3.2.2 Принцип действия датчика

Конструктивно датчик детонации представляет собой акселерометр, то есть прибор, преобразующий энергию механических колебаний станка в электрический сигнал. Другими словами, это приемник звуковых колебаний в твердых телах. При возникновении вибрации инерционная масса воздействует на пьезоэлемент с соответствующими частотой и усилием, в результате возникновения пьезоэффекта на контактах появляется электрический сигнал.

Большое значение имеет место установки датчика детонации на станке. При его выборе руководствуются следующими критериями: — сигналы от каждого узла станка не должны сильно различаться по уровню; — уровень сигнала должен иметь достаточную для его дальнейшей обработки величину; — помехи, возникающие от других шумов работающего станка, должны быть минимальными. Важными характеристиками датчика детонации являются: — температурный диапазон. Датчик должен быть работоспособным до 150 – 200 ^о С; — собственная резонансная частота. По принципу определения наличия детонации различают системы с резонансными и широкополосными датчиками детонации. В системах с резонансным датчиком значение собственной резонансной частоты совпадает с частотой детонационных колебаний в цилиндре, а в системах с широкополосным датчиком собственная резонансная частота датчика значительно выше, но на частотной характеристике существует равномерный участок, лежащий в диапазоне частот детонационных колебаний; — коэффициент преобразования. Он показывает, как соотносится амплитуда выходного сигнала с амплитудой детонационных колебаний в месте установки датчика (mv/g).

Внешний вид датчика приведен на рис. 3.4.

Рис.3.4 Широкополосный датчик ускорений

Работа пьезоэлектрического датчика основана на том, что некоторые типы материалов генерируют электростатическую энергию или напряжение, когда к ним прикладывается механическая нагрузка. Наиболее часто применяемым пьезоматериалом являются кварц, поскольку он имеет низкую чувствительность к изменению температуры и хорошую линейность по широкому диапазону уровней напряжений с низким гистерезисом. Пьезоэлектрические преобразователи обеспечивают равномерный выход на частотах до 50 кГц. Кварцевые преобразователи имеют температурный диапазон от – 200 ^о С до + 300 ^о С.

На рис. 3.5 показана конструкция датчика детонации.

Рис. 3.5 Конструкция пьезоэлектрического датчика детонации: 1 - корпус, 2 - инерционный элемент, 3 - пьезоэлемент, 4 - отверстие соединения с атмосферой, 5 - выходные контакты

Из литературы /глава 2/ известно, что появление дефектов в работе механизмов станка приводит к возникновению колебаний в следующем диапазоне частот: 500-5000 Гц (для изношенных зубьев шестерен).

Таким образом, для использования штатного датчика детонации в целях вибродиагностики станка необходимо убедиться, что он обладает равномерной АЧХ в диапазоне частот от 500Гц до 5кГц. Таким датчиком является датчик детонации типа 18.3855-01.

3.3 Выбор акустического датчика

Акустическая эмиссия – это явление распространения упругих колебаний (акустических волн), генерируемых внезапной деформацией напряженного материала. Преобразователи (датчики) акустической эмиссии используются для регистрации и преобразования в электрический сигнал энергии упругих механических волн, распространяющихся от места зарождения и развития дефекта в металлоконструкции.

Для регистрации явления акустической эмиссии в разрабатываемой системе виброакустического диагностирования станка в качестве датчика целесообразно использовать микрофон. Причем, необходимо, чтобы его частотный диапазон включал в себя область от 200 Гц до 15 кГц. В таблице 3.1 приведены некоторые типы микрофонов, которые могут быть использованы в разрабатываемой системе.

Таблица 3.1

Тип микрофона	Частотный диапазон	Погрешность измерения на ном. частоте 1000 Гц
МПА-201	от 10 до 20000 Гц	0,5 дБ
МПА-215	от 16 до 12500 Гц	1 дБ
МПА -216	от 16 до 12500 Гц	1 дБ
130D20	от 20 до 20000 Гц	1 дБ
ВС-501	от 10 до 20000 Гц	2 дБ

Таким образом, из приведенной таблицы видно, что для целей виброакустической диагностики нам больше подходит микрофон типа МПА-201, обладающий более высокой точностью и требуемым частотным диапазоном.