III. Аппаратура для измерений и цифровой обработки параметров вибрации
Ш.1. Общие сведения по измерительному комплексу К5000
Оборудование комплекса К5000 позволяет выполнять измерения амплитуд виброускорений, виброскоростей и виброперемещений деталей с выводом информации на экран и в память персонального компьютера.
Оборудование комплекса позволяет также проводить измерения и анализ акустических сигналов, излучаемых элементами турбины. Имеется возможность проводить измерения деформаций на поверхностях деталей с помощью тензорезисторов сопротивлением 350 или 1000 Ом.
Оборудование, а также программное обеспечение комплекса позволяет проводить гармонический, корреляционный и другие виды анализа измеряемых или записанных сигналов. Общий вид измерительного комплекса К5000 представлен на рис.9.
Рис.9. Измерительный комплекс К5000
Измерительный комплекс на базе шасси PXI сопрягается с ПК. В шасси PXI установлена специализированная 8-канальная плата АЦП для приема сигналов с вибродатчиков. Указанное устройство имеет дополнительный канал внешнего запуска.
Комплекс снабжен четырьмя низкотемпературными датчиками вибрации АР-2037, каждый из которых имеет встроенный усилитель. Датчик имеет цилиндрическую форму 20х20 мм. К исследуемым деталям датчик крепится с помощью центральной резьбовой шпильки М5 или магнитом. Датчики с АЦП соединены кабелем длиной 20 м.
Вибрационные датчики AP-63B предназначены для измерения вибрации в условиях повышенных температур до 400 оС. Датчики снабжены внешними усилителями заряда. Датчики имеют цилиндрическую форму 30х30 мм и крепятся к детали с помощью трех резьбовых шпилек М4.
В комплекте измерительного комплекса имеются два поляризованных всенаправленных микрофон B&K типа 4942 в корпусе диаметром 1/2 дюйма. Указанные микрофоны предназначены для всенаправленных измерений общего характера в соответствии со стандартами ANSI.
Поступающие с указанных выше первичных датчиков вибросигналы оцифровываются и обрабатываются в аналого-цифровых преобразователях (АЦП) в соответствии со структурной схемой (рис.10).
Рис.10. Структурная схема измерительного комплекса К5000
Структурная схема комплекса К-5000 функционирует следующим образом. В аппаратном шасси PXI-1033 установлены три платы АЦП:
Плата PXI NI-4472 специализированное 8-ми канальное АЦП с синхронной выборкой по каналам, обеспечивающее ввод сигналов с любых датчиков типа IEPE (датчики вибрации, датчики силы, микрофоны, гидрофоны и пр.). В данном случае это IEPE датчики абсолютных вибраций АР-2037 и микрофоны 4942. Сигналы с четырех датчиков вибрации и двух микрофонов поступают непосредственно на входные разьемы платы.
Плата PXI NI-4220 специализированное 2-х канальное АЦП для работы с тензодатчиками, подключаются непосредственно на входные разьемы платы.
Плата PXI NI-6220 универсальный 16-ти канальный АЦП с мультиплексированием входных сигналов по напряжению до ±10 В. Программное обеспечение данного комплекса ориентировано на подключение сюда сигналов с четырех высокотемпературных датчиков вибрации (через усилители заряда) и сигналов таходатчиков. Все подключения к плате через коннектор CB-68LP и специальный кабель SHC68-68EPM.
Блок питания обеспечивает питание усилителей заряда. Все компоненты комплекса, кроме первичных датчиков и компьютера, смонтированы в едином конструктиве типа Rittal.
Работа размещенных в панеле РХI цифровых преобразователей выполняется по программам, запускаемым с персонального компьютера (ПК) типа Noutebook. Комплекс располагает следующими программами:
1. Программа «УПА – двухканальный узкополосный анализатор».
Программа предназначена для одновременного анализа двух сигналов механических колебаний прямо в процессе работы турбинной установки в реальном масштабе времени. Программа способствует корректной оцифровке сигналов. Программа позволяет проводить интегрирование и двойное интегрирование сигналов во времени, а также выполняет спектральный анализ сигналов вплоть до частот 12,8 кГц. Имеется возможность вычисления взаимного спектра, функции когерентности, необходимых для оценки диагностической ценности вибрационных сигналов. Имеется дополнительная возможность проведения измерения и анализа некоторых кратковременных и нестационарных процессов.
Программа «Регистратор».
Программа предназначена для регистрации сигналов вибрации на жесткий диск компьютера. Имеется до 8 каналов записи в частотном диапазоне от 0 до 50 кГц. Программа дополнительно выполняет интегрирование сигнала вибрации в частотной области. Имеется индикация свободного объема диска и времени записи.
Программа «Разгон-Выбег».
Программа предназначена для спектрального и порядкового анализа данных, записанных программой «Регистратор». Программа выполняет анализ сигнала как на стационарных, так и на нестационарных режимах работы. Выполняется анализ сигнала во временной области – фильтрация, интегрирование, преобразование Гильберта. Может выполняться анализ сигнала в частотной области – спектр мощности, спектр огибающей, трехмерный спектр. Может выполняться порядковый анализ уровня и фазы гармонического сигнала от оборотов и времени и т.д.
4. Программа «Проверка».
Программа предназначена для поверочных и калибровочных работ органами метрологии.
Приведем технические характеристики используемых в работе первичных датчиков вибрации.