[go: up one dir, main page]

RU2558636C2 - Vibration detector with element of digital calibration - Google Patents

Vibration detector with element of digital calibration Download PDF

Info

Publication number
RU2558636C2
RU2558636C2 RU2013154463/28A RU2013154463A RU2558636C2 RU 2558636 C2 RU2558636 C2 RU 2558636C2 RU 2013154463/28 A RU2013154463/28 A RU 2013154463/28A RU 2013154463 A RU2013154463 A RU 2013154463A RU 2558636 C2 RU2558636 C2 RU 2558636C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vibration
sensor
electronic circuit
digital
vibration detector
Prior art date
Application number
RU2013154463/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013154463A (en
Inventor
Вячеслав Федорович Давыдов
Юрий Павлович Батырев
Виктор Павлович Дунаевский
Дмитрий Геннадьевич Кряжев
Елена Юрьевна Веселова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" (ФГБОУ ВПО МГУЛ)
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" (ОАО "НПО ИТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" (ФГБОУ ВПО МГУЛ), Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" (ОАО "НПО ИТ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" (ФГБОУ ВПО МГУЛ)
Priority to RU2013154463/28A priority Critical patent/RU2558636C2/en
Publication of RU2013154463A publication Critical patent/RU2013154463A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2558636C2 publication Critical patent/RU2558636C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: vibration detector with a digital calibration element is made in the form of a metal body with a flange for fixation on a controlled object. Inside the sensor body there is a primary piezoceramic converter and an electronic circuit of primary converter coupling. At the same time the electronic circuit of a signal amplification tract comprises a digital potentiometer, making it possible to return sensor transformation ratio to the initial value. The potentiometer is controlled from an outer block of reference pulses, supplied via a process slot in the sensor body during calibration in the setting mode on a vibration test bench of sample values of vibration speed at base frequency and fixation of the sensor output signal on a regular load of a registration unit.
EFFECT: maintenance of vibration detector passport characteristics during entire operation time.
4 dwg

Description

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.The invention relates to measuring equipment and may find application in the vibration diagnostics of various technological equipment - turbine units, oil and gas pumps, compressors, wheelsets of high-speed railway transport.

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.Known serial industrial designs of vibration transducers: VK-310, HS-421 Series Vibration sensor, vibration velocity sensor 9842V, “Measuring unit for carriage axles” - Patent RU No. 2360817, 2009 - analogues. To ensure constructive manufacturability, the sensors are made in the form of a housing with a flange, a piezoceramic sensitive element and an electronic interface circuit located on a printed circuit board that is rigidly fixed in the sensor housing are placed inside the sensor housing.

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.The disadvantages of analogues include the inability to calibrate the sensor during aging of the piezoelectric ceramic sensor due to the loss of quality during the period of operation while maintaining the original value of the conversion coefficient. Existing vibration velocity sensors during their periodic calibration determine new values of the conversion coefficient, which differ from the initial values established in the manufacture of sensors. Such calibration requires the introduction of new conversion factors for sensors in the data acquisition system, which creates additional difficulties during operation.

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.The well-known “System for monitoring the condition of carriage axle boxes” (Patent RU No. 2356771, 2009). The analogue system includes a set of primary sensors installed in a standard axle box mounting unit operating in the mode of discrete sequential measurements of temperature and vibration overload of a two-parameter sensor via one two-wire power line by simultaneously reversing the power supply of all sensors, as well as a diagnostic mode by programmatically processing signals in the functional paths of temperature measurement and vibration overloads and software activation of a three-color LED alarm in the car block and signaling by creating a current measuring circuit of each sensor and introducing a power polarity reversal unit, an analog-to-digital converter included in the output of the measuring circuit of each sensor, a buffer storage device for the data of current measurements of signals in the measuring circuits, connected to the controller input, the output of which connected to the input of the alarm unit.

К недостаткам аналога следует отнести:The disadvantages of the analogue include:

- потеря добротности (коэффициента преобразования) пьезоэлектрических датчиков в течение срока эксплуатации;- loss of quality factor (conversion coefficient) of piezoelectric sensors during the service life;

- 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.- the need to calibrate the measuring path of each sensor in the interests of an automated program for processing the condition of carriage pairs in specialized processing centers (at the end of flights) according to the recording of measurement information in buffer storage devices.

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.The closest analogue to the claimed technical solution is the “Test stand calibration of vibration transducer [see Operation manual 4277-032-98222904 RE, ViKont LLC, Fig. 4, p.18, Moscow, 2010, OKP 427734] ”is the closest analogue.

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.The calibration test bench determines the value of the conversion coefficient of the vibration sensor at a base frequency of 45 Hz and the nonlinearity of the amplitude characteristic in the operating frequency range by comparing them with the values of the (reference) reference vibration transducer.

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.The test bench for calibrating the vibration transducer of the closest analogue contains an electrodynamic vibrator on which a calibrated and model vibration sensors are installed, a power amplifier with a control unit for setting reference vibration parameters measured by a laser vibrometer, measuring channels for recording signal parameters of a calibrated and model vibration transducers.

