Схемы подключения

Типовые схемы подключения пьезоэлектрических датчиков на примере измерительной аппаратуры НПО «ГлобалТест»

В статье даны рекомендации по подключению к регистрирующей аппаратуре пьезоэлектрических датчиков: вибропреобразователей, датчиков давления, датчиков силы, преобразователей акустической эмиссии, вибровыключателей, виброконтроллеров, автономных датчиков мониторинга вибрации на примере измерительной аппаратуры научно-производственного предприятия ООО «ГлобалТест». Рассмотрены основные моменты при монтаже датчиков и соединительных кабелей, на которые необходимо обращать внимание при установке измерительной датчиковой аппаратуры на объект контроля.

Введение

В настоящее время ООО «ГлобалТест» выпускает полный спектр (более 300 типов) пьезоэлектрической датчиковой аппаратуры, включая вибропреобразователи с зарядовым выходом и со встроенной электроникой (широкого применения, промышленные и специального назначения), датчики давления, датчики силы, преобразователи акустической эмиссии, вибровыключатели, виброконтроллеры, автономные датчики мониторинга вибрации, калибраторы, усилители и согласующие электронные устройства. Их назначение – измерение и анализ механических колебаний и ударов, виброакустические исследования и испытания, непрерывный мониторинг и техническая диагностика промышленного оборудования, аттестация рабочих мест и промышленная санитария. Число заказчиков быстро растет и уже превышает 1000. Почти у каждого заказчика  – свои специфические требования. Для разработчика – это поиск новых технических решений, технологий, зачастую и поиск новых материалов. Но, в конечном счете, решение каждой новой задачи – это ступень в повышении квалификации разработчика и в его готовности к решению новых задач. В итоге в результате творческого сотрудничества с заказчиками был создан параметрический ряд измерительных датчиков, и ООО «ГлобалТест» перешло к разработке согласующих устройств, позволяющих создавать  «звенья» измерительных систем.
Анализ имеющегося технического  задела, производственных, технологических и метрологических возможностей показал, что предприятие готово поставлять полный спектр услуг по комплектации измерительных испытательных комплексов и диагностических систем.
Варианты этих систем и предлагаются в данной статье. Представлены решения для задач различной сложности, реализованные как на аппаратном, так и на программном уровне, чем теперь можно просто пользоваться.
Для разработчиков систем технического диагностирования правильной выбор датчика и схемы подключения датчика в измерительном канале с множеством обратных связей, являются определяющим для получения достоверных результатов измерения параметров контроля с требуемой погрешностью без учета влияния внешних факторов (температуры окружающей среды, деформации основания, акустического поля и т.д.).
Рассмотренные в статье типовые схемы подключения датчиков к регистрирующей аппаратуре призваны помочь разработчикам систем технического диагностирования решить следующие технические вопросы:
  • согласование выходного сигнала датчика (по амплитуде, частоте, фазе или цифровому коду) с входными характеристиками (нагрузкой) регистрирующей аппаратуры;
  • выбор линии связи для передачи сигналов от датчика к регистрирующей аппаратуре;
  • минимизация вносимых в соединительную схему шумов, обусловленных электрическими и электромагнитными наводками от источников питания, радиостанций, механических ключей, также всплесками напряжения и тока, возникающих из-за процессов переключений в реактивных цепях;
  • исключение дополнительных паразитных сигналов, связанных с неправильным подсоединением заземления.
Безусловно, в практике измерения механических величин и построения диагностических систем с пьезоэлектрическими датчиками уже существует множество рекомендаций, примеров и способов сочетаний комплектующих, но к сожалению до настоящего времени нет возможности напрямую подключать пьезоэлектрические датчики к компьютеру.
Данная статья не претендует на универсальность предложенных решений. Цель настоящей статьи – обобщить рекомендации по согласованию пьезоэлектрических датчиков с измерительной аппаратурой.

Рекомендуемые схемы подключения пьезоэлектрических датчиков с зарядовым выходом

Основным элементом измерительных цепей пьезоэлектрических датчиков с зарядовым выходом являются предусилители. Главная задача предусилителей – преобразование высокого выходного импеданса датчика в более низкий, допускающий непосредственное соединение датчика с относительно низкоимпедансной измерительной, анализирующей или регистрирующей аппаратурой (например, осциллографом с сопротивлением по входу Rвх=1 МОм, анализатором спектра с сопротивлением по входу Rвх=100 кОм и т.д.). К другим задачам предусилителей относятся:
  • согласование параметров, отображающих исследуемые механические величины, с параметрами сигналов (по амплитуде, частоте, фазе или цифровому коду) используемой аппаратуры;
  • интегрирование пропорциональных ускорению сигналов пьезоэлектрических датчиков и, следовательно, получение сигналов, пропорциональных скорости или перемещению механических колебаний;
  • сигнализация о перегрузке по входу и выходу;
  • фильтрация обрабатываемых сигналов и, следовательно, исключение ненужных или нежелательных составляющих этих сигналов.
Входной каскад усилителей заряда состоит из операционного усилителя с емкостью обратной связи и, по существу, является электронным интегратором, поступающего на его вход электрического тока. Напряжение на выходе последнего Uвых определяется из выражения [2]:

formula-1(1)

где Qgэлектрический заряд датчика, пропорциональный виброускорению;
А – коэффициент усиления операционного усилителя;
Сосемкость цепи обратной связи;
Cgемкость датчика;
Cкемкость соединительно кабеля;
Свхемкость входной цепи усилителя.
С учетом присущего современным операционным усилителям большого значения коэффициента усиления (А ? 105), малой емкости входной цепи (Свх < 5пФ) и при условии Ск < А·Сос выражение (1) принимает вид:

formula-2(2)

Из выражения (2) следует, что выходное напряжение входного каскада усилителя заряда пропорционально емкости обратной связи, т.е. коэффициент преобразования по заряду усилителя почти не изменяется при изменении емкости соединительного кабеля. Применение соединительных кабелей большой длины и, соответственно, большой емкости Ск,, оказывает влияние на общую чувствительность по заряду канала, уменьшает отношение сигнал/шум, обуславливает небольшой спад амплитудно-частотной характеристики (на ? 5%) в области высоких частот ( >20кГц).
Определим максимальную длину соединительного кабеля, в результате применения которого общая чувствительность по заряду канала «датчик – усилитель» изменится не более чем на 1%.
При предположении равных Сос= Cg=1 нФ и А=105 из приведенного ранее выражения (1) следует, что:

Cк=0,01(А+1) Сос=0,01(105+1)1нФ=103 нФ.

