DE3716620A1

DE3716620A1 - Device for detecting vibrations

Info

Publication number: DE3716620A1
Application number: DE19873716620
Authority: DE
Inventors: Arnold Zender
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-05-18
Filing date: 1987-05-18
Publication date: 1988-12-01

Abstract

A description is given of a device for detecting mechanical vibrations, which has a series circuit consisting of a piezoelectric acceleration sensor, an impedance and level matching circuit, an amplifier, an ac/dc converter and an evaluation circuit. It is of simple design and cost effective and provides an electric output signal which can be used for various purposes and is representative of the vibrations detected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung von mechani schen Schwingungen, vorzugsweise im Bereich von 0-1 kHz.The invention relates to a device for detecting mechani vibrations, preferably in the range of 0-1 kHz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und preis werte Einrichtung zur Erfassung von Schwingungen zu schaffen, die am Ausgang ein für unterschiedliche Zwecke verwendbares, für die erfaß ten Schwingungen repräsentatives, elektrisches Ausgangssignal be reitstellt. Dazu dient eine Einrichtung, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichnet ist.The invention has for its object a simple and inexpensive to create valuable facility for the detection of vibrations, which Output a usable for different purposes, for the captured representative vibrations, electrical output signal provides. This is done using a device as shown in the attached Is characterized.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeich nung dargestellt, von denen Fig. 1 ein Blockschaltbild und Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Sensorkopf zeigen.An embodiment of the invention is shown in the accompanying drawing, of which Fig. 1 shows a block diagram and Fig. 2 shows a schematic cross section through a sensor head.

Die spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung weist eine Reihenschaltung aus zunächst fünf Baugruppen auf.The special embodiment of the device according to the invention has a series connection of initially five modules.

Mit 1 ist ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor bezeichnet, der in ein Metallgehäuse eingegossen ist und mit einer abgeschirmten einpoligen Anschlußleitung für den Anschluß an die nachfolgende Schaltung versehen ist. Der eine Pol der Anschlußleitung ist die Seele des Kabels und dessen Abschirmung ist der zugehörige zweite Pol. 1 designates a piezoelectric acceleration sensor which is cast into a metal housing and is provided with a shielded single-pole connecting line for connection to the subsequent circuit. One pole of the connecting line is the core of the cable and its shielding is the associated second pole.

An den Beschleunigungssensor 1 ist eine Impedanz- und Pegelanpaß schaltung 2 angeschlossen, die aus einem Netzwerk von Widerständen und Kondensatoren zum Anpassen der Ausgangskapazität und des Aus gangswiderstandes des Sensors besteht. Sie enthält eine Operations verstärkerschaltung, die den hohen Widerstand des Sensors 1 in einen kleinen Widerstand zum störungsfreien Verarbeiten der aufgenommenen Signale in den nachfolgenden Schaltungskomponenten umsetzt. At the acceleration sensor 1 , an impedance and level matching circuit 2 is connected, which consists of a network of resistors and capacitors for adjusting the output capacitance and the output resistance of the sensor. It contains an operational amplifier circuit which converts the high resistance of the sensor 1 into a small resistor for the trouble-free processing of the recorded signals in the subsequent circuit components.

Der Impedanz- und Pegelanpaßschaltung 2 ist ein Abschwächer 3 nach geschaltet, der aus einem Potentiometer oder Trimmer 32 zum Anpassen an die Meßbereiche oder dergleichen eines der erfindungsgemäßen Einrichtung nachgeschalteten Meßgeräts dient. Das Einstellglied 33 dieses Potentiometers ist von außen zur Durchführung der Einstellung zugänglich.The impedance and level matching circuit 2 is followed by an attenuator 3 , which is used from a potentiometer or trimmer 32 to adapt to the measuring ranges or the like of a measuring device connected downstream of the device according to the invention. The setting member 33 of this potentiometer is accessible from the outside for carrying out the setting.

