dinamica sistemelor mecatronice
Post on 18-Feb-2018
237 Views
Preview:
TRANSCRIPT
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 1/148
urs
Dinamica sistemelor
mecatronice
Partea
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 2/148
Introducere
• Oscilatia reprezinta variatia, de obicei in timp, a unei marimi, intermeni de amplitudine. Aceasta variatie este considerata in functiede o valoare de referinta
• Vibratia este o oscilatie care defineste cantitativ deplasarea unuisistem mecanic.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 3/148
Introducere- Vibratia ca parte a vietii noastre
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 4/148
Introducere- Vibratia un fenomen util
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 5/148
Cine produce vibraţiile?
• Principala cauză: efectele dinamice, urmate de toleranţeletehnologice, de jocuri, de tipul contactelor dintresubansamble şi nu în ultimul rând de masele neechilibrateaflate în mişcare de rotaţie.
• Adesea, vibraţii de intensitate mică, care cu uşurinţă trecneobservate, pot excita prin fenomenul de rezonanţă alte părţiale structurii, amplificând la valori mari vibraţiile şizgomotele.
• Indiferent că este vorba de micşorarea nivelului vibraţiilor şizgomotelor maşinilor sau de aspectele pozitive de utilizareale fenomenelor vibratoare, cerinţa fundamentală constă în priceperea de a obţine, prin măsurare şi analiză, o descrierecât mai exactă a vibraţiei.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 6/148
Ce este vibraţia?
• Este o mişcare de oscilaţie raportată la o poziţie dereferinţă. Frecvenţa vibraţiei, măsurată în hertz(Hz) reprezintă numărul de mişcări ciclice complet
efectuate într-o secundă.• Mişcarea de vibraţie poate avea o singură
componentă, la o anumită frecvenţă – ca de exempluîn cazul diapazonului, iniţial lovit şi apoi lăsat liber să vibreze, sau mai multe componente existentesimultan dar la frecvenţe diferite – ca de exemplumişcarea pistonului într-un motor cu ardre internă.
• Descompunerea semnalului vibrator încomponentele de bază din punct de vedere alefrecvenţelor acestora poartă numele de analiză înfrecvenţă şi reprezintă baza oricărui proces dediagnoză care foloseşte măsurarea vibraţiilor.
• Atunci când se face o analiză în frecvenţă a uneimaşini, de regulă se găsesc componente a căror frecvenţă este strict legată de frecvenţa
fundamentală, cea care corespunde mişcăriifundamentale a componentelor maşinii. Astfel,folosind analiza în frecvenţă se pot determinasursele de vibraţii nedorite.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 7/148
Introducere- Deplasare, viteza si acceleratie
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 8/148
Introducere
DeplasareDeplasare
Frecventa
Frecventa
Perioada, T in [sec]
Timp
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 9/148
Introducere
Energia se transfera fara pierderi din energie
cinetica in energie potentiala
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 10/148
Introducere
timp
Cresterea maseireduce frecventa
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 11/148
Introducere
timp
Cresterea elasticitatiireduce amplitudinea
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 12/148
Introducere – Vibratie fortata
timpdeplasare
frecventa
frecventa
frecventa
amplitudine
faza
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 13/148
Introducere – Vibratie fortata
frecventa
frecventa
amplitudine
faza
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 14/148
Introducere – Vibratie fortata
frecventa frecventa
amplitudine
Un singur grad de libertate
SDOF
amplitudine
Mai multe grade de libertateMDOF
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 15/148
Introducere – Vibratie fortata
ROTOR
frecventa
amplitudine
LAGAR LAGAR
FUNDATIE
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 16/148
Introducere – Vibratie fortata
FORTE DEEXCITATIE
frecventa
VIBRATIERASPUNSSISTEM
DINAMICA
Cauze:1 Forte : dezechilibre, şocuri, frecări, acustica
2 Parametrii structurali : masa, rigiditate, amortizari
3 Parametrii vibratiei : accelerare, viteza, deplasari
frecventafrecventa
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 17/148
Introducere – De ce masuram
Pentru a verifica daca frecvente la si amplitudinile nu depasescanumite limite ale materialului: ex. Curba Wohler (care descrielimita sarcinilor pe care un material le poate suporta), este un testde anduranta. Uzual dupa 10.000.000 de cicluri de incarcaredescarcare aceasata limita este atinsa.
Pentru a evita excitatii a structurilor la frecventa de rezonanta
Pentru a amortiza vibratia structurilor
Pentru a verifica starea masinilor
Pentru a construi sau verifica modele ale structurilor
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 18/148
Introducere – De ce masuram
STATIONAR NESTATIONAR
DETERMINISTE ALEATOARE CONTINUE TRANZITORII
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 19/148
Introducere – determinist
frecventa
amplitudineamplitudine
timp
vibratie
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 20/148
Introducere – determinist si armonice
frecventa
amplitudine
timpamplitudine
amplitudine
timp
timp
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 21/148
Introducere – armonice
frecventa
timp
timp
frecventa
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 22/148
Introducere – aleator, random
frecventa
timp
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 23/148
Introducere – aleator, random
frecventa
timp
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 24/148
Cuantificarea nivelului vibraţiei
Amplitudinea vibraţiei, este parametrul care descrie intensitatea vibraţiei, şi poate fi cuantificat în diverse moduri:
• Valoarea vârf-vârf este valoarea care indică extensia maximă a formei de undă, o cantitate necesară când, de
exemplu, deplasările unor părţi componente ale maşinii în momentul vibraţiei pot lua valori criticecorespunzătoare unor tensiuni sau deplasări maxime admise.
