Датчик віброприскорень

Датчик віброприскорень, який складається з блока живлення від електричної мережі перемінного струму 220 В 50 Гц, триосьового акселерометра зі спільною інерційною масою, що підтиснута з протилежних боків по трьох ортогональних осях трьома парами пезопакетів, що закріплені в корпусі акселерометра, у яких один п'єзопакет з кожної пари підключено через попередній підсилювач до входу блока перетворення, вихідний електричний сигнал якого, пропорційний впливаючому віброприскоренню, подано на розняття датчика, який відрізняється тим, що в датчик введено контрольний генератор зі стабільною амплітудою електричного сигналу, виходи якого підключено до других п'езопакетів з кожної з трьох пар для забезпечення штучного збудження механічних коливань інерційної маси зі стабільною амплітудою по одній з трьох ортогональних осей на час калібрування та перевірки працездатності датчика, вибір осі, що калібрується чи перевіряється, забезпечено поданням ВІДПОВІДНОГО цієї осі сигналу управління контрольним генератором через розняття датчика О Датчик віброприскорень належить до засобів вимірювання вібрації, застосовується для вимірювання сейсмічних коливань на промислових спорудах Опис аналогічного сейсмодатчику триосьового системи СИАЗ-2 надано в Паспорті ПС534625611002-89 на систему индустриальной антисейсмической защиты с автоматическим самоконтролем СИАЗ-2 (далі - СИАЗ-2) Згаданий сейсмодатчик СИАЗ-2 складається з блока живлення від електричної мережі перемінного струму 220 В 50 Гц, який забезпечує необхідні для роботи сейсмодатчика напруги, розташованих на трьох ортогональних осях трьох незалежних сейсмоприймачів, які безпосередньо перетворюють віброприскорення, що впливає на датчиж, в електричні сигнали, які подано на входи системи перетворення та попередньої обробки, ВИХІДНІ електричні сигнали з якої подано на розняття датчика, до складу датчика входить також пристрій самоконтролю, який за командами, що надходять через розняття датчика при перевірці функціонування, виробляє електричні сигнали, що підключаються до входу системи перетворення, Недоліком сейсмодатчика СИАЗ-2 є зниження його технічної надійності внаслідок відсутності перевірки функціонування сейсмоприймачів та зниження його метрологічної надійності внаслідок відсутності системи калібрування чутливості сейсмодатчика СИАЗ-2 безпосередньо на МІСЦІ ЙОГО встановлення, що може викликати неконтрольоване підвищення помилки вимірювання рівня вібрації внаслідок змін, що зумовлені старінням приладу, механічними впливами при транспортуванні та встановленні приладу Використання трьох незалежних сейсмоприймачів призводить до збільшення масо-габаритних показників приладу Опис триосьового зразкового акселерометра надано у статті Петрова Н Б та Соловйова В С "Трикоординатний зразковий акселерометр" Теорія та практика безплатформенних шерціальних навігаційних систем (БІНС), Київ, 1994 р Триосьовий зразковий акселерометр складається зі спільної інерційної маси, що підтиснута з протилежних боків по трьох ортогональних осях трьома парами п'єзопакетів Х т а X' У т а Y', Z та Z', 1^ 00 48217 у яких п єзопакети в парах включені зустрічнопаралельно, та трьох підсилювачів сигналу, входи котрих підключено до ВІДПОВІДНИХ пар п'єзопакетів, виходи підсилювачів пов'язані з розняттям триосьового зразкового акселерометра, через яке підсилений сигнал може подаватися на ЗОВНІШНІ пристрої контролю чи перетворення та обробки сигналу Через це розняття здійснюється живлення підсилювачів триосьового зразкового акселерометра від зовнішнього блока живлення, що має забезпечувати стабілізовані напруги +15 В та -15 В, та передача сигналів на ЗОВНІШНІЙ пристрій перетворення, запису чи індикації, що не входе до складу акселерометра Триосьовий зразковий акселерометр одночасно реєструє вертикальну та дві горизонтальні складові прискорення руху Недоліком цього акселерометра є його недостатня надійність, обумовлена відсутністю системи перевірки його працездатності та калібрування В основу винаходу поставлено задачу підвищення технічної та метрологічної надійності датчика віброприскорень за рахунок того, що в датчик віброприскорень, що складається з блока живлення від