An das Einstellglied 33 des Abschwächers 3 ist der Eingang 41 eines Verstärkers 4 angeschlossen, der den Pegel des Nutzsignals an den von den nachgeschalteten Schaltungskomponenten geforderten Wert anpaßt. Der Verstärker enthält einen Operationsverstärker und ein Gegenkopplungsnetzwerk 15.To the setting element 33 of the attenuator 3 , the input 41 of an amplifier 4 is connected, which adjusts the level of the useful signal to the value required by the downstream circuit components. The amplifier contains an operational amplifier and a negative feedback network 15 .

An den Ausgang 42 des Verstärkers 4 ist der Eingang eines AC/DC- Umsetzers 5 angeschlossen, der das aufgenommene Wechselspannungssig nal in eine Gleichspannung umsetzt. An den Ausgang 52 des Umsetzers 5 ist eine LED-Anzeigeschaltung 6 angeschlossen, welche eine Anzeige über die erfaßten Schwingungen liefert. Parallel zu der Anzeige schaltung 6 kann eine Ausgabeeinheit 7 oder ein Regler 8 an den Ausgang 52 des AC/DC-Umsetzers 5 angeschlossen sein, wobei die Ausgabeeinheit ein für die erfaßten Schwingungen repräsentatives elektrisches Signal zur weiteren Verarbeitung bereitstellt, welches von der Ausgabeeinheit gegebenenfalls derart umgesetzt wird, daß es in einem vorgegebenen Bereich liegt, für Spannungen beispielsweise zwischen 0 . . . 10 Volt.At the output 42 of the amplifier 4 , the input of an AC / DC converter 5 is connected, which converts the recorded AC signal into a DC voltage. At the output 52 of the converter 5 , an LED display circuit 6 is connected, which provides an indication of the detected vibrations. In parallel to the display circuit 6 , an output unit 7 or a controller 8 can be connected to the output 52 of the AC / DC converter 5 , the output unit providing an electrical signal representative of the detected vibrations for further processing, which may be of the output unit implemented that it lies in a predetermined range, for voltages, for example, between 0. . . 10 volts.

Der piezoelektrische Beschleunigungsmesser 1 weist ein zweiteiliges, zylindrisches Metallgehäuse 23 mit einem topfförmigen Gehäuse-Unter teil 12 und einem deckelartigen Gehäuse-Oberteil 13 auf. In dem Inneren des Gehäuse-Unterteils 12 ist ein aus Kunststoff bestehendes Schutzgehäuse 14 für den Sensorkopf eingebettet. Dazu ist das Innere des Gehäuse-Unterteils 12 mit einer Füllmasse auf Kunstharzbasis ausgefüllt, welche das Schutzgehäuse 14 umgibt. Durch eine seitliche Bohrung des im übrigen geschlossenen Schutzgehäuses 14 und eine weitere, mit ihr fluchtende Bohrung in einer Seitenwand des Gehäuse- Unterteils 12 ist ein einadriges Kabel 16 mit Abschirmung 11 heraus geführt, welches mit dem Eingang des Verstärkers 2 mechanisch und elektrisch verbunden ist. The piezoelectric accelerometer 1 has a two-part, cylindrical metal housing 23 with a cup-shaped housing lower part 12 and a lid-like housing upper part 13 . A protective housing 14 made of plastic for the sensor head is embedded in the interior of the lower housing part 12 . For this purpose, the inside of the lower housing part 12 is filled with a filling compound based on synthetic resin, which surrounds the protective housing 14 . Through a lateral bore of the otherwise closed protective housing 14 and a further, aligned with it in a side wall of the lower housing part 12 , a single-core cable 16 with shield 11 is led out, which is mechanically and electrically connected to the input of the amplifier 2 .