• Valoarea vârf este în particular folosită în cazul mişcărilor cu o durată relativ scurtă în timp, cum ar fi cazulşocurilor. Dar, aşa cum se poate observa şi din grafic, valoarea vârf este cea care arată nivelul maxim atins, fărăa ţine cont de evoluţia în timp a semnalului vibrator.
• Spre deosebire de cea anterioară, valoarea medie ia în considerare evoluţia în timp a vibraţiei. Cu toateacestea ea nu prezintă interes practic deoarece nu există nici o legătură directă între ea şi vreo cantitate fizicăfolositoare.
• Valoarea RMS este cea mai relevantă măsură a amplitudinii vibraţiei pentru că ia în considerare atât variaţia în timp a acesteia, dar, în acelaşi timp, este şi direct legată de energia distructivă a ei:
T
(t)v2T
1=vef
0
dt
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 25/148
Acceleraţie. Viteză. Deplasare. Unităţi de măsură
• Asemănător, aceeaşi mişcare de vibraţie poate fi descrisă prin deplasare, viteză sauacceleraţie şi pentru toţi cei trei parametri forma de undă şi perioada rămân aceleaşi.Deosebirea dintre cei trei parametri constă în existenţa defazajelor dintre formele lor de undă
amplitudine-timp.
• Unităţile de măsură sunt cele universale, din sistemul metric, respectiv m sau mm pentrudeplasare, m/s sau mm/s pentru viteză, în timp ce pentru acceleraţie se foloseşte atât m/s2
sau mm/s2, cât şi acceleraţia gravitaţională g, deşi ea nu apare în sistemul ISO, 1 g = 9,81m/s2.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 26/148
Introducere – parametrii
Deplasare
Viteza
Acceleratie
timp
timp
timp
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 27/148
Introducere – parametrii
Deplasare
Viteza
Acceleratie
timp
timp
timp
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 28/148
Ce măsurăm: acceleraţie, viteză sau deplasare?
• Atunci când semnalul vibraţiei are componente într-un spectru larg defrecvenţe, este importantă alegerea parametrului care descrie mişcarea devibraţie. Astfel, în timp ce deplasarea accentuază răspunsul la frecvenţe joase, acceleraţia accentuează răspunsul la frecvenţe înalte. Experienţa aarătat că măsurând valori RMS ale vitezei, pe întreg spectrul defrecvenţă, între 10 Hz şi 1000 Hz, aceasta are un spectru relativ constant pe întreg domeniul de frecvenţe şi constituie un bun indicator aintensităţii vibraţiei.
• Este avantajoasă alegerea acelui parametru al cărui spectru prezintăvalori relativ constante pe întreg domeniul de frecvenţe şi care face posibilă efectuarea măsurării pe întreg domeniul dinamic al aparatului demăsură (diferenţa dintre cea mai mică şi cea mai mare valoare care poatefi corect măsurată).
• Prin natura lor sistemele mecanice prezintă deplasări mari numai în
domeniul de joasă frecvenţă şi de aceea, în tehnică, măsurarea deplasăriise face într-un număr relativ mic de cazuri. Totuşi sunt situaţii în caremăsurarea deplasării este indispensabilă.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 29/148
Lant masurare
Senzor preamplificator filtru detector iesire
sau integrator
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 30/148
Introducere – GIGO
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 31/148
Senzori si sisteme de conditionare
Lant de masurare
Senzor preamplificator filtru detector iesire
sau integrator
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 32/148
Senzori si sisteme de conditionareIstoric
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 33/148
Senzori si sisteme de conditionareIstoric
Nu se mai foloseste.
Avantaje: autogenerare, mijloc de inregistrare, ieftinDezavantaje: fara prelucrare utlerioara, lucreaza doar cufrecventa joasa, are nevoie de amplitudini mari, greu detransportat, modifica modurile de vibratie, sensibil lamontare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 34/148
Senzori si sisteme de conditionareIstoric
Senzori pe baza curentilor turbionari
Avantaje:Fara contact, fara elemente de miscare,lucreaza in curent continuu, domeniu10kHz
Dezvantaje
Sensibil la forma elementului masurat,
necesita calibrare, are o dinamica limitata,deplasari mici la frecvente mari
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 35/148
Senzori si sisteme de conditionareIstoric
Sisteme inductive
Domeniu de frecventa limitat: 10 Hz – 1kHz
Avantaje: impedanta redusa, autogenerare
Dezavantaje: dimensiuni mari, sensibil la
camp magnetic
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 36/148
Senzori si sisteme de conditionareIstoric
Accelerometre piezoelectrice
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 37/148
Accelerometrul piezoelectric
În prezent, accelerometrul piezoelectric este celmai folosit la măsurarea vibraţiilor, acest lucrudatorându-se proprietăţilor sale:
• îşi păstrează caracteristicile în toate condiţiile defuncţionare;
• are o bandă largă a frecvenţelor în care se pot facemăsurările şi în plus,
• pe întreaga bandă, domeniul său dinamic prezintăo bună liniaritate;
• este rezistent şi îşi păstrează proprietăţile în timp;• este auto-generator, el neavând nevoie de o sursă
de energie exterioară;
• nu are elemente în mişcare, deci nu se pune problema uzurii;
• dar poate cea mai importantă proprietate aaccelerometrului piezoelectric constă în faptul cămărimea de ieşire este proporţională cu acceleraţiacorpului la care a fost ataşat accelerometrul,semnalul electric putând să fie apoi cu uşurinţăintegrat, obţinându-se viteza şi deplasarea.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 38/148
Tipur i de acceler ometr e
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 39/148
Car acter isti cil e acceler ometr elor
sensibilitatea, masa şi domeniul dinamic
• Este de dorit de a folosi un traductor cu o sensibilitate cât mai mare,
care să furnizeze la ieşire un semnal cât mai puternic, dar, din păcate,trebuie făcut un compromis pentru că o sensibilitate mare atrage dupăsine un accelerometru de masă şi dimensiuni mari.
