Анализаторы спектра вибрации

  Сидоров В.А., к.т.н., доцент, (Донецкий национальный технический университет), Серебров Б.Л. (ИНТРОН-СЭТ Лтд, г.Донецк)

 Анализаторы спектра вибрации

Источник: http://www.intron-set.com.ua/cat-item-194.html

Анализаторы – позволяют выполнить не только измерение, но и детальный анализ диагностических параметров. На основании полученной информации проводится обнаружение повреждений на ранней стадии развития. Среди данного класса средств технического диагностирования необходимо выделить спектроанализаторы вибрации, тепловизоры, анализаторы напряжения. Данные приборы отличаются высокой стоимостью, более строгими требованиями к проведению измерения, анализом полученных результатов при помощи компьютерных программ. Требуют высокой квалификации обслуживающего персонала и используются специалистами заводских специализированных подразделений - службами технического диагностирования и наладки оборудования.

Развитие и формирование основных принципов технического диагностирования механических систем по виброакустическим характеристикам приходится на вторую половину ХХ века. Разработанные принципы вибромониторинга нашли наиболее полное воплощение в спектроанализаторах вибрации. Современная реализация виброанализаторов, представляется в виде анализатора-накопителя информации с автономным питанием и малым весом, обладающим широким спектром решаемых задач виброметрии, имеющим возможность обмена информации с компьютерными системами «глубокого» анализа с использованием экспертных систем. Анализу функциональных возможностей виброанализаторов посвящены работы Соколова Д.В. (ЗАО "Промсервис", Россия); Баркова А.В., Барковой Н.А. и Якобсона П.П. (ЗАО "ВАСТ", Россия); и Русова В.А. ("Вибро-Центр", Россия) - представителей фирм разработчиков систем вибродиагностирования, в том числе спектроанализаторов вибрации.

Анализатор вибрации должен отвечать следующим требованиям: многофункциональность и регистрация нескольких параметров; простота использования и портативность; накопление данных - результатов измерений; информативность индикаторного экрана; программы экспертно-информационного характера: встроенные и внешние (компьютерные); специализированные встроенные программы: балансировка роторов.

В основе средств измерения и анализа сигналов вибрации лежат три типа устройств, выполняющих разные операции. Первый - датчик вибрации, преобразующий колебания в электрический сигнал. Второй - фильтр, выделяющий компоненты сигнала в необходимой области частот. Третий - детектор, служащий для оценки амплитуды (мощности) выделенных компонент. Фильтр может быть выполнен в виде электронного устройства; может быть акустическим, например - резонатор или механическим, например – промежуточная пластина, устанавливаемая между датчиком и объектом измерения. Различные приборы содержат разные комбинации этих трех типов устройств, в зависимости от того, с какой информационной технологией используются.

Наиболее часто используются средства измерения, реализуемые на базе вычислительной техники: анализаторы формы, спектральные анализаторы и анализаторы спектра огибающей, структура которых приведена на рисунках 2.7, 2.8, 2.9. Функции анализатора формы (рисунок 2.7) заключаются в измерении амплитуд и фаз отдельных составляющих сигнала и в сравнительном анализе формы отдельных участков сигнала, начало и конец которых определяется углом поворота вала. Подобные анализаторы широко используются для диагностики машин возвратно-поступательного типа и роторов в процессе балансировки. Анализатор спектра (рисунок 2.8) благодаря использованию однотипных элементов позволяет уменьшить время обработки вибрационного сигнала. Введение в данную схему детектора огибающей дает возможность обнаруживать повреждения подшипников качения и элементов механической системы на ранних стадиях зарождения (рисунок 2.9).

 

Рисунок 2.7 - Структура анализатора формы сигналов вибрации и шума.

 

Рисунок 2.8 - Структура анализатор спектра сигналов вибрации и шума.

 

Рисунок 2.9 - Структура анализатора спектра с детектором огибающей

 Выпускаются анализаторы, реализующие возможности персональных компьютеров, структура которых приведена на рисунке 2.10. Подобные средства измерения и анализа сигналов не отличаются малыми габаритами и используются в лабораторных или стендовых условиях.

Рисунок 2.10 - Структура входного устройства (AЦП - аналого - цифровой преобразователь)

Развитие конструкции анализаторов вибрации неразрывно связано с развитием компьютерных технологий. Уменьшение габаритов, увеличение объемов памяти и выполняемых функций – основные направления развития спектроанализаторов. Один из первых массовых спектроанализаторов, обладавший наиболее широкими возможностями являлся VIBROPORT-30 (фирма SCHENCK, Германия), внешний вид измерительного блока которого показан на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11 – Измерительный блок прибора VIBROPORT-30

 

Возможность измерения практически всех параметров вибрации, программа балансировки роторов в собственных опорах, работа с прибором в диалоговом режиме, запоминание измеренных значений, распечатка измеренных значений – это и сейчас указывает на высокий уровень прибора. Не радовала только масса – 8 кг, достаточно для того, чтобы ограничить объем диагностируемых механизмов. Прибор следующего поколения VIBROPORT-41 (рисунок 2.12) имел значительно меньшую массу (до 3 кг) сохранив и расширив возможности предыдущего прибора.

