RU2125716C1

RU2125716C1 - Gear for vibroacoustic diagnostics of machines

Info

Publication number: RU2125716C1
Application number: RU97102860A
Authority: RU
Inventors: М.Б. Диперштейн; А.Б. Качоровский
Original assignee: Волгоградский государственный технический университет
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1999-01-27

Abstract

FIELD: diagnostics of machines. SUBSTANCE: gear has transmitter of vibration signal coupled to measurement unit. Measurement unit includes scale amplifier, preparation converter, band-pass filter, envelope detector. Gear is fitted with unit of measurement conversion and indicator recording measurement results on diagram, timer and two- level differential amplitude selector of pulses coupled to envelope detector, master unit and pulse counter. The latter is connected with input controlling start and finish of counting with master unit and with output to unit of measurement conversion. Unit of measurement conversion is connected to indicator and master unit. Gear provides for plotting on indicator diagram of graph of function of distribution of probabilities of pulse recurrence rate of impacts by their amplitudes. EFFECT: possibility of early identification of types of emerging defects and of observation over their advance during running of machine. 1 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля текущего технического состояния действующего технологического оборудования и контроля за возникновением и развитием в нем дефектов на фоне существующих при сравнительном во времени анализе получаемых графиков распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам, возникающих в узлах оборудования. The invention relates to measuring technique and can be used to monitor the current technical condition of the existing technological equipment and to control the occurrence and development of defects in it against the background of the analysis of the obtained probability distribution diagrams of the frequencies of the shock pulse repetition rates according to their amplitudes arising in the equipment nodes .

Известен способ выделения огибающей виброакустического сигнала (а.с. N 1237915, кл. G 01 H 11/00, Бюл. N 22, 1986), согласно которому с вибросигналом производят высокочастотную фильтрацию, а низкочастотную фильтрацию выполняют после его детектирования. Устройство для реализации способа включает первичный измерительный преобразователь акустических сигналов в электрические - датчик, устанавливаемый на диагностируемом узле машины, согласующее устройство входных параметров датчика с линией связи и входом измерительного блока, содержащего высокочастотный фильтр, детектор огибающей и низкочастотный фильтр гармонических составляющих от импульсов огибающих, выполняющий функцию гармонического спектроанализатора. Способ выделения огибающей с представлением результатов в виде спектров, получаемых от спектрального анализа огибающих, используется для выявления неисправностей в подшипниках качения, в механизмах с зубчатыми зацеплениями и в других, в которых при их неисправностях возникают удары. A known method of separating the envelope of a vibro-acoustic signal (A.S. N 1237915, class G 01 H 11/00, Bull. N 22, 1986), according to which a high-pass filtering is performed with a vibrating signal, and low-pass filtering is performed after its detection. A device for implementing the method includes a primary measuring transducer of acoustic signals into electrical signals — a sensor installed on the machine’s diagnosed node, matching the input parameters of the sensor with a communication line and the input of the measuring unit containing a high-pass filter, an envelope detector and a low-pass filter of harmonic components from envelope pulses, which performs harmonic spectrum analyzer function. The method of selecting the envelope with the presentation of the results in the form of spectra obtained from spectral analysis of the envelopes is used to detect malfunctions in rolling bearings, in gear mechanisms and in others, in which shocks occur during their malfunctions.

Недостатком устройств по данному способу выделения огибающей и с выполнением низкочастотной фильтрации сигнала после его детектирования является то, что в них отсутствует дифференциальный амплитудный селектор импульсов ударов с автоматическим задающим устройством пределов анализа амплитуд импульсов ударов, что не позволяет выполнять анализ распределения вероятностей частот следования импульсов по их амплитудам, поскольку при выполнении спектрального анализа огибающих вибросигнала, спектральные линии одинаковых частот следования импульсов ударов, но имеющих различные амплитуды, представляются в усредненном значении в виде определенной линии спектра, что не позволяет прослеживать за изменениями отдельных амплитуд импульсов ударов в процессе работы механизма, а также не обеспечивает простоту наглядного представления об изменениях, происходящих в узле машины и требует для этих целей привлечения специалистов высокой квалификации. The disadvantage of the devices according to this method of envelope extraction and performing low-frequency filtering of the signal after its detection is that they do not have a differential amplitude pulse selector with an automatic setting device for the analysis of the amplitude of the pulse pulses, which does not allow the analysis of the probability distribution of pulse repetition frequencies amplitudes, since when performing a spectral analysis of the envelopes of a vibration signal, the spectral lines of the same repetition frequencies I of shock pulses, but having different amplitudes, are represented in the average value as a certain line of the spectrum, which does not allow tracking the changes in individual amplitudes of shock pulses during the operation of the mechanism, and also does not provide a simple visual representation of the changes occurring in the machine assembly and requires for these purposes, attract highly qualified specialists.