електричної мережі перемінного струму 220 В 50 Гц, триосьового акселерометра зі спільною інерційною масою, що підтиснута з протилежних боків по трьох ортогональних осях трьома парами п'єзопакетів, що закріплені в корпусі акселерометра, у яких один п'єзопакет з кожної пари підключено через попередній підсилювач до входу блока перетворення, вихідний електричний сигнал якого, пропорційний впливаючому віброприскоренню, подано на розняття датчика, згідно з пропозицією введено контрольний генератор зі стабільною амплітудою електричного сигналу, виходи якого підключено до других п'єзопакетів з кожної з трьох пар, штучне збуджених механічних коливань інерційної маси зі стабільною амплітудою по одній з трьох ортогональних осей на час калібрування та перевірки працездатності датчика забезпечено поданням ВІДПОВІДНОГО цієї осі сигналу управління контрольним генератором через розняття датчика Таке виконання датчика віброприскорень дає змогу вирішити технічну задачу підвищення надійності та збереження метрологічних характеристик за рахунок перевірки працеспроможність всіх складових частин датчика, стабільність амплітуди коливань контрольного генератора в часі дозволяє контролювати та враховувати зміни, що відбуваються в п'єзопакетах та перетворюючій частині датчика з пливом часу Запропонований датчик показано на фіг 1, на якому зображено блок живлення 1 від електромережі перемінного струму 220 В 50 Гц, пунктирною ЛІНІЄЮ виділено акселерометр п'єзоелектричний 2, інерційна маса акселерометра 3 підтиснута трьома парами п'єзопакетів X та Xі, Y та Y', Z та Z', п'езопакети X, Y та Z підключено до входів триканального попереднього підсилювача 4, виходи якого пов'язані з ВІДПОВІДНИМИ входами триканального блока перетворення 5 напруги в електричний струм, з виходів якого сигнал подається на контакти ВИХІД І, ВИХІД 2 та ВИХІД 3 розняття датчика 6, через розняття датчика ззовні надходять сигнали УПРАВЛІННЯ 1, УПРАВЛІННЯ 2 та УПРАВЛІННЯ 3, виникнення одного з цих сигналів викликає генерацію перемінного сигналу зі стабільною амплітудою на відповідному виході (КАНАЛІ, КАНАЛ 2 чи КАНАЛ 3) контрольного генератора 7 та на відповідному п'єзопакеті (X, Y' чи Z') Електричні ланцюги, що підводять сигнали УПРАВЛІННЯ 1, УПРАВЛІННЯ 2 та УПРАВЛІННЯ З до генератора контрольного (фіг 2), гальванічне розв'язуються за допомогою буферної схеми 8, схема "ИЛИ" 9 виробляє сигнал включення генератора імпульсів 10, коли з'являється один з сигналів УПРАВЛІННЯ, наприклад, УПРАВЛІННЯ 1, при наявності сигналу УПРАВЛІННЯ 1 комутатор 11 підключає генеровані імпульси до КАНАЛУ 1 підсилювача-обмежувача 12, з виходу якого стабільний за амплітудою за рахунок обмеження сигнал підводиться до п'єзопакета X Механічну частину акселерометра п'єзоелектричного зображено на фіг 3 інерційна маса 3 підтиснута трьома парами п'єзопакетів 13, що спираються на кульки 14, встановлені в корпусі 15, основою 16 здійснюється закріплення акселерометра, на корпусі закріплено триканальний попередній підсилювач 4 Запропонований датчик віброприскорень працює таким чином Коливання об'єкта, віброприскорення якого підлягають вимірюванню, передаються датчику віброприскорень, що закріплюється на об'єкті, акселерометру 2 (фіг 1), встановленому всередині датчика, п'єзопакетам X, Y, Z (фіг 1) та інерційній масі 3 (фіг 1) Інерційна маса 3 (фіг 1) не встигає рухатися одночасно з корпусом акселерометра 2 (фіг 1), отже на п'єзопакети X, Y, Z (фіг 1), затиснул інерційною масою 3 (фіг 1) з одного боку та корпусом акселерометра 2 (фіг 1) з іншого боку, впливає змінний тиск, пропорційний віброприскоренню по ВІДПОВІДНІЙ осі, п'єзопакети X, Y, Z (фіг 1) перетворюють змінний тиск в змінний електричний сигнал , в попередньому підсилювачі 4 (фіг 1) сигнал підсилюється та підводиться до входу блока перетворення 5 (фіг 1), де сигнал змінної напруги, пропорційної віброприскоренню, фільтрується та перетворюється в змінний струм, з виходу блока перетворення 5 (фіг 1) змінний струм, пропорційний віброприскоренням по осях X, Y, Z, підводиться до ВІДПОВІДНОГО контакту ВИХІД 1, 2 або 3 розняття датчика 6 (фіг 1) В режимі калібрування чи перевірки працездатності, наприклад, осі X датчика через розняття