Системы измерения вибрации реферат

Обновлено: 30.06.2024

Расчет датчика вибрации, построенного по принципу прямого измерения. Выбор конструкции с чувствительным элементом маятникового типа и расчет коэффициента демпфирования. Электрическая схема, математическая модель выходного сигнала, корпусирование датчика.

Соглашение об использовании материалов сайта

Просим использовать работы, опубликованные на сайте, исключительно в личных целях. Публикация материалов на других сайтах запрещена.
Данная работа (и все другие) доступна для скачивания совершенно бесплатно. Мысленно можете поблагодарить ее автора и коллектив сайта.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

Расчет вала на изгиб и сечения балки. Разработка конструкции узла механизма. Выбор кинематической схемы аппарата. Описание предлагаемой конструкции. Расчет геометрических параметров пружины. Расчет погрешности механизма датчика для второго положения.

курсовая работа [2,0 M], добавлен 24.12.2011

Назначение и область применения, конструкция и принцип действия индукционного датчика угла с подвижной катушкой. Вывод формул для определения величины и крутизны выходного сигнала, технические данные датчика, его погрешности, достоинства и недостатки.

курсовая работа [498,9 K], добавлен 17.10.2009

Обоснование приборов и устройств автоматического контроля и регулирования экстрактора противоточного типа. Выбор датчика давления в теплообменнике, расходомера, датчика температуры, регуляторов, уровнемера. Спецификация на выбранные средства измерения.

курсовая работа [831,3 K], добавлен 06.03.2011

курсовая работа [941,1 K], добавлен 25.12.2012

Общие сведения о вибрации. Параметры, характеризующие вибрационное состояние трубопроводов. Причины вибрации трубопроводов. Обзор методов защиты от вибрации. Конструкция и расчет высоковязкого демпфера. Расчет виброизолятора для устранения проблемы.

курсовая работа [1,1 M], добавлен 14.11.2017

Построение технологической схемы объекта автоматического регулирования. Выбор датчика уровня жидкости в емкости, пропорционального регулятора, исполнительного механизма, электронного усилителя. Расчет датчика обратной связи, дискретности микроконтроллера.

курсовая работа [1,7 M], добавлен 20.10.2013

Принципы работы датчиков перемещения предметов, их практическое применение. Бесконтактная связь между элементами в устройствах. Разработка конструкции датчика и технического процесса сборки измерительной систем. Редактирование габаритных размеров датчика.

курсовая работа [525,2 K], добавлен 06.11.2009

курсовая работа Датчик вибрации

Расчет датчика вибрации, построенного по принципу прямого измерения. Выбор конструкции с чувствительным элементом маятникового типа и расчет коэффициента демпфирования. Электрическая схема, математическая модель выходного сигнала, корпусирование датчика.

Подобные документы

курсовая работа [2,0 M], добавлен 24.12.2011

курсовая работа [498,9 K], добавлен 17.10.2009

курсовая работа [831,3 K], добавлен 06.03.2011

курсовая работа [941,1 K], добавлен 25.12.2012

курсовая работа [1,1 M], добавлен 14.11.2017

курсовая работа [1,7 M], добавлен 20.10.2013

курсовая работа [525,2 K], добавлен 06.11.2009

Датчик вибрации

Расчет датчика вибрации, построенного по принципу прямого измерения. Выбор конструкции с чувствительным элементом маятникового типа и расчет коэффициента демпфирования. Электрическая схема, математическая модель выходного сигнала, корпусирование датчика.

Подобные документы

Устройство и принцип работы пьезорезонансного преобразователя датчика влажности. Изучение зависимости его сигнала от влажности и температуры. Сравнение кривых относительной спектральной чувствительности человеческого глаза и многофункционального датчика.

статья, добавлен 13.11.2018

Идентификация объекта управления и изменение уровня жидкости. Нелинейное дифференциальное уравнение объекта управления. Расчет коэффициента передачи регулирующего органа поступающего расхода. Выбор датчика уровня и выбор автоматического регулятора.

отчет по практике, добавлен 06.06.2015

Описание элементов конструкции двигателя АИ-222-25. Исследование вибрации газотурбинного двигателя при проведении длительных испытаний. Методика градуировки датчиков вибрации. Монтаж и демонтаж оборудования, требования безопасности при испытаниях.

дипломная работа, добавлен 07.07.2013

Обзор пьезоэлектрического датчика давления, основных принципов его работы. Технические характеристики, устройство датчика, сравнение с существующими патентными аналогами. Выявление достоинств и недостатков устройства. Описание принципиальной схемы.

курсовая работа, добавлен 21.03.2016

Нахождение параметров нагрузки и расчет количества каскадов. Статический режим работы выходного каскада. Расчет значения коэффициента усиления выходного каскада. Расчет значения реально достигнутого в схеме коэффициента усиления. Расчет элементов цепи.

