ES2255240T3 - Procedimiento y sistema de medida vibratoria combinada. - Google Patents
Procedimiento y sistema de medida vibratoria combinada.Info
- Publication number
- ES2255240T3 ES2255240T3 ES99810438T ES99810438T ES2255240T3 ES 2255240 T3 ES2255240 T3 ES 2255240T3 ES 99810438 T ES99810438 T ES 99810438T ES 99810438 T ES99810438 T ES 99810438T ES 2255240 T3 ES2255240 T3 ES 2255240T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- signal
- transducer
- frequency
- input signal
- called
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
- G01H1/003—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Paper (AREA)
Abstract
Procedimiento para medir las vibraciones mecánicas de un objeto, dicho procedimiento está caracterizado porque comprende el tratamiento de una señal de entrada representativa de una aceleración en relación con una vibración mecánica de dicho objeto, teniendo dicha señal de entrada un espectro de frecuencias comprendiendo una banda llamada de bajas frecuencias, debajo de una frecuencia llamada de transición y una banda llamada de altas frecuencias, arriba de dicha frecuencia de transición, dicho tratamiento de dicha señal de entrada se efectúa mediante un circuito electrónico para producir una señal de salida, la cual en dicha banda de bajas frecuencias corresponde a la integral matemática en función del tiempo de dicha señal de entrada, es decir a la velocidad vibratoria de dicho objeto, y en dicha banda de altas frecuencias corresponde a dicha señal de entrada, es decir a la aceleración vibratoria de dicho objeto.
Description
Procedimiento y sistema de medida vibratoria
combinada.
La invención se refiere a un procedimiento para
medir las vibraciones mecánicas de un objeto.
La invención se refiere además a un sistema para
medir las vibraciones mecánicas de un objeto, (ver
US-A-3 757 565).
A título de ejemplo, un espectro de frecuencias
de una señal representativa de las vibraciones de un compresor
axial o de una máquina giratoria industrial o aeronáutica presenta
en general dos campos bastante diferentes:
1) en bajas frecuencias, por ejemplo en una gama
de frecuencias inferiores a 1000 o 2000 Hertzios, la señal
vibratoria tiene un nivel bastante bajo en término de aceleración y
es por ejemplo inferior a 1 m/s^{2}.
En el campo aeronáutico e industrial, una señal
vibratoria en bajas frecuencias está transformada o medida en
término de velocidad vibratoria que es representativa de la energía
vibratoria, a menudo destructiva, actuando sobre una máquina
giratoria.
Las bandas de bajas frecuencias, y niveles de
señal vibratoria aceptables en estas bandas, son ampliamente
normalizados en función de las máquinas, por ejemplo:
- según normas ISO 2954/VDI2056, entre 10 y 1000
Hertzios,
- según norma API 670, entre 10 y 2500 Hertzios,
etc.
En bajas frecuencias, el nivel de la señal
vibratoria a la frecuencia fundamental de rotación presenta un
interés particular para el equilibrio de los rotores principales
(por ejemplo en el caso de una soplante, de un compresor y de una
turbina, de una hélice, etc.). Asimismo, el nivel de la señal
vibratoria de los armónicos en bajas frecuencias presenta un cierto
interés para ciertos análisis.
2) En frecuencias medias y altas (por ejemplo en
frecuencias superiores a 1000 Hertzios), se encuentra en el
espectro de frecuencias de una señal representativa de las
vibraciones de un objeto, unas rayas correspondiendo por ejemplo a
vibraciones de engranes, múltiples y modulaciones de tales rayas,
rayas correspondiendo a pasajes de alabeado, signaturas de
rodamiento, etc.
- En el campo industrial, una señal vibratoria en
medias y altas frecuencias se mide en término de aceleración
vibratoria, y su nivel es relativamente elevado y a menudo superior
a 10 m/s^{2.}
- en el campo aeronáutico civil y sobre todo
militar, la aceleración vibratoria en altas frecuencias puede
alcanzar 10000 m/s^{2}, lo que puede provocar unas saturaciones
del primer piso de amplificación de la cadena de medida.
Las diferencias muy marcadas, indicadas arriba
entre las características de una señal vibratoria en bajas
frecuencias y las características de la misma señal en medias y
altas frecuencias, hacen que, para ciertas aplicaciones como por
ejemplo para medir las vibraciones actuando sobre un grupo
turbo-propulsor de avión, se tienen que instalar
dos cadenas de medida diferentes: una primera cadena de medida para
vigilar, en el campo de bajas frecuencias, la componente de la
señal vibratoria correspondiendo a vibraciones en relación con la
rotación de la hélice, y una segunda cadena de medida para vigilar,
en el campo de altas frecuencias, la componente de la señal
vibratoria correspondiendo a vibraciones del engrane del reductor.
Tal solución tiene como desventajas no solamente un encarecimiento
del sistema de medida, sino también una disminución de la
fiabilidad de tal sistema, siendo éste más complejo y, en
consecuencia, la probabilidad de defectos es más elevada.
El objetivo de la presente invención es proponer
un procedimiento y un sistema para medir las vibraciones mecánicas
permitiendo eliminar las desventajas mencionadas arriba. Este
objetivo se alcanza en particular por los procedimientos según las
reivindicaciones 1 y 2, y por los sistemas definidos por las
reivindicaciones 3 y 4.
La ventaja principal de la presente invención es
que permite obtener a partir de un solo transductor y mediante una
sola cadena de medida una señal de salida única, la cual en el campo
de bajas frecuencias corresponde a la velocidad vibratoria, y en el
campo de medias y altas frecuencias corresponde a la aceleración
vibratoria.
