Пьезоэлектрический вибропреобразователь
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для виброизмерений, и может быть использовано при диагностике машин и механизмов, а также при диагностике нарушений сплошности ферменных конструкций при эксплуатации нефте-, газопроводных и других сооружений. Вибропреобразователь содержит последовательно соединенные пьезодатчик 1, усилитель 2 напряжения, интегратор 3, а также последовательно соединенные тензодатчик 4, усилитель 5 с регулируемым коэффициентом усиления и перестраиваемый фазовращатель 6. Выход фазовращателя подключен к первому входу сумматора 7, второй вход которого соединен с выходом интегратора 3. Выход сумматора 7 является выходом вибропреобразователя. Пьезодатчик и тензодатчик установлены на поверхности контролируемого объекта вплотную друг к другу. Введение в вибропреобразователь тензодатчика, перестраиваемого фазовращателя и интегратора позволяет получить на первом и втором входах сумматора напряжения, пропорциональные соответственно тензонапряжению и виброскорости. 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для виброизмерений, и может быть использовано при диагностике машин и механизмов, измерении вибрационных характеристик частей механических систем и установок в машиностроении, а также при диагностике нарушений сплошности ферменных конструкций при эксплуатации нефте-, газопроводных сооружений, нарушений сплошности трубопроводов и испытании качества соединения стыковочных узлов в зоне перекачивающих насосных агрегатов для испытания отклонений в режиме работы самих насосов.
Известен пьезоэлектрический вибропреобразователь [1] содержащий расположенный на поверхности контролируемого объекта пьезодатчик, подключенный выходом к усилителю напряжения. Известный вибропреобразователь воспринимает все виброколебания, воздействующие на контролируемую поверхность, и не обеспечивает избирательности в присутствии помех от мешающих виброакустических источников. Наиболее близким по конструктивным признакам, выбранным за прототип, является пьезоэлектрический вибропреобразователь [2] содержащий установленный на поверхности контролируемого объекта пьезодатчик, состоящий из двух пьезопластин с противоположными направлениями поляризации и подключенный к усилителю напряжения, выход которого соединен с первым входом сумматора. Для повышения температурной стабильности вибропреобразователя и тем самым повышения точности измерений последний содержит усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, входом соединенный с вторым выходом пьезодатчика, выходом с вторым входом сумматора. В качестве усилителя с регулируемым коэффициентом усиления использован инвертирующий усилитель заряда, выходной сигнал которого изменяется с изменением температуры в другую сторону по отношению к изменению выходного сигнала усилителя напряжения. Так как данный вибропреобразователь воспринимает все виброколебания, воздействующие на контролируемый объект, то он не обеспечивает пространственной избирательности в присутствии помех от мешающих виброакустических источников. Так, при измерении вибрационных характеристик отдельного источника вибрации, например, при диагностике отдельных узлов сложного агрегата, известное устройство реагирует на все колебания, являющиеся результатом воздействия всех источников, и поэтому может не обеспечить выделение полезного информационного сигнала на фоне остальных вследствие малого соотношения сигнал/шум. Кроме того, данный вибропреобразователь имеет ограниченные функциональные возможности, так как не может определить появление неоднородности или дефекта в контролируемом объекте в процессе эксплуатации вследствие того, что реагирует на все источники вибраций, в том числе и дефекты, и не обеспечивает пространственное разделение. Поставленные задачи в изобретении решаются тем, что в пьезоэлектрический вибропреобразователь, содержащий пьезодатчик, подключенный к усилителю напряжения, а также усилитель с регулируемым коэффициентом усиления и сумматор, введены тензодатчик, перестраиваемый фазовращатель и интегратор, при этом тензодатчик установлен на поверхность контролируемого объекта вплотную к пьезодатчику и подключен через последовательно соединенные усилитель с регулируемым коэффициентом усиления и перестраиваемый фазовращатель к первому входу сумматора, с вторым входом которого через интегратор соединен выход усилителя напряжения. Введение в предлагаемом вибропреобразователе тензодатчика, перестраиваемого фазовращателя и интегратора позволяет получить на первом и втором входах сумматора напряжения, пропорциональные соответственно тензонапряжению и виброскорости. Расположение пьезодатчика и вибропреобразователя на поверхности контролируемого объекта вплотную друг к другу обеспечивает измерение виброскорости и тензонапряжения в одной зоне, ближней или дальней по отношению расположения источника вибрации. Известно [3] что соотношение амплитуд и фаз между тензонапряжением и виброскоростью в дальней и ближней зонах измерения различно. В результате за счет этих различий путем настройки коэффициента усиления регулируемого усилителя и фазы перестраиваемого фазовращателя, а следовательно, и амплитуды и фазы напряжения на первом входе сумматора, реализуется компенсация помех, создаваемых мешающими дальними (или ближними) источниками вибрации и выделяется сигнал от полезных ближних (или дальних) источников, что обеспечивает пространственную избирательность вибропреобразователя и повышает в выходном сигнале отношение сигнал/шум. Кроме того, возможность пространственного разделения вибропреобразователя источников вибрации позволяет использовать его для определения появления вблизи точки измерения неоднородности или дефекта в контролируемом объекте в процессе эксплуатации путем настройки коэффициента усиления регулируемого усилителя и фазы перестраиваемого фазовращателя на подавление вибросигналов от удаленных источников. На чертеже изображена структурная схема предлагаемого вибропреобразователя. Вибропреобразователь содержит последовательно соединенные пьезодатчик 1, усилитель 2 напряжения, интегратор 3, а также последовательно соединенные тензодатчик 4, усилитель 5 с регулируемым коэффициентом усиления и перестраиваемый фазовращатель 6. Выход фазовращателя 6 подключен к первому входу сумматора 7, второй вход которого соединен с выходом интегратора 3. Выход сумматора 7 является выходом вибропреобразователя. Пьезодатчик 1 и тензодатчик 4 установлены на поверхности контролируемого объекта вплотную друг к другу. В качестве усилителя 5 использован усилитель напряжения с регулируемым коэффициентом усиления. Вибропреобразователь работает следующим образом. На пьезодатчик 1 воздействует виброполе в виде колебательных напряжений. Пьезодатчик преобразует величину виброускорения опорной поверхности контролируемого объекта в электрический сигнал, пропорциональный ускорению. Этот сигнал усиливается усилителем 2 напряжения и с помощью интегратора 3 преобразуется в сигнал Uv, пропорциональный колебательной скорости vу опорной поверхности. Одновременно виброколебания воздействуют на тензодатчик 4, который преобразует их в электрический сигнал, пропорциональный механическому напряжению![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200064.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200065.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200066.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/969.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200067.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200068.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200069.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200070.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200071.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200072.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200073.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200074.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200075.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200076.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200077.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200078.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200079.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200080.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200081.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200082.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200083.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200084.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200085.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200086.gif)
При равенстве нулю выходного напряжения сумматора
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200087.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200088.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200089.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200090.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200091.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200092.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200093.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200094.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200095.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200096.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200097.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200098.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200099.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200100.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200101.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200102.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200103.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200104.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200105.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200106.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200107.gif)
K1
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200108.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200109.gif)
или
K1
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200110.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200111.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/320/3200112.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1