О чем эта статья
Датчик вибрации (виброметр) - прибор, позволяющий определять параметры вибрационных явлений. Наиболее часто виброметры используются для определения:
- Виброскорости
- Виброускорения
- Виброперемещения
Проще говоря, если вибрирующий объект считать простым осциллятором, то виброметр позволяет получить сведения как о базовых параметрах его колебаний (частота и амплитуда), так и, в некоторых случаях, получить спектральную характеристику колебательного процесса.
Рисунок 1. Схема датчика вибрации.
Общая схема датчика вибрации содержит два основных блока (Рисунок 1): вибропреобразователь (1) и электронный блок обработки (2). Функциональное назначение первого блока - преобразование механических вибраций в электрический сигнал. Механизмов преобразования несколько:
- Пьезоэлектрический
- Оптический
- Вихретоковый
- Индукционный
Механизм преобразования в значительной мере определяет как характеристики прибора, так и его стоимость.
Второй блок - электронный блок обработки - служит для «расшифровки» полученного сигнала. Как правило, на входе таких блоков стоит аналогово-цифровой преобразователь, и основная часть операций над сигналом производится уже в цифровом виде, что расширяет функциональные возможности процесса пост-обработки, улучшает помехоустойчивость и позволяет осуществлять вывод информации по внешнему интерфейсу.
При использовании на производстве стационарные виброметры могут входить в состав регулирующих систем в качестве датчиков обратной связи, для этих целей некоторые модели виброметров имеют аналоговый выходной сигнал (как правило, напряжение).
Для получения комплексной характеристики вибрационного процесса в состав измерительной системы может быть добавлен спектроанализатор. Если спектроанализатор многоканальный - он может служить основой распределённой системы вибрационной диагностики, содержащей более одного вибродатчика.
В настоящее время большинство виброметров относится к одному из двух типов:
- Оптический виброметр
- Пьезоэлектрический виброметр
Рассмотрим более подробно каждый тип датчиков.
Оптический виброметр
В основу работы оптического виброметра подобно ультразвуковым датчикам перемещения положен эффект Доплера. Прибор обычно содержит лазерный источник излучения, приёмную оптическую схему, а также электронную схему обработки (Рисунок 2). При отражении излучения от неподвижного объекта длина волны принятого луча не отличается от истинной длины волны лазера. Если объект перемещается вдоль оси излучения, происходит сдвиг длины волны отражённого излучения на некоторую величину (эффект Доплера), значение и знак которой несут информацию о скорости и направлении движения объекта, а используемая в составе приёмного оптического модуля интерферометрическая схема позволяет определить эту величину. Таким образом, колебания отражающей поверхности модулируют частотный сдвиг, и электронная обработка этого сигнала модуляции позволяет получить параметры вибрационных колебаний.
Рисунок 2. Схема оптического виброметра.
Несмотря на то, что в состав оптических виброметров входит источник лазерного излучения, такие приборы достаточно безопасны, поскольку за счёт высокой чувствительности приёмной оптической системы для проведения измерений достаточной оказывается весьма незначительная оптическая мощность.
Одним из основных достоинств оптических виброметров является то, что диагностика с их помощью может проводиться бесконтактно, при их использовании в стационарном измерительном комплексе требуется лишь однократная фокусировка на измеряемой поверхности. Кроме того, устройства этого типа обладают высокой точностью и быстродействием, поскольку лишены подвижных элементов. К недостаткам можно отнести довольно высокую цену.
Пьезоэлектрический виброметр
Как ясно из названия, в основу работы данного типа приборов положен пьезоэффект - явление возникновения разности потенциалов на пьезокристалле при его механической деформации. Внутри корпуса виброметра содержится инертное тело, подвешенное на упругих элементах, содержащих пьезоэлектрический материал (Рисунок 3). Если корпус прибора прикреплён к вибрирующей поверхности, упругие элементы зарегистрируют колебания инертного тела, которое не прикреплено непосредственно к корпусу, а потому стремится сохранять своё первоначальное положение. В целом, в данной конфигурации пьезоэлектрический виброметр есть не что иное, как акселерометр, и часто довольно сложно провести границу между этими видами чувствительных устройств.
Рисунок 3. Схема пьезоэлектрического виброметра.