• M asa relativ mare a unui accelerometru montat pe o structură uşoarăduce la apariţia erorilor de măsură prin modificarea frecvenţelor proprii
şi a răspunsului dinamic al structurii respective. Ca o regulă generală,masa traductorului nu trebuie să depăşească o zecime din masastructurii pe care acesta se montează.
• Alegerea accelerometrului în funcţie de domeniu l dinamic trebuiefăcută cu atenţie atunci când se măsoară domeniul de joasă frecvenţă(zgomotele electrice induse) sau foarte înaltă frecvenţă (limitarea estedată de către proprietăţile fizice ale accelerometrului, mai exact derezistenţa lui).
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 40/148
Domeniul de frecvenţă al accelerometrului
• La majoritatea sistemelor mecanice energia vibraţiei este cuprinsă într-undomeniu relativ îngust, mai exact între 10 Hz şi 1000 Hz. Cu toate acesteaexistă numeroase situaţii în care se fac măsurări până în jurul valorii de 10kHz, deoarece uneori sunt interesante de studiat şi componentele de înaltăfrecvenţă. De aceea, atunci când se alege un accelerometru, utilizatorul trebuiesă-l aleagă pe cel a cărui plajă de frecvenţă acoperă plaja de interes.
• Ca o regulă generală, dacă se alege limita superioară ca fiind valoareacorespunzătoare unei treimi din frecvenţa de rezonanţă, atunci măsurărileefectuate peste limita superioară de frecvenţă vor avea erori, dar nu mai maride +12%.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 41/148
Evitarea erorilor cauzate de rezonanţa accelerometrului
La capătul superior al domeniului de frecvenţă,ca urmare a apariţiei rezonanţei accelerometrului,sensibilitatea acestuia creşte dar semnalul de ieşiredin el nu va reprezenta corect mişcarea de vibraţie.
Această problemă poate fi rezolvată fie prinalegerea unui accelerometru cu o bandă de frecvenţăde lucru mai mare în domeniul superior defrecvenţe, fie prin utilizarea filtrelor trece bandă,care de regulă se găsesc împreună cu
amplificatoarele şi circuitele de integrare înaparatele de măsură, filtre care taie semnalelecorespunzătoare frecvenţelor înalte ale rezonanţeiaccelerometrului.
Dacă măsurarea vibraţiei se face în domeniul de joasă frecvenţă, efectele rezonanţei accelerometrului pot fi evitate prin mijloace mecanice simple. De
exemplu, o reducre a limitei superioare în domeniul0,5 – 5 kHz poate fi realizată prin introducerea unuimaterial, de tip cauciuc, între accelerometru şisuprafaţa pe care acesta se montează.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 42/148
M ontarea accel er ometr ul ui
• Accelerometrul trebuie montat astfel încât axa pe caresensibilitatea sa este maximă să coincidă cu direcţia pecare se doreşte să se facă măsurarea.
• Măsurarea vibraţiei unui obiect dictează şi poziţia punctului de măsură.
• Exactitatea rezultatelor măsurării vibraţiei este puternic influenţată de corectitudinea montăriiaccelerometrului pe corpul de studiu. Există mai multemetode, cu avantaje şi dezavantaje specifice. Cu câtînsă legătura dintre accelerometru şi corp este maislabă, cu atât se reduce domeniul dinamic alaccelerometrului.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 43/148
M ontarea acceler ometr ul ui
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 44/148
Influenţa factorilor externi asupra funcţionării accelerometrelor
• Principalii factori externi care influenţează negativ buna funcţionare aaccelerometrelor sunt: umiditatea, variaţiile de temperatură, radiaţiile nucleare,temperatura ambientă, interferenţe magnetice, zgomote puternice, vibraţiitransversale.
• Accelerometrele obişnuite pot tolera temperaturi de până la 250o C.
• Dacă totuşi accelerometrul trebuie montat pe o suprafaţă a cărei temperaturi depăşeşte250o C, se recomandă utilizarea unor elemente intermediare, cu proprietăţi de izolaretermică, între suprafaţa accelerometrului şi suprafaţa corpului, iar uneori chiar folosirea unor sisteme suplimentare de răcire.