Принципиально иной подход к построению прибора был использован в приборе VIBROTEST 60 (рисунок 2.13). Появилась возможность приобретения вначале базового прибора с минимально необходимыми функциями для выполнения измерений вибрации. Дополнительные возможности, реализуемые программными средствами, приобретались отдельно, по усмотрению покупателя. Таким образом, главным становится не процесс измерения, а процесс обработки сигнала.

 

Рисунок 2.12 – Комплект прибора VIBROPORT-41

Рисунок 2.13 – Внешний вид прибора VIBROTEST 60

Возможности спектроанализаторов вибрации.

1. Проведение анализа временных характеристик сигналов и анализа временной развертки сигналов (режим осциллографа).Проведение спектрального анализа вибрации - разделения вибрации на частотные составляющие в широком диапазоне частот, с возможностью выбора частотных диапазонов.

2. Проведение спектрального анализа огибающих высокочастотных сигналов вибрации, с возможность перестройки средней частоты полосового фильтра и выбором различных пределов частотного диапазона.

3. Обеспечение достаточной разрешающей способности, до 1600 линий/спектр.

4. Обеспечение усреднений по спектральным характеристикам.

5. Оценка выбросов в сигнале вибрации - определение пик-фактора.

6. Определение общего уровня вибрации в полосе частот, требуемой стандартами вибрационного контроля.

7. Проведение измерений по маршруту.

8. Возможность передачи накопленных измерений в компьютер для их дальнейшей обработки.

Дополнительные функции, которыми должны обладать приборы, являются балансировка роторов в собственных опорах, наличие графического жидкокристаллического дисплея, возможность загрузки маршрута измерений из компьютера. Данным требованиям в настоящее время вполне отвечают анализатор спектра вибрации 795М («Контест», Украина) и анализатор СД-12 (АО «ВАСТ», Россия) показанные на рисунке 2.14.

 

Рисунок 2.14 – Анализаторы вибрации: а) анализатор 795М; б) СД-12

 

Для комплексной постановки диагнозов используются 2-х канальные анализаторы. Это позволяет строить графики орбиты движения подшипника, проводить детальный анализ путем взаимного сравнения спектров и реализовать анализ корреляционных зависимостей. При этом необходимо: наличие высокого спектрального разрешения по частоте (минимум 3200 линий на один канал); возможность установки частоты нижней границы полосы спектрального анализа; наушники для прослушивания характера шума; встроенный бесконтактный лазерный тахометр; встроенный бесконтактный лазерный пирометрический термометр. Эти возможности реализованы в портативном двухканальном коллекторе данных Movipack производства французской фирмы 01dB-Stell (рисунок 2.15).

Рисунок 2.15 – Портативный двухканальный коллектор данных Movipack

 производства французской фирмы 01 dB-Stell

 

В 2006 году фирма SPM Instrument (Швеция) начала выпуск портативного анализатора состояния оборудования LEONOVATM INFINITY (рисунок 2.16). Прибор имеет цветной дисплей и следующие возможности: измерение состояния смазки, условий работы и состояния подшипников качения по методу ударных импульсов SPM; измерение условий работы и состояния подшипников качения по методу спектрального анализа ударных импульсов SPM СпектрTM; измерение общих уровней вибрации; спектральный виброанализ с автоматической оценкой состояния; измерение частоты вращения; измерение температуры; измерение напряжений и тока; балансировка механизмов в собственных опорах; лазерная центровка горизонтальных и вертикальных валов. В новое поколение приборов добавлены следующие функции: виброанализ орбит; виброанализ при тесте на удар; виброанализ разгона и выбега.

Рисунок 2.16 - Портативный анализатор состояния оборудования

LEONOVA^TM INFINITY

 

Данный переносной многофункциональный анализатор состояния оборудования с сенсорным дисплеем и операционной системой Windows CE позволяет реализовать синхронное измерение, выполнить масштабирование с разрешением 12800 линий/спектра в диапазоне 0,5…40000 Гц.

Анализ основных тенденций развития средств вычислительной техники показывает, что в ближайшие годы следует ожидать широкого распространения малогабаритных приборов различного назначения, в корпус которых встраивается один микрокомпьютер с большими вычислительными возможностями и стандартной операционной системой.