La información así obtenida sobre la velocidad
vibratoria es utilizable para cuantificar la severidad de las
vibraciones en baja frecuencia, y, tomar las medidas necesarias para
proteger la máquina, mientras que la información obtenida sobre la
aceleración vibratoria es utilizable sobre todo para el diagnostico
y el seguimiento del estado de salud de los componentes mecánicos
tales como rodamientos, alabeados y engranes, los cuales generan
particularmente unas vibraciones en altas frecuencias, cuando su
estado mecánico se degrada.
La invención ofrece además la ventaja
siguiente:
Permite sea aumentar el nivel de la señal en
bajas frecuencias, donde se está limitado a menudo por unos
problemas de ruido de fondo de las cadenas, sea disminuir las
amplitudes en altas frecuencias, que podrían provocar unas
saturaciones en la continuación de la cadena de medida.
En estos dos casos, la ventaja reside en una
optimización de la dinámica de la señal. En un ejemplo sencillo de
turbo-alternador industrial, se ha calculado que la
dinámica necesaria era optimizada de casi 30 dB. Esta mejora reduce
las exigencias de resultado para el aval de las cadenas de
adquisición y permite por ejemplo
- una simplificación de los atenuadores o
amplificadores de entrada de la unidad de tratamiento de señal,
y
- una menor exigencia para la resolución de los
convertidores analógico-numérico (CAN), en término
de número de bits necesarios.
La invención permite pues alcanzar
simultáneamente dos objetivos, por una parte una mejora de la
dinámica en el tratamiento de la señal de medida, y por otra parte
la puesta a disposición de dos magnitudes físicas de uso corriente
en análisis vibratoria, aceleración y velocidad, y esto, en una
señal de salida única proviniendo de un solo captador.
Otra ventaja de la invención es el hecho de que
permite un aumento de la productividad de las medidas que se pueden
efectuar con un sistema de medida de vibraciones mecánicas. En
efecto, por razones de dinámica en el tratamiento de las señales,
hasta ahorra era necesario efectuar dos análisis separados: una en
la banda de bajas frecuencias, y otra en la banda de medias y altas
frecuencias. Cada uno de los análisis consiste en un tratamiento de
tipo FFT (Fast Fourrier Transform) mediano, por consiguiente
necesariamente largo en tiempo, para el personal y para el
procesador. Como la presente invención permite adaptar la dinámica
de la señal, el análisis de la señal de medida puede efectuarse en
un solo pasada, resultando una ganancia de tiempo y una
simplificación en la gestión de la base de datos vibratoria.
Por aplicación repetida del procedimiento según
la invención, es posible obtener una señal de salida única
portadora de información sobre tres magnitudes físicas tales como
desplazamiento, velocidad y aceleración. Las aplicaciones de esta
variante son sin embargo más limitadas.
Se describen a continuación formas de ejecución
de la invención, a título de ejemplos y mediante dibujos anexos en
los cuales:
La figura 1 muestra un esquema de principio de un
primer sistema según la invención,
la figura 2 muestra el esquema bloque de una
primera forma de ejecución de un sistema cuyo esquema de principio
está representado por la figura 1,
la figura 3 muestra el esquema bloque de una
segunda forma de ejecución de un sistema cuyo esquema de principio
está representado por la figura 1,
la figura 4 muestra el esquema bloque de una
tercera forma de ejecución de un sistema cuyo esquema de principio
está representado por la figura 1,
la figura 5 muestra un esquema de principio de un
segundo sistema según la invención.
la figura 6 muestra el esquema bloque de una
primera forma de ejecución de un sistema cuyo esquema de principio
está representado a la figura 5,
la figura 7 muestra el esquema bloque de una
segunda forma de ejecución de un sistema cuyo esquema de principio
está representado a la figura 5,
la figura 8 muestra la curva típica de respuesta
en frecuencia de un sistema según la invención.
Como representado por el esquema de principio de
la figura 1, un primer sistema según la invención para medir las
vibraciones mecánicas de un objeto comprende un transductor 11), el
cual está montado sobre un objeto sometido a vibraciones, y un
circuito electrónico 13).
El transductor 11 tiene una salida 12 en la cual
proporciona una señal representativa de la aceleración del
movimiento vibratorio del objeto. Esta señal tiene un espectro de
frecuencias que comprende una banda llamada de bajas frecuencias,
debajo de una frecuencia llamada de transición y una banda llamada
de altas frecuencias, arriba de dicha frecuencia de transición.
El circuito electrónico 13 tiene una entrada 14
conectada a la salida 12 del transductor 11 y una salida 15. El
circuito 13 sirve a tratar la señal proporcionada a la salida 12 del
transductor 11. El circuito 13 proporciona en su salida 15 una
señal de salida, la cual en dicha banda de bajas frecuencias
corresponde a la integral matemática en función del tiempo de la
señal de salida del transductor 11, y en dicha banda de altas
frecuencias corresponde a dicha señal de salida del transductor 11.
La señal de salida proporcionada a la salida 15 del circuito
electrónico 13 es por consiguiente tal que, en dicha banda de bajas
frecuencias, corresponde a la velocidad del movimiento vibratorio
del objeto, y en dicha banda de altas frecuencias, corresponde a la
aceleración del movimiento vibratorio del objeto.
El sistema de medida según la figura 1 permite
pues la puesta en práctica de un primer procedimiento según la
invención caracterizado porque comprende:
el tratamiento de una señal de entrada
representativa de una aceleración en relación con una vibración
mecánica del objeto examinado, teniendo dicha señal de entrada un
espectro de frecuencias que comprende una banda llamada de bajas
frecuencias, debajo de una frecuencia llamada de transición y una
banda llamada de altas frecuencias, arriba de dicha frecuencia de
transición, efectuando dicho procedimiento dicho tratamiento de
dicha señal de entrada mediante un circuito electrónico para
producir una señal de salida tal que la señal proporcionada a la
salida 15 del circuito electrónico 13, siendo dicha señal de salida
tal que
en dicha banda de bajas frecuencias, corresponde
a la integral matemática en función del tiempo de dicha señal de
entrada, es decir a la velocidad vibratoria de dicho objeto, y,
en dicha banda de altas frecuencias, corresponde
a dicha señal de entrada, es decir a la aceleración vibratoria de
dicho objeto.