• Pentru efectuarea de măsurări la temperaturi mai mari de 400o C se folosescaccelerometre cu plăcuţe ceramice piezoelectrice speciale.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 45/148
Influenţa factorilor externi asupra funcţionăriiaccelerometrelor
• Uneori, buclele de împământare se închid prin cablurile de conexiune din cauzafaptului că aparatul de măsură şi accelerometrul au împământări diferite. Problema serezolvă dacă se izolează electric accelerometrul în momentul montării lui pe corpul destudiu.
• Zgomotele triboelectrice sunt adesea induse în cablurile accelerometrelor ca urmare amişcării mecanice a cablului propriu-zis: încovoierea, compresiunea cablului şiapariţia tensiunilor în regim dinamic duc la modificarea capacităţii acestuia şi implicita încărcării lui electrice. Problema poate fi evitată prin fixarea cablului de conexiuneîn zona adiacentă accelerometrului.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 46/148
Calibrarea accelerometrelor
• În condiţii normale de depozitare şi utilizare ele nu-şi schimbă caracteristicile cumai mult de 2% pe o perioada îndelungată de timp.
• Raportul dintre cele două citiri, de referinţă şi cea necunoscută, este direct proporţional cu raportul sensibilităţilor lor:
• Marele avantaj al acetui tip de calibator portabil constă în faptul că se pot faceverificări ale accelerometrelor înainte de începerea propriu-zisă a măsurărilor.
anecunoscut ateaSensibilit
referintadeateaSensibilit =
v
v
nec
ref
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 47/148
Captorul de forţă
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 48/148
Senzori si sisteme de conditionare
Accelerometre piezoelectrice:
P: piezo E: electronica S: arc
R: inel fixare B: baza M: masa inertiala
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 49/148
Senzori si sisteme de conditionareModel prin compresiune:
Are un element montat in centru si are o forma cilindrica. Bun pentru socuri
Tip foita Shear
Sunt insensibile la mediul ambiant, are sensibilitate buna , utilizabil la accelerometre miniaturale
Delta:
Trei elemente piezo sunt aranjate in centru. Pot fi folosite la orice aplicatie si este putin sensibilala mediu
Planar Shear:
Este un model simplificat al celui anterior prin faptul ca foloseste doar doua elemente piezo
Inelar
Elementul piezo si masa inertiala sunt montate in centru
ThetaShear
Combina elemente din mai multe modeleOrthoShear
Model triaxial.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 50/148
Senzori si sisteme de conditionare
Amplitudine relativa
Accelerometru piezo
Senzor viteza
Senzor proximitate
Frecventa
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 51/148
Senzori si sisteme de conditionare
Frecventa
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 52/148
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 53/148
Senzori si sisteme de conditionare
Lipit cu adezivCimentat
Fixat cu surub
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 54/148
Senzori si sisteme de conditionare
Frecventa
NiveldB
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 55/148
Senzori si sisteme de conditionare
Izolare electrica
Izolare mecanica
Protectie la socuri
Strat deMica
Surub
Frecventa
Frecventa
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 56/148
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 57/148
Senzori si sisteme de conditionare
Masa dinamica
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 58/148
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 59/148
Senzori si sisteme de conditionare
Deformare suport
Umiditate
Zgomot Radiatie nucleara
Camp magnetic
Substante corozive
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 60/148
Senzori si sisteme de conditionareAccelerometrii speciali
Calibrare Triaxiali Sensibilitate mare
Temperatura Soc
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 61/148
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 62/148
Senzori si sisteme de conditionare
Rezonanta la montare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 63/148
Senzori si sisteme de conditionare
Calibrare utilizand alt accelerometru
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 64/148
Senzori si sisteme de conditionare
Preamplificator
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 65/148
Senzori si sisteme de conditionare
Preamplificator
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 66/148
Senzori si sisteme de conditionare
Preamplificator
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 67/148
Senzori si sisteme de conditionare
Preamplificator cu o singura poarta sau cu intrare variabila
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 68/148
Senzori si sisteme de conditionare
Impamantare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 69/148
Senzori si sisteme de conditionare
Impamantare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 70/148
Principiile masurarii laser
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 71/148
De ce se foloseste un fascicul laser?
