Риск появления сдвига нулевого уровня в пьезоэлектрическом акселерометре (см. 6.2.4) можно уменьшить, если с большой тщательностью отнестись к выбору акселерометра (см. 6.1.2). Однако при проведении измерений на машинах ударного или вращательно-ударного действия, а также при наличии каких-либо сомнений в качестве снимаемого вибросигнала, рекомендуется применять механический фильтр, устанавливаемый между датчиком и источником вибрации. Такой фильтр позволяет ослабить составляющие переходного процесса на очень высоких частотах и тем самым предотвратить механические перегрузки пьезоэлемента. Механический фильтр работает как фильтр нижних частот, ослабляющий те частотные составляющие, которые служат источником появления сдвига нулевого уровня, в то время как вибрация в диапазоне частот измерений остается неизменной.

Примечание - Сдвиг нулевого уровня появляется вследствие особенностей работы пьезоэлектрических акселерометров. У акселерометров других типов, например пьезорезистивных, такого эффекта нет. Поэтому использование механических фильтров для предотвращения сдвига нулевого уровня оправдано, как правило, только при применении пьезоэлектрических акселерометров.

Другое назначение механического фильтра - уменьшить влияние нежелательных высокочастотных составляющих вибрации на акселерометр, чтобы не допустить его перегрузки. Это позволит использовать акселерометры с более высоким значением коэффициента преобразования.

С.2 Выбор механического фильтра

Механический фильтр должен соответствовать применяемому акселерометру. Частота среза механического фильтра зависит от массы акселерометра. Механические фильтры поставляют некоторые изготовители датчиков вибрации, но их можно изготовить и самостоятельно из подходящих упругих материалов. Для легких датчиков (порядка 2 г) обычно достаточно подложить под чувствительную поверхность датчика тонкий слой упругого материала.

Применение механического фильтра не должно приводить к изменению частотной характеристики измерительной системы в диапазоне частот измерений, т.е. он не должен вызывать усиление или ослабление составляющих ниже 1400 Гц, а дополнительная масса механического фильтра не должна вызывать изменение характеристик вибрации вибрирующей поверхности. Для оценки частотной характеристики механического фильтра рекомендуется сравнить результаты измерений вибрации ручной машины, для которой известно точно, что сдвиг нулевого уровня у нее отсутствует, проведенных до и после установки механического фильтра.

Размеры системы "механический фильтр - датчик вибрации" должны быть как можно меньше, чтобы датчик находился максимально близко к вибрирующей поверхности.

Не рекомендуется устанавливать на механический фильтр трехкомпонентный датчик вибрации.

С.3 Использование осей, перпендикулярных к направлению действия ударов

Обычно механический фильтр необходим, чтобы избежать сдвига нулевого уровня при проведении измерений виброускорения вдоль доминирующего направления действия вибрации, т.е. вдоль оси нанесения ручной машиной ударного действия.

Если же возможно появление сдвига нулевого уровня и для других направлений измерений, механические фильтры следует использовать с осторожностью, поскольку применение механического фильтра в данном случае может привести к эффекту, эквивалентному повышению коэффициента преобразования вибрации в поперечном направлении, вследствие повышения угловых колебаний акселерометра. Для минимизации эффекта угловых колебаний акселерометр должен быть установлен таким образом, чтобы его ось минимальной чувствительности к поперечной вибрации совпадала с направлением нанесения ударов.

Рекомендации по креплению акселерометров

D.1 Введение

Для фиксации акселерометра на вибрирующей поверхности разработаны различные способы крепления. На рисунках D.1 - D.4 приведены некоторые из таких способов с указанием условий применения, а также с описанием их достоинств и недостатков. Показанные способы обеспечивают линейную частотную характеристику в диапазоне частот измерений. Более подробное руководство по креплению акселерометров, включая ориентировочные значения резонанса установленного датчика для каждого способа крепления, представлено в ГОСТ ИСО 5348.

D.2 Способы крепления

D.2.1 Крепление на шпильку (резьбовое соединение) (рисунок D.1)

В материале вибрирующей поверхности высверливают отверстие, в котором затем нарезают резьбу. Акселерометр крепят к поверхности с помощью стандартной шпильки, ввинченной в это отверстие. Чтобы соединение не ослабло под воздействием вибрации, между контактирующими поверхностями можно нанести слой клея.

