Схемы соединения датчиков

Измеритель с электронным усилителем даёт воз­можность измерить относительные удлинения порядка 1(Г⁵, что соответствует напряжению в стали 2,0

МПа=2-10⁶Дг.

м

Для сравнения предел текучести стали равен 300 МПа, т.е. позволяет измерять рабочие напряжения дос­таточно точно.

Эти датчики используются при создании датчиков для измерения сил, так как они дешёвые и относитель­но прочные.

Датчики сил используются в локомотивном хозяй­стве для создания стендов, применяемых для проверки и регулировки развески локомотивов.

Принцип построения датчика силы

На боковую поверхность полого цилиндра обычнонаклеиваются четыре или более датчиков для увеличе­ния чувствительности датчика силы. Датчики могу! включаться последовательно и параллельно. Обычно -два параллельно и две группы - последовательно.

Параллельное включение датчиков 1-3 и 2-4 по­зволяет исключить неравномерность нагружения дат­чика при смещении силы Рс осевой линии датчика. Последовательное включение групп датчиков 1-3 и 2-4 увеличивает чувствительность датчика силы.

В настоящее время наибольшее распространение получили датчики в которых вместо проволоки

применяют решетку из тонкой фольги. В качестве тензометров можно использовать полупроводниковые материалы, чаше всего это тензолиты, пластические массы из угля или графита. Применяются также полупроводники из германия и кремния.Тензолитовые датчики в 10 раз чувствительней проволочных, а полупроводниковые в 100 раз.Недостатком тех и других является низкая механическая прочность и трудности их наклейки на деталь (ломаются при наклейке).

Требования при использовании тензометрическихдатчиков:

1. Надёжное соединение датчика с поверхностьдетали (очистка и шлифовка места под датчик, специальный клей, сушка).

2. Экранирование подводящих проводов с заземлением экрана на приборе.

3. Стабилизированное питание мостовой схемы соединения датчиков.

4. Специальныйтензоусилитель с коэффициен­том усиления не меньше 2000.

2.5. Устройства для электрических измерений

При диагностировании электрического и элек­тронного оборудования используются обычные, устрой­ства, применяемые при проведении электрических из­мерений. Это добавочные сопротивления, шунты и уст­ройства для гальванической развязки высоковольтныхэлектрических цепей и слаботочныхизмерительных.
Для этого используются измерительные трансформато­ры тока и напряжения.

В последнее время для гальванической развязкиэлектрических цепей используется оптико-электронныеприборы - оптроны. Однако они пока применяются дляразвязки цепей с наибольшим напряжением не выше9000 В.,

Для развязки цепей выше 1000 В следует приме­нять специальные датчики.

В обычной практике для измерения тока в высоко­вольтных цепях используются шунты с включением их со стороны «земли».

В шунтах для решения проблемы «контакта» ис­пользуется раздельная пара клемм для подсоединения сильно и слаботочных цепей.

Для измерения напряжения используются высоко­вольтные добавочные сопротивления, защищенные от доступа и заземлёнными экранами.

Все измерительные диагностические приборы, подключённые к электрическим цепям электровоза должны заземляться.

2.5. Устройства обработки аналоговых сигна­лов (фильтры)

Для применения устройств цифровой обработки сигналов аналоговый сигнал преобразуют в дискрет­ный.

Согласно теореме Котельникова перед квантова­нием по времени нужно ограничить спектр обрабаты­ваемого сигнала так, чтобы в спектре не было состав­ляющих выше частоты квантования сигнала. Тогда не­прерывный сигнал полностью описывается выбороч­ными значениями отсчитанными через интервал време­ни, определяемый частотой квантования. В противном случае происходит искажение сигнала, которое в лите­ратуре получило название как «загиб спектра частот» внизкочастотную область. При этом в низкочастотной области спектра появляются несуществующие в дейст­вительности частотные составляющие, возникающие из-за отображения высокочастотных составляющих в низкочастотную область.

На рисунке показан такой случай. Имеются две синусоидальные составляющие 1 и 2 отличающиеся псчастоте. Будем считать синусоиду основной полезной, а синусоиду 2 помехой или составляющей, которая присутствует в сигнале, но не нужна для цифровой об­работки.

Согласно теореме Котельникова для полезной со­ставляющей достаточно получить две ординаты на пе­риод. Стрелками показаны периоды времени, при кото­рых происходит отсчёт ординат первой синусоиды. Но поскольку существует и вторая синусоида, которая то­же квантуется, то через её ординаты можно провести синусоиду 3 с низкой частотой, которая не соответству­ет частоте синусоиды 2. Таким образом в спектре появ­ляется несуществующая составляющая, вызванная ото­бражением высокочастотных составляющих в низко­частотную область.