La figura 2 muestra el esquema bloque de un
primer ejemplo de un sistema de medida, cuyo esquema de principio
está mostrado a la figura 1. El sistema mostrado par la figura 2
comprende: un transductor 31 montado sobre un objeto sometido a
vibraciones (objeto no representado en la figura 2) y un circuito
electrónico para el tratamiento de la señal de salida proporcionada
por el transductor 31.
El transductor 31 tiene la función de
acelerómetro y proporciona como señal de salida una carga eléctrica
Q sobre una línea 32. Esta carga eléctrica es proporcional a la
aceleración del objeto sobre toda la gama de las frecuencias de
interés.
El circuito electrónico para el tratamiento de la
señal de salida proporcionada por el transductor 31 sobre la línea
32 comprende dos brazos 33, 34. Cada uno de estos brazos comprende
un divisor de carga C1, respectivamente C2 permitiendo optimizar la
repartición de la dinámica, seguido de un amplificador de carga 35,
respectivamente 36. Unas capacidades de
contra-reacción Cf_{1}, respectivamente Cf_{2}
permiten controlar las ganancias de los amplificadores 35
respectivamente 36. Las bandas de frecuencias transmitidas por estos
amplificadores pueden ser limitadas. En el primer brazo 33 el
amplificador 35 está seguido de un integrador 37, el cual transforma
la señal correspondiendo a la aceleración proporcionada a la salida
del amplificador 35 en una señal correspondiendo a la velocidad. El
integrador 37 está seguido de un filtro pasa-bajo
"passe-bas" 38, cuya banda pasante se extiende
de f_{o} a f_{1}, siendo f_{o} la frecuencia mínima de
interés, y siendo f_{1} la frecuencia llamada de transición. En el
segundo brazo 34, el amplificador 36 está seguido directamente de
un filtro pasa-alto
"passe-haut" 39 cuya banda pasante se extiende
de f_{1} a f_{2}, siendo f_{2} la frecuencia máxima de
interés. Las señales de salida de los dos brazos 33 y 34 están
aplicadas a las entradas de un somador 40, el cual proporciona una
señal de salida E_{s}, cuya expresión matemática es:
\vskip1.000000\baselineskip
- E_{s} = dx/dt = x'
- en el intervalo \hskip1cm [f_{o};f_{1}]
- E_{s} = d^{2}x/dt^{2} = x''
- en el intervalo \hskip1cm [f_{1};f_{2}]
- de donde
- E_{s} = (x'[f_{o};f_{1}]) {}\hskip0,5cm \oplus {}\hskip0,5cm (x''[f_{1};f_{2}])
\vskip1.000000\baselineskip
La variable x representa el desplazamiento
vibratorio.
La figura 3 muestra el esquema bloque de un
segundo ejemplo de un sistema de medida cuyo esquema de principio
está mostrado por la figura 1. El sistema mostrado por la figura 3
comprende: un transductor 51 montado sobre un objeto sometido a
vibraciones (objeto no representado a la figura 3) y un circuito
electrónico para el tratamiento de la señal de salida proporcionada
por el transductor 51.
El transductor 51 tiene la función de
acelerómetro y proporciona como señal de salida una carga eléctrica
Q proporcional a la aceleración del objeto sobre toda la gama de
frecuencias de interés.
El transductor 51 está seguido de un amplificador
de carga 52 que tiene una dinámica adaptada en toda la banda de
frecuencias útil. El amplificador de carga 52 está seguido de dos
brazos 53, 54 para el tratamiento de su señal de salida, que
corresponde a la aceleración del objeto.
El brazo 53 comprende un integrador 55, el cual
transforma la señal proporcionada a la salida del amplificador 52 y
correspondiendo a la aceleración en una señal correspondiendo a la
velocidad. El integrador 55 está seguido de un amplificador de
ganancia ajustable 56, el cual está seguido de un filtro
pasa-bajo "passe-bas" 57, cuya
banda pasante se extiende de f_{o} a f_{1}.
El brazo 54 comprende un amplificador de ganancia
ajustable 58 seguido de un filtro pasa-arriba
"passe-haut" 59, cuya banda pasante se
extiende de f_{1} a f_{2}.
Los amplificadores de ganancia ajustable 56 y 58
permiten dominar las dos sensibilidades, en velocidad y en
aceleración.
Las señales de salida de los dos brazos 53 y 54
están aplicadas a las entradas de un somador 60, el cual proporciona
una señal de salida E_{s} cuya expresión matemática es la misma
que para el ejemplo descrito anteriormente mediante la figura
2:
\vskip1.000000\baselineskip
- E_{s} = dx/dt = x'
- en el intervalo \hskip1cm [f_{o};f_{1}]
- E_{s} = d^{2}x/dt^{2} = x''
- en el intervalo \hskip1cm [f_{1};f_{2}]
- de donde
- E_{s} = (x'[f_{o};f_{1}]) {}\hskip0,5cm \oplus {}\hskip0,5cm (x''[f_{1};f_{2}])
\vskip1.000000\baselineskip
La variante x representa el desplazamiento
vibratorio.
La figura 4 muestra un esquema bloque de un
tercer ejemplo de un sistema de medida, cuyo esquema de principio
está mostrado por la figura 1. El sistema mostrado por la figura 4
comprende: un transductor 71 montado sobre un objeto sometido a
vibraciones (objeto no-representado a la figura 4) y
un circuito electrónico para el tratamiento de la señal de salida
proporcionada por el transductor 71.