Вычисленное значение соответствует длине кабеля 10 000 м при погонной емкости 100пФ/м. Емкость цепи обратной связи Сос находится в пределах от 100 пФ до 10 нФ, что соответствует коэффициентам преобразования по заряду усилителя от 10 до 0,1 мВ/пКл.
Применение соединительных кабелей большой длины и малых значений коэффициента преобразования по заряду усилителя сопровождается увеличением собственного шума и, следовательно, уменьшением общего отношения сигнала к шуму. Это следует из выражения, определяющего эквивалентный шум по заряду q [2]:

formula-3   (3)

Свх, где Uш среднеквадратическое значение шума, приведенное ко входу, мкВ;
СвхCкемкость кабеля, нФ;
СвхСос емкость цепи обратной связи, нФ.
Перечисленные выше задачи решают  усилители [1]:
  • усилители заряда АР5000, AQ02, AQ07, AQ07-01, АР5220-8, АР5220-16;
  • усилители заряда дифференциальные АР5001, AQ05, AQ08;
  • усилители заряда и напряжения АР5020, АР5230-16;
  • измерительные усилители заряда и напряжения АР5100, АР5200, АР5200-3, АР5200-4, АР5200-8-19”, АР5210-4;
  • усилители напряжения сигналов преобразователей акустической эмиссии GT200A, GT200A-01, GT400А;
  • усилители заряда преобразователей акстической эмиссии GT500A, GT500A-01, GT500B.
Для передачи сигналов от датчиков с зарядовым выходом  (вибропреобразователей (рис.1), датчиков силы (рис.2), датчиков динамического (рис. 3), преобразователей акустической  эмиссии (рис.4)) к усилителю заряда или непосредственно к регистрирующей аппаратуре, имеющей предусилитель заряда в своем составе, используется антивибрационный малошумящий кабель. Однако при измерении ускорений низкого уровня (единицы «g») могут появляться эффекты, связанные с трибоэлектрическими явлениями в кабеле. При ударных нагружениях данный эффект пропорционален длине колеблющейся (незакрепленной) части кабеля и длительности ударного нагружения. При длительностях ударного нагружения до 10-20мс его влияние на результат измерений незначительно. В то же время при низкочастотных колебаниях влияние трибоэлектричества на результат измерения может оказаться решающем. Поэтому при измерениях ускорений низкого уровня целесообразно:
  • уменьшать длину участков кабеля, подвергающихся вибрационным или ударным возмущениям;
  • уменьшать длину участка кабеля, расположенного между последней точкой крепления его на подвижном объекте и первой неподвижной точкой;
  • производить крепление кабеля на объекте испытаний без натяжения и провисания при помощи хомутов, скоб, мастик и т.д. с шагом 200-300мм и первой точкой крепления, отстоящей на 30-50мм от датчика (2-5мм для АР19);
  • перед испытаниями (если возможно) определять уровень сигнала, обусловленного трибоэлектричеством в кабельных линиях «вибропреобразователь – регистрирующая аппаратура», используя в процессе испытаний «фоновые» линии связи (или «фоновые» вибропреобразователи);
  • для преобразователей акустической эмиссии, работающих в частотном диапазоне от 50кГц, использование антивибрационного кабеля не обязательно.

ris-1_

Рис. 1. Вибропреобразователи с зарядовым выходом

ris-2_

Рис. 2. Датчики силы

ris-3_

Рис. 3. Датчики динамического давления

ris-4_

Рис. 4. Преобразователи акустической эмиссии

Выбор согласующих усилителей рекомендуется проводить исходя из:
  • обычного или дифференциального исполнения датчика;
  • необходимого коэффициента усиления, возможности изменения коэффициента усиления;
  • необходимости управления и связи через компьютер;
  • количества каналов усиления;
  • требований по сертификации в Госреестре и на взрывозащиту.
Пример схем подключения пьезоэлектрических вибропреобразователей, датчиков давления, датчиков силы, преобразователей акустической эмиссии с зарядовым выходом к регистрирующей аппаратуре (например, цифровому осциллографу TDS3034B “Tektronis”,  анализатору спектра Siglab “SPECTRA DYNAMIC”,  анализатору спектра А17-U2 (А19-U2) “ZETlab”, анализатору спектра высокочастотному А23 “ZETlab”) приведены на рис. 5…16.

а)

ris-5_а_

АР – АР10, АР24, АР24-01, АР26, АР34, АР37, АР39, АР40, АР40-01, АР40-02, АР57, АР57-01, АР57-02, АР95, АР96, АP97, АР48, АР49, АР50;
АР5000 – усилитель заряда;
AS07 – блок питания;
AS05 – блок питания;
АК1 – антивибрационный соединительный кабель АК02, АК04, АК05, АК06, АК07;
АК2, АК3 – соединительный кабель АК19;
Регистрирующая аппаратура – например, цифровой осциллограф TDS3034B “Tektronix”.

б)

ris-5_b_

Рис. 5. Пример схемы подключения а) и ее реализация б) для вибропреобразователя с зарядовым выходом с разъемным соединением и усилителем заряда АР5000

В схеме подключения рис.5 блок питания AS07 осуществляет:
  • электропитание усилителя заряда АР5000;
  • усиление сигнала;
  • передачу сигнала по двухпроводной линии связи;
  • подключение к регистрирующей аппаратуре соединительным кабелем длиной до 100м;
  • снижение влияния переходных процессов, возникающих при переключении каналов, на результат измерения;
  • согласование параметров, отображающих исследуемые механические величины с параметрами сигналов (в частности, чувствительности) используемой регистрирующей аппаратуры.

а)

ris-6_а_

АР – АР11, АР12, АР19, АР30, АР31, АР32, АР33, АР77, АР77М, АР90, АР78;
АР5000 – усилитель заряда;
AG01(AG02) – согласующее устройство;
AS03 – блок питания;
АК2, АК3 – соединительный кабель АК19;
Регистрирующая аппаратура – например, цифровой  анализаторы спектра Siglab 50-21 “SPECTRA DYNAMIC”.

б)

ris-6_b_

Рис. 6. Пример схемы подключения а) и  ее реализация б) для вибропреобразователя с зарядовым выходом и неразъемной заделкой соединительного кабеля  с усилителем заряда АР5000

Согласующее устройство AG01(AG02) в схеме подключения рис.6 осуществляет:
  • электропитание усилителя заряда АР5000, передачу сигнала по двухпроводной линии связи;
  • согласующее устройство AG02 снижает влияние переходных процессов, возникающих при переключении каналов на результат измерения
  • подключение к регистрирующей аппаратуре соединительным кабелем длиной до 100м.

а)

ris-7_a_

АР – АР20, АР1020, АР21, АР22, АР23, АР38,  АР79 АР80, АР81;
АР5200-3 – измерительный усилитель напряжения и заряда;
AS05-01 – блок питания;
АК – соединительный кабель АК19;
Регистрирующая аппаратура – например, цифровой осциллограф TDS3034B “Tektronix”.

б)

ris-7_b_

Рис. 7. Пример схемы подключения а) и  ее реализация б) для трехкомпонентного вибропреобразователя с зарядовым выходом и неразъемной заделкой соединительного кабеля с измерительным усилителем напряжения и заряда АР5200-3.

