой, а фотоприемники размещены в корпусе соосно с фотоприемниками. Монохроматические излучатели снабжены ограничителями светового потока. Технический результат заключается в повышении точности измерений и упрощении конструкции. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров ускорения в виброметрии, сейсмологии и акустики. Пьезоэлектрический акселерометр содержит предусилитель и концентрично расположенные кольцевые инерционную массу, корпус и первый пьезочувствительный элемент с осевой поляризацией в виде пары пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пары пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями пары кольцевых пьезоэлектрических секторов, имеющих различную поляризацию, причем электроды подключены к предусилителю, при этом в него введены второй и третий предуселители, а также второй кольцевой пьезочувствительный элемент, установленный над первым кольцевым пьезочувствительным элементом и выполненный в виде двух пар радиально поляризованных секторов, снабженных электродами, контактирующими с боковыми поверхностями секторов, при этом предуселители выполнены дифференциальными, а сектора пар второго кольцевого пьезочувствительного элемента имеют одинаковую поляризацию, причем три пары первого и второго кольцевых пьезочувствительных элементов через электроды подключены к входам трех соответствующих дифференциальных усилителей. Технический результат - измерение трех компонент вектора ускорения. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров ускорения в виброметрии, сейсмологии и акустики. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является измерение трех компонент вектора ускорения с помощью пьезоакселерометра, работающего на деформации сдвига. Известный однокомпонентный пьезоакселерометр содержит предусилитель и концентрично расположенные кольцевые инерционную массу, корпус и пьезочувствительный элемент в виде трех пьезоэлектрических секторов, один из которых выполнен с осевой поляризацией, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов, причем электроды подключены к предусилителю, введены второй и третий предусилители, при этом второй и третий пьезоэлектрические сектора выполнены с радиальной поляризацией и подключены ко второму и третьему предусилителям. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в сейсмоприемных устройствах. Предложен сложенный маятник, который может быть реализован в виде монолитного маятника, который не расположен в вертикальной конфигурации, т.е. повернутый на 90°, либо в направлении по часовой стрелке, либо против часовой стрелки. В частности, вариант такого вертикального сложенного маятника в монолитной конфигурации представляет более компактную реализацию, охарактеризованную высоким разделением вертикальной степени свободы от других степеней свободы. Технический результат - достижение оптимальной механической добротности устройства. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к метрологии. Пьезоэлектрический преобразователь содержит ортогональную систему из четырех однокомпонентных вибропреобразователей. Ось чувствительности четвертого преобразователя проходит через центр ортогональной системы координат и ориентирована относительно каждой из осей под заданными углами и образует с осями три некомпланарные и неколлинеарные пространственные косоугольные системы координат. Ось чувствительности четвертого преобразователя предпочтительно совмещена с плоскостью, проходящей через вертикальную ось и биссектрису угла между горизонтальными осями ортогональной системы координат и ориентирована под острым углом к вертикальной оси. Корпус преобразователя содержит разъем и элементы крепления. Контроль работоспособности преобразователя предполагает определение значений проекций ортогонального и косоугольного пространственного вектора вибрации объекта, которые приводят к ортогональной системе координат. Затем определяют модули вектора вибрации, их суммируют и определяют среднее значение. Вычисляют отклонение вибрации от среднего значения, сравнивают эти отклонения c заданным отклонением и определяют работоспособность преобразователя. Технический результат - получение объективной информации о функционировании устройства. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 5 табл.

Раскрыты способы и устройства, которые облегчают обнаружение подводных сигналов при геофизических исследованиях. Один вариант осуществления относится к преобразователю, включающему в себя консоль, соединенную с основанием. Консоль может включать в себя стержень и первую соединительную поверхность, ориентированную под углом от стержня, а основание может включать в себя вторую соединительную поверхность, ориентированную под углом от стержня и по существу параллельную первой соединительной поверхности консоли. Преобразователь может дополнительно включать в себя чувствительный материал, присоединенный между первой соединительной поверхностью консоли и второй соединительной поверхностью основания. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при изготовлении пьезоэлектрического датчика ударного ускорения для соединения его элементов, в частности - в технологии создания клеевых электропроводящих композиций. Способ склеивания элементов пьезоэлектрического датчика ударного ускорения включает создание клеевого состава путем смешивания эпоксидного клея с каучуком не менее 60% массовых долей и графитом не более 10% массовых долей с дальнейшим вводом в полученный клеевой состав токопроводящих калиброванных частиц размером 20-80 мкм с нанесением клеевого состава на поверхность. Осуществляют соединение поверхностей и вулканизацию при температуре от 100°C до 110°C. В клеевой состав вводят растворитель в соотношении от 1:10 до 1:3 от объема клеевого состава. В качестве токопроводящих частиц используют ферромагнитные частицы размером не более 10 мкм в количестве 2-10% массовых долей. В качестве калиброванных частиц используют стеклянные или полимерные микросферы. Вулканизацию проводят под давлением 0,05-0,20 МПа в течение 21-24 ч в постоянном магнитном поле с индукцией не менее 0,2 Тл, силовые линии которого перпендикулярны склеиваемым поверхностям. Технический результат, достигаемый при использовании способа по изобретению заключается в обеспечении повышения точности и надежности измерений ударных ускорений пьезоэлектрическим датчиком в условиях интенсивного ударного ускорения при повышенной температуре и/или высокочастотных неизмеряемых воздействиях.