El transductor 71 tiene la función de
acelerómetro y proporciona como señal de salida una carga eléctrica
Q proporcional a la aceleración del objeto sobre toda la gama de
frecuencias de interés.
El transductor 71 está seguido de un amplificador
de carga 72 que tiene una dinámica adaptada en toda la banda de
frecuencias útil. El amplificador de carga 72 está seguido de un
circuito 73 para el tratamiento de su señal de salida, el cual
corresponde a la aceleración del objeto. El circuito 73 está a su
vez seguido de un amplificador de ganancia ajustable 74.
El circuito 73 es un integrador limitado I/P, el
cual tiene la estructura mostrada a la figura 4. En el circuito 73
la señal de salida proporcionada por el amplificador 72 sufre en el
sentido electrónico del término una integración I/P llamada
"limitada". El término de integración "limitada" se
justifica por el hecho de que el circuito I/P actúa como un
integrador matemático en la banda de bajas frecuencias hasta la
frecuencia llamada de transición f_{1}, campo donde la impedancia
de la contra reacción del amplificador que forma parte del
integrador I/P es esencialmente capacitiva, luego se vuelve
resistiva para el campo de las altas frecuencias. Dicha frecuencia
de transición f_{1} obedece a la relación:
f_{1} = 1 / 2
\ \Pi \ R_{1}
C_{1}
La señal de salida proporcionada por el circuito
73 está amplificada por el amplificador de ganancia ajustable
74.
El amplificador de ganancia ajustable 74
proporciona una señal de salida E_{s} cuya expresión matemática es
la misma que para los ejemplos descritos anteriormente mediante las
figuras 2 y 3:
\vskip1.000000\baselineskip
- E_{s} = dx/dt = x'
- en el intervalo \hskip1cm [f_{o};f_{1}]
- E_{s} = d^{2}x/dt^{2} = x''
- en el intervalo \hskip1cm [f_{1};f_{2}]
- de donde
- E_{s} = (x'[f_{o};f_{1}]) {}\hskip0,5cm \oplus {}\hskip0,5cm (x''[f_{1};f_{2}])
\vskip1.000000\baselineskip
La variante x representa el desplazamiento
vibratorio.
En este ejemplo la señal de salida E_{s}
realiza la función
- \quad
- E_{s} = (x'[f_{o};f_{1}]) {}\hskip0,5cm \oplus {}\hskip0,5cm (x''[f_{1};f_{2}])
Precisamente a las asíntotas, es decir cerca de
las frecuencias f_{o} y f_{2}, y con un cierto error alrededor
de la frecuencia de transición f_{1}.
Como representado por el esquema de principio de
la figura 5, un segundo sistema según la invención para medir las
vibraciones mecánicas de un objeto comprende un transductor 21), el
cual está montado sobre un objeto sometido a vibraciones, y un
circuito electrónico 23).
El transductor 21 tiene una salida 22 en la cual
proporciona una señal representativa de la velocidad del movimiento
vibratorio del objeto. Esta señal tiene un espectro de frecuencias
comprendiendo una banda llamada de bajas frecuencias, debajo de una
frecuencia llamada de transición y una banda llamada de altas
frecuencias, arriba de dicha frecuencia de transición.
El circuito electrónico 23 tiene una entrada 24
conectada a la salida 22 del transductor 21 y una salida 25. El
circuito 23 sirve a tratar la señal proporcionada a la salida 22 del
transductor 21. El circuito 23 proporciona en su salida 25 una
señal de salida, la cual, en dicha banda de bajas frecuencias,
corresponde a la integral matemática en función del tiempo de la
señal de salida del transductor 21, y, en dicha banda de altas
frecuencias, corresponde a dicha señal de salida del transductor
21. La señal de salida proporcionada a la salida 25 del circuito
electrónico 23 es por consiguiente tal que, en dicha banda de bajas
frecuencias, corresponde al desplazamiento asociado al movimiento
del objeto, y, en dicha banda de altas frecuencias, corresponde a la
velocidad del movimiento vibratorio del
objeto.
objeto.
El sistema de medida según la figura 5 permite
pues la puesta en práctica de un segundo procedimiento según la
invención caracterizado porque comprende:
el tratamiento de una señal de entrada
representativa de una velocidad en relación con una vibración
mecánica del objeto examinado, teniendo dicha señal de entrada un
espectro de frecuencias comprendiendo una banda llamada de bajas
frecuencias, debajo de una frecuencia llamada de transición y una
banda llamada de altas frecuencias, arriba de dicha frecuencia de
transición, dicho procedimiento efectúa dicho tratamiento de dicha
señal de entrada mediante un circuito electrónico para producir una
señal de salida tal como la señal proporcionada a la salida 25 del
circuito electrónico 23, dicha señal de salida es tal que
en dicha banda de bajas frecuencia, corresponde a
la integral matemática en función del tiempo de dicha señal de
entrada, es decir al desplazamiento vibratorio de dicho objeto,
y
en dicha banda de altas frecuencias corresponde a
dicha señal de entrada, es decir a la velocidad vibratoria de dicho
objeto.
La figura 6 muestra el esquema bloque de una
primera forma de ejecución de un sistema de medida, cuyo esquema de
principio está mostrado a la figura 5. El sistema mostrado a la
figura 6 comprende un transductor 81 montado sobre un objeto
sometido a vibraciones (objeto no representado a la figura 6) y un
circuito electrónico 83 para el tratamiento de la señal de salida
proporcionada por el transductor 81.
El transductor 81 tiene la función de velocímetro
y proporciona como señal de salida una tensión eléctrica
representativa de la velocidad vibratoria del objeto sobre el
conjunto de la gama de frecuencias de interés.