Трехканальный измерительный усилитель заряда и напряжения АР5200-3 в схеме подключения рис.7 обеспечивает  измерение ускорения, в режиме нормирования СКЗ  одновременно по трем осям датчика и осуществляет согласование параметров, отображающих исследуемые механические величины, с параметрами сигналов используемой регистрирующей аппаратуры.
Пример измерения СКЗ  ускорения измерительным усилителем АР5200-3  при ожидаемом значении ускорения ? ? 50g в частотном диапазоне 1…10000 Гц. Коэффициент преобразования по заряду используемого датчика  S=10,3 пКл/g.
Последовательность действий должна быть следующая:
  • установить датчик на объект согласно эксплуатационной документации на датчик;
  • подключить выход датчика к входу усилителя;
  • установить значение частоты среза фильтров верхних ФВЧ и нижних ФНЧ частот H1 и L10;
  • установить коэффициент нормирования Кн , используя значение чувствительности S (в пКл/g) используемого датчика в соответствии с выражением
Кн = S/10n,
где n = 1, 2, … для S > 9.99;
n = 0 для 1 ?  S ? 9.99;
n = -1, -2, … для S < 1, соответственно,  Кн = S/10n = 10.3/10 = 1.03
  • установить коэффициент преобразования по заряду Кп [мВ/пКл] из ряда 1, 10,100, 1000 руководствуясь соотношением
Umax·Кн
Кп ? a·S,
где Umax – максимальное выходное напряжение усилителя (10 В), соответственно Кп = 10;
  • выполнить измерение виброускорения и определить СКЗ ускорения ? согласно выражению
Uизм [мВ]·Кн(1.03);
? =  S [10,3пКл/q] · Кп(10 мВ/пКл),
где Uизм – измеренное значение напряжения на выходе усилителя по показаниям дисплея.

а)

ris-8_a_

АР1 – АР26, АР38Р;
АР2 – АР10, АР24, АР24-01, АР26, АР34, АР37, АР39, АР40, АР40-01;
АР40-02, АР57, АР57-01, АР57-02, АР95, АР96, АР47, АР48, АР50;
АР5210-4 – измерительный усилитель заряда и напряжения;
АК1 – антивибрационный соединительный кабель АК03, АК03-01, АК11;
АК2 – антивибрационный соединительный кабель АК02, АК04, АК05, АК06, АК07;
АК3 – интерфейсный кабель USB;
Регистрирующая аппаратура – например, персональный компьютер.

б)

ris-8_b_

Рис. 8. Пример схемы подключения а) и ее реализация б) для трехкомпонентного и однокомпонентного датчика с зарядовым выходом и  разъемным соединением с четырехканальным измерительным усилителем напряжения и заряда АР5210-4.

Управление режимом работы измерительного усилителя напряжения и заряда АР5210-4 в схеме подключения рис.8, включая питание, нормирование (пример измерения в режиме нормирования см. в схеме подключения рис.7) и визуализации измеренных значений осуществляется посредством компьютерного программного обеспечения с использованием интерфейса связи с компьютером USB 2.0.

а)

ris-9_a_

АР – (АР62В, АР62В-02, АР63В, АР63В-01);
АQ05 – усилитель заряда дифференциальный;
AS05-04 – блок питания;
Регистрирующая аппаратура – например, анализатор А17-U2 “ ZETlab”.

б)

ris-9_b_

Рис.  9. Пример схемы подключения  а)  и  ее реализация б) для промышленного датчика с симметричным зарядовым выходом с усилителем заряда дифференциальным AQ05.

В схеме подключения рис.9 усилитель заряда дифференциальный AQ05 преобразует высокоимпедансный сигнал заряда вибропреобразователя в низкоимпедансный сигнал напряжения и осуществляет согласование параметров, отображающих исследуемые механические величины, с параметрами сигналов (в частности, чувствительностью) используемой аппаратуры. AQ05 позволяет использовать длинные линии связи (до 100м) практически не уменьшая чувствительность и не ограничивая область низких частот.

а)

ris-10_a_

АР – АР62В, АР62В-02, АР63В, АР63В-01;
АР5001 – усилитель заряда дифференциальный;
AS07 – блок питания;
АS05 – блок питания;
АК – соединительный кабель АК19;
Регистрирующая аппаратура – например,  цифровой осциллограф TDS3034B “Tektronix”.

б)

ris-10_b_

Рис. 10. Пример схемы подключения  а) и ее реализация б) для промышленного датчика с симметричным зарядовым выходом с усилителем заряда дифференциальным AР5001.

В схеме подключения рис.10  блок питания AS07 реализует те же функции и режимы, что и в схеме подключения рис.5

а)

ris-11_a_

АР – АР62В, АР62В-02, АР63В, АР63В-01;
АQ08 – усилитель заряда дифференциальный;
AS05-04 – блок питания;
АG15 – преобразователь интерфейса USB-RS485;
АК1 – АК34-01;
АК2 – соединительный кабель интерфейсный USB А-В;
Регистрирующая аппаратура – например, анализатор спектра А17-U2 “ ZETlab”.

б)

ris-11_b_

Риc. 11. Пример схемы подключения а) и  ее реализация б) для промышленного датчика с симметричным зарядовым выходом с усилителем заряда дифференциальным AQ08.

В схеме подключения рис.11 промышленного датчика с симметричным зарядовым выходом усилитель заряда дифференциальный AQ08 позволяет:
  • управлять режимом работы через интерфейс RS485;
  • использовать длинные линии связи (до 100м).
Преобразователь AG15 осуществляет прием и передачу сигналов на расстояние до 1000м при подключении AQ08 к USB порту компьютера. Особенности режима работы преобразователя AG15:
  • реализация интерфейса в соответствии со спецификацией MODBUS EIAITIA-485;
  • гальваническая развязка интерфейса USB;
  • работа в 2-х проводной топологии;
  • USB протокол Rev 2.0 (full speed);
  • питание от порта USB, не требующего внешнего питания;
  • поддержка Windows XP/VISTA/7 32bit;
  • встроенный преобразователь для питания подключаемых устройств (+5В);
  • подключение до 128 устройств, имеющих интерфейс RS485.

а)

ris-12_a_

АР – АР06, АР47;
AQ05-Д.1 – усилитель заряда дифференциальный;
AS05-04 – блок питания;
АК – антивибрационный соединительный кабель АК20;
Регистрирующая аппаратура – например,  цифровой осциллограф TDS3034B “Tektronix”.

б)

ris-12_b_

Риc. 12. Пример схемы подключения а) и  ее реализации б) для высокочувствительного датчика с симметричным зарядовым выходом с усилителем заряда дифференциальным AQ05-Д.1

Измерительным каналом по схеме рис.12 может осуществляться измерение низкочастотных колебаний (от 0,01 Гц).

а)

ris-13_a_

АС – АС20, АС23;
АР5020 – усилитель заряда и напряжения;
AS05 – блок питания;
АК1 – антивибрациооный соединительный кабель АК02, АК04, АК05;
АК2 – соединительный кабель АК19;
АК3 – кабель интерфейсный USB A-B;
АК4 – кабель интерфейсный USB;
Регистрирующая аппаратура – например, анализатор спектра А17-U2 “ZETLab”.