Электрический сигнал с пьезокристалла, как правило, подаётся на аналогово-цифровой преобразователь, и его обработка осуществляется в цифровом виде. В целом, как и в случае с оптическим виброметром, основным назначением приёмного чувствительного блока является преобразование вибрации в электрический сигнал, а характер его дальнейшей обработки определяется параметрами цифровой электронной схемы.
Основным недостатком этого класса приборов является необходимость соприкосновения чувствительной части с измеряемым объектом, что не всегда уместно в условиях производства. Кроме того, пьезоэлектрические приборы имеют, как правило, более узкий диапазон воспринимаемых частот, поскольку имеют механический тракт передачи вибрации, где максимальная частота определяется инертностью компонентов.
К достоинствам пьезоэлектрических виброметров можно отнести их относительно невысокую стоимость, а также относительно простое устройство, что обеспечивает надёжность и устойчивость к внешним воздействиям.
Данная статья описывает устройство сейсмического датчика-детектора представляющего собой чувствительный электронный узел, способного зафиксировать даже очень слабый уровень вибрации в земной коре.
В конструкции сейсмического детектора применен пьезоэлектрический датчик вибрации , который очень чувствителен к вибрациям и сотрясениям. Данную схему можно использовать для обнаружения сотрясений всевозможных объектов, вибраций происходящих в земной коре, либо как составную часть охранной системы.
Описание работы сейсмического детектора на пьезоэлементе
Как уже было сказано выше, основным элементом, который чувствителен к вибрациям, является простой зуммер (пьезоэлемент). Он довольно часто применяется в устройствах, предназначенных для обнаружения вибраций и сотрясений, к примеру, в охранной сигнализации для велосипеда. Преимуществом схемы является не только низкая цена, но и проста в монтаже датчика, зачастую просто путем приклеивания на контролируемой поверхность.
Микросхема DA1 — операционный усилитель типа LM741, предназначена для усиления слабых сигналов от пьезоэлемента. Усиленный сигнал с выхода операционного усилителя через резистор R6 поступает на базу транзистора VT1. В результате этого транзистор открывается и на входе 2 таймера NE555 появляется сигнал низкого уровня (менее 1/3 напряжения питания).
На таймере NE555 построен классический ждущий мультивибратор, который запускается по низкому сигналу на выводе 2. В результате запуска мультивибратора, на его выходе (вывод 3) появляется сигнал включающий зуммер (с встроенным генератором) и зажигается светодиод.
Продолжительность сигнала определяется элементами RC-цепи (R8 и С2). С указанными значениями на схеме, этот период составляет примерно 3 минуты. По истечении этого времени устройство переходит в исходное состояние.
Виброметр – это прибор для измерения параметров вибрации: виброускорения, виброскорости, виброперемещения и частоты колебаний. Он простой в использовании и не требует специальной подготовки.
Выделяют две группы виброметров:
- для измерения вибрации вращающегося оборудования;
- для измерения вибрации, воздействующей на человека для целей охраны труда.
Виброметры для измерения вибрации вращающегося оборудования
«ДПК-Вибро» в руке
Виброметр измеряет и оценивает вибрацию агрегатов с вращающимися частями. Это - двигатели, насосы, вентиляторы, генераторы. Вибрация таких агрегатов повторяется с каждым оборотом вала.
Виброметры измеряют интегральное значение вибрации (одно число). Самое популярное значение – , так как существуют стандарты для определения состояния агрегата по СКЗ виброскорости. Это число пропорционально мощности сил, вызывающих вибрацию агрегата.
Чаще всего вибрация в виброметрах измеряется . Этот диапазон указан в ГОСТ и позволяет измерять одинаковое значение вибрации на разных приборах.
Виброметр – это очень полезный прибор для оценки состояния оборудования. Максимальное значение вибрации, при котором состояние агрегата считается аварийным . Значение задаётся в паспорте на агрегат или в ГОСТ ИСО 10816-1-97. "Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях". Сравнение текущей вибрации с нормой позволяет оценить состояние агрегата.
Измерение вибрации виброметром очень быстрое и не требует подготовительных работ. Можно измерить 100 агрегатов за смену с выдачей отчётов о состоянии оборудования на предприятии.
Значения вибрации, измеренные через некоторое время (например, через 1 месяц) позволяют строить прогноз развития вибрации и планировать сроки следующих ремонтов. Это даёт значительную экономию денег, по сравнению с плановыми ремонтами. Такая система планирования ремонтов используется в нашей программе Аврора-2000 .
