Министерство науки и образования Украины
Национальный авиационный университет , Институт электроники та систем управления , Лазерные измерители вибрации
Группа 408 ФЭЛ
Шабля Олеся Леонидовна
Лазерный виброметр повышенной чувствительности
Лазерная виброметрия — современный, качественно новый уровень измерения параметров механических колебаний объектов. Уникальные физические особенности лазерных методов определяют многие их достоинства. Это возможность дистанционного бесконтактного измерения вибрации и отсутствие влияния на резонансные свойства объектов, в том числе микроскопических размеров; возможность измерений без предварительной подготовки поверхности объекта и оперативное измерение вибраций в различных точках объекта в опасной для персонала зоне (химически агрессивной, с высокой температурой, радиацией и т.д.).
ФГУП «ННИПИ «Кварц» разработал первый отечественный портативный лазерный виброметр повышенной чувствительности. В 2007 году после проведения государственных испытаний прибор включен в Государственный реестр средств измерений Российской Федерации.
Лазерный виброметр предназначен в первую очередь для дистанционного измерения виброскорости исследуемого объекта или его части в пределах от 0,01 до 50 мм/с на виброчастотах от 80 Гц до 11 кГц с возможностью расширения диапазона виброчастот в сторону низких частот до 10 Гц. Измерительная дистанция от лазерного виброметра до испытуемого объекта составляет от 1,5 до 10 м и более. Напряжение питания виброметра — 12 В постоянного тока от переносной аккумуляторной батареи или от источника питания, подключаемого к сети переменного тока 220 В (50 Гц).
Потребляемая мощность — 15-20 Вт (в зависимости от режима работы).
Принцип работы лазерного виброметра основан на доплеровском сдвиге частоты оптического (лазерного) излучения, отраженного от движущегося объекта. В этом случае применяют метод оптического гетеродинирования отраженного от объекта слабого оптического сигнала на основе двухлучевой интерференционной оптической схемы с последующим формированием квадратурных компонент электрического сигнала фотодетекторами балансного типа. Микропроцессоры, входящие в состав лазерного виброметра, производят цифровую обработку и анализ вибрационных сигналов. Результаты в виде спектрограмм или осциллограмм отображаются на экране внешнего компьютера, подключенного через каналы RS-232 или USB, разъемы которых размещены на панели управления прибора. Измерение параметров сигнала проводится при помощи подвижного маркера на экране дисплея.
Воздушные лазерные системы в городском кадастре
... дистанционное зондирование Земли; провести анализ принципов построения, функционирования и основных характеристик воздушных лазерных средств. привести основные преимущества и недостатки воздушных лазерных систем. Объектом исследования являются системы воздушного лазерного сканирования. Предмет исследования: применение ...
В состав портативного лазерного виброметра входит карманный персональный компьютер (КПК).
Он в графическом виде отображает результаты измерений на дисплее; управления режимами работы лазерного виброметра через виртуальную панель управления, в том числе режимами обработки сигнала и отображения его во временной (осциллограф) или в частотной (анализатор спектра) областях; выбирает пределы амплитудных измерений и длительности развертки в режиме осциллографа, а также частотную полосу обзора в режиме анализатора спектра и число усреднений реализаций спектров от 1 до 256; выполняет функцию установки линейного или логарифмического масштабов в режиме анализатора спектра и в режиме записи результатов измерений на флэш-карту в формате, выбранном оператором и с возможностью последующего воспроизведения на другом компьютере. Разработано программное обеспечение, которое позволяет управлять всеми перечисленными функциями и режимами при помощи стандартных компьютеров по каналам RS-232 или USB, что дает возможность включать лазерный виброметр в автоматизированные измерительные системы. В состав лазерного виброметра входят оптическая система, формирующая квадратурные составляющие доплеровского сигнала, и электронная система (рис.1).
