Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
PHÂN TÍCH TÍN HIỆU DAO ĐỘNG RUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO

PHÂN TÍCH TÍN HIỆU DAO ĐỘNG RUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO

Tải bản đầy đủ - 0trang

8



T



1

. a 2 ( t ).dt

T







ar .m.s =



0



Trong đó:

ar.m.s là giá trị hiệu dụng của gia tốc rung r.m.s, tính bằng mét trên giây bình

phương.

a(t) là gia tốc rung, tính bằng mét trên giây bình phương.

T là khoảng thời gian đo, tính bằng giây.

Giá trị RMS có quan hệ trực tiếp đến thành phần năng lượng của Dao động

rung và được sử dụng phổ biến trong các thiết bị đo Dao động rung.

2.3. Tỷ lệ tuyến tính và logarit

Trong thực tế, khoảng giá trị của Dao động rung rất rộng vì vậy vận tốc và

gia tốc của Dao động rung thường được đo trong các thang tuyến tính hay thang

logarit với đơn vị đo là dB. Cụ thể như sau:

Mức gia tốc rung La, tính bằng dexiben, được tính theo cơng thức sau:

La = 20 log (A/Ao)

Trong đó:

A là gia tốc rung, được tính bằng mét trên giây bình phương, được đo trực

tiếp trên máy theo giá trị r.m.s hoặc tính theo biểu thức sau:

A=



[∑ A



2

n



x 10 an / 10



]



1/ 2



An là giá trị gia tốc rung hiệu dụng ở tần số n Hz; tính bằng mét trên giây

bình phương;

an là hệ số theo dải tần số n Hz;

Ao = 10-5 m/s2

Ngoài ra trong kỹ thuật đo Dao động rung còn nhiều kiểu thang đo khác tùy

trường hợp cụ thể mà sử dụng loại thang đo phù hợp.

2.4. Mô tả Dao động rung máy

Để phân tích chính xác một Dao động rung, nó cần thiết phải mơ tả sự Dao

động rung theo một cách thức nhất quán và đảm bảo độ tin cậy. Sự phân tích

Dao động rung dựa trên sự mô tả bằng con số hơn là sự mô tả bằng lời nói, giúp

cho việc phân tích và truyền đạt được chính xác.

Có hai con số quan trọng nhất mô tả Dao động rung máy là biên độ

(amplitude) và tần số (frequency).



9



Biên độ mô tả mức độ Dao động rung và tần số mô tả tốc độ dao động của

Dao động rung. Cả biên độ và tần số Dao động rung cung cấp cơ sở cho việc xác

định thông số Dao động rung.

Biên độ Dao động rung là độ lớn của sự Dao động rung. Một máy với biên

độ Dao động rung lớn thì sẽ có một chuyển động dao động mạnh, nhanh và lớn.

Vì thế mà biên độ năng lượng của Dao động rung. Nói chung, mức độ hay biên

độ của Dao động rung còn liên hệ tới:

(a) khoảng chuyển động Dao động rung

(b) tốc độ của chuyển động

(c) lực kết hợp với chuyển động

Nhưng trong hầu hết các trường hợp, tốc độ và biên độ vận tốc (velocity

amplitude) của máy cho thơng tin hữu ích về tình trạng của máy.

Vậy vận tốc là gì? Nó đơn giản là tốc độ được đo theo một chiều xác định.



Hình 2.1. Vận tốc quay theo thời gian



Biên độ vận tốc có thể biểu diễn theo các thuật ngữ như peak value (giá trị

đỉnh) hoặc RMS (root-mean-square value – giá trị hiệu dụng).

Biên độ vận tốc tối đa hay đỉnh (peak) của một Dao động rung đơn giản là

giá trị tốc độ Dao động rung maximum (peak) có được của dao động trong một

chu kỳ thời gian.

Trái ngược với biên độ vận tốc tối đa, biên độ vận tốc RMS của Dao động

rung cho chúng ta biết năng lượng Dao động rung. Năng lượng Dao động rung

càng cao, biên độ RMS càng lớn.

Cụm từ “root-mean-square“ thường viết tắt là RMS và biên độ RMS luôn

luôn thấp hơn biên độ tối đa hay biên độ đỉnh (peak amplitude).



10



Hai đơn vị biên độ vận tốc được sử dụng phổ biến là inches/second (in/s)

và millimeters/second (mm/s).

Tần số (Frequency) là khi một thành phần của máy đang Dao động rung nó

sẽ lặp lại các chu kỳ chuyển động. Phụ thuộc vào lực gây ra sự Dao động rung,

thành phần của máy đó sẽ dao động nhanh hay chậm.