Изобретение относится к устройствам, измеряющим переменное ускорение, а именно к акселерометрам, которые могут быть использованы в качестве сейсмодатчиков, вибродатчиков, датчиков удара и т.д. Акселерометр состоит из n каналов, соответствующих n координатам (n=1÷3), каждый из которых содержит совокупность электронных блоков: чувствительный элемент, ориентированный осью чувствительности по присвоенной ему координате; блок обработки электрического сигнала и подачи его на выход акселерометра; вторичный блок питания для каждого из блоков обработки электрического сигнала, механически закрепленных внутри пылевлагозащищенного корпуса, при этом совокупность электронных блоков для каждого из каналов выполнена на основе заготовки однокоординатного малогабаритного акселерометра в отдельном пылевлагозащищенном корпусе. Технический результат – повышение технологичности конструкции и процесса изготовления акселерометра, а также его унификации. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к малогабаритным высокочувствительным пьезоэлектрическим акселерометрам, транспортировка и установка которых связана с большими внешними воздействиями. Акселерометр содержит корпус, инерционную массу М, пьезоэлементы, винт с пружиной, при этом инерционная масса, пьезоэлементы, винт и пружина установлены на промежуточном основании с массой m (m<0,1⋅М), связанном с основанием корпуса дополнительной пружиной, зазор между инерционной массой и корпусом - Δx, и жесткость пружины К выбираются из условия K⋅Δx<0,3⋅Gmax⋅S, где Gmax - максимально допустимые напряжения в пьезоэлементах площадью S. Технический результат – повышение стойкости малогабаритного акселерометра к большим внешним ускорениям в сочетании с высоким значением коэффициента преобразования. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для измерения параметров удара. Сущность изобретения заключается в том, что малогабаритный датчик удара состоит из пьезокерамического элемента, закрепленного внутри корпуса, внешние электроды которого соединены проводниками с токоподводящими выводами, соединяющими их с внешними цепями, в качестве пьезокерамического элемента использован пьезокерамический элемент биморфный, изготовленный по пленочной технологии, закрепленный компаундом одним из концов в виде консоли внутри металлокерамического корпуса, где внешние электроды пьезокерамического элемента биморфного соединены проводниками с контактными площадками корпуса, предназначенного для поверхностного монтажа. Технический результат: обеспечение возможности повышения ударной прочности изделия и его чувствительности, уменьшения габаритных размеров и массы при улучшенных характеристиках корпуса, ударной прочности изделия и его чувствительности, уменьшения влияния на эксплуатационные характеристики паразитного пироэффекта, улучшения направленной избирательности. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для вибродиагностики технологического оборудования. Вибродатчик с элементом цифровой калибровки выполнен в виде металлического корпуса с фланцем для крепления на контролируемом объекте. Внутри корпуса датчика размещены первичный пьезокерамический преобразователь и электронная схема сопряжения первичного преобразователя. При этом в состав электронной схемы тракта усиления сигнала включен цифровой потенциометр, позволяющий вернуть коэффициент преобразования датчика к начальному значению. Потенциометр управляется от внешнего блока эталонных импульсов, подаваемых через технологический разъем в корпусе датчика при калибровке в режиме задания на испытательном вибростенде образцовых значений виброскорости на базовой частоте и фиксации выходного сигнала датчика на штатной нагрузке блока регистрации. Технический результат заключается в поддержании паспортных характеристик вибродатчика в течение всего срока эксплуатации. 4 ил.

Наверх