б)

ris-13_b_

Риc. 13. Пример схемы подключения а) и  ее реализация б) для  датчика силы с разъемным соединителем с усилителем заряда и напряжения АР5020.

Усилитель заряда и напряжения АР5020 в схеме подключения рис.13 позволяет реализовать режим нормирования (пример измерения в режиме нормирования см. в схеме подключения рис.7), индикацию перегрузки, управление режимом работы через порт USB.

а)

ris-14_a_

PS – PS01, PS01-03, PS02, PS03;
АQ02 – усилитель заряда;
AS05 – блок питания;
АК1 – антивибрационный соединительный кабель АК02, АК04, АК05, АК06, АК07;
АК2 – соединительный кабель АК19;
Регистрирующая аппаратура – например, анализатор спектра А19-U2 “ ZETlab”.

б)

ris-14_b_

Рис. 14. Пример схемы подключения а) и  ее реализация б) для датчика динамического давления с зарядовым выходом  и разъемным соединением с усилителем заряда AQ02.

Особенностью работы усилителя AQ02 в схеме подключения рис.12 является встроенный в корпус аккумулятор с подзарядкой от внешнего блока питания и индикацией контроля питания. AQ02 позволяет использовать длинные линии связи (до 100м), практически не уменьшая коэффициент преобразования и не ограничивая область низких частот.

а)

ris-15_a_

GT – GT200, GT205, GT200B, GT300, GT301;
GT200A(GT200A-01) – усилитель напряжения сигналов преобразователей акустической эмиссии;
GT500A-01 – усилитель заряда сигналов преобразователей акустической эмиссии;
AG09 – согласующее устройство;
AS05(AS03, AS04) – блок питания;
АК – соединительный радиочастотный кабель АК39;
Регистрирующая аппаратура – например, анализатор спектра высокочастотный А23 “ZetLab”.

б)

ris-15_b_

Рис. 15. Пример схемы подключения а) и  ее реализация б) для преобразователя акустической эмиссии с зарядовым выходом с усилителем напряжения сигналов GT200A(GT200A-01)или усилителем заряда сигналов преобразователей акустической эмиссии GT500A-01.

В схеме подключения рис.15 усилитель напряжения сигналов GT200A(GT200A-01) и усилитель заряда сигналов GT500A-01 осуществляют прием и усиление до нормированных значений сигналов преобразователей акустической эмиссии. GT200A(GT200A-01) и GT500A-01  работают на коаксиальную 50Ом линию связи длиной до 100м.
GT500A-01 позволяет использовать длинные линии связи от датчиков GT до усилителя (до 10м).

а)

ris-16_a_

GT – GT400;
GT400A – усилитель напряжения сигналов;
AG09 – согласующее устройство;
AS05(AS03, AS04) – блок питания;
Регистрирующая аппаратура – например, анализатор спектра высокочастотный А23  “ZetLab”.

б)

ris-16_b_

Рис. 16. Пример схемы подключения а) и  ее реализация б)для  датчика акустического с трансформаторным выходом  GT400 с усилителем напряжения сигналов преобразователей акустической эмиссии GT400A.

Усилитель напряжения сигналов GT400A в схеме подключения рис.16 осуществляет прием и усиление до нормированных значений сигналов преобразователя акустической эмиссии с трансформаторным выходом GT400.  GT400A работает на коаксиальную 50 Ом линию связи длинной до 100м.

Рекомендуемые схемы подключения пьезоэлектрических датчиков со встроенной электроникой

Все большее применение в измерительных системах находят пьезоэлектрические датчики со встроенной электронной схемой: вибропреобразователи миниатюрные, миниатюрные трехкомпонентные, общего назначения, двухкомпонентные, трехкомпонентные, промышленные, промышленные трехкомпонентный; промышленные с токовым выходом, с цифровым выходом, подводные, высокочувствительные (рис. 17), преобразователи виброперемещений (рис. 18), датчик силы (рис. 19), датчики динамического давления (рис. 20), преобразователи акустической эмиссии (рис. 21), преобразователи виброскорости (рис. 22).

ris-17_

Рис. 17. Вибропреобразователи со встроенной электроникой

ris-18_

Рис. 18. Преобразователи перемещения

ris-19_

Рис. 19. Датчики силы

ris-20_

Рис. 20. Датчики динамического  давления

ris-21_

Рис. 21. Преобразователи акустической эмиссии

ris-22_

Рис. 22. Преобразователи виброскорости

Предусилители  в корпусе датчика решают те же задачи, что и предусилители в схемах подключения датчиков с зарядовым выходом, позволяя при этом исключить:
  • емкость соединительного кабеля, т.е. емкостную нагрузку по входу предусилителя, оказывающую влияние на коэффициент усиления, соответственно, коэффициент преобразования измерительного тракта «датчик – предусилитель»;
  • токи утечки и паразитные напряжения, возникающие вследствие трибоэлектрического эффекта в кабеле, приводящие к появлению погрешности, пропорциональной выходному импедансу датчика.
Наличие в датчиках встроенной электроники позволяет реализовать аналоговый низкоомный выход по напряжению, стандартный токовый выход (0…5 мА и 4…20 мА), цифровой выход, дополнительные опции:   нормирование чувствительности с отклонением от номинала не более 2%, технологию опроса TEDS.
Технология опроса TEDS (Transduсer Electronic Data Sheet –электронные таблицы данных датчика) автоматически определяет тип датчика и его технические характеристики, в соответствии со стандартом IEEE P1451.4.
Встроенный в датчик чип TEDS позволяет хранить важную информацию, обеспечивает оптимальное использование имеющихся датчиков, снижает вероятность появления ошибок, связанных с человеческим фактором, экономит временные и финансовые затраты. Датчики со встроенными чипами TEDS имеют встроенную память, работающую в режимах чтения и записи, которая содержит информацию о серийном номере датчика, его чувствительности и координатах, о дате последней калибровки и т.д. Одна область памяти чипа TEDS зарезервирована для хранения характеристик, установленных производителем, другая – предназначена для пользовательских данных (например, идентификатор канала, место установки, направление, обозначение и т.п.). Несмотря на то, что датчики с TEDS содержат цифровую информацию, их конструкция и характеристики, используемые источники питания остаются неизменными. Для доступа к цифровым данным TEDS регистрирующая аппаратура должна поддерживать такой тип датчиков.
Использование в измерительных каналах датчиков со встроенным предусилителем имеет свои особенности, связанные с организацией питания, передачи и регистрации сигнала встроенного в датчик предусилителя.
В датчиках производства ООО «ГлобалТест» используются встроенные усилители с техническими решениями, защищенными патентами  [5, 6].
На рис. 23 приведены схемы подключения промышленных вибропреобразователей АР71 и АР36 со встроенной электроникой к регистрирующей аппаратуре. Особенностью предусилителя [2] этих датчиков является то, что он разделен на две части, одна из которых расположена в корпусе датчика и содержит усилительный каскад, а другая часть предусилителя содержит согласующий резистор 2кОм±1% и разделительный конденсатор емкостью >10 мкФ?20В, при этом обе части соединены между собой двухпроводной линией связи максимальной длины до 100м. Отличительными особенностями вибропреобразователей АР36 и АР71 являются:
  • электрическая изоляция пьезоэлемента и встроенного предусилителя от корпуса;
  • низковольтное питание (9 – 15В);
  • низкая чувствительность к электромагнитным полям;
  • низкий уровень собственных шумов.
К ограничению в применении АР36 и АР71 следует отнести: необходимость оригинального согласующего устройства при использовании стандартной регистрирующей аппаратуры.