Известно устройство для диагностики подшипников качения (a.с. N 1116324, кл. G 01 H 15/00, Бюл. N 36, 1984), содержащее первичный преобразователь - датчик вибросигнала, устанавливаемый на испытуемом объекте, согласующий усилитель, ряд частотных фильтров вибросигнала, устройства синхронизации и блок спектрального анализа, позволяющего анализировать получаемые спектры путем сравнения. A device for diagnosing rolling bearings (a.s. N 1116324, class G 01 H 15/00, Bull. N 36, 1984), comprising a primary transducer - vibration sensor installed on the test object, matching amplifier, a number of frequency filters of vibration , synchronization devices and a spectral analysis unit that allows you to analyze the resulting spectra by comparison.

Недостатком данного устройства является то, что в нем отсутствует устройство оценки частот следования импульсов по их амплитудам, т.е. устройство, обеспечивающее графическое построение функции плотности распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам, что не раскрывает видов дефектов, содержащихся в подшипнике, и не показывает в наглядной форме динамику их развития во времени. The disadvantage of this device is that it lacks a device for estimating the pulse repetition rates by their amplitudes, i.e. a device that provides a graphical construction of the probability density function of the probability frequencies of the impact pulses according to their amplitudes, which does not reveal the types of defects contained in the bearing and does not show the dynamics of their development in time in a visual form.

Наиболее близким из известных технических решений является устройство для виброакустической диагностики роторных машин (a.с. N 1188559, кл. G 01 H 7/00, Бюл. N 40, 30.10.1985), содержащее первичный вибропреобразователь - датчик, устанавливаемый на диагностируемом объекте, согласующий блок, формирователь импульсов и блок индикации. The closest known technical solutions is a device for vibro-acoustic diagnostics of rotary machines (a.s. N 1188559, class G 01 H 7/00, Bull. N 40, 10/30/1985), containing a primary vibration transducer - a sensor installed on the diagnosed object matching unit, pulse shaper and display unit.

Недостатком данного устройства является то, что в нем отсутствует устройство, обеспечивающее оценку частот следования импульсов ударов по их амплитудам и построение графика функции плотности распределения вероятностей их частот следования по амплитудам, что не позволяет раскрывать виды дефектов, содержащихся в диагностируемом узле, и не показывает в наглядной форме динамику их развития во времени, т.е. не обеспечивает в доступной для дежурного обслуживающего персонала форме анализ содержания и направления развития дефекта в диагностируемом узле машины. The disadvantage of this device is that it does not have a device that provides an estimate of the pulse repetition rate of impact pulses by their amplitudes and a graph of the probability density function of their probability frequencies of amplitudes, which does not allow revealing the types of defects contained in the diagnosed node and does not show in visual form, the dynamics of their development in time, i.e. it does not provide, in an accessible form for duty personnel, an analysis of the content and direction of development of the defect in the diagnosed machine assembly.

Известные устройства не обеспечивают технический уровень и потребность в графическом изображении функции плотности распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам, обусловленного тем, что при выполнении только спектрального анализа огибающих вибросигнала спектральные линии одинаковых частот следования импульсов, но имеющих разные амплитуды, представляются в усредненном значении в виде некоторой одной линии спектра и ряда высших гармонических и комбинационных линий частот спектра, что не позволяет прослеживать за изменениями, в них отдельных импульсов ударов в процессе работы механизма, а поэтому не обеспечивает простоту в получении наглядного суждения об изменениях технического состояния в узле машины и требует для этой цели привлечения специалистов высокой квалификации. The known devices do not provide the technical level and the need for a graphical representation of the probability density function of the frequencies of succession of impact pulses according to their amplitudes, due to the fact that when performing only a spectral analysis of the envelopes of the vibration signal, the spectral lines of the same pulse repetition frequencies, but having different amplitudes, are presented in an average value in the form of a single spectral line and a series of higher harmonic and Raman spectral frequency lines, which does not allow oslezhivat changes in their individual pulse beats in the process of operation of the mechanism, and therefore does not provide the ease of getting a visual judgments about the changes in the technical condition of the machine unit and requires for the purpose of attracting highly qualified specialists.