курсовая работа, добавлен 30.12.2013

Расчет и модернизация центробежного насоса. Анализ датчиков давления: оптических, магнитных, емкостных, ртутных, пьезоэлектрических, пьезорезонансных, резистивных. Рассмотрение конструкции датчика дифференциального давления, принципа его действия.

реферат, добавлен 20.01.2016

Описание процесса шумообразования на ленточнопильном станке. Разработка способа гашения шумов и вибрации, результативность которого подтверждена проведенными экспериментами. Вибрации и режимы резания. Вибрации при резании металлов и методы их устранения.

статья, добавлен 28.04.2017

статья, добавлен 21.02.2018

Математическое моделирование динамики элемента датчика давления в трубопроводе конечной длины. Динамика трубопровода при гидравлическом ударе в потоке транспортируемой жидкости. Параметры чувствительного элемента датчика давления, трубопровода и нефти.

статья, добавлен 30.04.2018

Сбор и обработка цифровых сигналов аварий, предупредительной сигнализации и состояний технологического оборудования — основное назначение контроллера автоматизированной насосной станции. Основные технические характеристики датчика измерения вибрации.

курсовая работа, добавлен 26.09.2017

Датчик вибрации

Расчет датчика вибрации, построенного по принципу прямого измерения. Выбор конструкции с чувствительным элементом маятникового типа и расчет коэффициента демпфирования. Электрическая схема, математическая модель выходного сигнала, корпусирование датчика.

Подобные документы

Математическая модель погрешности микромеханического акселерометра в условиях пространственной вибрации основания. Анализ вибрационной погрешности при смещении центра масс относительно центра симметрии. Требования к точности балансировки акселерометра.

статья, добавлен 25.03.2016

Особенности деталей, подвергаемых накатке, конструкции магнитной системы датчика контроля структуры поверхностного слоя металла. Модели векторного поля намагниченности в контролируемой оси колесной пары подвижного состава и в магнитопроводе датчика.

статья, добавлен 20.03.2016

Назначение и основные виды емкостных датчиков. Схема датчика перемещений с конфигурацией емкостного моста. Построение схемы пьезодатчика разности давлений и схемы емкостного датчика разности давлений. Алгоритм проведения патентных исследований.

контрольная работа, добавлен 31.05.2019

Системы автоматизации производства. Измерение уровня жидкости с помощью кондуктометрического датчика. Определение концентрации растворов солей. Разница электрической проводимости жидкости и воздуха. Кондуктометрический метод определения значения уровня.

курсовая работа, добавлен 18.05.2013

Анализ варианта конструкторской разработки сенсоров для систем тактильного мониторинга и импульсного давления. Описания конструкции такого датчика. Применение пьезоэлектрических датчиков. Расчет координат точки сенсора с помощью теории нелинейного изгиба.

доклад, добавлен 28.10.2018

Модель электрического двигателя и тиристорного преобразователя. Электрическая схема датчика тока якоря. Расчет регулятора скорости, тока возбуждения, электрической принципиальной схемы регуляторов. Моделирование системы управления на компьютере.

курсовая работа, добавлен 16.12.2014

Определение выходных параметров датчика в указанном диапазоне изменения входной величины; построение статической зависимости Y=f(x). Расчет показателей погрешностей. Оценка статического, динамического и относительного коэффициентов преобразования.

контрольная работа, добавлен 01.12.2013

Анализ результатов расчёта локальных тепловых нагрузок на поверхностях камер сгорания тепловых двигателей на основе измерений с помощью датчика теплового потока. Детерминирование нестационарных распределений температуры медной пленки и плотности потока.

статья, добавлен 16.03.2017

Обоснование математической модели, описывающей функциональную связь тока статора асинхронного двигателя центробежного расходомера и расхода сыпучего материала при частотном регулировании. Описание конструкции и основных характеристик такого датчика.

статья, добавлен 20.07.2018

Роль отрасли изготовления и применения датчиков в системе измерения и регулирования параметров различных процессов. Анализ физических величин, воздействующих на датчик. Определение основных и дополнительных погрешностей датчика. Магнитные датчики.

реферат, добавлен 12.04.2015

Датчик вибрации

Расчет датчика вибрации, построенного по принципу прямого измерения. Выбор конструкции с чувствительным элементом маятникового типа и расчет коэффициента демпфирования. Электрическая схема, математическая модель выходного сигнала, корпусирование датчика.

Подобные документы

Обзор методов преобразования силы и датчиков силы, выбор тензорезистора. Разработка датчика, предназначенного для измерения сил, развиваемых энергетическими установками и агрегатами и выдачи сигнала пропорционального силе на вход телеметрической системы.