Ở tốc độ mà một thành phần của máy dao động được gọi là tần số dao động

hay tần số dao động rung. Tần số dao động rung càng nhanh thì dao động càng

nhanh.



Hình 2.2. Thơng số dao động rung



Chúng ta có thể xác định tần số của một thành phần đang Dao động rung

bằng cách đếm số chu kỳ dao động sau mỗi giây. Ví dụ, một thành phần đi qua 5

chu kỳ trong 1 giây có nghĩa là nó đang Dao động rung ở một tần số 5 chu

kỳ/giây (5cps).



11



Hình 2.3. Thơng tin biểu đồ sóng.



Những thơng tin mà một dạng sóng cho biết, phụ thuộc vào khoảng thời

gian và độ phân giải của một dạng sóng (waveform). Thời khoảng của một

waveform là tổng chu kỳ thời gian qua đi mà có thể biết được từ một waveform.

Trong hầu hết các trường hợp, một vài giây là đủ. Độ phân giải của một

waveform là một số đo mức độ chi tiết trong waveform và được xác định bằng

số điểm dữ liệu mơ tả hình dạng của một waveform. Nếu càng nhiều điểm thì

biểu đồ waveform càng chi tiết.

- Biểu đồ dạng phổ:

Một loại biểu diễn khác thường được sử dụng phổ biến trong phân tích Dao

động rung là biểu đồ phổ (spectrum). Một spectrum là một biểu đồ biểu diễn các

tần số ở một thành phần Dao động rung cùng với các biên độ ở mỗi tần số đó.

Hình dưới đây là một ví dụ về một spectrum vận tốc. Nhưng tại sao một thành

phần máy duy nhất mà lại có đồng thời Dao động rung ở nhiều hơn một tần số.



12



Hình 2.4. Thơng tin biểu đồ dạng phổ.



Trả lời nằm trong thực tế rằng, sự Dao động rung máy, khác với sự chuyển

động dao động đơn giản của một quả lắc, nó khơng chỉ có một chuyển động Dao

động rung đơn giản mà thông thường nó bao gồm nhiều chuyển động Dao động

rung xảy ra đồng thời.

Lấy ví dụ: spectrum vận tốc của một gối đỡ thường cho thấy rằng vòng bi

đang Dao động rung không chỉ ở một tần số mà ở nhiều tần số khác nhau. Sự

Dao động rung ở một vài tần số có thể là do chuyển động của các chi tiết trong

vòng bi, ngồi ra còn ở các tần số khác là do sự tác động của các răng của bánh

răng hoặc có các tần số khác là do sự quay tròn của cánh quạt làm mát motor.

Một spectrum cho thấy các tần số mà ở đó xảy ra sự Dao động rung nên nó

là cơng cụ phân tích Dao động rung rất hữu ích. Bằng việc phân tích các tần số

riêng của một thành phần máy đang Dao động rung cũng như các biên độ tương

ứng với mỗi tần số đó, và chúng ta có thể tìm ra có sự liên phân tích Dao động

rung.

Ngược lại, một waveform lại không cho thấy một cách rõ ràng các tần số

mà ở đó xảy ra sự Dao động rung. Thay vào đó, một waveform lại chỉ biểu diễn

giá trị tổng thể overall. Cho nên sẽ không dễ dàng khi đánh giá dao động rung

bằng biểu đồ waveform.

Cho nên ngoại trừ có một vài trường hợp đặc biệt, các spectrum đóng vai

trò là cơng cụ quan trọng cho việc phân tích Dao động rung.

Các thông tin mà một spectrum chứa đựng phụ thuộc vào giá trị Fmax (tần

số maximum) và độ phân giải (resolution) của spectrum đó. Fmax là giới hạn tần

số của một spectrum có thể biểu diễn. Giá trị Fmax này bao nhiêu phụ thuộc vào

tốc độ vận hành của máy. Tốc độ vận hành càng cao thì Fmax càng phải cao. Độ



13



phân giải của một spectrum là một số đo mức độ chi tiết của spectrum, và được

xác định bởi số đường phổ mơ tả hình dạng của biểu đồ spectrum. Càng nhiều

đường phổ thì mức độ chi tiết của spectrum càng cao.

2.5. Nguyên lý làm việc của thiết bị đo Dao động rung

Spectrum (biểu đồ dạng phổ). Khi chúng ta đo Dao động rung máy chúng

ta thường đo các spectrum Dao động rung, khi mà spectrum của một thành phần

Dao động rung nói cho chúng ta biết thơng tin có giá trị và đạt được độ chính

xác.

Những điều cần phải chú ý để đảm bảo các số đo được chính xác :

- Cách gắn các cảm biến đo Dao động rung.