а)

ris-23_a_

б)

ris-23_b_

в)

ris-23_g_

г)

ris-23_v_

АР1 – АР71;
АР2 – АР36;
АG04-3-01(AG04-1-01) – согласующее устройство;
AS04 – блок питания;
АК – соединительный кабель АК19;
Регистрирующая аппаратура – например, цифровой осциллограф  TDS3034B “Tektronix”.

Рис. 23.  Схемы подключения промышленного трехкомпонентного вибропреобразователя АР71 а)  и однокомпонентного вибропреобразователя АР36 б) и примеры их реализации в) и г) с согласующими устройствами AG04-3-01, AG04-1-01, соответственно.

Схема подключения вибропреобразователей общего назначения АР98-100-3.3, АР98-100-5 с предусилителем с низковольтным питанием 3.3 В и 5В, соответственно, приведена на рис. 24. Низковольтное значение напряжения и тока питания предусилителя ограничивает динамический диапазон измеряемых ускорений.

а)

ris-24_a_

АР – АР98-100-3.3, АР98-100-5;
АG04 – согласующее устройство;
ИП – источник питания 3,3…5В, например  GPS-3030D “GW INSTEK”;
АК1 – соединительный кабель АК19;
АК2 – соединительный кабель АК19;
Регистрирующая аппаратура – например, анализатор спектра А17-U2 “ZetLab”.

б)

ris-24_b_

Рис. 24.  Схема подключения вибропреобразователей общего назначения АР98-100-3.3, АР98-100-5 а) и пример ее подключения б) с согласующим устройством AG04.

Отмеченные у промышленных вибропреобразователей АР71, АР36 и общего назначения АР98-100-3,3, АР98-100-5 ограничения к применению отсутствуют в датчиках со встроенным предусилителем, электропитание которого производится постоянным током 2…20мА при напряжении 15…30В токостабилизирующим диодом, например, серии J500 (схема и вольтамперная характеристика последнего приведены на рисунке 25). При этом электропитание и передача сигнала осуществляется также по двухпроводной линии связи.

ris-25_

Рис. 25.  Схема (слева) вольтамперная характеристика (справа) токостабилизирующего диода: , стабилизированный ток .

Предусилитель [2] датчика состоит из двух частей, одна из которых размещена в корпусе пьезоэлектрического вибропреобразователя и включает каскад усиления, а другая часть расположена вне корпуса и включает разделительный конденсатор емкостью >10мкФ?35В для отделения полезного сигнала от постоянной составляющей напряжения 8…13В и специального токостабилизирующего диода.
Расширение динамического диапазона достигается тем, что в усилительном каскаде предусилителя  применяется динамическая нагрузка, в качестве которой использованы токостабилизирующий диод и дополнительный резистивный делитель, обеспечивающий оптимальный режим работы усилительного каскада при заданном коэффициенте усиления.
Работа предусилителя в широком диапазоне напряжений и токов источника питания достигается тем, что во второй части предусилителя применен специальный токостабилизирующий диод, включаемый через линию связи в исток полевого транзистора с изолированным затвором  первой части предусилителя.
Величина тока питания зависит от длины соединительного кабеля (емкостной нагрузки) и условий эксплуатации датчика. Для работы датчика в заданном амплитудном диапазоне устройство питания должно обеспечивать постоянный ток питания, величина которого определяется зависимостью:
гдеU – размах напряжения сигнала на выходе, В;
f – максимальное значение частоты в диапазоне рабочих частот, Гц;
С0 – емкость погонного метра соединительного кабеля, пФ/м;
l – длина соединительного кабеля, м.
Например, при размахе сигнала напряжения U=10B, в диапазоне частот до 10кГц, емкости погонного метра кабеля С0=100пФ/м и длине l=100м, ток питания In должен быть не менее 6мА.
В датчиках производства ООО «ГлобалТест» используются встроенные усилители с техническими решениями, защищенными патентами.
На рис. 26, 27 приведены схемы подключения вибропреобразователей к регистрирующей аппаратуре, в которой отсутствует электропитание встроенного предусилителя постоянным током специальным токостабилизирующим диодом.

а)

ris-26_a_

АР – АР2029, АР2034, АР28-01, АР2037, АР98-01, АР91, АР91-01, АР2006, АР2050, АР99;
AS07, AS01 – блоки питания, для датчиков со встроенной электронникой;
AS05,AS02 – блок питания;
АК1 – соединительный кабель АК15, АК17, АК19, АК24, АК28, АК31;
АК2 – соединительный кабель АК19;
Регистрирующая аппаратура – например, цифровой осциллограф TDS3034B “Tektronix”.

б)

ris-26_b_

Рис. 26. Пример схемы подключения а) и  ее реализация б) для датчика с разъемным соединителем на выходе с блоками питания AS07, AS01.

Блоки питания AS07, AS01 в схеме подключения рис.26 осуществляют:
  • элетропитание предусилителя встроенного в датчик, передачу сигнала по двухпроводной линии связи и позволяют подключиться к регистрирующей аппаратуре соединительным кабелем длиной до 100м;
  • снижение (для AS07) влияния переходных процессов при переключении каналов по результатам измерения в низкочастотной области;
  • согласование (для AS07) параметров, отображающих исследуемые механические величины с параметрами сигналов (в частности, чувствительности) используемой регистрирующей аппаратуры.

а)

ris-27_a_

АР – АР2019, АР2030, АР2031, АР35, АР35-02,  АР85, АР2078, АР2006-01;
AG01, AG02 – согласующие устройства;
AS05 – блок питания;
АК – соединительный кабель АК19;
Регистрирующая аппаратура – например, цифровой осциллограф TDS 3034B “Tektronix”.

б)

ris-27_b_

Рис. 27.  Пример схемы подключения а) и  ее реализация б)для однокомпонентного датчика с  неразъемной заделкой соединительного с согласующими устройствами AG01, AG02.

