Главная / Информация / Статьи / Измерение вибрации. Приборы для измерения вибрации
Измерение вибрации. Приборы для измерения вибрации
Современные
технологии требуют непрерывного контроля за многими параметрами
технологического процесса и контроля состояния оборудования. Одними из
важнейших являются параметры механического движения, в частности параметры
периодических перемещений исследуемого объекта в пространстве (вибрации). Этими
параметрами являются виброперемещение (амплитуда вибрации) и виброскорость (частота
вибрации).
Подобный контроль
необходим в самых разных областях: в полупроводниковой электронике (контроль
вибрации установок для выращивания кристаллов), в микроэлектронике (вибрация
установок фотолитографии), в машиностроении (вибрация станков и биение
деталей), в автомобильной промышленности (контроль вибрации отдельных узлов
автомобилей и всего автомобиля в целом), на железнодорожном транспорте (датчики
приближения поезда), в энергетике (контроль вибрации лопаток газовых турбин), в
авиастроении (контроль биений турбин) и т.д.
Методы измерения вибрации.
Существует две
группы методов измерения параметров вибрации: контактные, подразумевающие
механическую связь датчика с исследуемым объектом, и бесконтактные, т.е. не
связанные с объектом механической связью.
Контактные методы. Наиболее простыми являются методы измерения вибрации с
помощью пьезоэлектрических датчиков. Они позволяют проводить измерения с
высокой точностью в диапазоне низких частот и относительно больших амплитуд
вибрации, но вследствии своей высокой инерционности, приводящей к искажению
формы сигнала делает невозможным измерение вибрации высокой частоты и малой
амплитуды. Кроме того, если масса исследуемого объекта, а следовательно и его
инерционность не велика, то такой датчик может существенно влиять на характер
вибрации, что вносит дополнительную ошибку в измерения.
Эти недостатки
позволяет устранить метод открытого резонатора. Суть метода
заключается в измерении параметров СВЧ резонатора, изменяющихся вследствие
вибрации исследуемого объекта. Резонатор имеет два зеркала, причем одно из них
фиксировано , а другое механически связано с исследуемым объектом. Регистрация
перемещений при малых амплитудах вибрации производится амплитудным методом по
изменению выходной мощности в случае проходной схемы включения резонатора или
отраженной мощности, в случае применения оконечного включения. Этот метод
измерения требует постоянства мощности, подводимой к резонатору и высокой
стабильности частоты возбуждения.
В случае больших
амплитуд вибрации регистрируется смещение резонансной частоты, что можно
сделать с очень высокой точностью. Для повышения добротности и уменьшения
дифракционных потерь используют сферические зеркала. Разрешающая
способность данного метода 3 мкм. Метод обладает малой инерционностью по
сравнению с описанным выше, но его применение рекоменуется, если масса зеркала
принципиально меньше массы исследуемого объекта.
Однако
механическая связь датчика с исследуемым объектом далеко не всегда допустима,
поэтому последние годы основное внимание уделяется разработке бесконтактных
методов измерения параметров вибрации. Кроме того, их общим достоинством
является отсутствие воздействия на исследуемый объект и пренебрежительно малая
инерционность.
Все бесконтактные
методы измерения вибрации основаны на зондировании объекта звуковыми и электромагнитными волнами.
Одной из последних
разработок является метод ультразвуковой фазометрии. Он
заключается в измерении текущего значения разности фаз опорного сигнала
ультразвуковой частоты и сигнала, отраженного от исследуемого объекта. В
качестве чувствительных элементов используется пьезоэлектрическая керамика.
На частоте
ультразвука 240 кГц. чувствительность измерения виброперемещения 10 мкм. в
диапазоне от 10 до 5*10 мкм., расстояние до объекта до 1.5 м. На частоте 32
кГц. чувствительность 30 мкм., расстояние до объекта до 2 м. С ростом частоты
зондирующего сигнала чувствительность растет.
В качестве
достоинств метода можно отметить дешевизну и компактность аппаратуры, малое
время измерения, отсутствие ограничения снизу на частотный диапазон, высокую
точность измерения низкочастотных вибраций. Недостатками являются сильное
затухание ультразвука в воздухе, зависимость от состояния атмосферы, уменьшение
точности измерения с ростом частоты вибрации.
Большое
распространение получили методы, основанные на зондировании объекта видимым
светом. Все оптические
методы подразделяются на две группы. К первой относятся методы, основанные на
регистрации эффекта Допплера. Простейшим из них является гомодинный метод,
который позволяет измерять амплитуды и фазы гармонических вибраций, но с его
помощью невозможно исследовать негармонические и большие по амплитуде вибрации.
Эти недостатки можно устранить используя гетеродинные методы. Но они требуют
калибровки и, кроме того, измерительная аппаратура сильно усложняется.
Существенным
недостатком перечисленных выше методов являются высокие требования к качеству
поверхности исследуемого объекта. Но они теряют свое значение при использовании
голографических методов, которые и образуют вторую группу. Голографические
методы обладают высокой разрешающей способностью (до 0.05), но они требуют
сложного и дорогостоющего оборудования. Кроме того, время измерений очень
велико.
Общими
недостатками оптических методов измерения вибрации являются сложность, громоздскость и высокая
стоимость оборудования, большое энергопотребление, высокие требования к
качеству поверхности исследуемого объекта, высокие требования к состоянию
атмосферы (определенная влажность, отсутствие запыленности и т.п.). Кроме того,
лазерное излучение оказывает вредное влияние на зрение обслуживающего персонала
и требует дополнительных мер предосторожности и защиты.
Часть этих
недостатков можно устранить применяя методы, основанные на использовании СВЧ
излучения Они подразделяются на интерференционные и резонаторные. В основе
интерференционных методов лежит зондирование исследуемого объекта волнами ВЧ и
СВЧ диапазонов, прием и анализ отраженных (рассеянных) объектом волн. Между
излучателем и исследуемым объектом в результате интерференции образуется
стоячая волна. Вибрация объекта приводит к амплитудной и фазовой модуляции
отраженной волны и к образованию сигнала биений. У выделенного сигнала
переменного тока амплитуда пропорциональна виброперемещению, а частота
соответствует частоте вибрации объекта.
Резонаторные методы основаны на
размещении вибрирующего объекта в поле СВЧ резонатора (вне или, хотя бы
частично внутри его), вследствие чего изменяются характеристики резонатора. Бесконтактное
измерение параметров вибрации резонаторным методом возможно и
при включении приемно-передающей антенны в частотнозадающую цепь СВЧ
генератора, т.е. при работе в автогенераторном режиме. Такие системы называются
автодинными генераторами или просто автодинами.
В Компании ЕвроЛаб Вы можете приобрести приборы для измерения вибрации, воздействующей на человека на производстве,
в транспорте, в жилых и общественных зданиях, а также
для измерения вибрационных характеристик механизмов и машин.
|