El transductor 81 está seguido de una etapa de
amplificación 82 y puede comprender o no unos elementos de
corrección.
El amplificador 82 está seguido de dos brazos 83,
84 para el tratamiento de su señal de salida, la cual representa la
velocidad vibratoria del objeto.
El brazo 83 comprende un integrador 85, el cual
transforma la señal proporciona a la salida del amplificador 82 y
correspondiendo a la velocidad vibratoria en una señal
correspondiendo al desplazamiento vibratorio. El integrador 85 está
seguido de un amplificador de ganancia ajustable 86, el cual está
seguido de un filtro pasa-bajo
"passe-bas" 87, cuya banda pasante se extiende
de f_{o} a f_{1}.
El brazo 84 comprende un amplificador de ganancia
ajustable 88 seguido de un filtro pasa-alto
"passe-haut" 89, cuya banda se extiende de
f_{o} a f_{2}.
Los amplificadores de ganancia ajustable 86 y 88
permiten dominar las dos sensibilidades, en desplazamiento
vibratorio y en velocidad vibratoria.
\newpage
Las señales de salida de los brazos 83 y 84 están
somados mediante un somador 90, el cual proporciona una señal de
E_{s}, cuya expresión matemática es:
\vskip1.000000\baselineskip
- E_{s} = x
- en el intervalo \hskip1cm [f_{o};f_{1}]
- E_{s} = dx/dt = x'
- en el intervalo \hskip1cm [f_{1};f_{2}]
- de donde
- E_{s} = (x[f_{o};f_{1}]) {}\hskip0,5cm \oplus {}\hskip0,5cm (x'[f_{1};f_{2}])
\vskip1.000000\baselineskip
La variante x representa el desplazamiento
vibratorio.
La figura 7 muestra el esquema bloque de un
segundo ejemplo de un sistema de medida, cuyo esquema de principio
está mostrado a la figura 5. El sistema mostrado a la figura 7
comprende: un transductor 91 montado sobre un objeto sometido a
vibraciones (objeto no representado a la figura 7) y un circuito
electrónico para el tratamiento de la señal de salida proporcionada
por el transductor 91.
El transductor 91 tiene la función de velocímetro
y proporciona como señal de salida una tensión eléctrica
proporcional a la velocidad vibratoria del objeto sobre toda la gama
de frecuencias de interés.
El transductor 91 está seguido de un amplificador
92 que tiene una dinámica adaptada en toda la banda de frecuencias
útil. El amplificador 92 está seguido de un circuito 93 para el
tratamiento de su señal de salida. El circuito 93 está a su vez
seguido de un amplificador de ganancia ajustable 94.
El circuito 93 es un integrador limitado I/P, el
cual tiene la estructura mostrada a la figura 7. En el circuito 93
la señal de salida proporcionada por el amplificador 92 sufre en el
sentido electrónico del término una integración I/P llamada
"limitada". El término de integración "limitada" se
justifica por el hecho de que el circuito I/P actúa como un
integrador matemático en la banda de las bajas frecuencias hasta la
frecuencia llamada de transición f_{1}, campo donde la impedancia
de la contra reacción del amplificador que forma parte del
integrador I/P es esencialmente capacitiva, luego se vuelve
resistiva para el campo de las altas frecuencias. Dicha frecuencia
de transición f_{1} obedece a la relación:
f_{1} = 1/2 \
\Pi \ R_{1}
C_{1}
La señal de salida proporcionada por el circuito
93 está amplificada por el amplificador de ganancia ajustable
94.
El amplificador de ganancia ajustable 94
proporciona una señal de salida E_{s} cuya expresión matemática es
la misma que para el ejemplo descrito anteriormente mediante la
figura 6:
\vskip1.000000\baselineskip
- E_{s} = x
- en el intervalo \hskip1cm [f_{o};f_{1}]
- E_{s} = dx/dt = x'
- en el intervalo \hskip1cm [f_{1};f_{2}]
- de donde
- E_{s} = (x[f_{o};f_{1}]) {}\hskip0,5cm \oplus {}\hskip0,5cm (x'[f_{1};f_{2}])
\vskip1.000000\baselineskip
La variante x representa el desplazamiento
vibratorio.
En este ejemplo la señal de salida E_{s}
realiza la función
- \quad
- E_{s} = (x [f_{o};f_{1}]) {}\hskip0,5cm \oplus {}\hskip0,5cm (x'[f_{1};f_{2}])
Precisamente a las asíntotas, es decir cerca de
las frecuencias f_{o} y f_{2}, y con un cierto error alrededor
de la frecuencia de transición f_{1}.
En el marco de la invención ninguna limitación
está impuesta en cuanto a la elección del tipo de transductor
utilizado. Los transductores mencionados arriba lo son a título de
ejemplos. Se menciona además: los acelerómetros piezoeléctricos de
electrónica integrada teniendo una señal de salida modulada en
tensión, los acelerómetros piezoeléctricos de electrónica integrada
teniendo una señal de salida modulada en corriente eléctrico, los
acelerómetros piezoresistivos teniendo una señal de salida en
tensión, todos estos tipos de transductores pueden utilizarse
indiferentemente con los circuitos electrónicos representados en las
figuras 3 y 4. El velocímetro óptico puede utilizarse con el
circuito representado a las figuras 6 y 7.
El circuito electrónico efectuando el tratamiento
de la señal proporcionada por el transductor puede ser sea
incorporado en la caja del transductor, sea desplazado de ésta. En
el primer caso, se trata de un transductor de electrónica
integrada, para el cual la salida 12 y la conexión 14 de la figura 1
son físicamente confundidas. En el segundo caso, la electrónica
desplazada está situada en una caja acondicionadora, situada a
distancia del captador o
transductor.
transductor.