Согласующее устройство в схеме подключения рис.27 осуществляет:
  • электропитание предусилителя встроенного в датчик, передачу сигнала по двухпроводной линии связи;
  • снижение (для AG02) влияние переходных процессов возникающих при переключении каналов на результат измерения в;
  • подключение к регистрирующей аппаратуре соединительным кабелем длиной до 100м.
Режим питания  датчиков со встроенной электроникой обеспечивают усилители заряда и напряжения АР5020, АР5230-16, измерительные усилители  заряда и напряжения АР5100, АР5200, АР5200-4, АР5200-3, АР5200-8-19», АР5010-4.
На рис.28  приведена схема подключения датчика со встроенной электроникой с усилителем заряда и напряжения АР5020. Усилитель АР5020 в схеме подключения рис.28 обеспечивает:
  • электропитание предусилителя встроенного в датчик;
  • передачу сигнала по двухпроводной линии связи;
  • согласование параметров, отображающих исследуемые механические величины с параметрами сигналов (в частности, чувствительности) используемой регистрирующей аппаратуры;
  • управление режимом работы, включая режим нормирования (пример измерения в режиме нормирования см. в схеме подключения рис.7) через интерфейс USB;
  • индикацию перегрузки;
  • использование длинной линии связи (до 100м).

а)

ris-28_a_

АР – АР2029, АР2034, АР28, АР2037, АР98, АР20, АР2006, АР2050, АР99;
АР5020 – усилитель заряда и напряжения;
AS05 – блок питания;
АК1 – соединительный кабель АК15, АК17, АК19, АК24, АК28. АК31;
АК2 – соединительный кабель АК19;
АК3 – интерфейсный кабель USB;
Регистрирующая аппаратура – например, цифровой осциллограф TDS3034 “Tektronix”.

б)

ris-28_b_

Рис.28.  Пример схемы подключения а) и  ее реализация б) для однокомпонентного датчика с разъемным соединением с усилителем заряда и напряжения АР5020.

На рис. 29 приведена схема подключения датчиков со встроенной электроникой  с измерительным усилителем напряжения и заряда АР5200-8-19». Измерительный усилитель АР5200-8-19» в схеме подключения рис.29 обеспечивает:
  • электропитание предусилителя встроенного в датчик, передачу сигнала по двухпроводной линии связи;
  • возможность изменения (маштабирование) коэффициента усиления, усилителя для получения нормированного по выходу значения выходного напряжения;
  • измерение среднеквадратического значения (СКЗ) виброускорения в м/с2, виброскорости в мм/с в режиме нормирования (пример измерения в режиме нормирования см. в схеме подключения рис. 7).

а)

ris-29_a_

АР1 – АР2028;
АР2 – АР2029, АР2038Р, АР2043, АР2082М;
АР3 – АР2022, АР2038, АР2081;
АР5200-8-19» – измерительный усилитель напряжения и заряда;
AS05-01 – блок питания;
АК1 – соединительный кабеля АК21, АК22, АК25;
АК2 – соединительный кабель АК19;
Регистрирующая аппаратура – например, цифровой осциллограф TDS3034 “Tektronix”.

б)

ris-29_b_
Рис. 29. Пример схемы подключения а) и  ее реализация б)для двухкомпонентного и трехкомпонентных датчиков с неразъемным и разъемным соединителем с измерительным усилителем напряжения и заряда АР5200-8-19”.

На рис. 30 приведена схема подключения датчиков давления PS2001 с измерительным усилителем напряжения и заряда АР5100. Измерительный усилитель АР5100 в схеме подключения рис. 30 обеспечивает:
  • электропитание предусилителя встроенного в датчик, передачу сигнала по двухпроводной линии связи;
  • возможность изменения (масштабирование) коэффициента усиления усилителя для получения нормализованного по выходу значения выходного напряжения;
  • измерение среднеквадратичного значения (СКЗ) виброускорения в м/с2, виброскорости в мм/с в режиме нормирования (пример измерения в режиме нормирования см. в схеме подключения рис. 7 );
  • интерфейсы для связи с компьютером RS232 и USB;
  • протокол измерения;
  • возможность последовательного подключения 250 усилителей и идентификации конкретного экземпляра усилителя;
  • режим тестирования работы усилителя.

а)

ris-30_a_

РS – PS2001-01;
АР5100 – измерительный усилитель;
AS05-01 – блок питания;
АК1 – соединительный кабель АК15, АК17, АК19, АК24, АК28, АК31;
АК2 – соединительный кабель АК19;
АК3 – интерфейсный кабель USB(RS-232);
Регистрирующая аппаратура – например, цифровой осциллограф TDS3034 “Tektronix”.

б)

ris-30_b_

Рис. 30. Пример схемы подключения а) и ее реализация б) для датчика динамического давления PS2001 с измерительным усилителем заряда и  напряжения АР5100.

В промышленных вибропреобразователях АР35Т, АР35Т-01,  в преобразователях вибропреремещения D100, преобразователях виброскорости AV02, AV02-01, AV02-02, AV02-03 выходным сигналом является ток промышленного стандарта 4…20мА. Схема подключения датчиков с выходным сигналом тока промышленного стандарта 4…20 мА к контроллеру приведена на рис. 31.

а)

АР – АР35Т, АР35Т-01;
AV –  AV02, AV02-01, AV02-02, AV02-03;
AD – D100;
G1 – источник питания, например, HY3030E “MASTECH”;
Регистрирующая аппаратура – например,  цифровой мультиметр GDM-8246 “INSTEK”.

б)

Рис. 31.  Пример схемы подключения а) и  ее реализация б) для датчиков с выходным сигналом тока и промышленного стандарта 4…20 мА к контроллеру.

В схеме подключения рис.31 формируется токовая петля, состоящая из  датчика (АР, AV, AD) источника питания G1 и сопротивления нагрузки, включенного последовательного с ним. При изменении сигнала датчика меняется и ток в диапазоне 4…20мА. Тот же самый ток, несущий информацию, используется для питания электронной схемы датчика. Поскольку минимальный ток в цепи равен 4мА, его хватает для поддержания работы электронной схемы датчика. Ток, текущий в контуре, приводит к падению напряжения  на  сопротивлении нагрузки Rнагр. Это падение напряжения является информационным сигналом, используемым для дальнейшей обработки. Достоинство двухпроводной передачи – независимость величины тока от сопротивления соединительных проводов, а следовательно, и от длины линии передачи (очевидно, что это утверждение справедливо только в определенных пределах).
Схема подключения преобразователей акустической эмиссии GT200U, GT250, GT350 к регистрирующей аппаратуре приведена на рисунке 32.

а)

GT – (GT200U, GT250, GT350);
AG09 (AG09-01) – согласующее устройство;
AS05 – блок питания;
АК – соединительный кабель;
Регистрирующая аппаратура – например, анализатор спектра A23 » Zetlab».

б)

Рис. 32. Пример схемы подключения а) и  ее реализация б) для преобразователей акустической эмиссии GT200U, GT250, GT350 с согласующим устройством AG09.

Особенностью приведенной на рис. 32 схемы подключения является передача усиленных сигналов и напряжения питания по двухпроводной линии связи.
Перспективным направлением разрабатываемых систем технического диагностирования объектов контроля является использование вибропреобразователей с цифровым выходом. Передача данных в цифровом коде имеет ряд достоинств, самым главным из них является высокая помехозащищенность. На рис. 33 приведена схема подключения вибропреобразователя АР35D с цифровым выходом RS-485.

а)

АР – АР35D;
AG15 – преобразователь USB-RS485;
АК – соединительный кабель USB.

