Виброметр MSL-7000 имеет прочный компактный корпус и отличается простотой в установке и эксплуатации. Его работа основана на бесконтактном принципе, а его конструкция позволяет осуществить его интеграцию в испытательные стенды и существующие системы управления. Виброметр MSL-7000 предназначен для измерения акустических колебаний в диапазоне от 0,2 Гц (медленное вращение) до 22 кГц. В целях безопасности виброметр оснащён безвредным для глаз маломощным лазером, генерирующим волны в видимой области спектра (лазер класса II).

Центральным элементом лазерного виброметра SKF является лазерный доплеровский датчик — прецизионный оптический прибор, служащий для определения скорости и амплитуды вибрации в заданной точке. Применённая технология основана на эффекте Доплера, который заключается в определении сдвига частоты светового пучка, отражённого от движущейся поверхности.

Доплеровский эффект
При отражении волны движущимся объектом происходит сдвиг частоты волны. В этом случае измеренная величина сдвига волны определяется по формуле:

где v — скорость объекта, λ — длина излучаемой волны. Для определения скорости объекта необходимо измерить (доплеровский) сдвиг частоты волны с известной длиной. В лазерной доплеровской измерительной системе это выполняется при помощи лазерного интерферометра.

Интерферометрия
В работе лазерного доплеровского виброметра используется принцип измерения оптической интерференции. Для измерения необходимо наличие двух накладывающихся друг на друга пучков когерентного излучения с интенсивностью l₁ и l₂. Результирующая интенсивность не равна сумме значений интенсивности, а определяется с учётом величины так называемого интерференционного члена по формуле:

где:
r₂ = постоянная,
r₁ = r(t) — движение изучаемого объекта.
Величина интерференционного
члена находится в зависимости от разности длин оптического пути обоих пучков. Если данная разность представляет собой число, кратное длине волны лазера, результирующая интенсивность будет равна значению единичной интенсивности, умноженному на 4. Соответственно, результирующая интенсивность будет равна нулю, если разность длин оптического пути двух пучков равна половине длины волны.

Постановка эксперимента
На рис. 2 показан принцип применения описанного закона физики в лазерном доплеровском виброметре. Пучок излучения гелий-неонового лазера расщепляется с помощью расщепителя (BS 1) на эталонный и измерительный пучок. После прохождения через второй расщепитель (BS 2) измерительный пучок фокусируется на изучаемом объекте, который его отражает. Отражённый пучок отклоняется вниз расщепителем BS 2 и накладывается на эталонный пучок третьим расщепителем (BS 3), после чего направляется на датчик.

Поскольку длина оптического пути эталонного пучка – величина постоянная, не зависящая от времени (за исключением пренебрежимо малых тепловых эффектов, воздействующих на интерферометр) (r₂ = постоянная), при движении изучаемого объекта (r₁ = r(t)) на датчике формируется типичная интерференционная картина, состоящая из чередующихся тёмных и светлых (интерференционных) полос. Один цикл изменения интенсивности (тёмная и светлая полоса) на датчике соответствует смещению объекта ровно на половину длины волны. При использовании гелий-неонового лазера, который применяется почти во всех виброметрах, это значение составляет 316 нм.

Изменение длины оптического пути за единицу времени проявляется в виде доплеровского сдвига частоты волны измерительного пучка. Это означает, что частота модуляции интерференционной картины прямо пропорциональна скорости объекта. При движении объекта в направлении от интерферометра формируется такая же интерференционная картина (и имеет место такой же сдвиг частоты), как при движении объекта в направлении к интерферометру, т. е. определить направление движения объекта невозможно. Для этой цели на пути эталонного пучка помещается акустооптический модулятор (ячейка Брэгга), смещающий частоту волны светового излучения на 40 МГц (для сравнения, частота волны лазера равна 4,74 • 10¹⁴ Гц). При этом для неподвижного объекта формируется модуляционная частота интерференционной картины 40 МГц. При движении объекта в направлении к интерферометру модуляционная частота уменьшается. При движении в направлении от виброметра частота на датчике превышает 40 МГц. Благодаря этому появляется возможность не только рассчитать амплитуду движения, но и точно определить его направление.

