Виброметр

Проект в SCADA ZETView

В приведенном проекте многоканальный компонент Виброметр измеряет значения сигнала, поступающего с Измерительного канала. Кнопка с фиксацией служит для включения или отключения виброметров. ЖК индикаторы служат для графического представления значения. Данный компонент используется для создания различных проектов, в том числе таких как модальный анализ конструкции.

Результат работы проекта

Программа предназначена для измерения параметров вибрации с вибродатчиков, подключенных к входным каналам анализаторов спектра.

В программе измеряются следующие параметры: виброускорение, виброскорость и виброперемещение.

Для измерения параметров вибрации необходимо выбрать канал анализатора спектра, к которому подключен вибропреобразователь. В списке каналов доступны только те каналы анализатора спектра, размерностью которых является величина виброускорения: g или м/с2 (1 g = 9,807 м/с2 или 10 м/с2 = 1,02 g). Величина виброускорения отображается в верхней строке в левой части окна программы (параметр "A" - acceleration - ускорение). Далее путем интегрирования виброускорения рассчитывается виброскорость и и отображается во второй строке (параметр "V" - velocity - скорость). Постредством повторного интегрирования получается значение величины виброперемещения (параметр "S" - shift - перемещение).

Измеряемые значения могут быть как среднеквадратическими (СКЗ), так и пиковые. При измерении среднеквадратических значений возможно изменение времени усреднения - 0,1 с или 1 с.

В рамке "Пороги" пользователь устанавливает максимально допустимые пороговые значения по всем трем параметрам: виброускорению, виброскорости и виброперемещению. При установке галочки "Контроль" в реальном времени начинается контроль превышения текущих параметров вибрации над заданными пороговыми уровнями. Цветной индикатор информирует оператора о состоянии параметров вибрации. Зеленый цвет говорит о том, что параметр в норме. При и превышении пороговых уровней по любому из параметров цветной индикатор меняет цвет на красный. Дополнительно в систему подается глобальное сообщение, которое принуждает выключить выходной сигнал с генератора, если таковой включен. Данная опция является еще одним фактором, обеспечивающим дополнительную безопасность оборудования при использовании, например, системы управления вибростендами при проведении испытаний изделий к устойчивости вибрации различного происхождения.

Программа может быть использована в качестве вибростопа для отключения оборудования при повышенном уровне вибрации.

При проведении измерений возможно применение общих частотных фильтров:

• HP1 — для измерения виброускорения в частотном диапазоне от 1 до 20 000 Гц;
• HP3 — для измерения виброускорения в частотном диапазоне от 3 до 20 000 Гц;
• HP10 — для измерения виброускорения в частотном диапазоне от 10 до 20 000 Гц.

Эти фильтры служат для измерения виброускорения без коррекции. Фильтры HP1 и HP10 служат для удаления из результатов измерений низкочастотных компонент сигнала, связанных, зачастую, с паразитными наводками и искажениями.

Также возможно применение интегрирующих фильтров:

• Vel1 — для измерения виброскорости в частотном диапазоне от 1 до 330 Гц;
• Vel3 — для измерения виброскорости в частотном диапазоне от 3 до 1000 Гц;
• Vel10 — для измерения виброскорости в частотном диапазоне от 10 до 3000 Гц;
• Dil1 — для измерения виброперемещения в частотном диапазоне от 1 до 18 Гц;
• Dil3 — для измерения виброперемещения в частотном диапазоне от 3 до 57 Гц;
• Dil10 — для измерения виброперемещения в частотном диапазоне от 10 до 181 Гц;
• VelMF (машинный фильтр) — для измерения виброскорости на стационарных машинах в частотном диапазоне от 10 до 1000 Гц (в соответствии с ISO 10816 и ГОСТ 25275 (СТ СЭВ 3173).