Laser Lumina normalaprovenita de la unbec incadescent
Monocromatic O culoareO lungime de unda
Mai multe lugimi deunda
Directional Divergenta redusa Nu are o directiepreferata
Coerent Faza constanta intimp si spatiu
Faza variaza arbitrarin timp si spatiu
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 72/148
Suprapunerea a două unde
Time
Time
2 unde în fază:Amplificare
2 unde în antifază:anulare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 73/148
Mach-Zehnder Interferometerrază de
măsurare
rază de
referință
Detector
Obiect carevibrează
Posibilitatea 1:
interferență constructivă
Posibilitatea 1:interferență distructivă
Detector Detector
Poz. 1 Poz. 2
Emițător
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 74/148
2 Puncte de vedere: Deplasare
1: Deplasarea este transformata in modificari de luminade la maxim la intuneric, care se numesc franje
De la un maxim a intensitatii la altul :
O deplasare egala cu jumatate din faza luminii
N s *2
s: Deplasare,
: lungime de undaN : numar de franje
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 75/148
• Frecvența fascicului reflectat
este defazat de efectul Doppler
• Defazarea Doppler este
proporțională cu viteza obiectului
•1 m/s = 3,16 MHz
Frecvența luminiif 0 = c/
(4,7 *10 14 Hz)
Laser tip He-Ne<1 mW (633 nm)
2 Puncte de vedere: Defazare Doppler
Obiect care
vibrează
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 76/148
2 Puncte de vedere: Defazare Doppler
rază de măsură
rază de referință
detector
Obiect carevibrează
Interferența dintre razele de măsură șide referință:
Modulare în amplitudine de frecvențăegală cu cea Doppler
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 77/148
Deplasare și viteză
2 metode de măsură cu aceeașifrecvență
1. Numărător franje luminoase sau întunecate:
Deplasarea
(legate de faza semnalului Doppler)
2. Măsurarea frecvenței semnaluluimodulatViteza
(legate de frecvența semnalului Doppler)
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 78/148
Detecșia direcției : Celulă Bragg
Soluție: Introducerea unei deplasări a frecveței adiționalefolosind o celulă Bragg
Deplsarea de frecvență f B
pentru PSV: 40 MHz
Defazarea Doppler este proporțională cu valoarea absolutăa vitezei obiectului,
Nu se poate detecta direcția
v f f
Dm 2
v f f
Bm 2
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 79/148
purtătoareFM
40 MHz ± f D
celulă Braggf 0 ± f D
f 0
f 0 + 40 MHz
Laser
x(t)
v(t)
Detector
Interferometru heterodină
• Celula Bragg deplsează frecvența razei de referință cu 40 MHz.• La detectorul ajunge un semnal cu o frecvență și o fază modulată centrată pe 40 MHz.
)2cos(ˆ)( 0det mBDC t f i I t i
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 80/148
0,0 1,0x10-7
2,0x10-7
3,0x10-7
4,0x10-7
-0,7 aT
0,0 aT
0,7 aT
A m p l i t u d e
Time
Modularea în frecvențăSpectru în timp
Semnal nemodulat
Frecvența celulei Bragg
Frecvența vibrațieiobiectului
2
m
mf
mm
m
f
f ka
Index de modulare
f Frecvență Doppler
0,0s 100,0ns 200,0ns 300,0ns 400,0ns
-0,8* aT
0,0* aT
0,8* aT
A m p l i t u d e
Time
0,0s 1,0x10-7
s 2,0x10-7
s 3,0x10-7
s 4,0x10-7
s
-1,0 aS
-0,5 aS
0,0aS
0,5aS
1,0aS
A m p l i t u d e
Time
Semnal de modulare
Frecvența vibrației măsurate
Semnal purtător modulat
+
]sincos[)( t ka
t at sm
m
m
C C C
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 81/148
0,0Hz 20,0MHz 40,0MHz 60,0MHz 80,0MHz
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
Modularea în frecvențăSpectru în fecvență
Purtătoare benzi de frecvență joase benzi de frecvență înalte
110 )cos()()cos()()1(cos)(
]sincos[)(
n
mc nc
n
mc n
n
c c c
mc c c
t n J at n J at J a
t t at s
c f
mf
mc f f mc
f f
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 82/148
Demodulare de semnal
Tensiune~Viteză
Tensiune ~Deplasare
Semnal de interferență optic Semnal electric
Decodor
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 83/148
Modulare în frecvență : (1 mms-1 = 3,16 kHz)
demodulare în frecvență v(t)
Modulare în fază: ( /2 = 2 rad)
demodulare în fază s(t)
Conținutul informațional al semnalului Doppler
Modularea în fază și în frecvență sunt prezente în același timp
v f
2
s
4
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 84/148
Fluxul informațional
ref
f
U v(t)
decodor de viteză
U
x(t)
Decodor de deplasare
Sensor
x(t)
f ref
ref
f ref ±f mod
ref ± mod
v(t)=dx/dt
Obiect
Același semnal este demodulat separat și independent în acelașitimp
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 85/148
de deplasare:
de viteză
Tipuri de decodoare
• incrementale de fază
numărătoare de franje
•analogice de fază
tehnica PLL
• numerice de fază ( metoda arctan)
DSP sau PC
• integratoare de fază
• analogice de frecvență
PLL sau linii de intârziere
• Digital de frecvențăDSP
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 86/148
Avantaje fata de metodele de masurareconventionale
• Masurarea se face fara contact
• Nu se aduaga masa structurii masurate
• Pot fi masurate obiecte de orice dimensiune
• Pot fi masurate pe suprafete aflate in pozitii dificile, la distantemari, la inaltime
• Usurinta si rapiditate in masurare
• Masurarea porneste de la 0Hz – DC
• Masurarea nu este influentata de campuri manetice, electrice sau
alti factori perturbatori
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 87/148
Sisteme de masurare uni si tridimensionale
folosind vibrometria laser.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 88/148
Specificații
Sistem PDV-100 cu geantă de transport si laptopce rulează o aplicație de prelucrare a semnalului
• Măsurare fără contact îndomeniul 0-22kHz
• 3 domenii de frecvență• procesare DSP
• ieșiri analog/digitale• distanță de lucru între 0,1 și 30 m• laser nepericulos spectru vizibil
• ușor, ergonomic stbil, solid și
ermetic• energie consumată scăzută
(baterii, domeniu larg de tensiune
AC)
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 89/148
Metode de măsurare prin scanare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 90/148
Sistemul PSV-I-400
Scan
ElectronicsVideo
Vibrometer
Sensor OFV-505
Scanning
Mirrors
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 91/148
Setup
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 92/148
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 93/148
de la 1D la 3D
ă ă i 3D
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 94/148
măsurări 3D cu scanare
Ce este analiza în frecvenţă?