- Xác định được cần cài đặt các thông số đo nào.

- Cách lấy số đo một cách có hệ thống.

Trước khi lấy số đo Dao động rung, ta phải gắn một cảm biến mà có thể

theo dõi Dao động rung của máy được đo. Có nhiều loại cảm biến đo Dao

động rung khác nhau. Tuy nhiên loại gia tốc kế accelerometer thường được

sử dụng nhất vì có nhiều ưu điểm hơn các loại khác. Gia tốc kế là một cảm

biến mà tạo ra một tín hiệu điện mà tỉ lệ với sự gia tốc của thành phần Dao

động rung.



Hình 2.5. Sơ đồ thu thập dữ liệu dao động rung.



Vậy gia tốc của một thành phần Dao động rung là một số đo về lượng



14



thay đổi của vận tốc của thành phần Dao động rung.

Tín hiệu gia tốc được tạo ra bởi gia tốc kế gắn trên thiết bị đo Dao động

rung và lần lượt chuyển đổi tín hiệu thành một tín hiệu vận tốc. Phụ thuộc

vào sự lựa chọn của người sử dụng, tín hiệu có thể biểu diễn thành biểu đồ

dạng sóng vận tốc hay một biểu đồ phổ vận tốc. Một phổ vận tốc được

chuyển đổi từ biểu đồ waveform vận tốc bằng một công thức toán học gọi là

Fast Fourier Transform hay FFT (gọi là chuyển đổi Fourier).

- Xử lý dữ liệu

Khi đo Dao động rung sẽ có nhiều dạng phổ được đo và sau đo lấy trung

bình để được một dạng phổ trung bình. Một dạng phổ trung bình biểu diễn cách

thức Dao động rung tốt hơn khi mà phép xử lý trung bình làm tối thiểu các ảnh

hưởng của các thay đổi ngẫu nhiên hay các xung nhiễu thường có trong Dao

động rung. Giá trị trung bình tuyến tính được đề nghị cho hầu hết các trường

hợp. Giá trị trung bình số mũ thường được sử dụng chỉ khi cách thức dao động

rung thay đổi đáng kể theo thời gian. Thông số xác định số các dạng phổ liền

nhau sử dụng để tính trung bình, các dạng phổ sử dụng càng lớn, các xung nhiễu

sẽ giảm và các dạng phổ sẽ biểu diễn chính xác hơn.



Hình 2.6. Xử lý dữ liệu bình quân



Tuy nhiên, nếu số lần trung bình càng lớn thì dữ liệu cần thu thập càng

nhiều, và vì thế sẽ mất thời gian để có được biểu đồ dạng phổ trung bình. Số lần

lấy trung bình bằng 4 là đủ cho hầu hết các trường hợp. Dữ liệu được thu thập

không được sử dụng trực tiếp để tạo ra một dạng phổ mà thường đưa sửa chữa

trước để phục vụ cho u cầu nào đó của q trình xử lý FFT (Fast Fourier

Transform là quá trình chuyển đổi dữ liệu thành một biểu đồ dạng phổ). Dữ liệu



15



thường được sửa chữa bởi phép tính nhân của một hệ số hiệu chỉnh. Điều này

ngăn ngừa các đường phổ khơng bị nhòe hay rò sang cái khác.

Thơng số mà xác định cách thức mà dạng phổ được hiển thị được kê ra với

đơn vị tính. Để xác định được cách dạng phổ biểu diễn, tỉ lệ chia của dạng phổ

cần được xác định. Tỉ lệ chia của dạng phổ xác định cách chi tiết của các dạng

phổ có thể được thấy dễ dàng và được xác định bằng thông số “Amplitude scale”

tỉ lệ biên độ. Trong hầu hết trường hợp, “Amplitude scale” có thể là tuyến tính.

Để xác định cách mà dạng phổ hiển thị, cần xác định loại biên độ được sử

dụng. Ở phần trước chúng ta đã xác định có 2 loại biên độ là biên độ đỉnh

“peak” và biên độ hiệu dụng rms. Nếu sử dụng biên độ đỉnh hay biên độ “0peak”, thì dạng phổ sẽ biểu diễn tốc độ tối đa đạt được bởi thành phần dao động

rung ở các tần số dao động rung khác nhau.

Mặt khác, nếu sử dụng biên độ hiệu dụng “rms”, thay vào đó sẽ biểu diễn

một lượng năng lượng dao động rung ở các tần số khác nhau. Đối với các dạng

phổ dao động rung, biên độ đỉnh ở một tần số riêng chính xác là căn bậc hai của

2 lần (1,4 lần) biên độ hiệu dụng rms ở tần số đó. Vì vậy loại biên độ nào được

sử dụng là khơng thật sự quan trọng khi mà có thể thực hiện chuyển đổi đơn vị

nhanh chóng. (Đối với phổ, biên độ đỉnh bằng căn bậc hai của 2 biên độ hiệu

dụng rms. Mối quan hệ này khơng có giá trị đối với biểu đồ dạng sóng

waveform).



