Пристрій ударної діагностики масивних конструкцій

• - стан пресування шихтованого магнітопровода ротора або статора;

• - найбільш типові дефекти  підшипників кочення (відсутність  або погіршення якості мастила, дефекти  тіл кочення або кілець, обумовлені втомою матеріалу, перекіс кілець та ін);

• - стан кріплення обмоток  ротора або статора.

 

 

Склад ІВСУВД. Для проведення діагностичних вимірювань використовується комплект апаратури, який складається з:

 

• - ударного молотка з акселерометром для запуску системи;

• - акселерометрів, що встановлюються на діагностованих вузлах;

• - попередніх підсилювачів;

• - 4-х канальний мікроконтролера, призначеного для перетворення аналогових сигналів у цифровий код;

• - ПЕОМ (типу NOTEBOOK);

• - пакета прикладних програм, в який входять:

- програми статистичної обробки вібраційних сигналів (спектрально-кореляційного аналізу, гістограммного аналізу з наступним згладжуванням гістограм за системою кривих Пірсона, перевірки на стаціонарність);

- програми, що керують роботою ІІСУВД;

- програми побудови вирішальних правил.

 

 

Технічні характеристики ІВСУВД:

• - кількість каналів вимірювання  ударних і вібраційних сигналів - 4;

• - частотний діапазон вимірюваних  аналогових сигналів - до 1 мГц;

• - частоти аналогово-цифрового  перетворення - 2 МГц, 1 МГц, 500 кГц, 250 кГц, 125 кГц, 62,5 кГц;

• - запуск апаратури - внутрішній, зовнішній;

• - розрядність АЦП - 12 біт;

• - інтерфейс LPT;

• - обсяг буферної пам'яті - 128 кбайт;

• - напруга живлення - 220 В;

• - маса ІІСУВД -5 кг.

 

Особливості конструкції  і переваги перед іншими системами вібродіагностики.

Передбачено два режими роботи ІВСУВД: навчання та діагностики. Під навчанням розуміється створення бази даних типових дефектів певних вузлів електричних машин (шихтованний магнітопровід, підшипники кочення, кріплення обмоток ротора або статора та ін.)

Основна перевага створеного зразка ІВСУВД в порівнянні з відомими діагностичними системами - це можливість не тільки виявити дефект, але встановити його вид і глибину. Крім того, статистичні методи, використані в системі, дозволяють проводити діагностику вузлів електричних машин з наперед заданими точністю (помилка першого роду) і достовірністю (помилка другого роду).

 

 

4. Осциллограми електричних сигналів датчиків, встановлених на керуючому виробі

 

 

За допомогою датчика, встановленого поруч із зоною  удару, реєструються початкові сигнали  на випробуваному виробі (крива 1). З датчика, встановленого на контрольованому відстані, знімаються сигнали (крива 2). По горизонтальній осі показано час в мілісекундах, по вертикальній осі - прискорення датчика-п'єзоакселерометрів.

 

5. Вибір робочої частоти

 

Діапазон  вимірюваних частот пристрою знаходиться у межах 20Гц – 30кГц, частотна смуга  залежить від кожного конкретного діагностує мого виробу або матеріалу. Саме цей частотний діапазон використовується тому що у якості перетворювачів пружних коливань в електричний сигнал застосовані вимірювальні датчики (акселерометри А1, А2) типу АВС-О 17 частотний діапазон вимірів яких становить 20Гц – 30кГц.

 

6. Вибір перетворювача

 

Для виконання вимірювань процесів, що супроводжують роботу вітроелектричних агрегатів, була розроблена спеціальна апаратура, яка дає можливість здійснювати перетворення аналогових сигналів, що надходять від датчиків різних типів, у цифрову форму і запис їх у пам’ять обчислювальної машини для наступної обробки та збереження.

Розробка апаратури  здійснювалася на базі використання портативних комп’ютерів, що дозволяє використовувати існуючі програмно-математичні методи обробки сигналів датчиків, встановлених на досліджуваному об’єкті.

Крім того, застосування портативних комп’ютерів у складі IBC діагностики дозволяє отримувати результати досліджень безпосередньо на об’єкті в  зручному для оператора графічному і текстовому вигляді на екрані комп’ютера в реальному масштабі часу з подальшим документуванням результатів вимірювань.