Оптическая схема лазерного виброметра
В основе оптической схемы виброметра лежит классическая схема интерферометра Майкельсона. Базовые структурные элементы оптической системы виброметра (рис.2): лазерный источник монохроматического излучения; телескопическая система, выполняющая функции приемо-передающей «оптической антенны»; оптическая система сопряжения волновых фронтов сигнальной и опорной волны типа «кошачий глаз»; фотоприемные модули балансного типа; оптический делитель-смеситель для формирования и пространственного совмещения опорного и сигнального лазерных пучков.
Сложность и особенности схемы обусловлены техническим назначением виброметра и связаны со значительным (на 5-7 порядков) ослаблением принимаемой световой мощности лазерного пучка, направляемого на объект, а также со спектр-структурой распределения интенсивности волнового фронта диффузно отраженного излучения лазера.
Лазерный пучок с линейной поляризацией от модифицированного лазера ГН-2П (л=0,63 мкм) поворотными призмами 2 и 3 направляется на поляризующий делитель 4, где разделяется на два пучка равной мощности: сигнальный (трасса 4, 5, 6, 7,20) и опорный (трасса 4, 11, 10, 9, 8) со взаимно-ортогональными поляризациями. Телескопическая система (6, 7) в сигнальном плече интерферометра (кратность увеличения 14Ч) предназначена для фокусировки излучения на поверхности объекта. Эта фокусировка должна быть достаточной для того, чтобы спекл-структура фронта отраженной волны («спекл-поле») воспринималась, при соответствующем наведении излучения на объект, как квазиоднородная монохроматическая волна. Четвертьволновые фазовые пластины (5, 10) производят поворот поляризации сигнального и опорного пучков на 90° относительно исходных. Это необходимо для беспрепятственного прохождения ими поляризующего делителя (4) в направлении к неполяризующему делителю (12), ориентированному к пучкам под углом 45° и разделяющему каждый из них на два идентичных пучка. Лазерные пучки после делителя (12) попадают в фотоприемные модули (13, 14, 15) и (17, 18, 19), в состав которых входят по два фотоприемника на основе фотодиодов КДФ-113 и по одному делителю-поляризатору типа (4).
Назначение и возможности систем вибрационного мониторинга и диагностики ...
... этапе развития вибрационной диагностики, диагностирование оборудования, как стационарного, так и мобильного производится без изменений рабочего режима оборудования. При этом применяемые системы диагностики могут ... более сложные, чем при мониторинге, методы анализа вибрации, позволяющие получать полный объем диагностической информации. Вибрационная диагностика может проводиться как на стационарном ...
Указанная на схеме ориентация делителей под углом 45° обеспечивает формирование сдвинутых по фазе на 180° интерференционных сигналов в каждой паре фотоприемников: (14, 15) и (18, 19) соответственно. Это позволяет при вычитании инвертированных электрических сигналов с выходов фотоприемников улучшить отношение сигнал/шум. Фазовая пластина (16) осуществляет относительный сдвиг фазы оптических сигналов на четверть периода, чтобы в фотоприемных модулях формировались квадратурные электрические сигналы.
Электронная система лазерного виброметра
Электронная система состоит из фотоприемников, которые преобразуют оптические квадратурные составляющие доплеровских сигналов в соответствующие им электрические. Последние усиливаются в блоке малошумящих усилителей с системой автоматической регулировки усиления. С выхода блока усилителей квадратурные доплеровские сигналы поступают на демодуляторы, которые их преобразуют в сигналы, пропорциональные мгновенным значениям виброскоростей исследуемого объекта.В системе присутствуют два вида демодуляторов: демодулятор частотный, предназначенный для формирования сигнала виброскорости от 50 до 0,2 мм/с, и демодулятор аналитического сигнала для формирования сигнала виброскорости от 1 до 0,01 мм/с. Демодуляторы построены на основе аналого-цифровых схем с применением микропроцессоров. С выходов демодуляторов аналоговый сигнал виброскорости поступает на выходной разъем и на вход управляющего блока, созданного на базе сигнального и управляющего микропроцессоров. Такое сочетание микропроцессоров позволило реализовать разные режимы работы управляющего блока: режимы осциллографа, анализатора спектра, а также связь с внешними устройствами по каналам RS-232 и USВ (отображается информация об измерениях и обеспечивается управление режимами работы лазерного виброметра).
