Унифицированный компьютеризированный комплекс для испытаний датчиков вибрации

Орехов Вячеслав Сергеевич; Маляров Сергей Витальевич

ИНЖЕНЕРНЫЙ ВЕСТНИК ДОНА, № 2, 2007, стр. 72-76

УНИФИЦИРОВАННЫЙ КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ДАТЧИКОВ ВИБРАЦИИ

В 2006 году в НКТБ «Пьезоприбор» была разработана компьютеризированная система для контроля и поверки виброизмерительных датчиков [1], предназначенная для работы с электродинамическим вибратором. С целью расширения функциональных возможностей одновременно велась разработка комплекта вибраторов с пьезоэлектрическим возбуждением [2], отличающихся значительно более широким динамическим, частотным диапазонами и повышенной точностью за счет использования встроенных виброизмерительных датчиков, содержащих дополнительное калибровочное устройство.

Для автоматизации измерений с помощью названных устройств потребовалось создание нового измерительного комплекса (рис. 1) с компьютерным управлением для измерения коэффициента преобразования и определения основных характеристик датчиков вибрации, применяемого с целью сокращения времени испытаний и документирования полученных результатов.

ж ш

1 - Резонансный вибратор

2 - Широкополосный вибратор

3 - Электродинамический вибратор

4 - Согласующий зарядовый усилитель

5 - Усилитель мощности

6 - Микропроцессорный блок управления

Рис. 1. Измерительный комплекс с компьютерным управлением

Комплекс позволяет: измерять коэффициенты преобразования по заряду и напряжению испытуемого датчика вибрации в диапазоне частот от 5 до

27000 Гц; определять АЧХ датчика или всего испытуемого измерительного тракта; измерять частоту установочного резонанса датчика

Принцип работы устройства основан на записи виброускорения, воспроизведенного вибратором, зависимости выходного сигнала испытуемого датчика от виброускорения в диапазоне частот, цифровой обработке и последующего построения АЧХ испытуемого датчика на основании полученных данных. Комплекс структурно состоит из (рис. 2): персонального компьютера (ПК); микропроцессорного блока управления (МБУ); генераторного тракта (ГТ); электродинамического, широкополосного (рис. 3), резонансного (рис.4) вибраторов с пьезоэлектрическим возбуждением; универсального усилителя мощности; внешнего, для электродинамического вибратора, и встроенных в пьезоэлектрические вибраторы контрольных (образцовых) пьезоэлектрических датчиков вибрации со встроенным калибрующим пьезоэлектрическим элементом и согласующим зарядовым усилителем (СЗУ-1); согласующих зарядового усилителя (СЗУ) и усилителя напряжения (СУН), которые могут использоваться для подключения испытуемого датчика.

Рис. 2. Структурная схема устройства

Встроенный

4

Рис. 3. Устройство широкополосного вибратора

1 - Испытуемый датчик

2 - Контрольный датчик

3 - Калибрующий элемент

Рис. 4. Устройство резонансного вибратора

1 - Испытуемый датчик

2 - Контрольный датчик

МБУ (рис. 5) включает в себя: микроконтроллер Atmel 89C52; АЦП Analog Devices 7895AN; микросхемы ОЗУ и ПЗУ; ЦАП 572ПА1.

Рис. 5. Микропроцессорный блок управления ГТ содержит управляемый генератор и регулируемый выходной усилитель. Согласующие усилители имеют нормированные значения коэффициента передачи, устанавливаемые исходя из возможности последующей обработки сигнала с помощью микроконтроллера и программных средств, а также активный фильтр нижних частот четвертого порядка, необходимый для обеспечения корректной работы аналого-цифрового преобразователя и формирования нужной АЧХ [3].

Малые габаритные размеры согласующих усилителей позволяют разместить их в корпусе устройства. ПК с установленным программным обеспечением управляет МБУ, сохраняет данные, полученные с контрольного и испытуемого датчиков, выполняет необходимые расчеты и наглядно отображает результаты измерений. Функциями МБУ являются управление ГТ, обработка в реальном времени сигналов, поступающих с контрольного и испытуемого датчиков вибрации в режимах работы и калибровки, преобразование их из аналоговой формы в цифровую, первичная обработка информации для передачи в ПК. Для реализации микропроцессорного блока управления выбран КМОП микроконтроллер АТ89С52, оснащенный перезаписываемым ПЗУ, совместимым по командам и выводам со стандартными приборами семейств 80С51 и 80С52. Микроконтроллер содержит 8 килобайт ППЗУ и 256 байт ОЗУ. В микропроцессорном блоке имеется также и внешнее ППЗУ объемом 256 килобайт. Микроконтроллер АТ89С52 ориентирован на использование в качестве встроенного управляющего контроллера. Система команд предоставляет большие возможности обработки данных, обеспечивает реализацию логических, арифметических операций, а также управление в режиме реального времени. Для оцифровки сигнала используется 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь фирмы Analog Devices AD7895AN. В качестве электродинамического вибратора использовался вибратор типа 4809 и контрольный акселерометр типа 4344 фирмы Брюль и Къер. Устройство может быть использовано для контроля идентичности параметров датчиков в партии, для первичной или периодической поверки и калибровки датчиков различных типов, в том числе пьезоэлектрических. Комплекс является адаптивной, имеет предустановки для конкретных режимов измерений и типов испытуемых устройств.

Результаты измерений могут быть представлены в виде протоколов, таблиц, графиков, занесены в базу данных. Разработка и выпуск осуществлены на факультете высоких технологий Южного федерального университета совместно с НКТБ «ПЬЕЗОПРИБОР» Южного федерального университета в рамках инновационного проекта РГУ в 2006 году и по заказу НПЦ «Динамика» для поверки систем виброконтроля, диагностики и мониторинга оборудования нефтеперерабатывающей промышленности.

Литература

1. Синютин С.А., Орехов В.С. Компьютеризированная система для контроля виброизмерительных датчиков // Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий - ЦВВР, 2006.

2. Янчич В.В., Иванов А.А., Ковалев С.Н. Вибраторы с пьезоэлектрическим возбуждением для испытания датчиков вибрации // Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий - ЦВВР, 2006.

3. Синютин С.А., Орехов В.С. Установка для измерения параметров датчиков вибрации (тезисы доклада) // Труды VI ВНК молодых ученых и аспирантов «Новые информационные технологии», Таганрог, ООО «Антон»,2004

Текст научной работы на тему «Унифицированный компьютеризированный комплекс для испытаний датчиков вибрации»