Робота апаратури здійснюється під впливом керуючих сигналів, які видаються через паралельний порт комп’ютера (LPT) спеціальним програмним забезпеченням. Вхідні дані, які супроводжуються синхроімпульсами “СИ”, заносяться в блок регістра керування для задання неохідного режиму роботи апаратури. Вихідна інформація містить:

• Коефіцієнти підсилення для чотирьох каналів датчиків;
• Задану комутацію підсилювачів датчиків;
• Ознаку почергової комутації датчиків;
• Вибір частоти перетворення аналогових сигналів у цифрову форму;
• Ознаку визначення величини напруги, джерела живлення контролера апаратури;

Блок підсилення сигналів датчиків складається з  чотирьох незалежних підсилювачів сигналів зі змінними коефіцієнтами підсилення, що задаються блоком регістра керування.

Блок комутації аналогових сигналів здійснює підключення виходу підсилювача заданого датчика до входу аналого-цифрового перетворювача або почергове підключення всіх підсилювачів на протязі одного циклу роботи апаратури.

Блок АЦП перетворює підсилені аналогові сигнали  в цифрову форму для запису в буферну пам’ять контролера на заданій частоті дискретизації. Допустимими є такі частоти дискретизації: 2 МГц, 1 МГц, 500 кГц, 250 кГц, 125 кГц, 62.5 кГц. Розрядність АЦП складає 12 біт.

Блок буферної пам’яті  служить для узгодження великої  швидкості перетворення зі швидкістю введення даних у комп’ютер через (LPT). Загальна ємність буферної  пам’яті складає 128 кбайт.

Блок адресного лічильника призначений для адресації буферної пам’яті при записі-відтворенні  сигналів датчиків після запуску  апаратури.

Блок формування керуючих сигналів виробляє сигнали, що керують  роботою блоків контролера в певній часовій послідовности.

Блок генератора сигналів являє собою  кварцових релаксаційний  генератор, що виробляє прямокутні імпульси з частотою заданою в блоці  АЦП.

Блок автоматичного  включення живлення здійснює вмикання і вимикання живлення контролера зі сторони комп’юрета з метою збереження електроенергії автономного джерела живлення.

Контролер апаратури  призначений для запису сигналів 4-х датчиків у цифровій формі у вигляді числової послідовності в пам’ять комп’ютера з метою подальшої програмної обробки для визначення необхідних параметрів технічного стану об’єкта дослідження. Контролер виконаний у вигляді окремої плати, розміщеної в пластмасовому корпусі невеликих розмірів (див. технічні характеристики).

 

7. Опис структурної схеми IBC

 

Структурна схема системи  ударної діагностики представлена у графічній частині курсової роботи. Дана система умовно можна  розбити на дві частини: аналогову, яка забезпечує вимір і реєстрацію вібраційного сигналу, і цифрову, основне призначення якої – перетворення, ввод, реєстрація й обробка на ПЕОМ введених даних. До складу аналогової частини входять акселерометри А1 А2; блок попередньої обробки БПО, блок вторинної обробки БВО; пристрій що реєструє РУ. Цифрова частина містить: пристрій перетворення і введення даних у ПЕОМ УПВД; типу IBM PC/AT. Розглянемо докладніше складові частики системи.

Як перетворювачі пружних  коливань в електричний сигнал застосовані  акселерометри А1, А2 типу АВС-017.

Для збудження вібраційної  хвилі в ОД використовується ударний  молоток УМ, що має металевий бойок. Спеціальний сплав, з якого виготовлений бойок, дозволяє запобігти ефекту дріблингу  при ударі по об’єкту і забезпечує при цьому короткий по тривалості із значно. Амплітудою удар. Метал головки, а також сила удару впливають на характер пружної хвилі, яка розповсюджується в ОД.

В контрактному випадку, як вплив, входить деяка подоба β-імпульсу, що дозволяє створювати пружню хвилю  з рівномірним спектром частот у широкому діапазоні. Таким чином, виміряний відгук досліджувального об’єкту на застосовуваний вплив, дозволяє після відповідної обробки визначити власні характеристики діагностуючого устаткування. Пружні коливання перетворюються в електричний сигнал акселерометра А2, що установлений на ОД у відповідній точці.

На УМ із протилежної  сторони від бойка, за допомогою  нарізного сполучення закріплені акселерометр А1, що реєструє коливання, які поширюються в тілі молотка після удару. Сигнал з А1 надалі використовується для запуску ІВС.

