ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ВИБРАЦИИ

Бурдышева Ольга Васильевна
ПНИПУ
Создание волоконно-оптической системы для вибромониторинга,
которая обеспечит безопасную эксплуатацию технических объектов.
Организация малого предприятия, занимающегося созданием волокон-
но-оптических датчиков и систем виброконтроля, её продажей, уста-
новкой и обслуживанием на предприятиях.
Предлагаемая волоконно-оптическая система вибромониторинга
должна применяться для анализа состояния технических систем как на
предмет отказа, так и для настройки и оптимизации работы. Системы
вибромониторинга применяются в авиастроении, машиностроении,
горнодобывающей промышленности, строительстве и энергетике.
Система следит в реальном времени за вибрационными характеристи-
ками объекта (частота, виброскорость, виброускорение), при приближе-
нии получаемых значений к установленным пороговым сигнализирует
оператору и/или изменяет режим работы объекта для предотвращения
аварийной ситуации.
Волоконно-оптические чувствительные элементы соединяются
через оптическое волокно с приёмопередатчиками, и могут устанав-
ливаться на значительном удалении от регистрирующего оборудова-
ния (до десятков километров, если это необходимо). Ей не требуются
системы связи, обеспечивающие передачу данных с контроллеров
пьезоэлектрических датчиков, которые расположены рядом с измеряе-
мым объектом, к системам мониторинга, например, через сеть Ethernet,
WiFi или GPRS. Оптоволоконная система защищена от электромагнит-
ных помех и сама не создаёт их. Оптоволоконная система измерений
пожаро – и взрывобезопасна. Отсутствие дополнительной системы
связи делает оптоволоконную систему проще, надёжнее и дешевле.
Так стоимость стационарной системы на пьезоэлементах начинается от
150 тыс. руб., оценочная себестоимость разрабатываемой системы не
превышает 50 тыс. руб. При аналогичных габаритах наш чувствитель-
ный элемент обладает значительно меньшим весом (менее 1 г против

28 г у OS7100, 47 г ФО1785.5-АВ) Возможно мультиплексирование
нескольких чувствительных элементов в одну линию, то есть создание
квазираспределенного датчика.
Прототип системы вибромониторинга можно представить цепоч-
кой «контролируемый объект – оптоволоконный чувствительный
элемент – оптическая линия связи – приёмопередатчик – компью-
тер». Чувствительный элемент планируется изготавливать из цельного
волокна без разрывов с модуляцией амплитуды проходящего сигнала
при помощи макро – или микроизгибов. Планируемый уровень реги-
страции виброускорений на первом этапе – до 10 g. Оптическое волокно
для чувствительного элемента может быть как изгибоустойчивое,
так и специального типа, например, радиационно-стойкое. Оптическая
линия связи – стандартное изгибоустойчивое оптоволокно. Планиру-
ется, что приёмопередатчик содержит лазерный диод, излучающий на
длине волны 1550 нм с мощностью не ниже 0,3 мВт, и два фотодиода,
один из которых служит для регистрации сигнала с датчика, другой –
для определения опорного сигнала. Второй диод может использоваться
для настройки режима излучающего диода, планируемый уровень
дрейфа мощности сигнала не должен превышать 5% от требуемого зна-
чения. Данные с фотодиодов обрабатываются модулем приёмопередат-
чика и передаются через аналого-цифровой преобразователь с часто-
той не менее 10 кГц на компьютер для обработки и хранения.
Планируемое программное обеспечение для новой системы должно
обладать графическим интерфейсом, обеспечивающим управления рабо-
той системы регистрации: запись измерений и графическое их отраже-
ние, выбор файла для сохранения результатов мониторинга, проведение
спектрального анализа сигналов для определения частот и амплитуд
сигнала и отображения их графически, выбор отрезка времени для
детализации. Также программа должна рассчитывать скользящие сред-
ние, стандартное отклонение, максимальное и минимальное значение
мощности и записывать эти данные в файл. Общая стоимость компо-
нентов оборудования не должна превышать 20 тыс. руб.
Вибродиагностика широко применяется для анализа состояния тех-
нических объектов. Так по амплитуде вибрации на заданной частоте
можно судить, например, о качестве центровки вращающегося меха-
низма, по спектру энергий колебаний диагностировать неполадки в под-
шипниках и запланировать ремонт оборудования. По данным
РосТендера ежегодный объём рынка вибродиагностики 2014-2018 гг.,
связанного с текущим обслуживанием оборудования и некрупных
поставках (до 10 млн. руб./тендер) составляет около 150 млн. руб. Раз-
рабатываемая система вибромониторинга может использоваться для

анализа обеспечения безопасной эксплуатации объектов энергетики,
например, вращающихся генераторов электростанций, в нефтегазовой
промышленности – для мониторинга газоперекачивающего и насо-
сного оборудования, состояния трубопроводов, в транспорте – на стен-
дах для диагностика колесных пар железнодорожных вагонов, в мото-
ростроении для балансировки двигателей и т.д.