Para simplificar la descripción, en los esquemas
representados en las figuras anexas no se han representado los
componentes siguientes, los cuales son sin embargo necesarios y su
empleo bien conocido del especialista:
- un filtro pasa-alto
"passe-haut" para atenuar las muy bajas
frecuencias está situado en cabeza de las partes del circuito
sirviendo a efectuar una operación de integración matemática.
- un filtro pasa-bajo
"passe-haut" está también utilizado para
rechazar las altas frecuencias o los parásitos indeseables.
En cada uno de los circuitos descritos arriba
haciendo referencia a las figuras, la señal de salida E_{s} puede
ser transmitida en forma de tensión eléctrica o a través de un
convertidor tensión corriente, o también en cualquier otra forma de
transmisión (óptica, Hertziana en modulación de amplitud, en
modulación de frecuencia etc...).
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 8 representa un ejemplo de curva de
respuesta en frecuencia de un sistema según la invención, curva con
escalas log-log, con la frecuencia expresada en kHz
sobre el eje horizontal y la aceleración expresada en (m/s^{2})
sobre el eje vertical. Esta curva da la función de transferencia
entre una señal de excitación vibratoria de un nivel de aceleración
constando de 1 m/s^{2} sobre toda la banda de frecuencia de
interés (10 Hz a 50 kHz) y la señal de salida del sistema de medida
en dicha banda de frecuencia de interés.
La sensibilidad de la cadena de medida para este
ejemplo es A_{s} = 1,26 mV (m/s^{2}) representativa de la
aceleración del movimiento vibratorio en la banda de frecuencia de
f_{1} = 500 Hz a f_{2} = 50 kHz y V_{s} = 3,94 mV/(mm/s)
representativa de la velocidad del movimiento vibratorio en la banda
de frecuencia de f_{o} = 10 Hz a f_{1} = 500 Hz. La curva de
respuesta en frecuencia según la figura 8 presenta dos brazos:
- el brazo en el campo de las bajas frecuencias
representa la integración matemática,
v(t) =
\int a(t)dt \ v(\fint) =
\frac{a(\fint)}{2.\Pi.\fint}
\vskip1.000000\baselineskip
de
donde
\delta (t) =
\int v(t)dt \ \delta(\fint) =
\frac{v(\fint)}{2.\Pi.\fint}
con
- \delta o x:
- desplazamiento vibratorio
- v o \dot{x}:
- velocidad vibratoria
- a o \ddot{x}:
- aceleración vibratoria
y tiene una pendiente de -6
dB/octava.
- el brazo en el campo de las medias y altas
frecuencias representa una sensibilidad constante.
En el ejemplo de representación de la curva de
respuesta en frecuencia mostrada a la figura 8, se han excluido los
limites en muy bajas frecuencias (inferiores a f_{o}), dadas por
el filtro pasa-alto
"passe-haut", necesario antes de la operación
de integración matemática, y el filtro pasa-bajo
"passe-bas", cuya frecuencia limite superior
está situada en muy altas frecuencias (superiores a f_{2}), para
eliminar señales o parásitos indeseables.
Estos dos brazos se unen a una frecuencia llamada
de tansición \fint_{1}.
Si se quiere respetar la continuidad de la curva
en \fint_{1}, las sensibilidades en velocidad Vs y en
aceleración As siguen la relación siguiente: A_{s} = (1/(2
\Pi f_{1})) V_{s}
Y las sensibilidades en desplazamiento Ds
y en velocidad Vs siguen la misma relación: V_{s} = (1/(2
\Pi f_{1}) D_{s}.
En el ejemplo de representación de la curva de
respuesta en frecuencia mostrada por la figura 8, la frecuencia de
transición es f_{1} = 500 Hz, el límite inferior de la banda
llamada de baja frecuencia es f_{o} = a 10 Hz, y el limite
superior de la banda llamada de alta frecuencia es f_{2} = 50
kHz.
Claims (10)
1. Procedimiento para medir las vibraciones
mecánicas de un objeto, dicho procedimiento está
caracterizado porque comprende
el tratamiento de una señal de entrada
representativa de una aceleración en relación con una vibración
mecánica de dicho objeto, teniendo dicha señal de entrada un
espectro de frecuencias comprendiendo una banda llamada de bajas
frecuencias, debajo de una frecuencia llamada de transición y una
banda llamada de altas frecuencias, arriba de dicha frecuencia de
transición,
dicho tratamiento de dicha señal de entrada se
efectúa mediante un circuito electrónico para producir una señal de
salida, la cual
en dicha banda de bajas frecuencias corresponde a
la integral matemática en función del tiempo de dicha señal de
entrada, es decir a la velocidad vibratoria de dicho objeto, y
en dicha banda de altas frecuencias corresponde a
dicha señal de entrada, es decir a la aceleración vibratoria de
dicho objeto.
2. Procedimiento para medir las vibraciones
mecánicas de un objeto, dicho procedimiento se caracteriza
porque comprende
el tratamiento de una señal de entrada
representativa de una velocidad en relación con una vibración
mecánica de dicho objeto, teniendo dicha señal de entrada un
espectro de fecuencias que comprende una banda llamada de bajas
frecuencias, debajo de una frecuencia llamada de transición y una
banda llamada de altas frecuencias, arriba de dicha frecuencia de
transición,
efectuándose dicho tratamiento de dicha señal de
entrada mediante un circuito electrónico para producir una señal de
salida, la cual
en dicha banda de bajas frecuencias corresponde a
la integral matemática en función del tiempo de dicha señal de
entrada, es decir al desplazamiento vibratorio de dicho objeto,
y
en dicha banda de altas frecuencias corresponde a
dicha señal de entrada, es decir a la velocidad vibratoria de dicho
objeto.