Важнейшей задачей в области вибродиагностики текущего технического состояния машин является раннее распознавание видов возникающих в них дефектов и наблюдение за их развитием во время работы машин, что может быть достигнуто применительно к дефектам, возбуждающим ударные явления в узлах машин, включением на выход детектора огибающих двухуровневого дифференциального амплитудного селектора импульсов, второй вход - задания предельных уровней напряжения селекции - должен быть соединен с задающим устройством, снабженным жесткой программой и соединенным с таймером тактов смены заданий уровней селекции, при этом выход селектора должен быть присоединен к счетчику импульсов, который своим вторым входом - управления началом и концом счета - соединен с задающим устройством, а выходом - с блоком измерительного преобразования, выход которого подключен к первому измерительному входу индикатора, регистрирующего результаты измерений на диаграмме, а его второй вход управления процессом записи - к задающему устройству, что обеспечивает построение на его диаграмме графика функции плотности распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам и тем самым обеспечивается выделение малых амплитуд ударов в новых развивающихся дефектах на фоне существующих, возбуждающих импульсы ударов с большими амплитудами, на основе чего осуществляется контроль за текущим техническим состоянием действующего оборудования при сравнительном анализе получаемых графиков в различные моменты времени работы машин. The most important task in the field of vibration diagnostics of the current technical condition of machines is the early recognition of the types of defects that arise in them and monitoring their development during the operation of the machines, which can be achieved with respect to defects that cause shock phenomena in machine nodes, by incorporating a two-level differential amplitude envelope at the detector output pulse selector, the second input - setting the maximum voltage levels of selection - must be connected to a master equipped with a hard program and connected to the timer of the clock for changing the tasks of the selection levels, while the output of the selector must be connected to a pulse counter, which, with its second input - controlling the beginning and end of the count - is connected to the master, and the output to the measuring conversion unit, the output of which is connected to the first measuring input of the indicator, recording the results of measurements on the chart, and its second input of the recording process control - to the master device, which ensures the construction of a graph of the function pl the distribution of the probabilities of the repetition rate of shock pulses by their amplitudes and thereby ensures the isolation of small shock amplitudes in new developing defects against existing, exciting shock pulses with large amplitudes, based on which the current technical condition of existing equipment is monitored during a comparative analysis of the obtained graphs in various times of the operation of the machines.

Техническим результатом заявленного устройства для виброакустической диагностики машин является создание единой структурной цепи в диагностическом устройстве, в котором выполняется анализ импульсов ударов с разложением их по всем уровням амплитуд, возможных для их наблюдения, с представлением результата в графическом изображении двух координат: амплитуд импульсов ударов и частот их следования, что обеспечивает наглядность и легкость распознавания получаемой информации и на ее основе - возможность наблюдения за динамикой развития дефектов, планирования сроков проведения ремонтов и предупреждения возникновения аварийных ситуаций в работе оборудования, а также упрощения вибродиагностического устройства для его тиражирования и широкого применения на промышленных предприятиях. The technical result of the claimed device for vibro-acoustic diagnostics of machines is the creation of a single structural circuit in a diagnostic device in which the analysis of shock pulses is performed with their expansion in all levels of amplitudes possible for their observation, with the result being presented in a graphic image of two coordinates: shock pulse amplitudes and frequencies their following, which provides clarity and ease of recognition of the information received and on its basis - the ability to monitor the dynamics of effects, planning the timing of repairs and preventing emergencies in the operation of the equipment, as well as simplifying the vibro-diagnostic device for its replication and widespread use in industrial enterprises.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для виброакустической диагностики машин содержит входные цепи, включающие датчик вибросигналов и согласующее устройство, соединенные посредством линии связи с измерительным блоком, содержащим масштабный усилитель, соединенный с подготовительным преобразователем формы вибросигнала к виду, необходимому для выделения огибающей его высокочастотной составляющей, соединенный с полосовым фильтром и детектором огибающей, снабженное блоком измерительного преобразования и индикатором с регистрацией результатов измерения на диаграмме, и снабжено двухуровневым дифференциальным амплитудным селектором импульсов огибающей вибросигнала, первый - сигнальный - вход которого соединен с выходом детектора огибающей, а его второй вход - задания предельных уровней напряжений селекции - с входом задающего устройства, снабженного жесткой программой и соединенного с таймером тактов смены заданий уровней селекции, при этом выход селектора присоединен к счетчику импульсов, который своим вторым входом - управления началом и концом счета - соединен с задающим устройством, а выходом - с блоком измерительного преобразования, выход которого подключен к первому - измерительному - входу индикатора, а его второй вход - управления процессом записи - к задающему устройству, что обеспечивает построение на его диаграмме графика функции плотности распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам, а блок измерительного преобразования содержит элемент памяти результатов счета, накапливаемых в счетчике, соединенный по входу управления занесением данных с задающим устройством, а выходом - с цифроаналоговым преобразователем, выход которого через схему логарифмирования соединен с усилителем выходного сигнала блока, а задающее устройство содержит программу формирования экспоненциального закона изменения предельных уровней напряжений селекции в функции времени, что обеспечивает построение на диаграмме графика функции плотности распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам в логарифмических масштабах координат частот следования импульсов и их амплитуд. The specified technical result is achieved in that the device for vibro-acoustic diagnostics of machines contains input circuits including a vibration signal sensor and matching device connected via a communication line to a measuring unit containing a scale amplifier connected to a preparatory converter of the shape of the vibration signal to the form necessary to isolate its high-frequency envelope component connected to the bandpass filter and the envelope detector, equipped with a measuring conversion unit and and a dictator with registration of the measurement results on the diagram, and is equipped with a two-level differential amplitude pulse selector of the envelope of the vibrating signal, the first - signal - the input of which is connected to the output of the envelope detector, and its second input - setting the maximum voltage levels of selection - with the input of the driver equipped with a hard program and connected to the timer of the clock cycles for changing the tasks of the selection levels, while the output of the selector is connected to a pulse counter, which, by its second input, controls the start and the end of the count — connected to the master, and the output — to the measuring conversion unit, the output of which is connected to the first — measuring — input of the indicator, and its second input — recording process control — to the master, which ensures the construction of a density function graph on its diagram the probability distribution of the repetition rate of the shock pulses by their amplitudes, and the measuring conversion unit contains a memory element of the counting results accumulated in the counter, connected to the control input data with a driver, and the output with a digital-to-analog converter, the output of which is connected via a logarithm to the amplifier of the output signal of the unit, and the driver contains a program for generating an exponential law of variation of the limiting voltage levels of the selection as a function of time, which ensures the construction of a density function on the graph diagram probability distributions of the pulse repetition rate of the pulses by their amplitudes in the logarithmic scale of the coordinates of the pulse repetition frequency in their amplitudes.

