190241. lajstromszámú szabadalom • Áramköri kapcsolás piezoelektronikus rezgésérzékelő jelének feldolgozására
1 190 241 2 A találmány tárgya egy műszer, mely egyaránt alkalmas az emberi testre ható munkahelyi rezgések valamint a forgógépek rezgésvizsgálatára. Ismeretes, hogy a munkahelyi megbetegedések egyik leggyakoribb és legsúlyosabb esete a dolgozókra ható rezgések következtében alakul ki. A rezgésártalmak kiküszöbölése érdekében mindenekelőtt a gépek káros rezgését igyekeztek csökkenteni. Minden új konstrukciójú gép üzembe állítása előtt és később is rezgésmérő műszerekkel ellenőrzik a dolgozókra ható rezgések nagyságát. Ennek elmulasztása esetén mind a dolgozóra, mind a munkáltatóra súlyos következmények hárulnak. Ismeretes a rezgésmérő műszereknél az úgynevezett feszültség-előerősítő melynél a bemeneti és a kimeneti feszültség arányos egymással valamint a rezgésérzékelőre ható gyorsulással. Ezt a rezgésérzékelő illetve rezgésmérő műszert fejlesztette tovább a dán Brüel-Kjaer cég, mely jelenleg is a legjobbak közé tartozik. E műszer lényege, hogy tartalmaz egy TE úgynevezett töltés-előerősítőt, ami azzal jellemezhető, hogy a kimeneti feszültség és a bemeneti töltés arányos egymással és természetesen arányos a rezgésérzékelőre ható gyorsulással. Az ismertetett megoldások hátrányai, hogy nem veszik figyelembe különösen a kézre ható rezgések során fellépő gyorsulásjel jellegzetességeit, és pedig, hogy igen gyakran nagy csúcstényező fordul elő, vagyis a gyorsulásjel csúcsértéke jóval nagyobb, mint az effektiv érték, továbbá a nagy csúcstényező mellett a felfutási meredekség is nagy (tűimpulzus jellegű). Az eddigi megoldásoknál ezek a jelek közvetlenül az első aktív fokozatra jutnak (a műveleti erősítőre), és változatlan illetve arányos formában vannak jelen annak kimenetén. Ennek hátrányai a következők:- a tűimpulzusokat tartalmazó, a gyorsulássá! arányos feszültségjel maximálisan igénybeveszi az erősítőfokozat kivezérlési tartományát, miközben a jel effektiv értéke viszonylag alacsony. Emiatt a jel-zaj viszony kedvezőtlenebb.- a műveleti erősítő korlátozott jelváltozási sebessége miatt a tűimpulzusok feldolgozása ugyancsak előnytelen, az emiatt fellépő mérési hiba nem is detektálható, mivel a túlvezérlődés a műveleti erősítőn belül jelentkezik. A találmány elé azt a célt tűztük ki, hogy olyan a jelenleg ismereteseknél kedvezőbb tulajdonságokkal rendelkező piezoelektromos rezgésmérő műszert készítsünk, mely alkalmas elsősorban az emberi kézre ható munkahelyi rezgések mérésének elvégzésére az ISO/DIS valamint á KGST szabvány előírásainak, az egész testre ható munkahelyi rezgések mérésére az MSZ szerint, a forgógépek rezgésvizsgálatára ami kielégíti az MSZ KGST előírásait, valamint olyan egyéb szabványok előírásai esetén is, melyeknél a megkívánt súlyozó görbe meredeksége a rezgésgyorsulásra vonatkozóan a vizsgálni kívánt frekvenciatartomány számottevő részében - 6 dB/oktáv. További célkitűzésűnk volt az is, hogy rezgésmérő műszerünk új kapcsolási elrendezésű, kis számú és olcsó áramköri elemeket tartalmazzon és mérési funkcióját hibamentésen kielégítse. A találmány elé kitűzött célt azáltal érjük el, hogy a piezoelektromos rezgésérzékelő bemeneti része után a töltés-előerősítőt soros bemeneti Rj ellenállással egészítjük ki, amelynek értéke nagyobb, mint 10 kOhm, előnyösen 360 kOhm, miáltal a kapcsolási elrendezés integrátorként viselkedik a piezoelektromos rezgésérzékelő töltésjelére vonatkoztatva, hiszen maga a töltéserősítő bemeneté nagy értékű kapacitásként viselkedik. A találmány szerinti rezgésmérő műszert kiegészítjük még egy a Be bemenet és az F földpont közé kapcsolt C, kompenzáló kapacitással, amely célszerűen 10 nF-1000 nF értékű. A találmány szerinti kapcsolást a csatolt rajz mellékleten szemléltetett példakénti foganatosítási mód kapcsán ismertetjük részletesebben. A rajzokon az 1. ábra a találmány szerinti rezgésmérő egy példakénti kiviteli alakjának kapcsolását, a 2. ábra a találmány szerint rezgésmérő egy másik példakénti kapcsolását szemlélteti. A példaként bemutatott kapcsolások egyik lehetséges kiviteli alakja, hogy a piezoelektromos rezgésgyorsulás-érzékelő jelének fogadására és feldolgozására a Be bemeneti és F földpont közé C, kompenzáló kapacitást kapcsolunk, a Be bemenetről R, ellenállás van kötve az A FET bemenetű vagy FET-tel kiegészített A műveleti erősítő invertáló bemenetére, melynek kimenete és invertáló bemenete között Cv visszacsatoló kapacitás van elrendezve. A találmányunk egy további kapcsolás kiviteli formája, hogy a C, kompenzáló kapacitáson valamint a soros bemeneti R, ellenálláson kivül, továbbá a Cv visszacsatoló kapacitáson kívül még egy visszacsatoló hálózatot rendezünk el az A műveleti erősítő kimeneti és bemeneti pontja között, célszerűen a 2. ábrának megfelelően, az előbbiekben ismertetett áramköri elemeken kívül az A műveleti erősítő kimenetére kapcsolt R2 R3 ellenállásokból álló osztót, a bemenetére kapcsolt R4 visszacsatoló ellenállást. Rs hangoló ellenállás van az R4 visszacsatoló ellenállás, valamint a C2 hangoló kapacitás közös pontja és az osztó közös pontja közé kapcsolva, ezáltal lehetőséget teremtünk a korábban felsorolt szabványok szerinti frekvenciamenet kialakítására. Találmányunk előnyeként kell értékelni, hogy a gyorsulásjelben lévő tűimpulzusok által okozott feldolgozási nehézségek egyáltalán nem jelentkeznek, ugyanis az első aktív fokozat (műveleti erősítő) kimenetén az integrált gyorsulásjel, azaz a rezgéssebességgel arányos feszültség lép fel, tehát a tűimpulzusok is integrált „simított” formában vannak jelen. További előnye, hogy a kimeneten a sebességgel arányos feszültség jelenik meg, ugyanis a korábban említett előírásoknál a vizsgált frekvenciatartomány nagy részében a sebesség szerint történik az értékelés, tehát az új kapcsolási elrendezés és kiegészítés egyben megvalósítja a szükséges súlyozó görbék lényegi részének kialakítását is. Az új kapcsolási elrendezés különösen előnyös azokban az esetekben, amikor a műszert célfeladat elvégzésére kívánjuk felhasználni, azaz a korábban említett szabványok közül egy valamelyiket kell 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