Расширенный мониторинг состояния оборудования
Новый прибор был специально разработан для систем мониторинга состояния оборудования от SKF. Он может использоваться, например, в сочетании с системой SKF Microlog (рис. 3). Прибор обладает следующими возможностями:

• измерения в диапазонах 20 мм/с, 50 мм/с, 100 мм/с;
• вывод сигнала, пропорционального скорости, на цифровой (S/PDIF) или аналоговый выходной соединитель;
• акустические измерения в диапазоне от 0,2 Гц (медленное вращение) до 22 кГц;
• измерения на удалённом расстоянии (до 3 м);
• измерения на нагретых поверхностях;
• измерения вибрации вращающихся деталей;
• формирование постоянного сигнала вне зависимости от силы, воздействующей на пьезоэлемент;
• измерения во взрывоопасных и труднодоступных зонах;
• измерения через стекло.

Измерение уровня шума подшипников на предприятиях SKF
Подшипники качения обычно выпускаются очень большими партиями. Допуски на размеры подшипников составляют единицы микрометров. Особое внимание уделяется достижению низкого уровня шума при работе подшипника. Кроме того, на предприятиях SKF реализована политика бездефектного производства в условиях большого объёма выпускаемой продукции (миллионы единиц каждый день). В связи с этим на объектах SKF проводится 100 %-ный контроль уровня шума подшипников в конце производственного цикла. Такой контроль требует наличия современного, крайне сложного испытательного оборудования (рис. 4).

Виброметр MSL-7000 используется для бесконтактного измерения шума, распространяющегося через элементы конструкции. Полученные данные поступают на электронное оборудование контроля шума SKF и представляют собой ценную информацию, позволяющую определить качество продукции и её соответствие нормам акустического шума. Непосредственная интеграция лазерного виброметра SKF в производственную линию даёт возможность создать систему оперативного контроля качества продукции и организовать автоматическое принятие решений о приёмке либо отбраковке контролируемой продукции. Таким образом, помимо обеспечения стабильного качества продукции, применение датчика позволяет существенно повысить экономическую эффективность производственного процесса. Работа лазерного виброметра SKF основана на бесконтактном принципе, прибор является износостойким и не требует сервомеханизмов и акустической изоляции для проведения измерений.

Применение лазерного виброметра SKF даёт возможность упростить конструкцию и компоновку оборудования, а также легко оснастить датчиками и электроникой для контроля уровня шума такие системы как, например, стенды для испытаний на долговечность и стенды для обкатки. Данный прибор используется во всём новом оборудовании контроля уровня шума, эксплуатируемом на производственных объектах SKF (рис. 5).

Бесконтактный принцип работы прибора позволяет значительно продлить ресурс оборудования и избежать внеплановых остановов. Система отличается большой гибкостью и может применяться для решения разнообразных задач. Высокая точность и стабильность формируемого сигнала дают возможность снизить уровень эксплуатационных затрат за счёт быстрого приведения системы в исходное состояние и упрощения калибровки. Дополнительными преимуществами являются простота модернизации существующего оборудования и умеренная стоимость ремонта сенсора в ходе его эксплуатации.

Технология контроля качества для клиентов
Новый лазерный виброметр может подключаться к оборудованию SKF для контроля уровня шума с целью создания испытательных систем для контроля электродвигателей, насосов, компрессоров и другого оборудования в конце производственного цикла. Благодаря этому наши клиенты могут воспользоваться новейшими технологическими достижениями SKF в области обеспечения качества для выходного контроля и непрерывного совершенствования производственных процессов согласно принципу SKF «Миру – Знания SKF».

Концерн Polytec

• год основания: 1967
• расположен в г. Вальдброн (Германия)
• количество сотрудников: 350 человек
• дочерние компании в Англии, Франции, Японии, Сингапуре и США
• www.polytec.com