По результатам поверочных измерений оценивают степень потери чувствительности поверяемого вибродатчика путем расчета нелинейности амплитудной и частотной характеристик.According to the results of verification measurements, the degree of sensitivity loss of the calibrated vibration sensor is estimated by calculating the nonlinearity of the amplitude and frequency characteristics.

Расчет значений нелинейности АХ вибропреобразователя в рабочем диапазоне виброскорости или виброускорения на базовой частоте производится по формуле:The calculation of the non-linearity of the AX vibration converter in the operating range of vibration velocity or vibration acceleration at the base frequency is carried out according to the formula:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где K ¯ п р = 1 n i = 1 n K п р i

Figure 00000002
- среднее арифметическое значение коэффициента преобразования.Where K ¯ P R = one n i = one n K P R i
Figure 00000002
- the arithmetic mean value of the conversion coefficient.

Расчет неравномерности АЧХ производится по формуле:The calculation of the frequency response unevenness is made according to the formula:

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где Kпр fi - коэффициент преобразования на i-ой частоте;where K CR fi is the conversion coefficient at the i-th frequency;

Kпр баз - коэффициент преобразования на базовой частоте 45 Гц.K pr base - the conversion coefficient at a base frequency of 45 Hz.

Результат поверки представляется в виде таблицы значений отклонений измеряемых параметров от показаний образцового вибропреобразователя.The verification result is presented in the form of a table of values of deviations of the measured parameters from the readings of an exemplary vibration transducer.

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.The disadvantage of the closest analogue should be considered the need to recalculate the source data by the conversion coefficient of each sensor with automated software diagnosing the state of the controlled object and its components.

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.The problem solved by the claimed technical solution is to change the electronic circuit of the vibration sensor to be able to calibrate its output characteristics over the entire operating interval to the passport data obtained during the initial certification of the sensor.

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.The technical result is achieved in that the vibration sensor with a digital calibration element is made in the form of a metal housing with a flange for mounting on a controlled object, a primary piezoceramic transducer is placed inside the housing, an electronic circuit for connecting the primary transducer to the recording unit, characterized in that the electronic circuit includes a digital a potentiometer that allows you to return the conversion coefficient of the sensor to the initial value, controlled from an external block of reference pulses, p supplied through the terminals of the process connector in the sensor case during calibration in the mode of setting on the test vibrostender the standard values of vibration velocity at the base frequency equal to the weighted average frequency of the measured process of vibration of the object and the normal load mode of the recording unit.

Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

фиг 1 - поэлементная схема вибродатчика;Fig 1 is an element-wise diagram of a vibration sensor;

фиг.2 - структурная схема блока эталонных импульсов;figure 2 is a structural diagram of a block of reference pulses;

фиг.3 - сигнал управления цифровым потенциометром;figure 3 - control signal of a digital potentiometer;

фиг.4 - амплитудно-частотная характеристика измеряемого процесса.figure 4 - amplitude-frequency characteristic of the measured process.

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.An element-by-element diagram of the vibration sensor is illustrated in Fig. 1. The vibration sensor consists of a metal housing with a flange 1 for mounting the sensor, a primary piezoceramic transducer 2 is placed inside the housing, an electronic interface circuit 3 with a digital potentiometer 4, a process connector 5 with leads for connecting a measurement channel 6 for registering a vibration sensor signal and external generator 7 reference pulses.

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.The structural diagram of an external generator 7 of reference pulses (Fig. 2) contains a single vibrator 8 with protection against contact bounce, a toggle switch 9 for changing the values of a digital potentiometer, a clock button 10, a button 11 for recording values in the memory of a digital potentiometer, technological socket 5.

Сигнал управления цифровым потенциометром при калибровке иллюстрируется фиг.3.The control signal of the digital potentiometer during calibration is illustrated in Fig.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:The dynamics of the interaction of elements during calibration is as follows. Preliminarily, according to the frequency response of the measured process of the calibrated sensor, the weighted average vibration frequency (F cp ) of the controlled object is calculated from the condition:

Figure 00000004
.
Figure 00000004
.

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.The average frequency F cp = 64 Hz divides the area under the curve, as illustrated in figure 4, in half. The frequency response of the vibration process is measured by connecting to the output of the registration block a spectrum analyzer of the 3560C type (see, http://tecon.com.ua/bruel-and-kjaer/107-product17.html). Then, the calibrated and reference sensors are mounted on a test vibration bench. The base frequency of the electrodynamic transducer of the stand is set equal to F cp of the measured vibration process. Since all the cascades of the measuring path affect the output signal of the calibrated sensor, the measurements are carried out with connected recording units that simulate a reference load. An external reference pulse generator is connected to the calibrated sensor and the sensor conversion coefficient coincides with the passport data by changing the resistance value of the digital potentiometer.

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].All elements of the vibration sensor are made on the existing technical base of analogues. The new element is a digital potentiometer, made on the Maxim integrated circuit - MAX5128 [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.The effectiveness of the claimed technical solution is determined by the ability to provide passport characteristics of the vibration sensor during the entire period of its operation, as well as by the possibility of automated software signal processing in diagnosing vibration processes.