На практике для устранения этого явления перед цифровой обработкой сигнал фильтруют с помощью аналоговых фильтров.

Фильтры - это устройства, которые пропускают сигналы заданной частоты без изменения амплитуды, а амплитуды остальных частотных составляющих уменьшают в несколько раз. Фильтры характеризуются амплитудно-частотными характеристиками.

По виду частотных характеристик фильтры быва­ют трех типов: фильтры низких, высоких частот и по­лосовые.

На рисунке к- коэффициент преобразования фильтра, который определяется как

где Ј/_вых, Ј/_вх - амплитуды выходного и входного сиг­налов соответственно.

Частота среза /_ср - это значение частоты, в кото­рой касательная, проведённая к наклонной части харак­теристики фильтра пересекает ось абсцисс и к « 0 .

Полосой пропускания фильтра /_п считается диа­пазон частот на уровне коэффициента преобразования фильтра равного 0,707. Эта полоса частот 'условная, так как за этим диапазоном частот частотные составляю­щие пропускаются фильтром с постепенным ослабле­нием амплитуд частотных составляющих.

Амплитудно-частотные характеристики фильтров обычно принято изображать в логарифмическом мас­штабе и кизмерять в Дб.

Тогда наклонная часть характеристики фильтра имеет наклон 20 Дб/октава. Это соответствует пассив­ному RCфильтру. Такой фильтр плохо фильтрует час­тоты свыше полосы пропускания. Чтобы увеличить наклон этой части характеристики применяют активные фильтры, построенные на базе операционных усилите­лей и последовательно соединяют каскады фильтров и там образом получают многокаскадные фильтры с на­клоном характеристики до 80 Дб/октава.

Таким образом, в аналоговой части цифрового ре­гистрирующего прибора должен присутствовать фильтр низких частот с круто спадающей наклонной частью характеристики фильтра. Это необходимо для того, чтобы удовлетворить условию, при котором он может применяться.

2.6. Структурная схема цифрового регист­рирующего прибора для сбора данных и их первичной обработки

В настоящее время практически все регистрирую­щие и применяемые для диагностирования приборы построены по схеме, состоящею двух частей.

1) Первая часть, это измерительная часть, как прави­ло, она аналоговая, если используются непрерывные первичные сигналы.

2) Вторая часть, цифровая, использующая дискрет­ные или преобразованные в дискретные формы сигна­лы.

Аналоговая часть была рассмотрена в части дат­чиков и усилителя сигнала, который согласует выход­ной импеданс датчика и входной импеданс усилителя сигнала.

В современных приборах коэффициент усиления усилителя настраивается автоматически так, чтобы не происходило искажения сигнала усилителем, т.е. про­исходит выбор усиления усилителя по уровню сигнала на его входе (т.е. от датчика).

Далее имеется блок фильтров, как правило, это анало­говые фильтры, которые предотвращают искажение сигнала при его преобразовании в цифровую форму.

Приборный интерфейс

ПЗУ

Система управления

RS232

Вычислительное устройство на базе микропроцессора

АЦП

Оперативное запоминающее устройство

Блок фильтров

Блок автоматической регулировки усилений

Усилитель заряда для виброизмерительных приборов

К ЭВМ

Вход от датчика вибрации

Аналого-цифровой преобразователь предназначу для преобразования аналогового сигнала в цифровую форму. Далее в приборе следует цифровая часть, которая управляется приборным интерфейсом. С помощью него можно передать оцифрованный сигнал во внешний компьютер через интерфейс RS232. В большинстве диагностических приборов оцифрованный сигнал проходит предварительную обработку с целью получения: информации о частотных свойствах вибрации.

Предварительная обработка производится с помощью вычислительного устройства или с помощью спецпроцессора, предназначенного только для получения спектральных функций сигнала (спектра).

Кроме того в приборе находятся оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство для хранения программы типа операцион­ной системы для организации работы прибора. Имеете система управления для задания различных команд за­даваемых с клавиатуры.

Этот цифровой прибор имеет по своей структуре достаточно универсальное назначение и может обрабатывать сигналы с любого прибора регистрирующего электрической форме сигналы и передающего их на линейный вход.

Если используется вибродатчик, то он подключа­ется к прибору через усилитель заряда, который встро­ен в прибор, если для обработки используется электри­ческое напряжения, снимаемое с добавочного сопротивления или какого-либо устройства развязки с высо­ким напряжением, то сигнал подаётся на так называе­мый линейный вход усилителя.