Im Inneren des Schutzgehäuses 14 ist eine Metallscheibe 17 als seismische Masse an ihrem Rand nachgiebig befestigt, auf deren Vorderseite ein piezoelektrischer Kristall 18 aufgebracht ist. Die Seele 19 des Kabels 16 ist mit der von der Scheibe 17 abgewandten Seite des Kristalls 18 verbunden, während die Abschirmung 11 des Kabels 16 mit der dem Kristall 18 abgewandten Unterseite der Platte 17 verbunden bzw. an diese angelötet ist.In the interior of the protective housing 14 , a metal disc 17 is resiliently attached as a seismic mass at its edge, on the front of which a piezoelectric crystal 18 is applied. The core 19 of the cable 16 is connected to the side of the crystal 18 facing away from the disk 17 , while the shield 11 of the cable 16 is connected to the underside of the plate 17 facing away from the crystal 18 or is soldered to it.

Das Gehäuse 23 des Beschleunigungssensors 1 wird durch Aufkleben oder Verschrauben des Oberteils 13 mit dem Unterteil 12 geschlossen. Durchgangsbohrungen 24, 25 durchsetzen den Gehäuse-Oberteil 13 und die Seitenwände des Gehäuse-Unterteils 12 und ermöglichen, daß der Beschleunigungssensor 1 mit der Außenfläche des Bodens des Gehäuse- Unterteils 12 auf einen Maschinenteil oder dergleichen aufgeschraubt werden kann, an welchem mechanische Schwingungen zu erfassen sind.The housing 23 of the acceleration sensor 1 is closed by gluing or screwing the upper part 13 to the lower part 12 . Through bores 24 , 25 pass through the upper housing part 13 and the side walls of the lower housing part 12 and enable the acceleration sensor 1 to be screwed to the outer surface of the bottom of the lower housing part 12 on a machine part or the like on which mechanical vibrations are to be detected are.

Claims

1. Einrichtung zur Erfassung von mechanischen Schwingungen, gekenn zeichnet durch eine Reihenschaltung aus einem piezoelektrischen Beschleunigungssensor (1), einer lmpedanz- und Pegelanpaßschaltung (2), einem Verstärker (4), einem AC/DC-Umsetzer (5) und einer Aus gangsschaltung (6, 7, 8).1. Device for detecting mechanical vibrations, characterized by a series circuit consisting of a piezoelectric acceleration sensor ( 1 ), an impedance and level matching circuit ( 2 ), an amplifier ( 4 ), an AC / DC converter ( 5 ) and an output circuit ( 6 , 7 , 8 ).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Impedanz- und Pegalanpassungsschaltung (2) und den Verstärker (4) ein Abschwächer (3) geschaltet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that an attenuator ( 3 ) is connected between the impedance and level matching circuit ( 2 ) and the amplifier ( 4 ).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (4) den Pegel des Nutzsignals an den von den ihm nachge schalteten Schaltungsteilen geforderten Wert anpaßt.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the amplifier ( 4 ) adapts the level of the useful signal to the value required by the circuit parts connected downstream.

4. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ausgangsschaltung eine Anzeigeeinrichtung (7) aufweist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the output circuit has a display device ( 7 ).

5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Auswerteschaltung einen Regler (8) aufweist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation circuit has a controller ( 8 ).

6. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltung eine Ausgabeschaltung (7) ist, die das Ausgangssignal des Umsetzers (5) vorgegebenen Anforde rungen anpaßt.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the output circuit is an output circuit ( 7 ) which adapts the requirements of the output signal of the converter ( 5 ) predetermined requirements.

7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzgehäuse (14), in welchem ein piezo elektrischer Kristall (18) gehalten ist, in ein zweiteiliges Gehäuse (23) eingebettet ist, welches mit Mitteln (24, 25) zur Befestigung an einem Maschinenteil ausgerüstet ist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a protective housing ( 14 ), in which a piezoelectric crystal ( 18 ) is held, is embedded in a two-part housing ( 23 ), which with means ( 24 , 25 ) for Attachment to a machine part is equipped.