Вибрационные датчики

На рис. 1 показаны основные элементы устройства для измерения вибраций - датчика вибраций. В простейшей схеме датчик вибраций можно представить в виде сейсмической массы m , прикреплённой пружинами внутри корпуса. Корпус установлен на конструкции, вибрации y которой должны быть измерены.

Рис. 1. Принципиальная схема датчика вибраций. х -координата массы; у - координата поверхности, на которой закреплён датчик; z - сигнал с датчика; m -масса; k - жесткость подвеса; c - демпфирование в датчике

Очевидно, что сейсмическая масса внутри корпуса совершает относительное движение x- y.

Чтобы понять принцип работы датчика, рассмотрим уравнение движения сейсмической массы m:

(1)

Обозначим относительное перемещение массы и корпуса

(2)

Объединяя уравнения (1) и (2), получаем

(3)

В предположении гармонического движения конструкции, на которой установлен корпус

(4)

получим

(5)

Решение уравнения (5) ищется в виде

(6)

Проведя соответствующие подстановки, получим выражение для амплитуды относительного смещения Z:

(7)

и его фазы:

(8)

В выражениях (7) и (8) V - относительный коэффициент демпфирования, wn - частота собственных колебаний. На рис.2 представлена графическая интерпретация решения.

Рис.2. Амплитудно-частотная характеристика устройства для измерения вибраций.

Полученные уравнения являются общими для всех типов вибрационных датчиков. Сам же тип датчика определяется соотношениями его резонансной частоты и частотным диапазоном измеряемого сигнала. В соответствии с этим можно выделить два типа датчиков - сейсмометры и акселерометры.

Сейсмометр имеет очень низкую частоту собственных колебаний. Поэтому область частот, для которых такой датчик используется, характеризуется большой величиной w / wn. Если w / wn ®¥, то относительное перемещение становится равным Y, или Z / Y = 1. Поэтому масса m находится в стационарном положении, в то время как корпус датчика движется вместе с колеблющимся телом.

Одним из основных недостатков сейсмометра является его большой размер. Так как |Z| = |Y| , то относительное движение сейсмической массы должно быть того же порядка, что и вибрации, которые должны быть измерены.

Относительное движение обычно в сейсмометрах преобразуется в электрическое напряжение. В корпусе сейсмометра помещается обмотка, через которую и будет проходить сейсмическая масса, выполненная из магнитного материала. Так как напряжение, возникающее в обмотке, пропорционально скорости изменения магнитного потока, то напряжение на выходе датчика пропорционально скорости колеблющегося тела. Обычно датчики такого типа, применяемые в двигателестроении имеют собственную частоту в диапазоне до 30 Гц и полезный частотный диапазон до 500 Гц. Чувствительность датчиков составляет около 100 мВ с/см, максимальное перемещение около 1 мм.

Акселерометры имеют высокую частоту собственных колебаний. Частотный диапазон, в котором они обычно работают, определяется величиной w / wn, которая лежит в пределах от 0 до 0,4. Из уравнения (7) видно, что при |w / wn| ®0, перемещение становится равным

(9)

Перейти на страницу: 1 2

Другие стьтьи в тему

Разработка радиовещательного приемника ЧМ-сигналов
Назначение радиоприёмного устройства (РПУ) - обеспечить воспроизведение передаваемого сообщения при воздействии на него радиоволн, поступающих от радиопередающего устройства. Сообщение пропорционально закону изменения (модуляции) одного из параметров. Для этого принятый сигнал высокой ...

Разработка устройства контроля вибрации газотурбинного двигателя
В результате выполнения курсового проекта необходимо рассчитать конструктивные параметры и разработать упрощенную конструкцию датчика вибрации электромагнитного типа, разработать и протестировать алгоритм работы вторичного устройства обработки и виртуальный прибор, обеспечивающий фор ...

Разделы

Радиоэлектроника и телекоммуникации © 2020 : www.techelements.ru