Claims (1)

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. The vibration sensor with the digital calibration element is made in the form of a metal case with a flange for mounting on a controlled object, a piezoelectric transducer is placed inside the case, an electronic circuit for pairing the primary transducer with the recording unit, characterized in that the electronic circuit includes a digital potentiometer, which allows you to return the conversion coefficient sensor to the initial value, controlled from an external block of reference pulses supplied through the terminals of the technological plug in the sensor housing during calibration in the task mode on the test vibrostender of standard values of vibration velocity at a base frequency equal to the weighted average frequency of the measured process of vibration of the object and the normal load mode of the recording unit.
RU2013154463/28A 2013-12-09 2013-12-09 Vibration detector with element of digital calibration RU2558636C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013154463/28A RU2558636C2 (en) 2013-12-09 2013-12-09 Vibration detector with element of digital calibration

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013154463/28A RU2558636C2 (en) 2013-12-09 2013-12-09 Vibration detector with element of digital calibration

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013154463A RU2013154463A (en) 2015-06-20
RU2558636C2 true RU2558636C2 (en) 2015-08-10

Family

ID=53433420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013154463/28A RU2558636C2 (en) 2013-12-09 2013-12-09 Vibration detector with element of digital calibration

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2558636C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU847064A1 (en) * 1979-10-09 1981-07-15 Каунасский Политехнический Институтим. Ahtahaca Снечкуса Vibration pickup
US20050177333A1 (en) * 2002-01-18 2005-08-11 Stefan Lindberg Apparatus for analysing the condition of a machine
RU2313773C1 (en) * 2006-10-05 2007-12-27 Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "ТРАНСНЕФТЬ" System of calibration of measuring and vibration inspection device controlled by microprocessor
RU84569U1 (en) * 2009-03-05 2009-07-10 ГОУ ДПО Академия стандартизации, метрологии и сертификации (учебная) PIEZO ELECTRIC ANALYZER OF VIBRATIONS
US20120138752A1 (en) * 2010-12-03 2012-06-07 Carlson Richard C Rail line sensing and safety system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU847064A1 (en) * 1979-10-09 1981-07-15 Каунасский Политехнический Институтим. Ahtahaca Снечкуса Vibration pickup
US20050177333A1 (en) * 2002-01-18 2005-08-11 Stefan Lindberg Apparatus for analysing the condition of a machine
RU2313773C1 (en) * 2006-10-05 2007-12-27 Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "ТРАНСНЕФТЬ" System of calibration of measuring and vibration inspection device controlled by microprocessor
RU84569U1 (en) * 2009-03-05 2009-07-10 ГОУ ДПО Академия стандартизации, метрологии и сертификации (учебная) PIEZO ELECTRIC ANALYZER OF VIBRATIONS
US20120138752A1 (en) * 2010-12-03 2012-06-07 Carlson Richard C Rail line sensing and safety system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕРИИ ВК-310", РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ 4277-032-98222904 РЭ, ООО ВИКОНТ, М, 2010 Г. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013154463A (en) 2015-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6361641B2 (en) Field equipment
CN100449287C (en) Torque testing device
US8632667B2 (en) Deterioration signal generation device for oxygen sensor
CN103048106B (en) Aeroengine vibration transducer double-wire checking and detecting method and implementation system thereof
CN105092095A (en) Temperature calibrating method and device
US7398166B2 (en) Method and apparatus for the measurement of the acoustic impedance
CN107894262B (en) Liquid level measuring device and method, engine
CN113382349A (en) Calibration method and device of test device and computer readable storage medium
CN106323159B (en) A kind of dual-vibrating-spring type strain gauge
RU2558636C2 (en) Vibration detector with element of digital calibration
US20120265469A1 (en) Calibration method and device
CN109579976A (en) A kind of piezoelectric acceleration transducer sensitivity coefficient method of calibration
CN109655735B (en) Power amplifier chip evaluation board and power amplifier chip evaluation board system
CN216792270U (en) Multi-accelerometer calibration device
CN111123184A (en) Calibration device and method for FPGA junction temperature test
CN210109138U (en) Calibration system of ship accelerometer
RU2358244C1 (en) Method of inspecting piezoelectric vibration transducer without dismantling from control object
JP2019184389A (en) Diagnostic device
JP4840942B2 (en) Electronic component leak inspection apparatus and electronic component leak inspection method
CN210346947U (en) Temperature simulation measuring device
RU83331U1 (en) MEASURING REMOTE FOR DIAGNOSTIC AND CHECK OF THE AIRCRAFT ENGINE GAS TEMPERATURE CONTROL EQUIPMENT
KR101237405B1 (en) Quality Inspection Appartus of TFT LCD Module
RU2002113907A (en) Automated diagnostic complex
CN211979182U (en) Calibration device for FPGA junction temperature test
RU2537749C1 (en) Hydrophone tract with dismantling-free inspection of its operability

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161210