б)

Рис. 33. Пример схемы подключения а) и  ее реализация б) для вибропреобразователей АР35D с преобразователем AG15.

Программное обеспечение АР35D Explorer позволяет реализовать:
  • простой и наглядный интерфейс оператора;
  • цифровое, шкальное и графическое отображение измеренных параметров вибрации;
  • изменение цвета цифровых и шкальных индикаторов от зеленого к красному при изменении вибрации, соответственно, от нормального до предельного значения;
  • аварийная индикация;
  • запись измеренных параметров вибрации (виброускорения и виброскорости) в файл;
  • преобразование записанных данных в формат MS Excel;
  • установка, сохранение и загрузка конфигурации;
  • регистрация показаний до 32 вибропреобразователей.

Схемы подключения вибровыключателей, виброконтроллеров, автономных датчиков мониторинга вибрации.

В последнее годы интенсивное развитие получила виброизмерительная аппаратура с функцией автоматического контроля состояния опасных производственных объектров. В том числе среди них можно назвать: вибровыключатели SV01,  SV01-01, SV01-02 (рис. 34); виброконтроллеры АР5300, АР5300-01 (рис. 35); автономные датчики мониторинга вибрации АДМВ-01, АДМВ-02, АДМВ-05, АДМВ-06 (рис.36). [1,3].
Вибровыключатели SV предназначены для измерения виброскорости (в диапазоне частот 3…1000 Гц) объекта и выдачи сигнала превышения заданного уровня вибрации (величина задаваемого порога срабатывания (СКЗ)/минимальный  шаг задания порога срабатывания – 1..20/0,1; 20…100/0,5; 100…200/1 ) в виде замкунутых или разомкнутых контактов реле с параметрами:
  • ток коммутации 15…500 мА;
  • напряжение коммутации 15…30В;
  • падение напряжения при токах коммутации 15 мА и 500 мА, соответственно, <4В и <7В.
Для вибровыключателей SV не требуется дополнительного питания, передача сигнала осуществляется на расстояние до 100м, основные параметры программируются под  требования заказчика или самим заказчиком с помощью пульта SVProg. Вибровыключатели SV соответствуют требованиям ГОСТ ISO 10816.

Рис. 34. Вибровыключатели

Рис.35. Виброконтроллеры

Рис.36. Автономные датчики мониторинга вибрации

На рис. 36 приведены примеры схем подключения вибровыключателя SV01. Для подключения SV01 к устройствам срабатывания (реле, индикаторной лампе) используется двухпроводная линия связи.

Рис.37. Примеры схем подключения вибровыключателя SV01

На рис. 37 приведены примеры схем подключения вибровыключателя SV01-01.  Для подключения SV01-01 к устройствам срабатывания (реле, индикаторной лампе) используется трехпроводная линия связи.

Рис. 38. Примеры схем подключения вибровыключателя SV01-01

В схеме подключения рис. 39 вибровыключатель SV01-02 осуществляет измерение и передачу СКЗ виброскорости по стандартному токовому интерфейсу 4-20 мА по четырехпроводной линии связи.
Диапазон измерения СКЗ  виброскорости и коэффициент преобразования по виброскорости в токовый сигнал устанавливается при выборе порога срабатывания.

Рис. 39. Схема подключения вибровыключателя SV01-02

Виброконтроллеры АР5300, АР5300-1 предназначены для контроля виброскорости в диапазоне 0,2… 20 мм/с (частотный диапазон 10…2000 Гц) объекта  (четырех объектов для АР5300) и выдачи сигнала в виде замкнутого или разомкнутого  «сухого» контакта  (ток коммутации <1А, напряжение коммутации <30В)  реле «АВАРИЯ» при превышении допустимого уровня вибрации. Встроенными индикаторами виброконтроллеров отображаются:
  • величина измеряемой виброскорости;
  • величина задаваемого порога срабатывания;
  • коды ошибок при обрыве кабеля и выхода из строя вибропреобразователя;
  • коэффициента преобразования используемого вибропреобразователя;
  • заданное время превышения информационным сигналом порогового значения;
  • состояние контактов реле «АВАРИЯ».
Виброконтроллеры АР5300, АР5300-1 обеспечивают режим питания датчиков со встроенной электроникой.
Виброконтроллеры АР5300, АР5300-1  осуществляют:
  • выдачу сигнала в виде замкнутого «сухого» контакта реле «ГОТОВНОСТЬ» при исправной работе датчика и виброконтроллера;
  • ввод коэффициента преобразования используемого датчика;
  • ввод состояния, замкнутое или разомкнутое, контактов реле «АВАРИЯ» (АР5300-1);
  • в варианте исполнения АР5300-1I с USB и RS-485 интерфейсами управление виброконтроллером с компьютера.
На рис. 40 приведена схема подключения виброконтроллера АР5300 с датчиками со встроенной электроникой.

а)

АР – АР2029, АР2034, АР28, АР28В, АР28I, АР2037, АР98, АР2038Р, АР2043, АР2082М, АР2083, АР91;
АР5300 – виброконтроллер;
АК – соединительный кабель АК23, АК26, АК34;
AS05-01 – блок питания.

б)

Рис.40. Пример  подключения а) и  ее реализация б) для виброконтроллера АР5300 с датчиками с разъемным соединителем на выходе.

а)

АР – АР35, АР85;
АР5300 – виброконтроллер;
AG01В – согласующее устройство с выходными искробезопасными параметрами: U0: 30В, I0: 100 мА, С0: 0,05 мкФ, L0: 1мГн (монтируется на 35 мм DIN-рейку);
AS05-01 – блок питания.

б)

Рис.41. Пример схемы подключения а) и  ее реализация б) для промышленных датчиков  с неразъемной заделкой соединительного кабеля, установленных во взрывоопасной зоне, с согласующими устройством AG01В к виброконтроллеру АР5300.

а)

АР – АР2019, АР2030, АP2031, АР85
АР5300-1 – виброконтроллер
AS05-01 – блок питания

б)

Рис. 42. Примеры схемы подключения а) и  ее реализации б) однокомпонентного датчика с неразъемным соединительным кабелем к виброконтроллеру АР5300-1.

В отличии от вибровыключателей SV и виброконтроллеров АР5300, которые срабатывают при превышении вибрации пороговых уровней, автономные  датчики мониторинги вибрации (АДМВ) будучи предназначенными для мониторинга вибрациии сооружений, измеряют вибрацию в соответствующем частотном диапазоне  и имеют встроенный источник питания, а главное – в автономном режиме могут накапливать и хранить измеренные значения параметров вибрации в течение длительно срока.
Помимо названных  особенностей  общими для всех приборов семейства АДМВ (АДМВ-01, АДМВ-02, АДМВ-05, АДМВ-06 рис. 43) является:
  • измерение параметров скорости или ускорения (для АДМВ-05, АДМВ-06 только ускорение)вибрации одновременно в трех взаимно перпендикулярных направлениях;
  • управляемая (через интерфейс пользователя) длительность и периодичность измерений, которая должна соответствовать контролируемым процессам;
  • время автономной работы (в режиме мониторинга без передачи информации) – до 3 месяцев (АДМВ-01, АДМВ-02);
  • сигнализация превышения пороговых значений;
Чаще всего АДМВ применяется для контроля вибрации таких зданий и сооружений, на которые могут воздействовать:
  • работающая вблизи строительная техника (общественные и жилые здания, сооружения);
  • железнодорожный или автомобильный транспорт (общественные и жилые здания, сооружения);
  • морские волнения (мосты, причалы, морские платформы);
  • сильные порывы ветра (вышки, антенны, мачты, пилоны мостов) и т.п.