Для измерения воздействия вибрации на организм человека возможно применение частотно-корректирующих фильтров:

• W-Bz — для измерения общей вибрации (корректированного виброускорения) в вертикальной плоскости оси Z (в соответствии с ISO 8041 и СН 2.2.4/2.1.8.566-96);
• W-Bxy — для измерения общей вибрации (корректированного виброускорения) в горизонтальной плоскости по осям XY (в соответствии с ISO 8041 и СН 2.2.4/2.1.8.566-96);
• W-Bc — для оценки воздействия вибрации на человека на спинке сидений (в соответствии с ISO 2631 и ISO 8041);
• Wk — для измерения общей вибрации, воздействующей на человека по оси Z (в соответствии с ISO 8041, ISO 2631-1 и ГОСТ 12.1.012) (в настоящее время в России не применяются);
• Wd — для измерения общей транспортной вибрации, воздействующей на человека по осям XY (в соответствии с ISO 8041, ISO 2631-1 и ГОСТ 12.1.012) (в настоящее время в России не применяются);
• Wh — для измерения общей вибрации, воздействующей на человека (в соответствии с ISO 8041, ISO 2631-1 и ГОСТ 12.1.012);
• Wc — для оценки воздействия вибрации на человека через спинку сидения (в соответствии с ISO 8041, ISO 2631-1 и ГОСТ 12.1.012) (в настоящее время в России не применяются);
• Wj — для оценки воздействия вибрации на голову лежащего человека (в соответствии с ISO 8041, ISO 2631-1 и ГОСТ 12.1.012) (в настоящее время в России не применяются);
• H-A — для измерения локальной вибрации (корректированного виброускорения), воздействующей на участки тела человека по трем осям XYZ (в соответствии с ISO 5349 и СН 2.2.4/2.1.8.566-96);
• KB — для измерения общей вибрации на морских и речных судах (КВ = W-Bc + 28,9 дБ).

При аттестации рабочих мест и санитарно гигиенической оценке в настоящее время в России используются три типа фильтров: W-Bz, W-Bxy, H-A.

Для запуска программы Виброметр в меню Измерение панели ZETLab необходимо выбрать команду Виброметр. На экране монитора отобразится рабочее окно программы Виброметр. В заголовке окна программы будет отображаться название программы и название канала, по которому производятся измерения.

Примечание: программу Виброметр можно запустить непосредственно из рабочей директории ZETLab (по умолчанию: c:\ZETLab\). Имя запускаемого файла: VibroMeter.exe

В левой части рабочего окна программы Виброметр расположен графический индикатор, в котором отображаются значения виброускорения – напротив буквы A, виброскорости – напротив буквы V и виброперемещения напротив буквы S.

В рамке Пороги защиты устанавливаются максимально допустимые уровни виброускорения, виброскорости и виброперемещения в полях справа от надписей A, V и S соответственно. Значения вводятся с клавиатуры. Символом-разделителем для дробных чисел является точка.

Для включения режима вибростопа необходимо установить пороги и включить флажок Контроль. В этом режиме, при превышении заданных порогов по ускорению, скорости или перемещению, индикатор, расположенный справа от соответствующего порога, меняет свой цвет с зеленого на красный и программа выдает глобальное сообщение, которое может использоваться, например, для автоматической остановки оборудования.

Справа, в верхнем поле со стрелкой (список) - выбирается канал ввода сигнала. В программе Виброметр доступны каналы с единицами измерения g или м/с^2, в том числе и виртуальные (порожденные такими программами как ZETФормула или Фильтрация сигналов).

В полях со стрелками (списки) выбирать значения параметров можно двумя способами:

• нажать на стрелку поля и «мышью» выбрать из раскрывшегося списка нужное значение;
• нажать левой кнопкой «мыши» на поле и при помощи ролика «мыши», либо кнопок клавиатуры со стрелками выбрать нужный элемент.

Индикатор Интегральный уровень сигнала показывает уровень и перегрузку. Если уровень сигнала превышает максимально допустимый уровень, индикатор становится полностью красного цвета, без черной правой части. Правый край индикатора остается красным до тех пор, пока пользователь не нажмет на него левой кнопкой «мыши».