Создание нового устройства для виброакустической диагностики позволяет построить новую систему аналого-импульсных информационно-измерительных приборов в стационарных и переносных вариантах исполнения, снабженных также и другими устройствами диагностики, предназначенными для оперативного и автоматизированного анализа текущего технического состояния технологического оборудования. В этих приборах по результатам наблюдения за изменениями форм графиков функции плотности распределения вероятностей импульсов ударов по их амплитудам во время работы оборудования представляется возможным определять появление новых дефектов в машинах на более ранней стадии их возникновения на фоне уже существующих вибросигналов ударного происхождения, чем при наблюдениях только за изменениями их частотных спектров. The creation of a new device for vibro-acoustic diagnostics allows you to build a new system of analog-pulse information-measuring devices in stationary and portable versions, equipped with other diagnostic devices designed for quick and automated analysis of the current technical condition of technological equipment. In these devices, it is possible to determine the appearance of new defects in machines at an earlier stage of their occurrence against the background of already existing vibration signals of shock origin than from observations only for the results of observing changes in the shapes of the graphs of the probability density function of the shock pulses by their amplitudes during operation of the equipment changes in their frequency spectra.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признакам аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. An analysis of the prior art by the applicant, including a search by patents and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention, and the definition from the list identified analogues of the prototype as the closest in the totality of the features of the analogue revealed a set of essential in relation to the seen the applicant technical result of the distinguishing features in the claimed object, set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники. To verify the conformity of the claimed invention to the requirements of the inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the prior art.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень". Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step".

Устройство изображено на чертежах: на фиг. 1 приведена общая структурная схема всего устройства в целом; на фиг. 2 - принципиальная схема активного полосового фильтра (по фиг. 1, поз. 6); на фиг. 3 - общий вид частотных характеристик полосового фильтра (по фиг. 2); на фиг. 4 - время-импульсные диаграммы сигналов, возбуждаемых ударами, их огибающих и импульсов счета (в узлах по фиг. 1, поз. 6, 7 и 8); на фиг. 5 - принципиальная схема детектора огибающих (по фиг. 1, поз. 7); на фиг. 6 - принципиальная схема амплитудного селектора (по фиг. 1, поз. 8); на фиг. 7 - график изменений задания на уровни напряжений селекции по тактам времени (в узле по фиг. 1, поз. 9); на фиг. 8 - время-импульсные диаграммы работы амплитудного селектора (в узле по фиг. 1, поз. 8); на фиг. 9 - пример построения графика функции распределения вероятностей частоты следования импульсов ударов по их амплитудам (в узле по фиг. 1, поз. 13). The device is shown in the drawings: in FIG. 1 shows a general structural diagram of the entire device as a whole; in FIG. 2 is a schematic diagram of an active band-pass filter (according to FIG. 1, item 6); in FIG. 3 is a general view of the frequency characteristics of a band-pass filter (in FIG. 2); in FIG. 4 - time-pulse diagrams of signals excited by shocks, their envelopes and counting pulses (in the nodes of Fig. 1, pos. 6, 7 and 8); in FIG. 5 is a schematic diagram of an envelope detector (according to FIG. 1, item 7); in FIG. 6 is a schematic diagram of an amplitude selector (in FIG. 1, item 8); in FIG. 7 is a graph of changes in the job at the selection voltage levels by time steps (in the node of FIG. 1, item 9); in FIG. 8 - time-pulse diagrams of the operation of the amplitude selector (in the node of Fig. 1, item 8); in FIG. 9 is an example of constructing a graph of a probability distribution function of the repetition rate of impact pulses by their amplitudes (in the node of FIG. 1, item 13).

