устройство для вибродиагностики машинного оборудования

Формула изобретения

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

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

Описание изобретения к патенту

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

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

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

Целью изобретения является повышение достоверности диагностирования механизмов.

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

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

Принцип действия предлагаемого устройства основывается на диагностировании дефектов или неисправностей в каждом из N закрепленных (контролируемых) узлов машинного оборудования по признаку структурных изменений в суммарном виброакустическом сигналеV (t), которые проявляются в изменениях интенсивности _i² соответствующей составляющей V_i(t) суммарного вибросигнала по отношению к интенсивности _о² его опорной составляющей V_o(t), характеризующей работу (N+1) (опорного) узла. В условиях бездефектной работы i-го узла выполняется равенство _i²/ _o²= _i² const. При появлении дефекта получаем _i²/ _o² > _i². Признаком достоверного обнаружения дефекта может служить условие _i² / _o^{2 *} _i², где ^* 1,5.2,0 коэффициент предельного увеличения относительной интенсивности i-й составляющей вибросигнала.

Отношение _i²/ _o² может служить таким образом достаточной статистикой в задаче диагностирования технического состояния каждого i-го узла. Ее (статистики) основным преимуществом является инвариантность (нечувствительность) к любым квазилинейным искажениям суммарного сигнала V (t), в том числе за счет влияния разного рода нестабильностей окружающей среды и старения элементов устройства.

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

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

Устройство работает следующим образом.

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

Сигнал каждой отдельной составляющей с выхода полосового фильтра 15 детектируется по амплитуде в квадратичном детекторе 16 и подается на вход соответствующего интегратора 17, где формируется оценка его относительной интенсивности _i². Сигнал, пропорциональный _i² _{i i}²_o², с выхода интегратора 17 усиливается с коэффициентом усиления К_i 1/ _i² в усилителе 18. Усиленные сигналы с выходов каналов 11-1-11-N, пропорциональные по величине интенсивности опорного сигнала _{i o}², последовательно во времени через коммутатор 12 подаются на компаратор 13, где они сравниваются с установленным пороговым уровнем U_п ^* _o². При _i > ^* сигнал проходит на вход индикатора 14, где регистрируется неисправность в соответствующем i-м узле машинного оборудования.

Для формирования требуемого порогового уровня U_п устройство снабжено последовательно соединенными генератором 6 опорного напряжения и регулируемым усилителем 7. Генератор 6 выполняется по схеме генератора постоянного напряжения и генерирует (формирует) напряжение, равное _о²= const. Требуемое пороговое напряжение на втором входе компаратора 13 формируется путем усиления постоянного напряжения генератора 6 в усилителе 7 с коэффициентом, равным ^*. При этом предполагается, что интенсивность опорной составляющей V_o(t) суммарного вибросигнала предварительно стабилизирована на уровне _о² const.

Для стабилизации интенсивности или мощности _о² опорной составляющей суммарного вибросигнала в устройство введен блок 5 автоматической регулировки усиления, который совместно с настроенным на частоту f_o опорной составляющей полосовым фильтром 4 и широкополосным усилителем 2 реализует идею селективной по полосе частот автоматической стабилизации мощности сигнала V_o(t). При этом на опорный вход блока 5 подается напряжение задержки, равное _о² с выхода генератора 6. На вход полосового фильтра 4 подается суммарный вибросигнал, усиленный усилителем 2.

В полосовом фильтре 4 отфильтровывается его опорная составляющая V_o(t). Сигнал V_o(t) с выхода фильтра 4 подается на детектор 8 блока 5 автоматической регулировки усиления, где он квадратично детектируется по амплитуде и сравнивается с опорным уровнем _о². При условии V_o²(t) > > _о² замыкается цепь обратной связи, включающая усилитель 9 и фильтр 10 нижних частот.

Усиленный в усилителе 9 и усредненный в фильтре 10 сигнал с выхода детектора 8 подается на вход управления широкополосного усилителя 2 и понижает его коэффициент усиления до момента обеспечения равенства V_o²(t) _о², когда цепь автоматической регулировки усиления размыкается. Этим обеспечивается стабилизация интенсивности опорной составляющей сигнала V_o(t) на требуемом уровне _о² вне зависимости от влияния разного рода нестабильностей и случайных внешних факторов на уровень входного (суммарного) сигнала V (t) и одновременно обеспечивается защита цепи автоматической регулировки усиления от действия внешних помех.

Перед началом работы для настройки устройства на конкретное машинное оборудование определяют собственные частоты f_i всех контролируемых составляющих V_i(t), i= , суммарного вибросигнала, а также частоту (N+1)-й (опорной) составляющей f_o и соответствующий набор относительных интенсивностей _i² _i²/ _o², i=, характеризующий номинальный (бездефектный) режим работы оборудования.

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

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