курсовая работа, добавлен 28.10.2009

Электрическая схема лазерного виброметра. Основы измерения вибрации. Простейшее гармоническое колебание. Динамика механических систем. Измерения амплитуды вибрации. Краткая справка по единицам измерения амплитуды. Сложная вибрация. Определение линейности.

реферат, добавлен 07.08.2013

Расчет параметров и характеристики плоского индуктивного датчика при заданных значениях воздушного зазора. Определение полного сопротивления катушки датчика. Построение амплитудной, фазовой и амплитудно-фазовой характеристики динамического звена.

задача, добавлен 14.10.2016

Рассмотрение назначения датчика-реле контроля пламени. Особенности фиксирования наличия пламени в топке котла, а в случае его исчезновения — формирования сигнала для автоматики защиты. Обзор новой модификации датчиков пламени с чувствительным элементом.

реферат, добавлен 30.01.2017

Рассмотрение характеристик измерительной мембраны датчика избыточного давления, факторы которых влияют на точность выходного значения. Основные свойства материала, которые влияют на точность измерения. Температурный коэффициент модуля упругости.

статья, добавлен 21.02.2018

Рассмотрение факторов, влияющих на пригодность конкретного датчика давления для конкретного процесса. Основные применения датчика избыточного давления. Отличительные черты датчика давления от манометра. Примеры упругих элементов датчиков давления.

курсовая работа, добавлен 11.10.2015

Значение рабочего радиального зазора для мониторинга состояния подшипника качения. Бесконтактные и традиционные способы измерения радиального зазора подшипника. Использование пьезоэлектрического датчика вибрации для измерения рабочего радиального зазора.

статья, добавлен 03.12.2018

Разработка светодиодного прибора для измерения пульса. Изучение структурной схемы прибора, его энергетического обеспечения. Характеристика микроконтроллера светодиода. Выбор датчика, операционного усилителя и фильтра. Расчет погрешностей прибора.

курсовая работа, добавлен 22.12.2014

Выбор приборов и устройств автоматического контроля и регулирования. Выбор датчика и регистратора температуры, электромагнитных клапанов, датчика нижнего и верхнего уровня, расхода продукта. Датчик расхода воды. Выбор регулятора концентрации жидкости.

курсовая работа, добавлен 28.09.2017

Разработка методики исследований и реализации соответствующей экспериментальной установки с целью определения погрешности предложенного метода повышения точности интеллектуального датчика вибрации для различных типов пьезоэлектрических акселерометров.

Лазерная виброметрия – современный, качественно новый уровень измерения параметров механических колебаний объектов. Уникальные физические особенности лазерных методов определяют многие их достоинства. Это возможность дистанционного бесконтактного измерения вибрации и отсутствие влияния на резонансные свойства объектов, в том числе микроскопических размеров; возможность измерений без предварительной подготовки поверхности объекта и оперативное измерение вибраций в различных точках объекта в опасной для персонала зоне (химически агрессивной, с высокой температурой, радиацией и т.д.).

ФГУП "ННИПИ "Кварц" разработал первый отечественный портативный лазерный виброметр повышенной чувствительности. В 2007 году после проведения государственных испытаний прибор включен в Государственный реестр средств измерений Российской Федерации.

Лазерный виброметр предназначен в первую очередь для дистанционного измерения виброскорости исследуемого объекта или его части в пределах от 0,01 до 50 мм/с на виброчастотах от 80 Гц до 11 кГц с возможностью расширения диапазона виброчастот в сторону низких частот до 10 Гц. Измерительная дистанция от лазерного виброметра до испытуемого объекта составляет от 1,5 до 10 м и более. Напряжение питания виброметра – 12 В постоянного тока от переносной аккумуляторной батареи или от источника питания, подключаемого к сети переменного тока 220 В (50 Гц). Потребляемая мощность – 15–20 Вт (в зависимости от режима работы).

Принцип работы лазерного виброметра основан на доплеровском сдвиге частоты оптического (лазерного) излучения, отраженного от движущегося объекта. В этом случае применяют метод оптического гетеродинирования отраженного от объекта слабого оптического сигнала на основе двухлучевой интерференционной оптической схемы с последующим формированием квадратурных компонент электрического сигнала фотодетекторами балансного типа. Микропроцессоры, входящие в состав лазерного виброметра, производят цифровую обработку и анализ вибрационных сигналов. Результаты в виде спектрограмм или осциллограмм отображаются на экране внешнего компьютера, подключенного через каналы RS-232 или USB, разъемы которых размещены на панели управления прибора. Измерение параметров сигнала проводится при помощи подвижного маркера на экране дисплея.