Сущность устройства состоит в том, что при возникновении дополнительного дефекта неодинаковой значимости с существующим, но с той же частотой следования импульсов ударов и иной амплитудой, которые не могут быть раздельно отображены в линиях спектра основных частот, получают отображение на графиках заявленного устройства. Его датчик Д 1 вибросигнала (фиг. 1), устанавливаемый на объекте наблюдения, снабжен согласующим устройством СУ 2, которое посредством линии связи соединено с измерительным блоком ИБ 3, на входе которого установлен масштабный усилитель МУ 4, соединенный с подготовительным преобразователем ПП 5 формы вибросигнала к виду, необходимому для выделения его высокочастотной составляющей, соединенный с полосовым фильтром ПФ 6 и детектором огибающей ДО 7. Вторая измерительная цепь снабжена двухуровневым дифференциальным амплитудным селектором AC 8 импульсов огибающей вибросигнала, его первый - сигнальный - вход соединен с выходом детектора огибающей ДО 7, а его второй вход - задания предельных уровней напряжений селекции - с выходом задающего устройства ЗУ 9, снабженного жесткой программой и соединенного с таймером Т 10 тактов смены заданий уровней селекции, при этом выход селектора АС 8 присоединен к счетчику импульсов Сч 11, который своим вторым входом - управления началом и концом счета - соединен с задающим устройством ЗУ 9, а выходом - с блоком измерительного преобразования БИП 12. Выход этого блока подключен к первому измерительному входу самопишущего индикатора СП 13, а его второй вход управления процессом записи - к задающему устройству ЗУ 9, что обеспечивает построение на его диаграмме графика функции плотности распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам. Для этого блок измерительного преобразования БИП 12 содержит элемент памяти П 14 результатов счета, накапливаемых в счетчике Сч 11, который по входу управления занесением в него данных соединен с задающим устройством ЗУ 9, а выходом - с цифроаналоговым преобразователем ЦАП 15, выход которого через схему логарифмирования lg 16 соединен с усилителем Ус 17 выходного сигнала блока БИП 12, что обеспечивает логарифмический масштаб записи частоты счета импульсов на диаграмме СП 13. Для обеспечения логарифмического масштаба записи по амплитудам импульсов ударов задающее устройство ЗУ 9 содержит программу формирования экспоненциального закона изменения предельных уровней напряжений селекции в функции времени, что позволяет расширять диапазоны наблюдения за изменениями в графиках функции распределения плотности вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам и углублять диагностический анализ состояния объекта наблюдения. The essence of the device is that when an additional defect arises of unequal significance with the existing, but with the same pulse repetition rate and different amplitude, which cannot be separately displayed in the lines of the spectrum of the fundamental frequencies, they are displayed on the graphs of the claimed device. Its sensor D 1 of the vibration signal (Fig. 1) installed on the object of observation is equipped with a matching device SU 2, which is connected via a communication line to the measuring unit IB 3, at the input of which a large-scale amplifier MU 4 is connected, connected to the preparatory converter PP 5 of the form of the vibration signal to the form necessary to isolate its high-frequency component, connected to the PF-6 bandpass filter and the DO 7 envelope detector. The second measuring circuit is equipped with a two-level differential amplitude selector AC 8 named after of the vibrations of the envelope of the vibro-signal, its first signal input is connected to the output of the envelope detector DO 7, and its second input is the setting of the limiting levels of selection voltages, with the output of the master device 9 equipped with a rigid program and connected to a timer T 10 clock cycles for changing the selection of selection levels , while the output of the AC 8 selector is connected to the pulse counter SCh 11, which is connected to the master unit 9 by its second input, controlling the beginning and end of the count, and the output to the measuring transducer BIP 12. Output e th block connected to the first measuring input indicator SP automatic recorder 13, and its second control input the recording process - to the master storage device 9 that provides building at its chart graph of the probability distribution density of pulse repetition frequencies impacts on their amplitudes. To this end, the measuring transducer block BIP 12 contains a memory element P 14 of the counting results accumulated in the SCh 11 counter, which is connected to the master 9 by the input of the data entry control, and the digital-to-analog converter DAC 15, the output of which is via the logarithm circuit, lg 16 is connected to the amplifier Us 17 of the output signal of the BIP 12 unit, which provides a logarithmic scale of recording the pulse count frequency on the SP 13 diagram. To ensure a logarithmic scale of recording according to the pulse amplitudes punches setting unit 9 includes a program memory forming exponential law of variation thresholds selection voltages as function of time, which allows to expand ranges of monitoring changes in the pulse distribution function charts frequency probability density repetition strikes on their amplitudes and deepen diagnostic analysis object observation state.

Подготовительный преобразователь ПП 5 (фиг. 1) в зависимости от диапазона частот, в котором развивается реакция на действия ударов, может быть построен в нескольких вариантах. Например, если диагностируются узлы, содержащие подшипники скольжения, и датчик Д 1 с согласующим устройством формируют сигнал, пропорциональный параметру виброскорости, то ПП 5 будет содержать фильтр высших частот порядка 1000 Гц и выше и схему дифференцирования, формирующую импульсы по параметру виброускорения, на гармоники которых настраивается полосовой фильтр ПФ 6. Если диагностируются узлы, содержащие подшипники качения, и датчик выполнен как резонатор, воспринимающий частоты ударных явлений и их гармоник в области частот порядка 30-50 кГц, то ПП 5 будет содержать гетеродин и смеситель, а полосовой фильтр ПФ 6 настраивается на суммарную частоту гетеродина и резонанса датчика в области 100 и более кГц. Preparatory converter PP 5 (Fig. 1), depending on the frequency range in which the reaction to shock develops, can be built in several versions. For example, if nodes containing sliding bearings are diagnosed, and a sensor D 1 with a matching device generates a signal proportional to the vibration velocity parameter, then PP 5 will contain a high-pass filter of the order of 1000 Hz and higher and a differentiation circuit that generates pulses by the vibration acceleration parameter, to the harmonics of which a band-pass filter PF 6 is tuned. If nodes containing rolling bearings are diagnosed, and the sensor is designed as a resonator, it accepts the frequencies of shock phenomena and their harmonics in the frequency range of about 30-5 0 kHz, then PP 5 will contain a local oscillator and a mixer, and the PF 6 bandpass filter is tuned to the total frequency of the local oscillator and the resonance of the sensor in the region of 100 kHz and more.