Для попередньої обробки  досліджувальних сигналів вібрацій розроблено, виготовлено і налагоджено  пристрій попередньої обробки вібрацій. Конструктивний пристрій виконаний  у вигляді двох блоків – блоку  попередньої обробки БПО і блоку вторинної обробки БВО. БПО має два ідентичних канали, що складаються з:

• підсилювачів УН1, УН2 з високим вхідним опором Rвх = 1 гОм і коефіцієнтом підсилення по напрузі 10 дБ.
• режекторних фільтрів, що підключаються у випадку необхідності з частотою режекції 50 і 100 Гц.

Блок живлення БПО  виконаний по схемі перетворювача  напруги і забезпечує перетворення постійної напруги 27В в змінну з частотою 20 кГц, що потім випрямляється  і стабілізується. В результаті для  живлення БПО виходить стабілізована  напруга 5 і -15 В. Застосування такого перетворювача забезпечує гальванічну розв’язку підсилювача по колу живлення.

Блок вторинної обробки  БВО складається з:

• режекторних фільтрів РФ, які настроєні на частоти 50 і 100 Гц із глибиною режекцій порядку 40 дБ.
• фільтрів верхніх частот ФВЧ із частотами 0,5; 1; 5 і 10 кГц. Затухання ФВЧ у смузі загородження складає приблизно 45 дБ/окт, а затухання в перехідній смузі – 36 дБ/окт;
• фільтрів низьких частот ФНЧ із верхніми граничними частотами 2, 4, 5 і 10 кГц;
• вихідного підсилювача ВУС, що дозволяє підсилити сигнал на 0, 10, 20, 30, 40 дБ.

З виходу БПО за з’єднувальним кабелем сигнал вібрацій, що досліджується, поступає на вхід БВО – на блок режекторних фільтрів РФ. В кожному каналі БВО є чотири РФ. Два з них налаштовані на частоти 50 і 100 Гц, а інші два – резервні. Розроблені фільтри  мають глибину режекції порядку 40 дБ. Амплітудно-частотні характеристики РФ на 50 і 100 Гц приведені на рис. 5.2,в .

Після проходження через  РФ досліджуваний вібраційний сигнал поступає на вхід системи фільтрів високих частот ФВЧ, який складається з чотирьох фільтрів з нижніми граничними частотами 0,5; 1; 5 і 10 кГц.

Затухання ФВЧ в смузі  загородження складає приблизно 45 дБ, а затухання в перехідній смузі  – 36 дБ/окт. Амплітудно-частотні характеристики

Рис. 5.2. Амплітудно-частотні характеристики РФ на 50 і 100 Гц

 

ФВЧ, що використовуються, представлені на рис.5.3,а, де криві I-IV відповідають чотирьом положенням перемикача системи фільтрів.

Рис.5.3. Амплітудно-частотні характеристики ФВЧ

З виходу ФВЧ сигнал передається  на систему фільтрів низьких частот  ФНЧ, які складаються також з  чотирьох фільтрів з верхніми граничними частотами 2, 4, 5 і 10 кГц. Характеристики затухання розроблених ФНЧ такі ж, як і ФВЧ. На рис.5.3.б приведені  амплітудно-частотні  характеристики ФНЧ для чотирьох положень перемикача системи фільтрів.

Використовування переключаючи систем ФНЧ і ФВЧ дозволяє сформувати необхідну смугу частот для дослідження  вібраційної хвилі що поширюється  в об’єкті.

Пройшовши через БПО і БВО аналогових сигнал може або реєструватися за допомогою РУ, або безпосередньо в реальному часі перетворюватися в цифровий код і потім оброблятися на ПЕОМ. Це забезпечується за допомогою режимного перемикача РП1.

При проведенні експериментів  як РУ використовували магнітофон фірми «Брюль і Кьєр» типу 7005, що забезпечує реєстрацію досліджувальних вібрацій по чотирьом каналам, при чому по одному з каналів здійснюється прямий запис сигналу в смузі 40 Гц – 60 кГц, а по трьох інших - частотно-модульованій в смузі 0,2Гц – 12,5кГц. Цей магнітофон має відносно широкий динамічний діапазон, рівний 42дб – для  блоку прямого запису і 44 дб – для блоку частотно-модульованого запису. Високій якості реєстрації досліджувальних сигналів сприяє висикостабільний стрічкопротягувальний механізм, що містить диференційний ведучий вал, сервомотор постійного струму і пристрій фазової синхронізації з кварцовою стабілізацією. Вказані характеристики досягаються при швидкості руху стрічки 381мм/с.

Перетворення аналогових сигналів у цифровий код – необхідна умова для наступної їхньої обробки на ПЕОМ. Розроблений і виготовлений пристрій перетворення і вводу вихідних даних УПВД призначено для роботи в комплексі з ПЕОМ.