В состав портативного лазерного виброметра входит карманный персональный компьютер (КПК). Он в графическом виде отображает результаты измерений на дисплее; управления режимами работы лазерного виброметра через виртуальную панель управления, в том числе режимами обработки сигнала и отображения его во временной (осциллограф) или в частотной (анализатор спектра) областях; выбирает пределы амплитудных измерений и длительности развертки в режиме осциллографа, а также частотную полосу обзора в режиме анализатора спектра и число усреднений реализаций спектров от 1 до 256; выполняет функцию установки линейного или логарифмического масштабов в режиме анализатора спектра и в режиме записи результатов измерений на флэш-карту в формате, выбранном оператором и с возможностью последующего воспроизведения на другом компьютере. Разработано программное обеспечение, которое позволяет управлять всеми перечисленными функциями и режимами при помощи стандартных компьютеров по каналам RS-232 или USB, что дает возможность включать лазерный виброметр в автоматизированные измерительные системы. В состав лазерного виброметра входят оптическая система, формирующая квадратурные составляющие доплеровского сигнала, и электронная система (рис.1).

Оптическая схема лазерного виброметра

В основе оптической схемы виброметра лежит классическая схема интерферометра Майкельсона. Базовые структурные элементы оптической системы виброметра (рис.2): лазерный источник монохроматического излучения; телескопическая система, выполняющая функции приемо-передающей "оптической антенны"; оптическая система сопряжения волновых фронтов сигнальной и опорной волны типа "кошачий глаз"; фотоприемные модули балансного типа; оптический делитель-смеситель для формирования и пространственного совмещения опорного и сигнального лазерных пучков.

Сложность и особенности схемы обусловлены техническим назначением виброметра и связаны со значительным (на 5–7 порядков) ослаблением принимаемой световой мощности лазерного пучка, направляемого на объект, а также со спектр-структурой распределения интенсивности волнового фронта диффузно отраженного излучения лазера.

Лазерный пучок с линейной поляризацией от модифицированного лазера ГН-2П (λ=0,63 мкм) поворотными призмами 2 и 3 направляется на поляризующий делитель 4, где разделяется на два пучка равной мощности: сигнальный (трасса 4, 5, 6, 7,20) и опорный (трасса 4, 11, 10, 9, 8) со взаимно-ортогональными поляризациями. Телескопическая система (6, 7) в сигнальном плече интерферометра (кратность увеличения 14×) предназначена для фокусировки излучения на поверхности объекта. Эта фокусировка должна быть достаточной для того, чтобы спекл-структура фронта отраженной волны ("спекл-поле") воспринималась, при соответствующем наведении излучения на объект, как квазиоднородная монохроматическая волна. Четвертьволновые фазовые пластины (5, 10) производят поворот поляризации сигнального и опорного пучков на 90° относительно исходных. Это необходимо для беспрепятственного прохождения ими поляризующего делителя (4) в направлении к неполяризующему делителю (12), ориентированному к пучкам под углом 45° и разделяющему каждый из них на два идентичных пучка. Лазерные пучки после делителя (12) попадают в фотоприемные модули (13, 14, 15) и (17, 18, 19), в состав которых входят по два фотоприемника на основе фотодиодов КДФ-113 и по одному делителю-поляризатору типа (4). Указанная на схеме ориентация делителей под углом 45° обеспечивает формирование сдвинутых по фазе на 180° интерференционных сигналов в каждой паре фотоприемников: (14, 15) и (18, 19) соответственно. Это позволяет при вычитании инвертированных электрических сигналов с выходов фотоприемников улучшить отношение сигнал/шум. Фазовая пластина (16) осуществляет относительный сдвиг фазы оптических сигналов на четверть периода, чтобы в фотоприемных модулях формировались квадратурные электрические сигналы.

Электронная система лазерного виброметра

Электронная система состоит из фотоприемников, которые преобразуют оптические квадратурные составляющие доплеровских сигналов в соответствующие им электрические. Последние усиливаются в блоке малошумящих усилителей с системой автоматической регулировки усиления. С выхода блока усилителей квадратурные доплеровские сигналы поступают на демодуляторы, которые их преобразуют в сигналы, пропорциональные мгновенным значениям виброскоростей исследуемого объекта.В системе присутствуют два вида демодуляторов: демодулятор частотный, предназначенный для формирования сигнала виброскорости от 50 до 0,2 мм/с, и демодулятор аналитического сигнала для формирования сигнала виброскорости от 1 до 0,01 мм/с. Демодуляторы построены на основе аналого-цифровых схем с применением микропроцессоров. С выходов демодуляторов аналоговый сигнал виброскорости поступает на выходной разъем и на вход управляющего блока, созданного на базе сигнального и управляющего микропроцессоров. Такое сочетание микропроцессоров позволило реализовать разные режимы работы управляющего блока: режимы осциллографа, анализатора спектра, а также связь с внешними устройствами по каналам RS-232 и USВ (отображается информация об измерениях и обеспечивается управление режимами работы лазерного виброметра).