Рис.43. Автономные датчики мониторинга вибрации АДМВ.

АДМВ-01 предназначен для мониторинга общего уровня вибрации и индикации превышения общего уровня. Под общим уровнем вибрации здесь понимается динамическая реакция объекта (механические колебания),измеряемая в ограниченном диапазоне частот, на воздействие основных источников возбуждения. Частотный диапазон, в котором сосредоточена основная энергия воздействия и отклика на него, как правило, ограничен полосой 3-200 Гц, которая и используется в данном приборе.
Конструктивно АДМВ-01 состоит из электронного блока и трехкомпонентного датчика с зарядовым выходом, смонтированных в одном корпусе. АДМВ-01 может сигнализировать о превышении заданных пользователем пределов измеряемых параметров вибрации отдельного по каждому из трех направлений. Индикация превышения осуществляется светодиодом, расположенном на корпусе прибора.
Основные технические характеристики АДМВ-01 представлены в таб.1. Интерфейс программы АДМВ-01 представлен на рис. 44.
Автономный датчик мониторинга вибрации АДМВ-02 в дополнение к функциям АДМВ-01 обеспечивает дистанционную беспроводную сигнализацию превышения заданных пределов и передачу данных. К задачам, которые необходимо решать с помощью дистанционного мониторинга вибрации, можно отнести:
  • контроль технического состояния удаленного объекта или его части;
  • контроль превышения предельных значений вибрации;
  • контроль уровня динамического воздействия;
  • выявление причин повышенной вибрации;
  • необходимость прогнозирования изменения технического состояния.
Табл.1

Рис. 44. Интерфейс программы АДМВ-01

Беспроводная передача данных по GSM/GPRS каналу на заданный адрес электронной почты реализуется с помощью GPRS – модема и обеспечивает две важные функции прибора. Превышение измеряемым параметром вибрации заданного предела инициирует передачу уведомляющих и тревожных SMS – сообщений по GSM – каналу на один или более номеров сотового телефона оператора (до 4), которые задаются пользователем. Сигнал о превышении позволяет оператору своевременного среагировать на возникшую проблему и выбрать решение, чтобы предотвратить возможные последствия. Для обеспечения бесперебойного питания в режиме передачи SMS – сообщений и накопленных данных по GPRS – каналу предусмотрено питание от внешнего источника.
Автономный датчик мониторинга вибрации АДМВ-05 осуществляет одновременное измерение в низкочастотном диапазоне 0,5-2000 Гц по трем направлениям и запись временной реализации во внутренней памяти (более 2300000 точек по каждому направлению) параметров вибрации в амплитудном диапазоне 0,02-150 м/с2 в течении 14 дней. Максимальная длительность измерения до 4614 секунд. Максимальное количество хранимых во внутренней памяти измеренных значений по каждому направлению 23068672. Питание прибора обеспечивают две литиевые батареи типа SL-360P. В приборе предусмотрена сигнализация снижения напряжения питания до нижнего предельного уровня. Управление и считывание информации прибора осуществляется через порт USB.
Схема подключения АДМВ-05 приведена на рис.45.

а)

АР – трехкомпонентный преобразователь с зарядовым выходом АР38Р;
АДМВ-05 – автономный датчик мониторинга вибрации;
АК1 – соединительный кабель АК28;
АК2 – интерфейсный кабель USB A-A.

б)

Рис. 45. Схема подключения и пример ее реализации б) автономного датчика мониторинга вибрации АДМВ-05

Автономный датчик мониторинга вибрации АДМВ-06 осуществляет одновременное измерение в низкочастотном диапазоне 0,1 – 200 Гц по трем направлениям и накопление во внутренней памяти объемом 512 Мбайт параметров вибрации в амплитудном диапазоне 0,0005 -15 м/с2 в течение 3 дней. В АДМВ-06 используются высокочувствительные датчики с зарядовым выходом, позволяющие реализовать высокий динамический диапазон до 90 дБ. Конструктивно электронный блок и датчики смонтированы в одном корпусе. Питание прибора обеспечивает встроенный Li-ion аккумулятор. В приборе предусмотрено:
  • индикация заполнения встроенной памяти;
  • индикация режима измерения;
  • индикация снижения напряжения питания до нижнего предельного уровня.
Управление и считывание информации прибора осуществляется через порт USB.

Заключение

  • Возможности пьезоэлектрических датчиков определяются не только совокупностью их метрологических характеристик, не менее важным является корректность их подключения к регистрирующей аппаратуре.
  • Приведенные в статье практические рекомендации по выбору схем подключения пьезоэлектрических датчиков будут полезны широкому кругу специалистов, связанных с измерением и анализом параметров динамических процессов.
  • Детальная проработка всех технических вопросов сопряжения датчиков с регистрирующей аппаратурой позволила компании ООО «ГлобалТест» гарантировать высокое качество измерений с использованием разработанных ею измерительных приборов.

Литература

  • Каталог фирмы ООО «ГлобалТест»
  • В.М. Шарапов, М.П. Мусиенко, Е.В. Шарапова. Пьезоэлектрические датчики/ Под ред. В.М. Шарапова – Москва; Техносфера, 2006 – 632с.
  • Н.Ф. Архипкин, А.А. Редюшев, А.Н. Цыпленков. Электрические схемы подключения датчиков со встроенной электроникой // Вибрация машин, 2(9) 2007 – 6с.
  • А.А. Кирпичев, В.В. Смирнов, А.А.Редюшев, А.Н. Цыпленков. Виброконтрольная аппаратура ООО «ГлобалТест». Состояние и перспективы развития. В кН.: «Предотвращение аварий зданий и сооружений»: Сборник научных трудов. 9. – Магнитогорск; 2010. С. 274-282.
  • Патент на изобретение №2152621, Кл.С1 G01 R15/09, Н.Ф. Архипкин, А.А. Кирпичёв, А.А Редюшев, А.В. Шведов, Опубл. 10.07.2000.
  • Патент на изобретение №2097772, Кл. МКИ G01 H15/09, Н.Ф. Архипкин, А.А. Кирпичёв, А.А. Редюшев, Опубл. 27.11.97.
  • Патент на изобретение №2400867, Кл. Н01 2 41/08, G01P 15/09, Архипкин Н.Ф., Редюшев А.А., Симчук А.А., Цыпленков А.Н., Опубл. 27.10.2005.

Каталог

  • en
  • +7 (831-30) 6-77-77