Полосовой фильтр ПФ 6 (фиг. 2) построен по схеме последовательного соединения двух активных фильтров высших и низших частот, содержащих два операционных усилителя ОУ 18 и ОУ 19, снабженных частотно-зависимыми цепями с конденсаторами 20, 21, 22, 23 и резисторами 24, 25, 26, 27, 28. Делители напряжения, содержащие резисторы 29, 30 и 31, 32, предназначены для задания коэффициентов затухания, а резистор 24 - для тонкой подстройки резонансной частоты. На фиг. 3 приведены логарифмические частотные характеристики отдельных активных фильтров и их суммы. The band-pass filter PF 6 (Fig. 2) is built according to the serial connection of two active filters of high and low frequencies, containing two operational amplifiers OA 18 and OA 19, equipped with frequency-dependent circuits with capacitors 20, 21, 22, 23 and resistors 24, 25, 26, 27, 28. Voltage dividers containing resistors 29, 30 and 31, 32 are used to set attenuation coefficients, and resistor 24 is used to fine-tune the resonant frequency. In FIG. Figure 3 shows the logarithmic frequency characteristics of individual active filters and their sums.

Детектор огибающей ДО 7 (фиг. 5) построен по схеме последовательного соединения амплитудного детектора, содержащего операционный усилитель ОУ 33, входной резистор 34, диоды 35 и 36 в цепи обратной связи и однозвенный фильтр с резистором 37 и конденсатором 38, и фильтрa низких частот, содержащего операционный усилитель ОУ 39, частотно-зависимые цепи 40, 41 и 42, 43, делитель напряжения в цепи обратной связи на резисторах 44, 45, задающий коэффициент затухания фильтру порядка 0,707. The envelope detector DO 7 (Fig. 5) is constructed according to the serial connection of the amplitude detector containing the op-amp operational amplifier 33, an input resistor 34, diodes 35 and 36 in the feedback circuit and a single-link filter with a resistor 37 and a capacitor 38, and a low-pass filter, containing an operational amplifier OA 39, frequency-dependent circuits 40, 41 and 42, 43, a voltage divider in the feedback circuit with resistors 44, 45, specifying a filter attenuation coefficient of the order of 0.707.

Двухуровневый дифференциальный амплитудный селектор АС 8 (фиг. 6) содержит на входе делитель напряжения с резисторами 46 и 47, задающий полосу селекции между верхним и нижним пределами напряжений анализа амплитуд импульсов огибающих, и два компаратора К 48 и К 49 сравнивающих амплитуды U входных импульсов с заданными уровнями напряжений, а также логическую схему, содержащую триггер Т 50, три элемента задержки времени с резисторами 51, 52, 53 и конденсаторами 54, 55, 56 и логические элементы 57 - 64. The two-level differential amplitude selector AC 8 (Fig. 6) contains at the input a voltage divider with resistors 46 and 47 that defines the selection band between the upper and lower limits of the voltage analysis of the amplitudes of the envelope pulses, and two comparators K 48 and K 49 comparing the amplitudes U of the input pulses with specified voltage levels, as well as a logic circuit containing a trigger T 50, three time delay elements with resistors 51, 52, 53 and capacitors 54, 55, 56 and logic elements 57 - 64.