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 95/148
• Analiza în frecvenţă este metoda prin care se pun în evidenţăfrecvenţele componente, mai exact spus semnalul global estedescompus într-o sumă de frecvenţe, fiecăreia corespunzându-i un
anumit nivel al vibraţiei.• În analiza în frecvenţă a semnalelor de vibraţie sunt folosite două
tipuri de filtre: unul în care lăţimea de bandă este constantă, deexemplu 3 Hz, 10 Hz etc., sau un altul în care lăţimea de bandăreprezintă un procent din valoarea frecvenţei care centrează aceea
lăţime de bandă, de exemplu 3%, 10% etc.• Dacă interesează curba de răspuns în frecvenţă a unei maşini,
structuri mecanice etc. supusă la vibraţii forţate pe un domeniu largde frecvenţe, se recomandă folosirea filtrului cu procentaj constant şia unei scări logaritmice a frecvenţelor.
• Dacă vrem să obţinem o rezoluţie bună în domeniul frecvenţelor înalte, pentru a putea identifica armonicele superioare, se recomandă filtrul cu lăţime constantă şi folosirea scării liniare.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 96/148
Filtru cu procentaj constant
Instrumente de măsurare a vibraţiilor
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 97/148
Instrumente de măsurare a vibraţiilor
Cum folosim rezultatele măsurării vibraţiei?
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 98/148
• Dacă dorim să facem o inspecţierapidă a stării de funcţiune a uneimaşini, pe un domeniu larg de
frecvenţe, se recomandă măsurareanivelului global RMS şi compararealui cu valorile publicate înstandarde sub formă de tabele saudiagrame.
• Dacă dorim însă să facem ovibrodiagnoză a unei maşini, atuncitrebuie făcută o analiză în frecvenţădetaliată, pentru a pune încorespondenţă frecvenţelecorespunzătoare amplitudinilor
relativ mari din spectru, cufrecvenţele unor forţe excitatoaredin interiorul sau exteriorul maşinii.
Amplitudinea vitezei [μm/s] Aprecierea
0 - 127 Extrem de liniştit
127 - 254 Foarte liniştit
254 - 508 Liniştit
508 - 1016 Foarte bun
1016 - 2032 Bun
2032 - 4064 Acceptabil
4064 - 8128 Slab
8128 - 16256 Necorespunzător
16256 - ..... Periculos
Cum folosim rezultatele măsurării vibraţiei?
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 99/148
Cum folosim rezultatele măsurării vibraţiei?
S i i i d di i
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 100/148
Senzori si sisteme de conditionare
Lant de masurare
Senzor preamplificator filtru detector iesire
sau integrator
S i i i d di i
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 101/148
Senzori si sisteme de conditionare
Istoric
S i i i d di i
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 102/148
Senzori si sisteme de conditionare
Istoric
Nu se mai foloseste.
Avantaje: autogenerare, mijloc de inregistrare, ieftin
Dezavantaje: fara prelucrare utlerioara, lucreaza
doar cu frecventa joasa, are nevoie de amplitudini
mari, greu de transportat, modifica modurile de
vibratie, sensibil la montare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 103/148
S i i i t d diti
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 104/148
Senzori si sisteme de conditionare
Istoric
Sisteme inductive
Domeniu de frecventa limitat: 10 Hz –
1 kHz
Avantaje: impedanta redusa,
autogenerare
Dezavantaje: dimensiuni mari, sensibilla camp magnetic
S i i i t d diti
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 105/148
Senzori si sisteme de conditionare
Istoric
Accelerometre piezoelectrice
S i i i t d diti
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 106/148
Senzori si sisteme de conditionare
Accelerometre piezoelectrice:
P: piezo E: electronica S: arc
R: inel fixare B: baza M: masa inertiala
S i i i t d diti
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 107/148
Senzori si sisteme de conditionareModel prin compresiune:
Are un element montat in centru si are o forma cilindrica. Bun pentru socuri
Tip foita Shear
Sunt insensibile la mediul ambiant, are sensibilitate buna , utilizabil la accelerometre
miniaturale
Delta:
Trei elemente piezo sunt aranjate in centru. Pot fi folosite la orice aplicatie si este putin
sensibila la mediu
Planar Shear:
Este un model simplificat al celui anterior prin faptul ca foloseste doar doua elemente
piezo
Inelar
Elementul piezo si masa inertiala sunt montate in centru
ThetaShear Combina elemente din mai multe modele
OrthoShear
Model triaxial.