Режим анализатора спектра считается типовым режимом работы лазерного виброметра. В этом режиме определяются значения резонансных частот исследуемых объектов и измеряются уровни сигналов малых значений виброскорости при наличии сопутствующих шумов различного происхождения. Если сравнить сигналы во временной и частотной областях, то выявится очевидное преимущество спектрального подхода к измерению виброскорости. Если уменьшить амплитуду в 100 раз (до -40дБ), то корректно измерить амплитуду сигнала во временной области будет сложно из-за сильных шумов. В спектральной области амплитуда измеряется с гораздо меньшей погрешностью: разность между значениями 9,38 дБ и -49,53 дБ составляет -40,15 дБ. Измерить значения виброскорости порядка 10 мкм/с и менее можно только в режиме спектрального анализа.

Технические характеристики портативного лазерного виброметра

Диапазон частот колебаний. 80 Гц–11 кГц

Диапазон измерения виброскорости. 0,01–50 мм/с

Погрешность измерения виброскорости:

в диапазоне 1–50 мм/с . 10%

в диапазоне 0,01–1 мм/с. 20%

Напряжение питания . 2 В

Потребляемая мощность . 20 Вт

Габариты . 430×240×160 мм

Прибор комплектуется карманным персональным компьютером для индикации результатов измерений в режиме осциллографа и анализатора спектра. При этом возможны дальнейшая математическая обработка и документирование результатов на флэш-карте. Лазерный виброметр метрологически обеспечен рабочим эталоном единиц параметров вибрации, который разработан совместно с виброметром и также включен в Государственный реестр средств измерений.

Индустриальный датчик вибрации IVS -200

Промышленные сенсоры IVS

1. IVS-200 индустриальный датчик вибрации

2. IVS-300 цифровой датчик вибрации

Принадлежности:

Измерение вибрации в промышленности

IVS-200 индустриальный датчик вибрации - лазерный виброметр, предназначенный для бесконтактного измерения вибрации. Изначально, IVS-200был разработан для стационарного применения в существующих поточных линиях. Лазер, оптика и электроника расположены в компактном едином корпусе и безопасное видимое излучение фокусируется на измеряемую поверхность на определенном расстоянии от неё. Установленный должным образом, датчик IVS-200 может контролировать дефекты, шум и вибрацию различных объектов от микроэлектроники до огромных зданий и сооружений. При использовании датчика в стационарных системах, выходной сигнал позволяет с помощью контролера управлять процессом, что сокращает количество дефектов, улучшает контроль качества изделий и повышает производительность. Используя портативные виброанализаторы для обработки выходного сигнала, датчик позволяет диагностировать оборудование, на котором невозможно или некорректно использовать контактные датчики вибрации.

Особенности датчика вибрации IVS-200

• Высокая точность измерений

• Широкий диапазон измерения частоты и скорости вибрации

• Компактный, износостойкий и прочный корпус исполнения IP-64

• Безопасный лазер (Класс II)

• Простота установки и использования

• Встраиваемость в существующие системы управления

• Широкий диапазон установочных расстояний

• Питание ± 11 В - 14.5В (~ 100-240В)

Разработан для промышленного применения IVS-200 полностью отвечает требованиям промышленного применения. Высокая оптическая чувствительность IVS-200 позволяет проводить измерения вибрации с помощью безопасного глазу лазера любых поверхностей без использования специальной краски или ленты. Система линз с переменным фокусом позволяет устанавливать датчик на расстоянии от 70 до 2000 мм. IVS-200 имеет корпус промышленного исполнения IP-64 и предустановленный диапазон измерения виброскорости, удовлетворяющий соответствующему применению. Если присутствуют нежелательные низкочастотные колебания, датчик может быть снабжен высокочастотным фильтром

• Измерение вибрации электрических двигателей, компрессоров, насосов и т.п.

• Контроль шума турбомашин, кондиционеров, коробок передач, регулирующих устройств

• Контроль различных автомобильных компонентов и производимых изделий в поточной линии

• Испытание микроэлектроники, MEMS сенсоров и приводов головок

• Измерение вибрации объектов исключающих установку

датчиков (ограничение по весу, температуре, размеру)

• Анализ ультразвукового и медицинского оборудования.

Современные технологии требуют непрерывного контроля за многими параметрами технологического процесса и контроля состояния оборудования. Одними из важнейших являются параметры механического движения, в частности параметры периодических перемещений исследуемого объекта в пространстве (вибрации). Этими параметрами являются виброперемещение (амплитуда вибрации) и виброскорость (частота вибрации).