D.2.2 Крепление на клей или цемент (рисунок D.2)

Для установки акселерометра на вибрирующую поверхность можно использовать клей или цемент типа эпоксидной смолы. Чтобы не наносить клей непосредственно на акселерометр, его обычно наносят на шпильку. Не рекомендуется использовать мягкие клеи или воск, поскольку такое соединение ненадежно и не обеспечивает требуемой частотной характеристики.

D.2.3 Крепление с помощью зажимов (рисунок D.3)

Акселерометр устанавливают на легкий блок. Блок удерживается на вибрирующей поверхности с помощью гибких хомутов. Для этой цели можно применять хомуты как металлические, так и из нейлона. При этом нейлоновые ленты должны обеспечивать плотное соединение (непригодны ленты многократного использования с насечкой, действующие по принципу храпового механизма). Следует обращать внимание на то, чтобы все резонансные частоты устройства крепления лежали существенно выше (в 2,5 - 3 раза) верхней границы частотного диапазона измерений.

D.2.4 Ручные адаптеры (рисунок D.4)

Фиксированная система крепления пригодна не во всех случаях, в частности, когда рукоятка покрыта упругим материалом. Подвижная система крепления с помощью ручного адаптера удерживается на месте силой обхвата ладонью оператора, хотя часто целесообразно для дополнительной связи адаптера с поверхностью использовать изоляционную ленту.

В случае сложных поверхностей может потребоваться изготовление адаптеров специальной формы. Для их изготовления используют легкообрабатываемый материал, позволяющий сформировать эллиптический диск, который своей нижней поверхностью повторяет форму рабочей поверхности, а верхняя поверхность - где оставлено место для акселерометра, - прижимается ладонью руки. Акселерометр один раз жестко устанавливают в адаптере, после чего тот удобно может быть расположен между рукой и рабочей поверхностью.

Примеры расчета вибрационной экспозиции за смену

Е.1 Введение

В настоящем приложении дано несколько примеров организации измерений и расчетов вибрационной экспозиции за смену А(8) в соответствии с требованиями раздела 8. Процедура измерений для данных примеров соответствует требованиям 5.3.

Для всех примеров настоящего приложения:

- под уровнем вибрации понимают усредненное значение полной вибрации;

- воздействие вибрации оценивают только одним числовым значением (хотя обычно следует получать такие оценки для правой и левой руки по отдельности);

- в течение всего периода воздействия изменения уровня вибрации приняты незначительными (на практике обычно приходится иметь дело с более значительными вариациями уровня, что требует проведения усреднения по нескольким измерениям).

Е.2 Пример оценки вибрации при использовании одной ручной машины

Е.2.1 Продолжительные измерения при непрерывной работе ручной машины

Ситуация, когда ручная машина непрерывно работает в течение длительного периода времени и в процессе этой работы рука оператора находится в непрерывном контакте с ручной машиной или обрабатываемой деталью, является простейшей с точки зрения измерений. Примером операций такого типа является выравнивание больших поверхностей с помощью трамбовки, машин для полировки пола, газонокосилок.

В данном случае:

- измерения уровня вибрации проводят в течение длительного периода времени, позволяющего получать надежные, представительные результаты;

- время воздействия вибрации совпадает с временем использования ручной машины.

a) Преимущества

Измеренное значение уровня вибрации легко использовать для оценки воздействия в других условиях, когда время воздействия изменяется.

b) Недостатки

Существенных недостатков у данного способа измерений нет, но, к сожалению, на практике не так часто встречаются случаи, когда его можно применить.

Пример - За смену трамбовку используют в течение 2,5 ч, никакой другой виброопасный инструмент не применяют. Фотография вибрационного воздействия аналогична той, что изображена на рисунке Е.1. Среднеарифметическое по трем измерениям вибрации на рукоятках ручной машины дает значение полной вибрации =7,4 .

Значение вибрационной экспозиции за смену А(8) определяют по формуле (2), которая в случае одного непрерывного воздействия принимает вид