S i i i t d diti
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 108/148
Senzori si sisteme de conditionare
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 109/148
Senzori si sisteme de conditionare
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 110/148
Senzori si sisteme de conditionare
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 111/148
Senzori si sisteme de conditionare
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 112/148
Senzori si sisteme de conditionare
Lipit cu adezivCimentat
Fixat cu surub
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 113/148
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 114/148
Senzori si sisteme de conditionare
Izolare electrica
Izolare mecanica
Protectie la socuri
Strat de
Mica
Surub
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 115/148
Senzori si sisteme de conditionare
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 116/148
Senzori si sisteme de conditionare
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 117/148
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 118/148
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 119/148
Senzori si sisteme de conditionare
Deformare suport
Umiditate
Zgomot Radiatie nucleara
Camp magnetic
Substante corozive
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 120/148
Senzori si sisteme de conditionare Accelerometrii speciali
Calibrare Triaxiali Sensibilitate mare
Temperatura Soc
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 121/148
Senzori si sisteme de conditionare
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 122/148
Senzori si sisteme de conditionare
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 123/148
Senzori si sisteme de conditionare
Traductor de
forta
Traductor de
forta
Piezo
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 124/148
Senzori si sisteme de conditionare
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 125/148
Senzori si sisteme de conditionare
Rezonanta la montare
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 126/148
Senzori si sisteme de conditionare
Calibrare utilizand alt accelerometru
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 127/148
Senzori si sisteme de conditionare
Preamplificator
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 128/148
Senzori si sisteme de conditionare
Preamplificator
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 129/148
Senzori si sisteme de conditionare
Preamplificator
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 130/148
Senzori si sisteme de conditionare
Preamplificator inglobat
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 131/148
Senzori si sisteme de conditionare
Preamplificator cu o singura poarta sau cu intrare variabila
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 132/148
Senzori si sisteme de conditionare
Impamantare
Senzori si sisteme de conditionare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 133/148
Senzori si sisteme de conditionare
Impamantare
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 134/148
Exemplu ANALIZA DINAMICII
SISTEMULUI ROTOR-LAGĂRE
• În continuare,sunt prezentate pe scurt principalele caracteristici aledinamicii maşinilor cu rotor, comparativ cu cele ale sistemelor fără rotor.
Toate fenomenele dinamice care apar în timpul funcţionării maşinilor cu
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 135/148
Toate fenomenele dinamice, care apar în timpul funcţionării maşinilor curotor, sunt strâns legate de mişcarea de rotaţie a rotorului, existând untransfer de energie din direcţia mişcării de rotaţie către cea de precesie.
În timp ce, în cazul structurilor pasive, un mod de vibraţie estecaracterizat de forma sa proprie, la structurile active, mişcarea de vibraţiea rotorului este definită de modul de precesie. De aceea, mişcarea devibraţie a rotorului cuprinde două componente laterale, inseparabile,denumite componenta verticală şi, respectiv, cea orizontală a moduluipropriu de precesie.
În cazul structurilor negiroscopice, noţiunea de frecvenţă negativă estelipsită de sens. În cazul maşinilor cu rotor, ea apare şi este reprezentată defrecvenţa cu care centrul geometric al unei secţiuni transversale aarborelui se roteşte în jurul axei lagărelor, sensul mişcării fiind în senscontrar mişcării de rotaţie a arborelui în jurul propriei axe. Acest tip de
mişcare poartă numele de mişcare de precesie inversă. Dacă însă celedouă mişcări de rotaţie, menţionate anterior, au loc în acelaşi sens,mişcarea rotorului se numeşte de precesie directă.
În dinamica maşinilor cu rotor, datorită existenţei în general a unormici diferenţe, nesimetrii, a caracteristicilor sistemului pe cele douădirecţii, verticală şi orizontală, modurile de precesie apar perechi -
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 136/148
ţ , ş , p p pde exemplu: primul mod vertical şi primul mod orizontal.
O altă trăsătură specifică structurilor cu rotor o constituie faptul că
acestea au propria forţă perturbatoare, care apare ca urmare aexistenţei maselor neechilibrate aflate în mişcare de rotaţie. Chiardacă turaţia arborelui este de zeci de mii de rotaţii pe minut, lamarea majoritate a maşinilor cu rotor sunt excitate numai primeledouă sau trei moduri proprii de precesie. Aceasta se explică prinfaptul că ele corespund modurilor proprii ale rotorului, precum şi
pentru că sunt în general slab amortizate. Ca urmare, în studiuldinamic al maşinilor cu rotor, importante sunt primele moduriproprii.
Dacă în cazul structurilor fără rotor, atunci când se studiază unnumăr mare de moduri proprii de vibraţie, informaţiile referitoare ladefazajul dintre excitaţie şi răspuns pot fi uneori neglijate, în cazul
maşinilor cu rotor, ele trebuie luate mereu în considerare, acestdefazaj fiind de fapt mărimea care face legătura dintre mişcarea derotaţie şi cea de precesie (este folosit în general sub denumirea desemnal de fază).
În studiul dinamic de determinare a pulsaţiilor proprii alestructurilor fără rotor, amortizările pot fi neglijate. Neglijarea lor însă în cazul structurilor cu rotor ar duce la obţinerea de rezultate
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 137/148
ţcu erori mari.
Nesimetriile din sistem, introduse de efectul giroscopic al discurilor
şi de forţele dinamice din lagăre şi etanşări, determină în modelareamaşinilor cu rotor apariţia matricelor nesimetrice, spre deosebirede stucturile negiroscopice, care sunt modelate prin matricesimetrice.
Tipurile de lagăre folosite la maşinile cu rotor sunt: lagăre cuelemente de rostogolire, lagăre cu alunecare şi lagăre hidrostatice.