3. Sistema para medir las vibraciones mecánicas
de un objeto, estando caracterizado dicho sistema porque
comprende:
(a) un transductor (11) montado sobre dicho
objeto, siendo dicho transductor (11) capaz de proporcionar en su
salida (12) una señal, llamada señal de entrada, representativa de
una aceleración en relación con una vibración mecánica de dicho
objeto, teniendo dicha señal de entrada un espectro de frecuencias
comprendiendo una banda llamada de bajas frecuencias, debajo de una
frecuencia llamada frecuencia de transición y una banda llamada de
altas frecuencias, arriba de dicha frecuencia de transición, y
(b) un circuito electrónico (13) que tiene una
entrada (14) conectada a la salida (12) de dicho transductor (11) y
una salida (15), siendo dicho circuito (13) capaz de tratar dicha
señal de entrada para proporcionar en su salida (15) una señal de
salida, la cual
en dicha banda de bajas frecuencias corresponde a
la integral matemática en función del tiempo de dicha señal de
entrada, y
en dicha banda de altas frecuencias corresponde a
dicha señal de entrada.
4. Sistema para medir las vibraciones mecánicas
de un objeto, estando caracterizado dicho sistema porque
comprende:
(a) un transductor (21) montado sobre dicho
objeto, siendo dicho transductor capaz de proporcionar en su salida
(22) una señal, llamada señal de entrada, representativa de una
velocidad en relación con una vibración mecánica de dicho objeto,
teniendo dicha señal de entrada un espectro de frecuencias que
comprende una banda llamada de bajas frecuencias, debajo de una
frecuencia llamada de transición y una banda llamada de altas
frecuencias arriba de dicha frecuencia de transición, y
(b) un circuito electrónico (23) que tiene una
entrada (24) conectada a la salida (22) de dicho transductor (21) y
una salida (25), siendo dicho transductor (23) capaz de tratar dicha
señal de entrada para proporcionar en su salida (25) una señal de
salida, la cual
en dicha banda de bajas frecuencias corresponde a
la integral matemática en función del tiempo de dicha señal de
entrada, y
en dicha banda de altas frecuencias corresponde a
dicha señal de entrada.
5. Sistema según la reivindicación 3, en el cual
el circuito electrónico (13) comprende dos brazos (33, 34):
un primer brazo (33) que comprende el montaje en
serie de un divisor de carga (c_{1}), de un amplificador de carga
(35), de un integrador (37) y de un filtro
pasa-bajo"passe-bas" (38),
y
un segundo brazo (34) que comprende el montaje en
serie de un divisor de carga (C_{2}), de un amplificador de carga
(36) y de un filtro pasa-alto
"passe-haut" (39),
estando las salidas de cada uno de los dos brazos
(33, 34) conectadas a las entradas de un somador (40).
6. Sistema según la reivindicación 3, en el cual
el circuito electrónico (13) comprende un acondicionador (52) de la
señal proporcionada por el transductor (51) y dicho acondicionador
está seguido de dos brazos (53, 54):
un primer brazo (53) comprendiendo el montaje en
serie de un integrador (55), de un amplificador de ganancia
ajustable (56) y de un filtro pasa-bajo
"passe-bas" (57), y
un segundo brazo (54) que comprende el montaje en
serie de un amplificador de ganancia ajustable (58) y de un filtro
pasa-alti "passe-haut"
(59),
estando las salidas de cada uno de los dos
brazos(53,54 conectadas a las entradas de un somador
(60).
7. Sistema según la reivindicación 3, en el cual
el circuito electrónico (13) comprende un acondicionador (72) de la
señal proporcionada por el transductor (71) y dicho acondicionador
está seguido del montaje en serie de un integrador limitado (73) y
de un amplificador de ganancia ajustable (74).
8. Sistema según la reivindicación 4, en el cual
el circuito electrónico (23) comprende un acondicionador (82) de la
señal proporcionada por el transductor (81) y dicho acondicionador
está seguido de dos brazos (83, 84):
un primer brazo (83) comprendiendo el montaje en
serie de un integrador (85), de un amplificador de ganancia
ajustable (86) y de un filtro pasa-bajo
"passe-bas" (87), y
un segundo brazo (84) comprendiendo el montaje en
serie de un amplificador de ganancia ajustable (88) y de un filtro
pasa-alto "passe-haut"
(89),
estando las salidas de cada uno de los dos brazos
(83, 84) conectadas a las entradas de un somador (90).
9. Sistema según la reivindicación 4, en el cual
el circuito electrónico (23) comprende un acondicionador (92) de la
señal proporcionada por el transductor (91) y dicho acondicionador
está seguido del montaje en serie de un integrador limitado (93) y
de un amplificador de ganancia ajustable (94).
