3.2.2. Приборы и методы измерения параметров вибрации

Для измерения параметров вибрации применяют приборы различных конструкций- виброметры и вибрографы. Принцип действия виброметра заключается в преобразовании механических колебаний исследуемого объекта в пропорциональные им электрические сигналы.

В зависимости от типа используемого датчика виброметры могут быть контактными и бесконтактными. Основным недостатком контактных датчиков является их влияние на параметры вибрации. По принципу действия контактные датчики могут быть электромагнитными, пьезоэлектрическими, конденсаторными, тензорезисторными и т.д.

Электромагнитные датчики преобразуют колебания закрепленной на объекте стальной мембраны в электрический сигнал. Частотный диапазон датчиков от 16 Гц до 16 кГц. Выходное напряжение пропорционально скорости движения вибрирующей поверхности.

Принцип действия пьезоэлектрического датчика состоит в возникновении электрического напряжения на поверхности материалов, подвергающихся периодическому сжатию и растяжению. Напряжение датчика пропорционально скорости движения вибрирующей поверхности в диапазоне частот от единиц до сотен Гц.

Конденсаторный датчик является электрическим конденсатором. Одна обкладка конденсатора закреплена на вибрирующей поверхности, а другая неподвижна. В процессе вибрации изменяется электрическая емкость конденсатора. Ее изменение пропорционально смещению вибрирующей поверхности. Электронная схема виброметра представляет собой измеритель электрической емкости и устройство вычисления производной от измеренного сигнала.

Тензорезисторный датчик представляет собой напыленные на пленку из электроизоляционного материала никелевые дорожки. Пленка с напыленными дорожками наклеивается на исследуемую поверхность. При вибрации поверхности пленка деформируется, а являющиеся тензорезистором никелевые дорожки изменяют сопротивление электрическому току.

Примером неавтоматического прибора для исследования параметров вибрации с пьезоэлектрическим датчиком является представленный на рис. 18 измеритель шума и вибрации ВШВ – 003 – М3. Основные достоинства и недостатки этого прибора описаны в предыдущем разделе.

На рис. 20 приведен внешний вид более современного прибора для измерения параметров вибрации – виброметра ШИ-01В. Данный прибор обеспечивает все виды измерений по действующим санитарным нормам. Виброметр оснащен датчиками для исследования общей (воздействующей на ноги) и локальной (действующей на руки) вибрации. Виброметр обладает следующими особенностями и преимуществами:

Прибор позволяет измерять виброскорость и виброускорение в октавных и третьоктавных полосах частот диапазона 0,8 – 1400 Гц, а также автоматически вычисляет эквивалентный, текущие и корректированные уровни виброскорости, учитывающие зависимость чувствительности человеческого организма от частоты вибрации.

Применение современной элементной базы и цифровой обработки сигнала значительно упростило и ускорило процесс измерения характеристик вибрации. Энергонезависимая память может хранить результаты нескольких сотен измерений, которые могут впоследствии передаваться в персональный компьютер для оформления протоколов.

Большой графический дисплей демонстрирует данные измерения в удобном виде, как в цифровой форме, так и в виде аналоговых индикаторов. Для работы в условиях плохой освещенности дисплей имеет подсветку.

Для дистанционного измерения параметров вибраций наиболее распространено использование лазерных датчиков. Их принцип действия заключается в следующем. На вибрирующую поверхность направляется пучок лазерного излучения. Отраженные от поверхности лучи с помощью оптической системы совмещаются с частью неотраженных лучей на приемной площадке преобразователя светового потока в электрический сигнал. Происходит интерференция двух световых потоков. Это изменяет мощность преобразуемого светового потока при смещении вибрирующей поверхности. Данный метод позволяет с очень высокой точностью определять параметры вибраций с амплитудой не более 1/2 длины волны излучения лазера, что соответствует десятым долям мкм. Для измерений вибраций большей амплитуды известны ультразвуковые, микроволновые и др. датчики.