Таймер Т 10 (фиг. 1), счетчик Сч 11 и устройства, входящие в состав блока БИП 12 являются типовыми и не требуют описания. The timer T 10 (Fig. 1), the MF 11 counter and the devices that are part of the BIP 12 block are typical and do not require a description.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Датчик Д 1, установленный на объекте наблюдения, воспринимает виброакустические сигналы и преобразует их в сигналы напряжения, поступающие в согласующее устройство СУ 2, которое корректирует частотную характеристику датчика и обеспечивает передачу сигналов по линии связи в измерительный блок ИБ 3 на вход масштабного усилителя Ус 4. Подготовительный преобразователь ПП 5 выделяет из общих сигналов датчика сигналы, возбуждаемые ударными явлениями, протекающими в диагностируемом узле машины, и формирует из них высокочастотные сигналы, необходимые для получения импульсов огибающих ударов. С этой целью полосовой фильтр ПФ 6 выделяет заданную применительно к диагностируемому объекту полосу частот, что исключает влияниe на результаты анализа иных виброакустических сигналов. Детектор огибающей ДО 7 выполняет функцию амплитудного детектора, в котором операционный усилитель ОУ 33 совместно с диодами 35, 36 обеспечиваeт линейное преобразование амплитуд импульсов ударов в однополярное напряжение на конденсаторе 38. Включенный в детектор ДО 7 фильтр нижних частот с операционным усилителем ОУ 39 сглаживает пульсации напряжения на конденсаторе 38 за минимальные интервалы времени, что исключает возможности ложного срабатывания амплитудного селектора АС 8. Процесс формирования импульсов огибающей из высокочастотного сигнала показан на фиг. 4 (диаграммы A и B). Задающее устройство ЗУ 9 по тактам времени от таймера Т 10 формирует дискретно изменяющееся по экспоненциальному закону напряжение (фиг. 7), поступающее на вход U_зу АС 8, из которого на входах компараторов К 48 и К 49 с помощью делителя на резисторах 46 и 47 формируются два уровня напряжения. Амплитудный селектор АС 8 выполняет функцию генератора импульсов счета только от тех импульсов огибающих, поступающих на его вход U_x, амплитуды которых попадают в интервал между двумя заданными напряжениями от ЗУ 9. Импульсы, амплитуды которых превосходят верхний уровень напряжения или не достигают нижнего уровня, не вызывают возбуждения в АС 8 импульсов счета. Процесс формирования импульсов счета показан на фиг. 4 (B) и 8. За время такта одной ступени напряжения на выходе ЗУ 9 счетчик Сч 11 накапливает результат счета и в конце ступени по импульсу от ЗУ 9 заносит его в элемент памяти П 14, и затем переходит в нулевую позицию. Цифроаналоговый преобразователь ЦАП 15 преобразует результат счета в напряжение, масштаб которого схема логарифмического преобразования lg 16 логарифмирует и выдает на вход оконечного усилителя Ус 17, согласующего полученный результат со входом самопишущего индикатора СП 13. С момента начала поступления заданий напряжений на АС 8 от ЗУ 9 сигналом от ЗУ 9 включается движение диаграммы на СП 13, соответствующее управлению записью по оси OX, а при смене тактов задания от ЗУ 8 по оси OY регистрируются вероятности счета импульсов ударов, амплитуды которых входят в задаваемые интервалы напряжений в логарифмическом масштабе. Таким образом, на диаграмме воспроизводится график функции плотности вероятностей частоты счета импульсов ударов по их амплитудам, пример которого показан на фиг. 9. Например, в некоторый исходный момент наблюдения график был представлен позицией "О", что показывает на наибольшую плотность вероятностей счета импульсов, соответствующих напряжению U_o при частоте следования f_o. При этом не исключена возможность регистрации шумовых импульсов с меньшими амплитудами и меньшей вероятностью их частоты счета. Если предположить, что существующий дефект получил увеличение вдоль беговой дорожки подшипника качения, это приводит к росту только частоты следования импульсов ударов, как показано на позиции "1". В другом случае, если прежний дефект получает только углубление, это приводит к увеличению только амплитуды удара и соответствует позиции "2". В более общем случае развития дефекта получаем перемещение экстремума графика в позицию "3". Но за время работы машины развитие меньшего дефекта может быть зарегистрировано возникновением нового экстремума - позиция "4" на фоне существующего, что обеспечивает наглядное представление о развитии дефектов в диагностируемом узле машины.Sensor D 1 installed at the object of observation receives vibro-acoustic signals and converts them into voltage signals supplied to the matching device SU 2, which corrects the frequency response of the sensor and ensures the transmission of signals through the communication line to the measuring unit IB 3 to the input of the scale amplifier Us 4. The preparatory converter PP 5 extracts from the general sensor signals the signals excited by shock phenomena occurring in the diagnosed machine unit and generates high-frequency signals from them Qdim for pulse envelopes punches. For this purpose, the PF-6 bandpass filter selects the frequency band specified for the diagnosed object, which excludes the influence of other vibroacoustic signals on the results of the analysis. The envelope detector DO 7 performs the function of an amplitude detector, in which the op-amp operational amplifier 33 together with diodes 35, 36 provides a linear conversion of the amplitudes of the shock pulses to a unipolar voltage across the capacitor 38. The low-pass filter included in the detector DO 7 with the op-amp operational amplifier 39 smooths out the voltage pulsations on the capacitor 38 for minimum time intervals, which eliminates the possibility of false operation of the amplitude selector AC 8. The process of generating envelope pulses from a high-frequency s the drive is shown in FIG. 4 (diagrams A and B). Setting unit memory 9 on the cycle time of the timer T 10 makes discretely varying exponentially voltage (Fig. 7) received at the input U _zu SS 8, of which the inputs of comparators K 48 and K 49 via the divider at resistors 46 and 47 two voltage levels are formed. The amplitude selector AC 8 performs the function of a counting pulse generator only from those envelope pulses arriving at its input U _x , whose amplitudes fall in the interval between two specified voltages from memory 9. Pulses whose amplitudes exceed the upper voltage level or do not reach the lower level do not cause excitation in the AC 8 count pulses. The counting pulse generation process is shown in FIG. 4 (B) and 8. During the cycle of one voltage stage at the output of the charger 9, the СЧ 11 counter accumulates the counting result and, at the end of the step, transfers it to the memory element П 14 by the pulse from the charger 9, and then goes to the zero position. The digital-to-analog converter DAC 15 converts the counting result into a voltage, the scale of which the logarithmic conversion circuit lg 16 logarithms and outputs to the input of the terminal amplifier Us 17, which matches the result with the input of the recording indicator SP 13. From the moment of the beginning of the receipt of voltage assignments to AC 8 from the memory 9 by a signal from the memory 9, the movement of the diagram on SP 13 is turned on, which corresponds to the control of the recording along the OX axis, and when changing the clock cycles from the memory 8 along the OY axis, the probabilities of counting the shock pulses, the amplitude of the cat ryh are asked to stress intervals on a logarithmic scale. Thus, the diagram reproduces the graph of the probability density function of the frequency of counting impact pulses by their amplitudes, an example of which is shown in FIG. 9. For example, at some initial moment of observation, the graph was represented by the position "O", which indicates the highest probability density of the pulse counts corresponding to the voltage U _o at a repetition rate f _o . In this case, the possibility of recording noise pulses with lower amplitudes and a lower probability of their counting frequency is not ruled out. Assuming that an existing defect has received an increase along the treadmill of the rolling bearing, this only leads to an increase in the pulse repetition rate, as shown in position “1”. In another case, if the previous defect receives only a recess, this leads to an increase in the amplitude of the impact only and corresponds to position "2". In a more general case of the development of a defect, we obtain the movement of the extremum of the graph to position "3". But during the operation of the machine, the development of a smaller defect can be detected by the appearance of a new extremum - position "4" against the existing one, which provides a visual representation of the development of defects in the diagnosed machine assembly.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:
- устройство для виброакустической диагностики машин, воплощающее заявленное изобретение, для контроля текущего технического состояния технологического оборудования относится к устройствам для определения функциональной зависимости плотности распределения вероятностей частоты следования импульсов ударов по их амплитудам, что обеспечивает раннее распознавание возникающих дефектов и наблюдение за развитием существующих, возбуждающих в механизмах явления ударов, и позволяет создать новую систему аналого-импульсных информационно-измерительных приборов в стационарных и переносных вариантах исполнения для оперативного и автоматизированного контроля за текущим техническим состоянием технологического оборудования;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеуказанных конструктивных решений и способов применения;
- устройство для виброакустической диагностики машин, воплощенное в заявленном изобретении, при его осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "Промышленная применимость".Thus, the above information indicates that when using the invention the following set of conditions:
- a device for vibro-acoustic diagnostics of machines embodying the claimed invention for monitoring the current technical condition of technological equipment relates to devices for determining the functional dependence of the probability density distribution of the pulse repetition rate of impact pulses by their amplitudes, which provides early recognition of emerging defects and monitoring the development of existing, exciting mechanisms of the phenomenon of shock, and allows you to create a new system of analog-pulse information KSR Control devices in stationary and mobile versions for operational execution and automated control of the current technical condition of the technological equipment;
- for the claimed invention in the form described in the claims, the possibility of its implementation using the above design solutions and methods of application is confirmed;
- a device for vibro-acoustic diagnostics of machines embodied in the claimed invention, when implemented, is able to achieve the achievement of the technical result perceived by the applicant. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "Industrial applicability".