10. Sistema según una de las reivindicaciones 3 a
9, caracterizado porque el objeto es un objeto sometido a
unas vibraciones, y en particular una máquina giratoria o una pieza
giratoria unida a dicha máquina.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP99810438A EP1054243B1 (fr) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | Procédé et système de mesure vibratoire combinée |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2255240T3 true ES2255240T3 (es) | 2006-06-16 |
Family
ID=8242835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES99810438T Expired - Lifetime ES2255240T3 (es) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | Procedimiento y sistema de medida vibratoria combinada. |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6386040B1 (es) |
| EP (1) | EP1054243B1 (es) |
| AT (1) | ATE315219T1 (es) |
| CA (1) | CA2304523C (es) |
| DE (1) | DE69929300T2 (es) |
| DK (1) | DK1054243T3 (es) |
| ES (1) | ES2255240T3 (es) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6701788B2 (en) * | 2001-07-31 | 2004-03-09 | Kelsey-Hayes Company | Multiple output inertial sensing device |
| US8965736B2 (en) * | 2011-03-09 | 2015-02-24 | Moog Inc. | High accuracy and high dynamic range MEMS inertial measurement unit with automatic dynamic range control |
| US9595179B2 (en) | 2012-09-26 | 2017-03-14 | Vibrosystm Inc. | System and method for vibration severity assessment independently of vibration frequency |
| CN106679977A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-05-17 | 国电联合动力技术有限公司 | 一种风电机组变桨轴承监控方法及装置 |
| PL235633B1 (pl) * | 2017-11-07 | 2020-09-21 | Instytut Transp Samochodowego | Sposób pomiaru częstotliwości drgań |
| CN109946069B (zh) * | 2019-01-07 | 2020-11-17 | 吉林大学 | 一种基于载荷谱的数控装备拖链可靠性加速试验方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3757565A (en) * | 1972-02-22 | 1973-09-11 | Gen Electric | Non-contact vibration velocity apparatus |
| US4063450A (en) * | 1976-07-02 | 1977-12-20 | General Electric Company | Voltage controlled electronic filter |
| SE426379B (sv) * | 1979-05-02 | 1983-01-17 | Brajnandan Sinha | Anordning for indikering av konditionen hos stotdempare vid hjulfordon |
| FR2458946A1 (fr) * | 1979-06-07 | 1981-01-02 | Snecma | Cellule integrateur destinee a former un filtre, ce filtre et son application a la detection de niveaux vibratoires |
| JPS56137222A (en) * | 1980-03-31 | 1981-10-27 | Hitachi Ltd | Axial vibration monitoring method for rotating machine |
| GB8429309D0 (en) * | 1984-11-20 | 1984-12-27 | Secr Defence | Measurement of wave propagation power flow |
| US4598588A (en) * | 1985-01-22 | 1986-07-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Interior | Detached rock evaluation device |
| DE3609839A1 (de) * | 1986-03-22 | 1987-09-24 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zum selbsttaetigen ausloesen von insassenschutzvorrichtungen bei einem unfall |
| CA1315868C (en) * | 1988-05-30 | 1993-04-06 | Rene Schmidt | Blast recorder and method of displaying blast energy |
| GB8824793D0 (en) * | 1988-10-22 | 1988-11-30 | Sensotect Ltd | Method & apparatus for processing electrical signals |
| US5445028A (en) * | 1992-09-18 | 1995-08-29 | Ametek Aerospace Products Inc. | Dynamic digital tracking filter |
-
1999
- 1999-05-19 DK DK99810438T patent/DK1054243T3/da active
- 1999-05-19 DE DE69929300T patent/DE69929300T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-05-19 ES ES99810438T patent/ES2255240T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1999-05-19 AT AT99810438T patent/ATE315219T1/de active
- 1999-05-19 EP EP99810438A patent/EP1054243B1/fr not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-03-24 US US09/535,524 patent/US6386040B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-04-10 CA CA002304523A patent/CA2304523C/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ATE315219T1 (de) | 2006-02-15 |
| EP1054243A1 (fr) | 2000-11-22 |
| DK1054243T3 (da) | 2006-02-20 |
| DE69929300T2 (de) | 2006-08-03 |
| CA2304523A1 (en) | 2000-11-19 |
| US6386040B1 (en) | 2002-05-14 |
| CA2304523C (en) | 2007-07-10 |
| DE69929300D1 (de) | 2006-03-30 |
| EP1054243B1 (fr) | 2006-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Goldman | Vibration spectrum analysis: a practical approach | |
| US20140090472A1 (en) | Device and method for evaluation of vibrations | |
| KR20090009007A (ko) | 일체형 가속도계·각속도계 구동 시스템 | |
| ES2255240T3 (es) | Procedimiento y sistema de medida vibratoria combinada. | |
| Albarbar et al. | MEMS accelerometers: testing and practical approach for smart sensing and machinery diagnostics | |
| Neto et al. | Investigation of MEMS as accelerometer sensor in an Implantable Centrifugal Blood Pump prototype | |
| RU2339912C1 (ru) | Стенд для контроля измерителей угловой скорости | |
| US20030047002A1 (en) | Mems based angular accelerometer | |
| US4738138A (en) | Measurement of wave propagation power flow in structures | |
| US5349863A (en) | Shock sensor and devices to which the latter is applied | |
| Khan et al. | Application of Volterra and Wiener theories for nonlinear parameter estimation in a rotor-bearing system | |
| RU130705U1 (ru) | Устройство для измерения абсолютных виброперемещений | |
| Badri et al. | A method to calibrate the measured responses by MEMS accelerometers | |
| Robert et al. | Applications | |
| JP2019174220A (ja) | 加速度検出装置およびそれを備える軸受装置 | |
| CN107152928A (zh) | 角速度检测电路、角速度检测装置、电子设备以及移动体 | |
| CN109084891A (zh) | 一种基于受力变化的旋转体噪声测试***及测试方法 | |
| GB2318873A (en) | Method and device for measuring rotor blade vibrations | |
| EP2215439A1 (en) | A vibration sensor having a single virtual center of mass | |
| SU735960A1 (ru) | Устройство дл измерени динамического модул упругости образца материала | |
| RU2058535C1 (ru) | Способ измерения осевого натяга шарикоподшипникового узла ротора динамически настраиваемого гироскопа | |
| Jaroszewicz et al. | Application of fiber optic gyroscope for quality research of angular rotation in slow-speed platforms | |
| SU1142803A1 (ru) | Устройство дл определени боковой чувствительности датчиков вибрационных и ударных ускорений | |
| FI107356B (fi) | Anturi värähtelyjen mittaamiseen | |
| Murphy | The development of a data collector for low-speed machinery |