Режим анализатора спектра считается типовым режимом работы лазерного виброметра. В этом режиме определяются значения резонансных частот исследуемых объектов и измеряются уровни сигналов малых значений виброскорости при наличии сопутствующих шумов различного происхождения. Если сравнить сигналы во временной и частотной областях, то выявится очевидное преимущество спектрального подхода к измерению виброскорости. Если уменьшить амплитуду в 100 раз (до -40дБ), то корректно измерить амплитуду сигнала во временной области будет сложно из-за сильных шумов. В спектральной области амплитуда измеряется с гораздо меньшей погрешностью: разность между значениями 9,38 дБ и -49,53 дБ составляет -40,15 дБ. Измерить значения виброскорости порядка 10 мкм/с и менее можно только в режиме спектрального анализа.
Технические характеристики портативного лазерного виброметра
Диапазон частот колебаний…………………..80 Гц-11 кГц
Диапазон измерения виброскорости………0,01-50 мм/с , Погрешность измерения виброскорости:
в диапазоне 1-50 мм/с ……………………………..10%
в диапазоне 0,01-1 мм/с…………………………….20%
Напряжение питания ……………………………………… 2 В
Потребляемая мощность ……………………………… 20 Вт , Габариты …………………………………… 430Ч240Ч160 мм
Масса ……………………………………………………….12 кг
Прибор комплектуется карманным персональным компьютером для индикации результатов измерений в режиме осциллографа и анализатора спектра. При этом возможны дальнейшая математическая обработка и документирование результатов на флэш-карте. Лазерный виброметр метрологически обеспечен рабочим эталоном единиц параметров вибрации, который разработан совместно с виброметром и также включен в Государственный реестр средств измерений.
Индустриальный датчик вибрации IVS-200
Промышленные сенсоры IVS
1. IVS-200 индустриальный датчик вибрации
2. IVS-300 цифровой датчик вибрации
Принадлежности:
- Дефлектор луча
- Комплект программ
- Дополнительные части
Измерение вибрации в промышленности
IVS-200 индустриальный датчик вибрации — лазерный виброметр, предназначенный для бесконтактного измерения вибрации. Изначально, IVS-200был разработан для стационарного применения в существующих поточных линиях. Лазер, оптика и электроника расположены в компактном едином корпусе и безопасное видимое излучение фокусируется на измеряемую поверхность на определенном расстоянии от неё. Установленный должным образом, датчик IVS-200 может контролировать дефекты, шум и вибрацию различных объектов от микроэлектроники до огромных зданий и сооружений. При использовании датчика в стационарных системах, выходной сигнал позволяет с помощью контролера управлять процессом, что сокращает количество дефектов, улучшает контроль качества изделий и повышает производительность. Используя портативные виброанализаторы для обработки выходного сигнала, датчик позволяет диагностировать оборудование, на котором невозможно или некорректно использовать контактные датчики вибрации.
Особенности датчика вибрации IVS-200
* Высокая точность измерений
* Широкий диапазон измерения частоты и скорости вибрации
* Компактный, износостойкий и прочный корпус исполнения IP-64
* Безопасный лазер (Класс II)
* Простота установки и использования
* Встраиваемость в существующие системы управления
* Широкий диапазон установочных расстояний
* Питание ± 11 В — 14.5В (~ 100-240В)
Разработан для промышленного применения IVS-200 полностью отвечает требованиям промышленного применения. Высокая оптическая чувствительность IVS-200 позволяет проводить измерения вибрации с помощью безопасного глазу лазера любых поверхностей без использования специальной краски или ленты. Система линз с переменным фокусом позволяет устанавливать датчик на расстоянии от 70 до 2000 мм. IVS-200 имеет корпус промышленного исполнения IP-64 и предустановленный диапазон измерения виброскорости, удовлетворяющий соответствующему применению. Если присутствуют нежелательные низкочастотные колебания, датчик может быть снабжен высокочастотным фильтром
Применения
* Измерение вибрации электрических двигателей, компрессоров, насосов и т.п.