Hình 2.7. Giá trị biên độ và hiệu dụng



Chúng ta nên sử dụng cùng loại biên độ cho các điểm đo để tránh sự hiểu

sai. Một sự chuyển đổi từ biên độ rms sang biên độ đỉnh gây ra sự gia tăng của

biên độ dao động rung mà có thể đánh giá sai giá trị dao động rung. Mặt khác,



16



một sự chuyển đổi từ biên độ đỉnh sang biên độ hiệu dụng rms có thể không thấy

được sự gia tăng thực của biên độ Dao động rung.

Tóm lại, việc thiết kế thiết bị đo dao động rung cần xác định thông số là

biên độ (amplitude) và tần số (frequency). Bên cạnh đó gia tốc của thành phần

dao động rung là một thông số đo về lượng thay đổi của vận tốc của thành

phần dao động rung.

Tín hiệu gia tốc được tạo ra bởi gia tốc kế gắn trên thiết bị đo dao động

rung và lần lượt chuyển đổi tín hiệu thành một tín hiệu vận tốc. Phụ thuộc

vào sự lựa chọn, tín hiệu có thể biểu diễn thành biểu đồ dạng sóng vận tốc

hay một biểu đồ phổ vận tốc. Một phổ vận tốc được chuyển đổi từ biểu đồ

dạng sóng vận tốc bằng một cơng thức tốn học gọi là Fast Fourier

Transform hay FFT (gọi là chuyển đổi Fourier).



17



CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

CỦA THIẾT BỊ ĐO DAO ĐỘNG RUNG

3.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thiết bị rung khử ứng suất dư.

Cảm biến

Tín hiệu điều khiển

Thiết bị tạo

dao động



Thiết bị đo dao động

rung

Hiển thị đo lường



Phản hồi ổn định tần số

Tín hiệu hiện thị đo lường



Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thiết bị rung



Nguyên lý chung của hệ thống điều khiển thiết bị rung khử ứng suất dư

trên như sau: Cảm biến gia tốc cảm biến thông số dao động đưa về thiết bị đo xử

lý tín hiệu, Thiết bị đo dao động rung cho ta giá trị thông số biên độ đưa vào bộ

chỉ thị đo, đồng thời lấy tín hiệu biên độ và tần số phản hồi về hệ thống điều

khiển tạo tín hiệu điều khiển thiết bị dao động với tần số mong muốn.

3.2. Sơ đồ khối thiết bị đo dao động rung.

Khối cảm

biến



Khối xử lý

tín hiệu



Khối

khuếch đại



Khối

chuyển đổi

ADC



Khối

nguồn

Hình 3.2. Sơ đồ khối hệ thống đo Dao động rung



Khối hiển

thị đo và

điều khiển



18



- Khối Cảm biến: Đây là bộ phận cảm biến gia tốc kế (biến tín hiệu khơng

điện thành tín hiệu điện).

- Khối xử lý tín hiệu: Khối này có nhiệm vụ xử lý các tín hiệu đầu vào và đưa

vào khuếch đại.

- Khối khuyếch đại trung gian: Bộ phận này có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu

từ Sensor sau xử lý tín hiệu.

- Khối chuyển đổi tương tự số: Khối Analog(tín hiệu liên tục) sang Digital (tín

hiệu số) có nhiệm vụ là phân tích tín hiệu tương tự cần đo mã hố tín hiệu này và

đưa sang chỉ thị số.

- Khối hiển thị: Khối này có nhiệm vụ đọc tín hiệu và hiển thị số liệu đo, khối

kênh nào đo.

- Khối nguồn: Khối này có nhiệm vụ cung cấp điện áp (nguồn ni) cho tất cả

các khối trên và tạo ra nguồn luôn ổn định.

3.3. Nguyên lý các khối chức năng.

3.2.1 Khối nguồn:

- Một máy biến áp: với sơ cấp lấy điện 220V, f = 50Hz. Thứ cấp chia làm hai

cuộn có một điểm chung. Đây là biến áp trung tính.

- 4 diod tạo thành chỉnh lưu cầu.

- Dùng IC ổn áp 7812, 7912 tạo ra nguồn E1 = ± 12V và dùng IC ổn áp 7805

tạo ra nguồn E2 = + 5V.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

PHÂN TÍCH TÍN HIỆU DAO ĐỘNG RUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×