Ниже находится поле со стрелкой (список), в котором выбирается диапазон для предварительной фильтрации сигнала.

В группе Значение можно выбрать среднеквадратическое (СКЗ), амплитудное или пиковое значение отображаемых величин.

В группе Усреднение можно выбрать усреднение 0.1 секунды, 1 секунда или 10 секунд.

Для выхода из программы необходимо нажать крестик в верхнем правом углу окна.

На рисунке ниже показана осциллограмма виброудара. на верхнем графика сигнал ускорения, на среднем графике сигнал виброскорости, на нижнем графике сигнал виброперемещения.

Вибрация - это механические колебания тела.

Самый простой вид вибрации - это колебание или повторяющееся движение объекта около положения равновесия. Этот тип вибрации называется общей вибрацией, потому что тело перемещается как единое целое и все его части имеют одинаковую по величине и направлению скорость. Положением равновесия называют такое положение, в котором тело находится в состоянии покоя или положение которое оно займет, если сумма действующих на него сил равна нулю.

СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ — (собственные колебания), колебания в механич., электрич. или к. л. др. системе, совершающиеся при отсутствии внеш. воздействия за счёт первоначально внесённой энергии (потенциальной или кинетической).

Вынужденные колебания — колебания, происходящие под воздействием внешних сил, меняющихся во времени.

Консервативный (физическая система, работа неконсервативных сил которой равна нулю и для которой имеет место закон сохранения механической энергии) гармонический осциллятор.

Второй закон Ньютона для такого осциллятора запишется в виде: .

Если ввести обозначения: ,

и заменить ускорение на вторую производную от координаты по времени, то получим следующее обыкновенное дифференциальное уравнение: .

Решением этого уравнения будет сумма общего решения однородного уравнения и частного решения неоднородного. Общее решение однородного уравнения было уже получено здесь и оно имеет вид:

где A, φ - произвольные постоянные, которые определяются из начальных условий.

Найдём частное решение. Для этого подставим в уравнение решение вида: x(t)=B*cos(Ωt) и получим значение для константы: .

Тогда окончательное решение запишется в виде: 

Резонанс.

Из решения видно, что при частоте вынуждающей силы, равной частоте свободных колебаний, оно не пригодно — возникает резонанс, то есть «неограниченный» линейный рост амплитуды со временем. Из курса математического анализа известно, что решение в этом случае надо искать в виде:

Подставим часть выражения в дифференциальное уравнение и получим:  

Таким образом, колебания в резонансе будут описываться следующим соотношением: 

Затухающий гармонический осциллятор.

Второй закон Ньютона:  

Переобозначения:   

Дифференциальное уравнение:  

Его решение будет строиться, как сумма решений однородного уравнения и частного решения неоднородного. Анализ однородного уравнения приведён здесь. Получим и проанализируем частное решение.

Запишем вынуждающую силу следующим образом:  

тогда решение будем искать в виде: 

Подставим это решение в уравнение и найдём выражение для A:

где 

Полное решение имеет вид:

где  - собственная частота затухающих колебаний.

Константы C₁ и C₂ в каждом случаев определяются из начальных условий:

В этом случае, в отличии от осциллятора без трения, амплитуда колебаний в резонансе имеет конечную величину.

Если мы рассмотрим устоявший процесс, то есть ситуацию при t→∞, то решение однородного уравнения будет стремиться к нулю и останется только частное решение:

Это означает, что при t→∞ система “забывает” начальные условия, и характер колебаний зависит только от вынуждающей силы. Работа, совершаемая вынуждающей силой F(t)=F₀cos(Ωt) за время dt, равна Fdx, а мощность  .

Из уравнения  

Следует что  

Если учесть, что при установившихся вынужденных колебаниях:

То тогда средняя за период  мощность: 

Работа за период: