Устройство для вихретокового измерения перемещений и виброперемещений токопроводящих объектов
Устройство относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для мониторинга рабочего состояния машин и механизмов (износ подшипников, дисбаланс вращающихся узлов, уровень вибраций и виброперемещений, наличие трещин на валу и т.д.). Простота совмещения в устройстве функций генератора, питающего токовихревой датчик, и преобразователя высокочастотного сигнала датчика в выходной сигнал постоянного тока, обеспечивает минимальное энергопотребление, поэтому устройство может работать во взрывоопасных зонах без принятия дополнительных конструктивных мер защиты, и электронные компоненты можно размещать непосредственно в корпусе токовихревого датчика. Этот эффект достигается тем, что в отличие от известных в предлагаемом устройстве преобразователь содержит два эмиттерных повторителя и два фильтра нижних частот, при этом база первого повторителя соединена непосредственно с датчиком, а эмиттер этого повторителя соединен с датчиком через емкостный делитель и с прямым входом нормирующего усилителя через первый фильтр нижних частот, база второго эмиттерного повторителя соединена с источниками питания нормирующего усилителя через регулируемый делитель сопротивлений, а эмиттер этого повторителя через второй фильтр нижних частот соединен с инвертирующим входом нормирующего усилителя.
Предлагаемое устройство относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для мониторинга рабочего состояния машин и механизмов (износ подшипников, дисбаланс вращающихся узлов, уровень вибраций и виброперещений, наличие трещин на валу, число оборотов и т.д.)
Известные устройства для вихретокового измерения перемещений токопроводящих объектов содержат токовихревой датчик перемещений, генератор питания датчика, преобразователь переменного напряжения датчика в пропорциональный измеряемому параметру сигнал постоянного тока и нормирующий усилитель постоянного тока. Описания подобных устройств содержатся, например, в «Инструкции по обслуживанию преобразователя вихревого тока 3300 фирмы Bently Nevada Corporation», USA, Nevada, 1989 и в патенте RU 2095748 С1, кл. G 01 В 7/06, 7/14, 1997.
Недостатком известных устройств является повышенное энергопотребление, что вызывает необходимость принятия специальных защитных мер при установке токовихревого датчика во взрывоопасных зонах. Например, наиболее совершенное упомянутое устройство фирмы Bently Nevada при напряжении питания 24 В потребляет ток 12 мА, т.е. потребляемая мощность составляет 288 мВт, и для обеспечения искро- и взрывобезопасности электронные узлы устройства размещены в корпусе с соответствующим конструктивным исполнением.
Отмеченный недостаток устранен в предлагаемом устройстве, которое отличается от известных тем, что преобразователь содержит два эмиттерных повторителя и два фильтра нижних частот, при этом база первого
повторителя соединена непосредственно с датчиком, а эмиттер этого повторителя соединен с датчиком через емкостный делитель и с прямым входом нормирующего усилителя через первый фильтр нижних частот, база второго эмиттерного повторителя соединена с источниками питания нормирующего усилителя через регулируемый делитель сопротивлений, а эмиттер этого повторителя через второй фильтр нижних частот соединен с инвертирующим входом нормирующего усилителя. При этом обеспечивается возможность работы устройства во взрывоопасных зонах без принятия специальных конструктивных мер защиты.
На чертеже (фигуре) приведена схема предлагаемого устройства, которое содержит токовихревой датчик 1, эмиттерные повторители 2, 3 нормирующий усилитель 4, фильтры нижних частот 5, 6, емкостный делитель 7 и регулируемый делитель сопротивлений 8.
Устройство работает следующим образом. Благодаря непосредственному подключению датчика 1 к базе повторителя 2 и через емкостный делитель 7 к эмиттеру этого повторителя, за счет положительной обратной связи в датчике 1 возбуждаются высокочастотные колебания, частота которых (0,5-3,0 мгГц) определяется индуктивностью катушки датчика 1 и параметрами емкостного делителя 7, а амплитуда высокочастотных колебаний пропорциональна зазору между датчиком 1 и токопроводящим объектом. В свою очередь ток, потребляемый эмиттерным повторителем 2, пропорционален амплитуде этих высокочастотных колебаний, соответственно и постоянная составляющая выходного напряжения эмиттерного повторителя 2 пропорциональна расстоянию между датчиком 1 и токопроводящим объектом. С помощью фильтра нижних частот 5 осуществляется выделение этой постоянной составляющей и, таким образом, на прямом входе операционного усилителя 4 постоянное напряжение пропорционально величине перемещения токопроводящего объекта относительно датчика 1. Задание определенного коэффициента усиления усилителя 4 позволяет нормировать его выходной сигнал, т.е.
получить наиболее удобное для использования соотношение изменения выходного сигнала устройства от изменения измеряемого параметра, например, 1 мВ/мкм.
Для компенсации температурной нестабильности описанного преобразователя устройство содержит второй эмиттерный повторитель 3, база которого соединена с источниками питания через регулируемый делитель сопротивлений 8. Выходной сигнал с этого повторителя через фильтр нижних частот 6, аналогичный фильтру 5, поступает на инвертирующий вход усилителя 4. В результате при одинаковом уходе параметров обоих повторителей вследствие изменения температуры окружающей среды коэффициент преобразования устройства сохраняется неизменным. Регулируемый делитель сопротивлений 8 позволяет смещать статическую характеристику устройства, добиваясь необходимого значения выходного сигнала Uвых. в начальной точке измеряемого интервала перемещений.
Предельная простота совмещения в заявленном устройстве функций генератора, питающего токовихревой датчик, и преобразователя высокочастотного сигнала датчика в выходной сигнал постоянного тока, обеспечивает минимальное энергопотребление. Например, при измерении перемещений в пределах 0,5-2,5 мм при нормированном коэффициенте преобразования 1 мВ/мкм используются источники питания напряжением ±3,0 В; при этом потребляемый ток не превышает 2 мА, что соответствует потребляемой мощности 2·3 В ·2 мА=12 мВт. Это обстоятельство позволяет использовать заявляемое устройство во взрывоопасных зонах без принятия дополнительных конструктивных мер защиты, а также размещать электронные компоненты непосредственно в корпусе токовихревого датчика.
Устройство для вихретокового измерения перемещений и виброперемещений токопроводящих объектов, содержащее токовихревой датчик перемещений, преобразователь переменного напряжения датчика в пропорциональный измеряемому параметру сигнал постоянного тока и нормирующий усилитель постоянного тока, отличающееся тем, что преобразователь содержит два эмиттерных повторителя и два фильтра нижних частот, при этом база первого повторителя соединена непосредственно с датчиком, а эмиттер этого повторителя соединен с датчиком через емкостный делитель и с прямым входом нормирующего усилителя через первый фильтр нижних частот, база второго эмиттерного повторителя соединена с источниками питания нормирующего усилителя через регулируемый делитель сопротивлений, а эмиттер этого повторителя через второй фильтр нижних частот соединен с инвертирующим входом нормирующего усилителя.
