15. Датчики вибраций. Датчик виброперемещения. Акселерометр. Датчики виброскорости (велосиметры).

Вибрация – это механическое колебание объекта. Колебательный процесс может быть детерминированным (описывается определенным математическим законом) и стохастическим (беспорядочным), который не описывается математической функцией, а определяется случайной последовательностью различных причин.

В большинстве случаев вибрации являются нежелательным явлением (шумом), часто накладывающимся на закономерный процесс движения. В этом случае требуется защита объекта от чрезмерных вибраций. Однако в ряде случаев вибрации полезны и их создают принудительно, как это делается, например, в вибропитателях, обеспечивающих транспортировку материала из бункеров.Вибрации могут возникать как при поступательном, так и при вращательном движении. Вибрации при поступательном движении описываются следующими механическими параметрами:

виброперемещение х(t), мм; виброскорость dх/dt, мм/с; виброускорение d²х/dt², мм/с². Датчик виброперемещения состоит из корпуса, внутри которого размещены сейсмическая масса m, пружина с жесткостью С, гаситель колебаний с коэффициентом демпфирования β и индуктивный преобразователь виброперемещений ИП в электрическую величину. Обмотки ИП включаются по схеме дифференциального индуктивного преобразователя (подключаются к трансформатору со средней точкой вторичных обмоток). Сигнал на выходе измерительной схемы будет пропорционален амплитуде колебаний объекта. Корпус датчика крепится к объекту и перемещается вместе с ним. Индуктивный преобразователь измеряет перемещение массы относительно корпуса, так как его обмотки перемещаются вместе с корпусом относительно сердечника, жестко связанного с сейсмической массой. На массу действуют сила пружины, пропорциональная относительному перемещению массы, сила демпфирования, пропорциональная относительной скорости, движения массы и сила инерции, пропорциональная абсолютному ускорению массы.

Датчик виброперемещения (виброметр): х – виброперемещение объекта (корпуса датчика) относительно неподвижной системы координат; z – абсолютное виброперемещение массы относительно корпуса датчика. Акселерометр конструктивно подобен виброметру, но его измерительная система настраивается подбором массы и жесткости пружины таким образом, чтобы перемещение массы было пропорционально виброускорению. Это достигается при настройке частоты собственных колебаний измерительной системы существенно больше частоты вибраций объекта, т.е. при условии f₀ >> f. В этом случае сила инерции сейсмической массы слишком мала, чтобы удержать ее в покое. Для расширения диапазона f частота f₀ должна быть по возможности высокой (масса небольшой, а пружина очень жесткой).

Датчики виброскорости (велосиметры) конструктивно аналогичны датчикам виброперемещений. Разница состоит лишь в замене измерительного преобразователя перемещения массы на преобразователь скорости ее перемещения. В велосиметрах в качестве измерительного преобразователя применяется магнитоиндукционный преобразователь, постоянный магнит которого жестко связан с корпусом датчика виброскорости, а катушка связана с сейсмической массой. При наличии вибраций в катушке генерируется ЭДС, величина которой будет пропорциональна скорости вибрации. Велосиметром можно измерить также виброперемещение, если применить интегратор сигнала виброскорости, или виброускорение, используя дифференцирующее устройство и предварительно расширив диапазон рабочих частот в сторону их уменьшения.