* Контроль шума турбомашин, кондиционеров, коробок передач, регулирующих устройств
* Контроль различных автомобильных компонентов и производимых изделий в поточной линии
* Испытание микроэлектроники, MEMS сенсоров и приводов головок
* Измерение вибрации объектов исключающих установку
датчиков (ограничение по весу, температуре, размеру)
* Анализ ультразвукового и медицинского оборудования.
Датчик IVS-200 имеет два разъема на задней панели. Вход питания (±11-14.5 В), качество оптического сигнала и выход сигнала виброскорости — аналоговый сигнал напряжения (± 4В) пропорциональный скорости вибрации объекта измерения. Второй разъём предназначен для использования с дополнительным блоком IVS-310 — дисплеем уровня сигнала. IVS- 310 может быть подключен к IVS-200 для контроля качества сигнала скорости или обслуживания датчика. IVS-200 снабжен 5 метровым соединительным кабелем для установки в системы управления производственными процессами. Дополнительный стационарно устанавливаемый блок IVS-320 содержит встроенный блок питания, дисплей.
Технические характеристики IVS-200
|
Диапазон измерения (p-p) |
± 20 мм/с или ± 100 мм/с (предустановка) |
|
|
Выходное напряжение |
± 4 В |
|
|
Шкалирование |
5 мм/с / В или 25 мм/с / В (предустановка) |
|
|
Разрешение |
< 1 мкм/с (при ширине полосы 10 Гц ) |
|
|
Диапазон частот |
0.2 Гц до 25 кГц (-3dB) |
|
|
ВЧ фильтр |
Гц вкл./выкл. (предустановка) |
|
|
Частотный отклик |
± 0.1 dB (10 Hz — 15 kHz) |
|
|
Точность калибровки |
2 % (заводская калибровка) |
|
|
Питание |
± 11 В — 14.5 В , макс. 1 A |
|
Корпус IVS-200
|
Разъемы |
1. Разъём питания, уровня оптического сигнала и сигнала виброскорости 2. Разъём для IVS-310 индикатора качества сигнала |
|
|
Исполнение |
IP-64 стандарт |
|
|
Размер |
255 мм x 114 мм x 52 мм (281 мм с линзой) |
|
|
Вес |
< 2.8 кг |
|
|
Оптика IVS-200 |
||
|
Оптическая система |
1. Фиксированный вокус (ff); 226 мм 2. Переменный фокус (vf); 70 мм на дистанции 2 м |
|
|
Лучший сигнал |
96 мм + n x 138 мм (n= 0, 1, 2, …) Лазерный затвор |
|
|
Лазер |
< 1 мВт мощность, класс II, видимый 632.8 нм |
|
|
Стационарный блок (опция) IVS-320 |
||
|
Питание |
~ 100 — 240 В ; ± 13 В выход |
|
|
Разъём выходного сигнала |
Сигнал виброскорости (BNC); Качество сигнала (BNC) |
|
|
Разъём управления |
Управление питанием вкл./выкл. выход |
|
|
Дисплей LED |
индикатор уровня сигнала |
|
Анализ области использования виброметра и принципов измерения вибрации. Изучение периодических, гармонических и импульсных колебаний. Характеристика пьезоэлектрических, емкостных и индукционных преобразователей. Алгоритм работы и структура датчика.
дипломная работа