Подобный контроль необходим в самых разных областях: в полупроводниковой электронике (контроль вибрации установок для выращивания кристаллов), в микроэлектронике (вибрация установок фотолитографии), в машиностроении (вибрация станков и биение деталей), в автомобильной промышленности (контроль вибрации отдельных узлов автомобилей и всего автомобиля в целом), на железнодорожном транспорте (датчики приближения поезда), в энергетике (контроль вибрации лопаток газовых турбин), в авиастроении (контроль биений турбин) и т.д. Этот список можно продолжать достаточно долго, что говорит о необходимости создания высокоточных вибродатчиков.

В настоящее время разработано достаточно много вибродатчиков, основанных на различных эффектах. Все они имеют свои преимущества и недостатки. Кроме того, существуют определенные трудности в теоретическом описании и моделировании работы вибродатчиков.

ОБЗОР МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ.

Существует две группы методов измерения параметров вибраций: контактные, подразумевающие механическую связь датчика с исследуемым объектом, и бесконтактные, т.е. не связанные с объектом механической связью.

Рассмотрим вначале контактные методы. Наиболее простыми являются методы регистрации вибраций с помощью пьезоэлектрических датчиков. Они позволяют проводить измерения с высокой точностью в диапазоне низких частот и относительно больших амплитуд вибрации, но вследствии своей высокой инерционности, приводящей к искажению формы сигнала делает невозможным измерение вибраций высокой частоты и малой амплитуды. Кроме того, если масса исследуемого объекта, а следовательно и его инерционность не велика, то такой датчик может существенно влиять на характер вибрации, что вносит дополнительную ошибку в измерения.

В случае больших амплитуд вибраций регистрируется смещение резонансной частоты, что можно сделать с очень высокой точностью. Для повышения добротности и уменьшения дифракционных потерь используют сферические зеркала.

Разрешающая способность данного метода 3 мкм. Метод обладает малой инерционностью по сравнению с описанным выше, но его применение рекоменуется, если масса зеркала принципиально меньше массы исследуемого объекта.

Однако механическая связь датчика с исследуемым объектом далеко не всегда допустима, поэтому последние годы основное внимание уделяется разработке бесконтактных методов измерения параметров вибраций. Кроме того, их общим достоинством является отсутствие воздействия на исследуемый объект и пренебрежительно малая инерционность.

Все бесконтактные методы основаны на зондировании объекта звуковыми и электромагнитными волнами.

Одной из последних разработок является метод ультразвуковой фазометрии, описанный в [2]. Он заключается в измерении текущего значения разности фаз опорного сигнала ультразвуковой частоты и сигнала, отраженного от исследуемого объекта. В качестве чувствительных элементов используется пьезоэлектрическая керамика.

На частоте ультразвука 240 кГц. чувствительность измерения виброперемещения 10 мкм. в диапазоне от 10 до 5*10 мкм., расстояние до объекта до 1.5 м. На частоте 32 кГц. чувствительность 30 мкм., расстояние до объекта до 2 м. С ростом частоты зондирующего сигнала чувствительность растет.

В качестве достоинств метода можно отметить дешевизну и компактность аппаратуры, малое время измерения, отсутствие ограничения снизу на частотный диапазон, высокую точность измерения низкочастотных вибраций. Недостатками являются сильное затухание ультразвука в воздухе, зависимость от состояния атмосферы, уменьшение точности измерения с ростом частоты вибрации.

Большое распространение получили методы, основанные на зондировании объекта видимым светом. Описание и сравнение основных оптических методов приведено в [3].

Все оптические методы подразделяются на две группы. К первой относятся методы, основанные на регистрации эффекта Допплера. Простейшим из них является гомодинный метод, который позволяет измерять амплитуды и фазы гармонических вибраций, но с его помощью невозможно исследовать негармонические и большие по амплитуде вибрации. Эти недостатки можно устранить используя гетеродинные методы. Но они требуют калибровки и, кроме того, измерительная аппаратура сильно усложняется.

Существенным недостатком перечисленных выше методов являются высокие требования к качеству поверхности исследуемого объекта. Но они теряют свое значение при использовании голографических методов, которые и образуют вторую группу.

Голографические методы обладают высокой разрешающей способностью (до 0.05), но они требуют сложного и дорогостоющего оборудования. Кроме того, время измерений очень велико.

Общими недостатками оптических методов являются сложность, громоздскость и высокая стоимость оборудования, большое энергопотребление, высокие требования к качеству поверхности исследуемого объекта, высокие требования к состоянию атмосферы (определенная влажность, отсутствие запыленности и т.п.). Кроме того, лазерное излучение оказывает вредное влияние на зрение обслуживающего персонала и требует дополнительных мер предосторожности и защиты.

