Виброметр

Виброметр — компонент. Предназначен для измерения среднеквадратических и пиковых значений виброускорения, виброскорости и виброперемещения при помощи пъезодатчиков (акселерометров), подключенных к входным каналам анализаторов сигнала.

Внешний вид компонента

Режим проектировщика Режим оператора
Виброметр - Режим проектировщика Не имеет

Параметры:

Входные

  • • Канал — входной канал, на который поступает сигнал, у которого нужно измерить требуемые величины.
  • • Вкл\Выкл — включение и выключение виброметра.

Выходные

  • • Ускорение(a) — текущее усредненное значение ускорения за установленное время.
  • • Скорость(v) — текущее усредненное значение скорости за установленное время.
  • • Перемещение(s) — текущее усредненное значение перемещение за установленное время.

Настраиваемые свойства:

Общие свойства (окружение)

Частные свойства (в скобках значение, установленное по умолчанию):

  • averagetime (0.1) — время, за которое подсчитывается усредненное значение, с:
    1. 0.1 сек
    2. 1 сек
    3. 10 сек
  • measuretype (Пик) — тип проводимых измерений, В:
    1. СКЗ — среднеквадратичное значение.
    2. Пик — максимальное значение на протяжении всего времени работы (значение пика >= значения амплитуды);
    3. Амплитуда — максимальное значение смещения или изменения переменной величины от среднего значения;
  • ReactionTime (0) — минимальное время сервера, после которого компонент начнет работать, с.
  • Activate (true) — состояние работы (включено/выключено).
  • fir (0.5…200) — фильтр пропускания полезного сигнала:
    1. 0.5…200 Гц
    2. 10…1000 Гц
    3. 3…10000 Гц
    4. 1…10 Гц
  • NeedVelocity (true) — требуются данные по скорости;
  • NeedMotion (true) — требуются данные по перемещению.

Программирование

При использовании компонента в сценарии и программируемом компоненте (скрипте) необходимо учитывать диапазоны значений подаваемых на входные ножки компонента, диапазоны значений свойств компонента, а также диапазоны значений параметров методов компонента.

Параметры:

Входные

  • Канал — входной канал, на который поступает сигнал, у которого нужно измерить требуемые величины (от 0 до (количество каналов — 1)).

Настраиваемые свойства:

Общие свойства (окружение)

Частные свойства (в скобках значение, установленное по умолчанию):

  • BSTR MeasureType — установка и чтение типа измерения: СКЗ; Пик; Амплитуда (строка). В многоканальном режиме установка типа для текущего номера канала виброметра
  • FLOAT ReactionTime — установка и чтение минимального времени сервера для работы, с (0).
  • VARIANT_BOOL Activate — установка и чтение состояния работы виброметра:
    • true — состояние работы виброметра включен;
    • false — состояние работы виброметра выключен.
  • BSTR FIR — установка и чтение фильтрации: 0,5…200 Гц; 10…1000 Гц; 3…10000 Гц; 1…10 Гц (строка).
  • VARIANT_BOOL NeedVelocity — установка и чтение флага необходимости расчёта данных по скорости:
    • true — необходимость расчёта данных по скорости включен;
    • false — необходимость расчёта данных по скорости по скорости выключен.
  • VARIANT_BOOL NeedMotion — установка и чтение флага необходимости расчёта данных по перемещению:
    • true — необходимость расчёта данных по перемещению включен;
    • false — необходимость расчёта данных по перемещению выключен.

Внимание!

Некоторые измерительные программы (вольтметр постоянного и переменного тока, виброметр, а также, в будущем, некоторые другие) при загрузке с помощью интерфейса UNIT (например, в ZETView) могут работать в многоканальном режиме. В этом режиме программа может выполнять свои измерения не по одному, а одновременно по нескольким каналам (количеством не более 250). При этом у каждого канала программы могут быть свои параметры, такие как время усреднения, частота дискретизации канала, тип используемого полосового фильтра для виброметра и т.д. Результаты измерений доступны родительской программе через UNIT.

Виброметр работает только с каналами акселерометров, а узнаёт он их по единицам измерения: «g» или «м/с2«.

Пример

Проект в SCADA ZETView

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

Результат работы проекта
Виброметр - Результат работы проекта

Виброметр

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

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

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

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

Виброметр - о программе

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

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

При проведении измерений возможно применение общих частотных фильтров:

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

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

Также возможно применение интегрирующих фильтров:

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

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

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

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

О программе «Виброметр»

Назначение программы

Программа Виброметр предназначена для измерения среднеквадратических и пиковых значений виброускорения, виброскорости и виброперемещения при помощи пъезодатчиков (акселерометров), подключенных к входным каналам анализаторов сигнала.

Программа Виброметр создает виртуальные каналы мгновенных значений виброскорости и виброперемещения. Сигналы виброскорости и виброперемещения подвергаются фильтрации нижних частот с частотой среза на уровне 3 дБ 1000 Гц и фильтрации верхних частот с частотой среза на уровне 3 дБ 10 Гц. Эти каналы доступны для последующего анализа в других программах ZETLab.

Описание программы

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

Виброметр - о программе

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Виброметр - о программе (график)

Математическое описание

Вибрация — это механические колебания тела.

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

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

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

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

Второй закон Ньютона для такого осциллятора запишется в виде: embim56.

Если ввести обозначения: embim57,

и заменить ускорение на вторую производную от координаты по времени, то получим следующее обыкновенное дифференциальное уравнение: embim58.

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

embim59

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

Найдём частное решение. Для этого подставим в уравнение решение вида: x(t)=B*cos(Ωt) и получим значение для константы: embim60.

Тогда окончательное решение запишется в виде: embim61

Резонанс.

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

embim62

Подставим часть выражения в дифференциальное уравнение и получим:  embim63

Таким образом, колебания в резонансе будут описываться следующим соотношением: embim64

embim65

Затухающий гармонический осциллятор.

Второй закон Ньютона:  embim66

Переобозначения:   embim67

Дифференциальное уравнение:  embim68

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

Запишем вынуждающую силу следующим образом:  embim69

тогда решение будем искать в виде: embim70

Подставим это решение в уравнение и найдём выражение для A:

embim71

где embim72

Полное решение имеет вид:

embim73

где embim74 — собственная частота затухающих колебаний.

Константы C1 и C2 в каждом случаев определяются из начальных условий:
embim75

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

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

embim76

Это означает, что при t→∞ система “забывает” начальные условия, и характер колебаний зависит только от вынуждающей силы. Работа, совершаемая вынуждающей силой F(t)=F0cos(Ωt) за время dt, равна Fdx, а мощность 77 .

Из уравнения  embim78

Следует что  embim79

Если учесть, что при установившихся вынужденных колебаниях:

embim80

embim81

embim82

То тогда средняя за период embim83 мощность: embim84

Работа за период:

embim85