Значение вибрации, измеренное виброметром можно использовать и для диагностики дефектов агрегата. Например, по СКЗ виброскорости отлично диагностируется расцентровка и небаланс . Состояние крепления к фундаменту тоже проще оценить виброметром. Виброметром даже можно балансировать агрегат не используя отметчик фазы (метод трех пусков с пробными массами).
При этом виброметры значительно дешевле виброанализаторов и проще в работе. Однако, для изучения сложных случаев дефектов необходим виброанализатор и опыт вибродиагностики.
Виброручка ViPen
СКЗ виброскорости на экранеСовременные виброметры дополнительно имеют режимы измерения спектров и сигналов, память для сохранения замеров и передачи их в компьютер, режим измерения по маршруту, датчики температуры, оборотов и ударных импульсов от подшипников качения.
В виброанализаторах всегда есть режим виброметра. Он делается программно и не удорожает изготовление прибора.
Внутренний и внешний датчик
Виброметры имеют внутренний датчик вибрации, встроенный в корпус прибора или внешний датчик, подключённый к прибору проводом. Внутренний датчик – это компактность прибора, а внешний датчик позволяет измерить вибрацию в труднодоступных местах.
Мы выпускаем виброметры:
Виброметры для измерения вибрации, воздействующей на человека
Измерение такой вибрации используется в сфере охраны труда. Приборы отличаются от приборов для измерения вибрации вращающегося оборудования. Они называются виброметры-шумомеры.
Прибор измеряет мощность вибрации за какой-то период времени, например, за рабочую смену, показывает мощность вибрации в полосах частот. Вибрация разных частот оказывает разное влияние на человека, поэтому используются нормирующие коэфициенты для частных полос. В дополнение шумомеры умеют измерять акустический шум на рабочем месте.
Предельные значения вибрации нормируется СанПиНами. Библиотеку этих нормативных документов можно найти на сайте НТМ-Защита:
Не хватает информации?
Я отвечу Вам и дополню статью полезной информацией.
Схема простого, но чувствительного датчика вибрации на ОУ LM358. Устройство наладки не требует и начинает работать сразу. Реагирует на шаги с расстояния в несколько метров.
Схема вибродатчика показана на рисунке ниже:
В качестве датчика используется плоский пьезоизлучатель от наручных часов либо похожий. Провод от центральной пластины пьезоэлемента подключается ко входу ОУ. Сам пьезоэлемент закрепляется на контролируемой поверхности. Для усиления чувствительности к основанию пьезоэлемента можно прикрепить небольшую пружинку с грузиком таким образом, чтобы пьезоэлемент работал на изгиб. В спокойном состоянии напряжение на неинвертирующем входе U1 на несколько милливольт ниже, чем на инвертирующем. Поэтому на выходе U1 (выв.1) присутсвует напряжение, близкое к 0 (лог.0). При появлении вибрации на выводе 3 ОУ появляется дополнительное напряжение, которое в сумме с постоянным напряжением от делителя R3-R1-R2 оказывается выше, чем на выводе 2. ОУ переключается, и на его выходе появляется напряжение, близкое к напряжению питания (лог. 1). Таким образом, на выходе датчика формируются прямоугольные импульсы в такт с вибрацией. Выходной сигнал подается на 2 контакт разъема J1.
Резистором R1 подбирается чувствительность датчика. Его номинал может колебаться от 0.33 Ом до 10 Ом. Чем меньше сопротивление - тем выше чувствительность. Кондерсатор С1 выполняет роль фильтра, исключая ложное срабатывание от одиночных импульсов. Резисторы R2 и R3 должны быть одинакового сопротивления от 1 до 3 кОм. Резисторы R4 и R5 тоже должны быть одинакового сопротивления от 47 до 200 кОм.
Датчик может питаться напряженим от 4 до 12 вольт. Резистор R6 ограничивает выходной ток в случае напряжения питания больше 5 вольт и чувствительной нагрузке на выходе. Выход датчика модет быть подключен к микроконтроллеру или транзистору, управляющему, например, реле. Также к выходу датчика может быть подключен светодиод или вольтметр.
Датчик может быть собран на печатной плате, чертеж которой представлен на рисунке:
Пьезолемент подключется через разъем слева. Провода к нему должны быть скручены между собой.
Конечно, можно приобрести охранный блок в магазине. На рынке представлены различные девайсы. Но что делать, если вы не хотите переплачивать за разные опции. К тому же руки у вас растут откуда нужно. Нет проблем!