Часть этих недостатков можно устранить применяя методы, основанные на использовании СВЧ излучения [4]. Они подразделяются на интерференционные и резонаторные. В основе интерференционных методов лежит зондирование исследуемого объекта волнами ВЧ и СВЧ диапазонов, прием и анализ отраженных (рассеянных) объектом волн. Между излучателем и исследуемым объектом в результате интерференции образуется стоячая волна. Вибрация объекта приводит к амплитудной и фазовой модуляции отраженной волны и к образованию сигнала биений. У выделенного сигнала переменного тока амплитуда пропорциональна виброперемещению, а частота соответствует частоте вибрации объекта.

Один из вариантов интерференционного метода описан в [5]. Резонаторные методы основаны на размещении вибрирующего объекта в поле СВЧ резонатора (вне или, хотя бы частично внутри его), вследствие чего изменяются характеристики резонатора.

Бесконтактное измерение параметров вибраций резонаторным

методом возможно и при включении приемно-передающей антенны в частотнозадающую цепь СВЧ генератора, т.е. при работе в автогенераторном режиме. Такие системы называются автодинными генераторами или просто автодинами.

В [5] приведен пример автодинного измерителя вибраций на отражательном клистроне. Недостаток заключается в том, что клистрон требует больших питающих напряжений, что приводит к увеличению размеров аппаратуры и большому энергопотреблению. Но этого можно избежать, если в качестве СВЧ генератора использовать твердотельные СВЧ диоды (ДГ, ЛПД, ИПД, ТД и т.д.).

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Министерство образования и науки Украины

Запорожский национальный технический университет

Кафедра КПР

Отчет

по лабораторной работе №1

"ВИБРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ"

"Методы и способы исследования ЭС"

1. Классификация вибропреобразователей

Источником сигнала измерительной информации о значениях измеряемых параметров вибрации является виброизмерительный преобразователь (вибропреобразователь). Современные вибропреобразователи, в основном, построены на принципах электрических измерений не электрических величин (сигналов), когда механические колебания преобразуются в электрические. Виброизмерительные преобразователи классифицируются по ряду независимых признаков:

• по значению – измерительные преобразователи могут предназначаться для измерения различных параметров вибрации. В зависимости от измеряемого параметра вибрации вибропреобразователи могут называть: акселерометрами – для измерения ускорения и велосиметрами – для измерения скорости.

• по связи (взаимодействию) воспринимающей (чувствительной) части с объектом измерения различают контактные и бесконтактные преобразователи. Применение контактных или бесконтактных преобразователей зависит от размеров и массы вибрирующих изделий. Если размеры и массы изделий соизмеримы или меньше размеров и масс контактных преобразователей, то необходимо применять бесконтактные измерительные преобразователи.

• по принципу измерения относительно системы отсчета измерительные преобразователи могут быть основаны: на определении координат отдельных точек изделия относительно неподвижной системы отсчета, с которой ведутся наблюдения – кинематический принцип: на создании искусственной неподвижной системы отсчета в виде инерционного элемента, соединяемого с вибрирующим изделием через упругий подвес (мягкую пружину) – динамический принцип. При осуществлении динамического принципа измерения параметров вибрации изделия, производимое в условиях установившегося процесса, относительно инерционного элемента будет абсолютным. Преобразователи построенные по динамическому принципу часто называют инерционными.

• по принципу преобразования механических колебаний в другие виды колебаний различают активные и пассивные измерительные преобразователи. В активных измерительных преобразователях выходной сигнал получается за счет входной механической энергии и постоянного источника энергии. К активным преобразователям относятся фотоэлектрические, гамма-квантовые, емкостные и др. В пассивных измерительных преобразователях выходной сигнал получается только за счет входной механической энергии. К пассивным преобразователям относятся: пьезоэлектрические, электретные и др.

• по роду измеряемых компонентов вибрации различают преобразователи для измерения линейных компонентов колебаний (однокомпонентные, двухкомпонентные, трехкомпонентные), а также для измерения угловых компонентов.

• по направлению приложения силы при механических воздействиях различают измерительные преобразователи направленного и ненаправленного действия. В инерционных преобразователях ненаправленного действия упругий подвес обеспечивает сохранение положения и ориентации в абсолютном пространстве. По этому они могут выдавать все шесть компонентов вибрации. В преобразователях направленного действия обеспечивается измерение только одного линейного или углового компонента вибрации.

• по физическому явлению доложенному в основу метода измерения параметров механических колебаний, измерительные преобразователи можно объединить в следующие основные группы: механические, акустические (ультразвуковые), электрические, электромагнитные (радиотехнические), оптические (световые) и радиационные.

2. Основные параметры вибропреобразователей

Основные параметры, характеризующие вибропреобразователи (виброметры) и позволяющие осуществить их сравнение и выбор наиболее приемлемых для измерений являются следующие:

• измеряемый параметр линейной вибрации: перемещение (5), скорость (V), ускорение (а), резкость (г), частота (Г), коэффициент нелинейных искажений (р) и т.д.