Datorită proprietăţilor deosebite pe care le oferă: capacitate marede încărcare, amortizări mari, durabilitate ridicată, cel mai des întâlnite sunt lagărele cu alunecare. Acestea, alături de efectulgiroscopic al discurilor, fac ca pulsaţiile proprii ale sistemului rotor–lagăre să fie dependente de turaţia arborelui. Amortizarea introdusăde lagărele cu alunecare influenţează nu numai amplitudinea
vibraţiei, dar chiar şi valorile pulsaţiilor proprii, iar neglijarea ei, aşacum se procedează de multe ori în studiul dinamic al sistemelor fărărotor, ar duce la erori mari în calculul dinamic al maşinilor cu rotor.
otor elastic în lagăre rigide
•Fie un disc de masă m fixat pe un arbore care se roteşte cu viteza unghiularăconstantă în două lagăre rigide. Constanta elastică a arborelui este considerată ca fiind
i i ă d 10% di l ă l S id ă d ă t l d t t
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 138/148
mai mică de 10% din cea a lagărelor. Se consideră de asemenea că centrul de greutateal discului, punctul G, nu coincide cu centrul său geometric, punctul C , care însăcoincide cu centrul secţiunii transversale a arborelui.
•Fie e distanţa între aceste două puncte şi se adoptă următoarele ipotezesimplificatoare:se neglijează masa arborelui şi toate forţele de frecare;când Ω=0 (arborele nu se roteşte), axa rotorului nu se deformează;constanta elastică a arborelui este: k=48EI/l 3 ,
unde: E este modulul lui Young, I – momentul de inerţie al secţiunii transversale aarborelui. Dacă discul se roteşte odată cu arborele, apare o forţă centrifugă mΩ2 carepoate fi descompusă în două componente: una verticală şi una orizontală. Deci, disculva vibra în lungul celor două direcţii, iar mişcarea sa va fi în rezonanţă cu pulsaţiaproprie a sistemului, deci atunci când viteza unghiulară Ω a arborelui va coincide cupulsaţia proprie ω a sistemului aflat în repaus. Turaţia arborelui la care are loc acestfenomen de rezonanţă este cunoscută sub numele de turaţie critică.
emcr mr k c
22 2
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 139/148
•La aceleaşi rezultate se poate ajunge utilizând principiul lui d'Alembert.
22
2
1
e
m
k ecr
0
0
cky ym
ckx xm
G
G
coscos
ec y y
ec x x
G
G
i
C G eer r
• Ţinând cont de relaţiile de mai sus (după derivare şi înlocuire) se obţine:
cu soluţia staţionară de forma:
022
t ieecr cr 2
e
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 140/148
cu soluţia staţionară de forma:
• Concluzii:
Conform relaţiilor de mai sus, se observă că punctul C , centrul geometric al discului,şi de asemenea şi punctul G, centrul de greutate al discului, pentru Ω = constant au omişcare circulară dacă e ≠ 0, de raze |r C | şi |r G|.
Deoarece segmentul şi r C şi r G pot fi scrise sub forma:
rezultă că vectorii OC şi OG sunt coliniari, cu alte cuvinte, punctele O, C şi G suntcoliniare.
Pentru Ω = constant, poziţia acestor trei puncte este fixă pe linia care le uneşte. Axaarborelui este deformată, dar are o poziţie fixă, care se roteşte în jurul axei OZ ,tensiunile care apar în arbore în urma încovoierii fiind constante.
02
1
t iecr
)( t ieeCG)( t i
C C er r )( t i
GG er r
Deoarece mişcarea punctului C în jurul axei lagărelor (axa OZ ),
se produce cu aceeaşi viteză unghiulară Ω ca şi mişcareapunctului G în jurul axei arborelui, mişcarea poartă numele demişcare de precesie sincronă.
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 141/148
• Pentru viteze de rotaţie inferioare celei critice, punctul C se găseşte între O şi G, în timp ce pentru viteze superioare celei critice, C este în
exteriorul segmentului OG. În plus, C şi G sunt mereu de aceeaşi parte în raport cu O
Influenţaamortizăriiexterne
02
t i
e eemckr cr ccr m
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 142/148
• Soluţia generală are forma:
-dacă nu există amortizare:
-dacă există amortizare:
e ccc
t it i e Re Rt cr 21
t it i e Re Rt cr 21
• Soluţia particulară a ecuţiei neomogene are forma:
dar de această dată amplitudinea vectorului are o
valoare complexă
)(~
0)( t i
C c er t r
I C RC C r ir r )()(~
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 143/148
• Eliminând raportul Ω/ω între partea reală (r C )R şi cea imaginară (r C )I , se obţine ocurbă polară (curbă de tipul Nyquist)
otorul elastic în lagăre elastice
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 144/148
t em yk ym
t em xk xm
C yC
C xC
sincos
2
2
• Deci, rotorul simetric care esterezemat pe lagăre anizotrope are
t
e
t X t x x
C C coscos2
2
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 145/148
două turaţii critice
t
e
t Y t y
y
y
C C
x
sin
1
sin
1
2
2
mk
mk y
y x
x ;
• Dacă se introduce amortizare în lagăre:
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 146/148
Deci, un calcul în care se neglijează amortizarea din lagăre va da rezultate eronate ale
turaţiilor critice!
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 147/148
7/23/2019 Dinamica sistemelor mecatronice
http://slidepdf.com/reader/full/dinamica-sistemelor-mecatronice 148/148
top related