Можно собрать вполне приемлемый вариант самому. У этой автосигнализации нет ничего лишнего: управления центральным замком, радиобрелка. Зато самоделка обезопасит ваш автомобиль от проникновения при помощи концевых выключателей дверей и багажника. А также при помощи датчика удара-вибрации предупредит владельца об откручивании, например, колёс. Кстати, знаете ли вы, что отключить злоумышленнику такого рода сигнализацию гораздо сложнее. Он ведь не знает, что вы там могли внедрить. К тому же при отсутствии брелка степень защиты во много раз повышается,так как автожулики не смогут считать код (ведь известно, что большинство взломов происходит этим методом).
Схема устройства
Принцип работы заключается в следующем. Сигнал с A1 датчика вибрации поступает на усилитель, который выполнен на VT1, VT2 и управляет тиристором VS1. На базу транзистора VT2 также поступает сигнал от концевых выключателей дверей, капота, багажника. На транзисторах VT3,VT4 собран таймер, который управляет анодом тиристора VS1. В цепи базы VT3 используется конденсатор большой ёмкости C3. Благодаря чему при постановке на охрану надёжно спрятанном тумблером C3 начинает заряжаться через сирену автомобиля и цепь из резисторов R6,R7. В процессе заряда конденсатора VT3,VT4 будут закрыты, следовательно, тиристор VS1 заперт. Благодаря чему схема встаёт под охрану с некоторой задержкой, давая водителю время покинуть авто и закрыть дверь.
По прошествии 20 секунд конденсатор C3 набирает ёмкость, VT3 открывается и включает охрану в работу. Предположим, произошло воздействие на автомобиль или вскрытие какой-либо двери. Тиристор VS1 отпирается, начинает заряжаться C4 через VS1, VT4, R10. Тиристор устроен таким образом, что он остаётся открытым при прохождении постоянного тока. При закрывании двери (прекращении сигналов) тревожная сирена будет извещать владельца о проникновении. Если срабатывание датчиков произошло с появлением владельца, то за время заряда C4 (20 секунд) он отключит замаскированный тумблер. Если этого не сделать, то откроются VT5,VT6, включится реле KV1 , которое в свою очередь подключит сирену. Чтобы не беспокоить соседей и самому не бежать к автомобилю во время ложных срабатываний, как например проезжающий мимо грузовик, в данной автосигнализации реализована функция ограничения времени тревоги. Действует она следующим образом. Когда контакты KV1 замкнуты и ток протекает через R6,R7 , заряжается конденсатор C3. Через небольшое время закроются VT2, VT3, VS1, VT5, VT6 и реле KV1 отключится и снова возьмёт под охрану.
Какие детали можно использовать для реализации схемы. Требования к ним не критичные. Конденсаторы и резисторы любого типа, желательно малогабаритного. Реле KV1 с рабочим напряжением 12 вольт и током катушки в пределах 100 мА.Силовые контакты реле должны выдерживать ток в 5 А. Но можно снизить до 0,5 А, если применить промежуточное реле.
Датчик вибрации A1 не сложно изготовить самому. Он выполнен в виде катушки со стальным сердечником, от которого на небольшом расстоянии закреплен постоянный магнит на плоской пружине. При малейшем ударе по кузову автомобиля колебания через пружину передадутся на магнит. Тот в свою очередь создаст переменное магнитное поле, которое наведёт ЭДС в катушке. Последняя размером Ø10Χ15 мм мотается на сердечнике Ø3 мм из стали. Для обмотки используют медный провод 0,06...0,07 мм. Магнит с размерами 25Χ10Χ5 мм при помощи клея и ниток нужно закрепить на пружине. В качестве которой можно использовать пружину от будильника. Длина последней выбирается в пределах 60 — 80 мм. В процессе сборки датчика удара следует обратить внимание на то, чтобы магнит мог располагаться как можно ближе к боковой стороне катушки. Готовый датчик вибрации следует располагать в пространстве так, чтобы магнит имел возможность совершать колебания перпендикулярно поверхности земли.
Самодельный датчик вибрации
Теперь остаётся самое главное — спрятать тумблер, через который подаётся питание на схему. К этому вопросу стоит подойти с не меньшей ответственности. Поскольку вам придётся пользоваться им постоянно, ну а злоумышленник не должен его обнаружить.