Claims

1. Device for vibro-acoustic diagnostics of machines, containing input circuits, including a vibration signal sensor and matching device, connected via a communication line to a measuring unit containing a scale amplifier, connected to the preparatory form converter of the vibration signal to the form necessary to isolate the envelope of its high-frequency component, connected to a band-pass filter and an envelope detector, equipped with a measuring conversion unit and an indicator with registration of the measurement results the diagram, characterized in that it is equipped with a two-level differential amplitude pulse selector of the envelope of the vibration signal, the first - signal - the input of which is connected to the output of the envelope detector, and its second input - setting the maximum voltage levels of the selection - with the output of the driver equipped with a hard program and connected to a timer for the cycles of changing the tasks of the selection levels, while the output of the selector is connected to a pulse counter, which is connected by its second input - controlling the beginning and end of the count with a master device, and the output with a measuring conversion unit, the output of which is connected to the first - measuring - indicator input, and its second input - recording process control - to the master device, which ensures the construction of a graph of the probability density function of the pulse repetition frequencies hits on their amplitudes.

2. The device according to claim 1, characterized in that the measuring conversion unit contains a memory element of the counting results accumulated in the counter, connected at the input of the data entry control to the master, and the output to a digital-to-analog converter, the output of which is connected to an amplifier through a logarithm circuit the input signal of the block, and the master device contains a program for generating the exponential law of the limiting levels of selection stresses as a function of time, which ensures the construction on the diagram rafika probability density function of the pulse repetition frequencies and amplitudes, and extends correspondingly ranges observation.