датчика 6 (фіг 1) підводиться сигнал УПРАВЛІННЯ 1, що через схему "ИЛИ" 9 (фіг 2) вмикає генератор імпульсів 10 (фіг 2) контрольного генератора, та комутує генеровані імпульси на підсилювач-обмежувач 12 (фіг 2) КАНАЛУ 1, який підсилює та обмежує сигнал, забезпечуючи стабільність його амплітуди, з виходу КАНАЛУ 1 генератора контрольного 7 (фіг 1) сигнал підводиться до п'єзопакета X (фіг 1), що підтиснутий корпусом акселерометра 2 (фіг 1) з одного боку та інерційною масою 3 (фіг 1) з іншого боку, пропорційно рівню підведеного змінного сигналу зі стабільною амплітудою п'єзопакет X (фіг 1) змінює свої ЛІНІЙНІ розміри, принуджуючи інерційну масу 3 (фіг 1) коливатися зі стабільною амплітудою, пропорційною сигналу від контрольного генератора 7 (фіг 1), п'єзопакет X (фіг 1) перетворює коливання маси в електричний сигнал, який підсилюється, пере 48217 творюється та підводиться до контакту ВИХІД 1 розняття датчика 6 (фіг 1), як і в режимі вимірювання віброприскорення За первинним калібруванням кожна вісь датчика віброприскорень піддається впливу каліброваного прискорення за допомогою калібратора прискорень з відомою амплітудою прискорення, на відповідному виході датчика з'являється електричний сигнал, пропорційний впливаючому прискоренню За показниками первинного калібрування вираховуються коефіцієнти перетворення прискорення у струм для кожної осі датчика (далі - К осі) як відношення величини електричного сигналу на виході датчика до амплітуди прискорення Одразу після цього проводиться калібрування за допомогою контрольного генератора та збуджуючого п'єзопакета, встановленого на осі, яка була піддана калібруванню на калібраторі прискорень, це викликає стабільні за амплітудою коливання інерційної маси, а величина (далі - А осі) отриманого при цьому сигналу на виході датчика для осі, що калібрується, фіксується на відповідному виході датчика До паспорту датчика вносяться К осі та А осі для кожної з трьох осей Якщо через деякий час за показниками калібрування, що чиниться за допомогою контрольного генератора, А осі зміниться в N разів, то треба змінити в N разів К осі для отримання коректних показників подальших вимірювань для цієї осі Такі дії можуть бути виконані автоматично обчислювальним пристроєм, який має входити до складу системи антисейсмічного захисту промислових спо руд Застосування в датчику віброприскорень контрольного генератора для калібрування та перевірки працездатності дозволяє в наслідок охоплення всіх частин датчика віброприскорень регулярною перевіркою працездатності значно підвищити надійність пристрою, за рахунок періодичних перевірок працездатності та калібрування з використанням контрольного генератора без зняття датчика віброприскорень з місця встановлення збільшити інтервал між необхідними перевірками зі зняттям датчиків віброприскорень з місця їх встановлення та з використанням калібратора прискорень, за рахунок калібрування з використанням контрольного генератора періодично фіксувати зміни, що відбуваються в датчику з плином часу, коректувати показники вимірювання прискорення з врахуванням цих змін, за рахунок збільшення інтервалів між необхідними перевірками зі зняттям датчиків віброприскорень з місця їх встановлення та з використанням калібратора прискорень знизити експлуатаційні витрати та КІЛЬКІСТЬ персоналу й часу, потрібного на обслуговування На датчик віброприскорень розроблено комплект конструкторських документів, виготовлено дослідну партію для Рівенської АЕС, три датчики працюють на Запорізькій АЕС До опису датчика віброприскорень додається структурна схема датчика віброприскорень (фіг 1), структурна схема генератора контрольного (фіг 2) та креслення акселерометра (фіг 3) 48217 ГЕНЕРАТОР КОНТРОЛЬНИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР ГГЄЗОЕЛККГРЙЧНИЙ ШЕРЩЕНА МАСА ПОПЕРЩЩЇ гттсшпстхт БЛОК ПЕРЕТВОРЕННЯ РОЗНЯТТЯ ДАТЧИКА КАНАЛІ УПРАВЛІННЯ З КАНАЛ2 УПРАВЛІННЯ 2 КАНАЛЗ УПРАВЛІННЯ і КЛОК ЖИВЛЕННЯ -220 В Фиг.1. 50Гц 48217 10 11 ГЕНЕРАТОР ІМПУЛЬСІВ КАНАЛІ Доп'езодакегаХ' КАНАЛ2 КАНАЛЗ СХЕМА "ИЛИ" Доп'сзопакета Y* Доп'єзоnaieraZ' ЩДСИЛЮВАЧОБМЕЖУВАЧ _ УПРАВЛІННЯ 1 УПРАВЛШНЯ2 УПРАВЛІННЯ З Фіг.2. Фіг.З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71