• диапазон значений измеряемого параметра вибрации, для которого нормированы допускаемые погрешности. При рассмотрении вибропреобразователя совместно с виброметром минимальное значение измеряемого параметра определяется напряжением шума согласующего усилителя

действительный коэффициент преобразования вибропреобразователя – отношение изменения сигнала на выходе вибропреобразователя к вызывающему его изменению параметра вибрации на входе:

где: АЕ – изменение величины сигнала на выходе;

AV – изменение измеряемого параметра вибрации.

При линейной зависимости между Е и V:

• минимальное изменение измеряемого параметра вибрации, вызывающее соответствующее изменение показаний виброметра, называется порогом чувствительности.

• рабочий диапазон частот гармонических вибраций определяется диапазоном частот, в пределах которого неравномерность амплитудно-частотной характеристики по отношению к базовой частоте 1000 Гц не превышает установленного значения.

• основная погрешность вибропреобразователя (виброметра) определяется:

а) при постоянном значении величины измеряемого параметра вибрации в пределах измерения рабочего диапазона частот (неравномерность амплитудно-частотной характеристики);

б) при различных значениях величины измеряемого параметра на неизменной частоте в пределах установленного диапазона измерений (нелинейность амплитудной характеристики).

• коэффициент поперечного преобразования вибропреобразователя отношение изменения сигнала на выходе вибропреобразователя, установленного перпендикулярно направлению действующих колебаний, к вызывающему его изменению параметра вибрации на входе;

где АЕ – изменение величины сигнала на выходе;

AV – изменено измеряемого параметра вибрации.

При линейной зависимости между Е и V:

где Е – максимальное значение сигнала при ряде измерений в различных положениях вибропреобразователя.

• относительный коэффициент поперечного преобразования вибропреобразователя – отношение коэффициента поперечного преобразования к коэффициенту преобразования:

• возможность использования вибропреобразователя при температурных, влажностных и других климатических воздействиях.

• независимость измерения от внешних электрических и магнитных полей.

• возможность использования вибропреобразователя для измерений в эксплуатационных, лабораторных и производственных условиях, а также для метрологических целей.

3. Основные критерии оценки бесконтактных вибропреобразователей

Для сравнения бесконтактных методов измерения параметров вибрации и основанных на них виброизмерительных преобразователей целесообразно пользоваться, помимо перечисленных параметров, следующими критериями оценки: характер физических полей или излучений, взаимодействующих в процессе измерений; величина зазора между вибрирующим изделием и чувствительным элементом вибропреобразователя, а в ряде случаев и источником (излучателем) колебательной энергии; погрешность установки зазора; разрешающая способность метода измерений; критичность к качеству механической развязки вибратора и вибрирующего изделия с источником (излучателем) колебательной энергии или чувствительным элементом вибропреобразователя.

Характер взаимодействия используемых физических полей колебательной энергии (механических или электрических волновых явлений) с поверхностью материала изделия существенно зависит от условий их распространения. При этом, в случае использования энергий электрического или магнитного полей (радиотехнического диапазона частот) необходимо учитывать электрические и магнитные свойства изделия.

Зависимость возможности реализации ряда бесконтактных методов измерений параметров вибрации от характера взаимодействия используемой для измерений колебательной энергии с материалом изделия приводит в ряде случаев к необходимости искусственного придания поверхности изделия определенных свойств (создание зеркального отражения, обеспечения электропроводимости и т.д.). Если при этом происходит заметное изменение габаритов и масс испытываемых изделий, то данный метод нельзя рассматривать как бесконтактный.

Величина зазора между вибрирующим изделием и чувствительным элементом вибропреобразователя или источником (излучателем) колебательной энергии для ряда методов является весьма критичной, поскольку от нее зависит максимальная величина измеряемой амплитуды перемещения, а также порог чувствительности вибропреобразователя. Для некоторых методов погрешность измерений зависит не только от величины зазора, но и от соотношения величины максимальной амплитуды перемещения (Sa max) и величины зазора So. Причем в ряде случаев имеются определенные требования к величине данного соотношения (Sa max/So). Например, для бесконтактного электретного вибропреобразователя Sa max/So -9 Кл/см 2 ), допускают возможность хранения в незакороченном состоянии, имеют хорошую повторяемость и просты в эксплуатации. Для установки начального зазора So между электретом и изделием в конструкции вибропреобразователя применен микрометрический винт. Бесконтактный электретный вибропреобразователь позволяет производить измерения параметров вибрации металлических металлизированных изделий, причем исключается зависимость показаний от толщины и проводящих свойств металла изделий.

Электретный вибропреобразователь является пассивным (генераторным) и, следовательно, не требует для своей работы постоянного источника энергии.

Читайте также: