Датчик вибрации двигателя для чего

Предотвращаем аварии: датчик контроля вибрации мотора с передачей данных на смартфон по BLE

Типовая схема датчика мониторинга вибраций мотора, разработанная Texas Instruments, базируется на трехосевом аналоговом акселерометре, малошумящем усилителе, программируемом микроконтроллерном блоке с АЦП и беспроводном контроллере с BLE-интерфейсом. Схема может автономно работать от полугода до 25 лет (в зависимости от режима работы и задействования беспроводной части) и позволяет отслеживать состояние систем кондиционирования, холодильных установок насосов, бытовых и промышленных конструкций и сооружений для ранней профилактики аварийных ситуаций.

Основное предназначение датчиков в системах автоматизации – это индикация текущего состояния объекта управления, своевременное обнаружение и оповещение о внештатных ситуациях.

Развитие и миниатюризация вычислительной техники, а также удешевление датчиков позволяет внедрять предиктивные (предсказательные) методы технического обслуживания. Данные методы предназначены для определения состояния оборудования без вывода из эксплуатации. Их основная задача – предсказать, когда будет нужно провести то или иное техническое обслуживание, чтобы предотвратить приближающийся отказ оборудования.

Помимо аппаратных решений, компания предоставляет и программные ресурсы:

• средства разработки программного обеспечения;
• стеки протоколов;
• примеры приложений.

Как работает вибромотор? Или почему все смартфоны вибрируют по-разному

До недавнего времени, если кого-то и интересовала вибрация на смартфоне, то только в плане силы ее работы, чтобы не пропустить звонок в шумном месте. Признаюсь, мне вообще было безразлично, какой вибромотор будет установлен в моем очередном телефоне. Это совершенно никак не влияло на выбор аппарата.

Но все изменилось с выходом iPhone 7, в котором Apple впервые представила свой Taptic Engine. Вот тогда я узнал (и почувствовал), что вибромотор в смартфоне может создавать новые впечатления и эмоции от работы с устройством, а не служить лишь источником неприятных вибраций.

К примеру, прокручивая пальцем на экране современного iPhone колесико с выбором даты, ощущаешь физические щелчки, будто вращается реальный механический барабан внутри смартфона. Или же, набирая текст на экранной клавиатуре дорогого Android-смартфона, ощущаешь толчки под экраном и печатать с такой тактильной отдачей становится гораздо приятнее.

Конечно же, все эти вибро-эффекты есть на любом смартфоне, но на одних просто ощущаются вибрации всего корпуса, а на других появляется тот новый приятный и необычный пользовательский опыт.

После первого iPhone с Taptic Engine я долго искал Android-смартфон с аналогичной технологией, так как возвращаться к старому-недоброму вибромотору совершенно не хотелось. Искал, но не находил. Однако спустя какое-то время Android-производители стали подтягиваться и предлагать похожие решения. И сегодня что-то отдаленно напоминающее Taptic Engine от Apple можно встретить даже в среднем сегменте (Redmi Note 9 Pro — неплохой тому пример).

Отчего же зависит эта вибрация и как она работает? Какие смартфоны, в конце-концов, могут предложить те новые ощущения, о которых я чуть выше говорил? Обо всем этом и поговорим дальше.

Два основных вида вибромоторов, используемых на смартфонах

На сегодняшний день во всех телефонах используется лишь два вида вибромоторов:

• Вращающийся с эксцентриком (ERM)
• Линейный (LRA)

Вибромотор с эксцентриком (ERM) — это самый древний, дешевый и неинтересный моторчик. Суть его работы заключается во вращении эксцентрика со смещенной массой, прикрепленного к валу. Такой дисбаланс создает вибрации, моторчик буквально бросает в стороны, но так как он жестко прикреплен к корпусу смартфона, эти вибрации передаются на корпус:

Такие моторчики использовались еще на кнопочных телефонах и если вы думаете, что сегодня они практически не встречаются, то вы очень ошибаетесь. К примеру, во всех смартфонах от Apple, вплоть до iPhone 6 (за исключением единственной модели iPhone 4s), устанавливались именно такие вибромоторы. Вот наглядный пример:

На многих современных бюджетных и средне-бюджетных аппаратах установлены ровно такие же моторчики. Взять, к примеру, популярный Redmi Note 8 Pro. Если его разобрать мы увидим тот же моторчик с эксцентриком:

Естественно, перечислять все аппараты с таким типом вибрации я не буду, так как их слишком много. Но что с ними не так?

У таких моторчиков есть несколько преимуществ, как для производителя, так и для пользователя. Они очень дешевые и управлять ими очень легко. Кроме того, для их работы нужен постоянный ток — тот, что идет от аккумулятора смартфона. Получается нам не нужно преобразовывать его в переменный ток, что еще сильнее удешевляет весь процесс.

Для пользователей преимущество заключается в силе вибрации. Когда эксцентрик раскручивается, он создает движение вверх-вниз и влево-вправо, то есть, вибраций получается очень много:

Но отсюда выплывают и недостатки, главный из которых — неприятное бесконтрольное дребезжание смартфона. То есть, добиться каких-то интересных ощущений от вибрации просто невозможно. Вы набираете текст на экранной клавиатуре и весь корпус вибрирует.

А реализовать вау-эффекты, вроде имитации прокручивания механического барабана, о чем я говорил во вступлении или нежное постукивание по запястью (как на Apple Watch) — вообще нереальная задача.

Все дело в том, что для ощутимой вибрации такому моторчику нужно набрать определенную скорость, из чего следует два серьезных недостатка:

• Большое время задержки или размазанная реакция. Вибрация не может включаться и отключаться моментально. Для набора ощутимой силы вибрации у таких моторчиков уходит до 200 миллисекунд, да и остановиться мгновенно не получится из-за инерции.
• Сила вибрации и ее продолжительность неразрывно связаны. Из предыдущей проблемы вытекает еще одна — смартфон не может осуществить короткий и сильный толчок при помощи вибромоторчика. Ведь для ощутимой силы, моторчику нужно хорошенько раскрутить эксцентрик, а на это уйдет какое-то время. Получается, вместо короткого «толчка» мы ощутим обычную размазанную неприятную вибрацию. Если же сделать ее очень короткой, то сила вибрации будет слишком слабой.

В общем, единственный плюс этого моторчика — в его мощном (хотя и не совсем приятном) жужжании, когда речь заходит о будильнике или входящем звонке.

Но так как он занимает слишком много места внутри смартфона, производители изменили конструкцию моторчика, оставив тот же принцип работы. Теперь эксцентрик со смещенной массой вращается по кругу внутри плоского круглого корпуса, напоминающего таблетку:

Такие моторчики и установлены сегодня в подавляющем большинстве смартфонов, включая Samsung Galaxy A51, Xiaomi Mi Note 10, Honor 20 и множество других. Вот как он выглядит схематически:

Этому вибромотору присущи все недостатки предыдущего. К тому же, сила вибрации такого моторчика может быть заметно ниже классического из-за маленького корпуса и вращающегося диска.

С этим моторчиком также ничего интересного сделать невозможно и такая вибрация не принесет никакого нового пользовательского опыта. В общем, все скучно.

Линейные вибромоторы на смартфонах: X-axis, Z-axis, Taptic Engine и DVS

И вот теперь начинается самое интересное! Принцип работы линейных моторчиков совершенно отличается от рассмотренных выше и именно такая вибрация сегодня устанавливается на многих флагманах.

Более того, как я уже упоминал вначале статьи, с легкой руки Xiaomi такие моторчики начинают перебираться и в средний бюджет.

Принцип работы LRA-вибромоторов следующий: внутри корпуса движется какая-то масса (скажем, тяжелая пластинка или цилиндр) только в одной плоскости, например, влево-вправо или вверх-вниз. Вот наглядная анимация линейного вибромоторчика от часов Apple Watch:

На анимации выше виден разобранный корпус и металлическая масса, движущаяся влево-вправо. Причем, с каждой стороны есть пружинки, а само движение вызывается катушкой (множество витков тонкого провода) по центру. То есть, когда ток подается на катушку, она превращается в магнит и отталкивает движущуюся часть. Если поменять направление тока (плюс и минус), изменится и полярность нашего магнита (катушки), соответственно, движущаяся часть оттолкнется в другую сторону. А пружинки смягчат удары с каждой стороны.

Форма корпуса такого вибромотора зависит от плоскости, в которой движется пластина. Если масса движется вдоль толщины корпуса, то есть, по направлению к экрану, а затем в обратную сторону, такая вибрация называется Z-axis (иногда Y-axis). Выглядит она так:

К сожалению, внешне очень тяжело отличить линейный Z-axis вибромотор от плохого ERM-вибромоторчика с эксцентриком в виде таблетки. Оба они выглядят идентично. Забавно, но из-за этого многие люди, занимающиеся разборкой смартфонов на YouTube, увидев «таблетку», подумали, что в Redmi Note 9 Pro используется обыкновенный ERM-моторчик и Xiaomi всех обманула.

Итак, все линейные вибромоторы лишены недостатков моторов с эксцентриком, а значит, имеют следующие преимущества:

• Моментальная реакция. Чтобы ощутить заметную вибрацию от такого моторчика, достаточно нескольких миллисекунд, а максимальная мощь достигается менее, чем за 50 миллисекунд (напоминаю, в ERM-моторах — в 4 раза дольше). Конечно, с торможением не все так гладко, ведь на конце корпуса находятся пружины (в Z-axis с одной стороны, в X-axis — с двух). Но эта проблема решается специальными механизмами торможения — электромагнит (катушка, на которую подается ток) сильно притягивает к себе пластинку, останавливая ее движение.
• Возможность контролировать отдельно время работы и силу. Здесь уже легко реализовать то, что невозможно было в случае с эксцентриком, а именно: сделать сильный толчок за короткое время. Ведь нам не нужно раскручивать эксцентрик, а затем тормозить его.

Однако у Z-axis моторчиков есть два недостатка. Во-первых, из-за толщины корпуса внутри нет много места для движения пластинки, т.е. сделать очень мощную вибрацию, особенно, если речь идет о разовых сильных толчках, нереально. Да, можно изменять размеры и массу движущейся пластины, но все равно упремся в толщину корпуса.

Вторая проблема — вибрация может ощущаться по-разному в зависимости от того, в какой руке вы держите смартфон, так как сам вибромотор, зачастую, устанавливается не по центру.

Все эти проблемы решает технология X-axis, которая и используется в знаменитом Taptic Engine от iPhone. В этом случае, сам вибромотор гораздо крупнее и расположен он вдоль ширины корпуса. Соответственно, масса передвигается не в сторону экрана, а влево-вправо по корпусу (как на анимации с Apple Watch).

Такие вибромоторы используются во флагманах от Sony, начиная с Xperia XZ2 (эта технология у них называется Dynamic Vibration System или DVS):

Похожие X-axis вибромоторы также устанавливаются на смартфонах Google Pixel 3/4, OnePlus 7/8 Pro и ряде других. Но что интересно, на Samsung Galaxy S20 используется вибрация Z-axis (в виде таблетки), а уже на старшей модели — X-axis (хотя и в очень маленьком квадратном корпусе). Естественно, об этом сама компания нигде не упоминает и вряд ли кто-то вообще догадывается о том, что в линейке S20 используются разные вибромоторы. Но факт остается фактом. Подобное практикуют и другие компании, например, Google со своими Pixel 3 (X-axis) и Pixel 3a (Z-axis).

Казалось бы, теперь все понятно и нужно просто купить смартфон с X-axis вибромотором, чтобы получить те самые невероятные ощущения. Но в реальности дела обстоят гораздо сложнее. Все вибромоторы работают по-разному, даже если речь идет об одном и том же типе вибрации, например, линейной X-axis.

Качество вибрации очень сильно зависит от:

• Настройки вибромотра и его драйвера
• Веса, размера и формы движущейся массы
• Пружины и ее характеристик
• Размера самого вибромотора и его мощности
• Операционной системы и библиотек, непосредственно отвечающих за работу с вибромотором (когда его включать, с какой силой, на какое время, как отключать, как использовать собственную резонансную частоту пружины и пр.).

Именно поэтому один и тот же тип вибрации может ощущаться совершенно по-разному на двух флагманах. И тем не менее, лучше всегда предпочитать вибрацию в следующем порядке: X-axis, Z-axis (Y-axis), ERM (моторчики с вращающимся эксцентриком).

Как узнать, какой вибромотор установлен в конкретном смартфоне?

Самый простой способ узнать, какой вибромотор используется на интересующем вас смартфоне — это просто посмотреть на него. Для этого достаточно поискать в интернете разборку аппарата (все популярные смартфоны разбирают буквально в первый же день). По форме вибромотора можно сразу понять, с чем мы имеем дело.

Если вы увидели круглую «таблетку», скорее всего это либо линейный Z-axis мотор, либо старый жужжащий моторчик с эксцентриком, спрятанный в круглый корпус. К сожалению, отличить одно от другого внешне очень тяжело (если вообще возможно).

Если же вы видите длинную прямоугольную коробочку — это лучший вибромотор на сегодняшний день (X-axis). Но как он будет работать — зависит от конкретной модели. В любом случае, интереснее, чем «таблетка».

Вместо заключения

Надеюсь, вы узнали что-то новое для себя и уже собрались проверять, какой вибромотор используется в вашем аппарате.

Как бы там ни было, я еще раз хочу подчеркнуть важность вибрации на смартфоне. Хороший вибромотор может заметно улучшить пользовательский опыт и подарить вам новые эмоции от общения со своим смартфоном!

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Внизу страницы есть комментарии.

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Что такое фаза?

Фаза — это положение вращающейся части в любой момент времени относительно фиксированной точки. Фаза дает нам информацию о направлении вибрации. Настройка двигателя автомобиля с использованием светового индикатора и индуктивного датчика — это применение фазового анализа (рис. 2).

Рис. 2. Настройка двигателя с использованием светового индикатора — это фазовый анализ

Фазовый анализ представляет собой набор измерений фаз, выполненных на машине или конструкции и их оценку для выявления информации об относительном движении между компонентами. В вибрационном анализе фаза измеряется с использованием абсолютных или относительных методов.

Абсолютная фаза измеряется с помощью одного датчика и одного тахометра, направленного в сторону метки на вращающемся валу (Рисунок 3). В каждой точке измерения анализатор рассчитывает время между триггером тахометра и пиковой вибрацией следующего положительного сигнала. Этот временной интервал преобразуется в градусы и отображается как абсолютная фаза (рисунок 4). Фаза может быть измерена с частотой вращения вала или любым целым числом, кратным скорости вращения вала (синхронные частоты). Абсолютная фаза необходима для балансировки ротора.

Рис. 3. Измерение абсолютной фазы

Рис. 4. Абсолютная фаза рассчитывается между сигналом тахометра и формой колебательного сигнала

Относительная фаза измеряется многоканальным виброанализатором с использованием двух или более (аналогичного типа) датчиков вибрации. Анализатор должен иметь возможность измерять межканальную фазу. Один одноосный датчик служит фиксированным эталоном и размещается где-то на машине (обычно на корпусе подшипника). Другой одноосный или трехосный датчик перемещается последовательно ко всем остальным контрольным точкам (Рисунок 5). В каждой контрольной точке анализатор сравнивает формы сигналов между фиксированным датчиком и перемещаемым датчиком. Относительная фаза — это разница во времени между сигналами на определенной частоте, преобразованная в градусы (рисунок 6). Относительная фаза не требует тахометра, поэтому фазу можно измерять на любой частоте.

Рис. 5. Измерение относительной фазы

Рис. 6. Относительная фаза, рассчитанная между двумя колебательными сигналами

Оба типа измерений фазы легко выполнить. Относительная фаза является наиболее удобным способом измерения фазы на машине, потому что машину не нужно останавливать для установки светоотражающей ленты на вал. Фаза может быть измерена на любой частоте. Большинство одноканальных виброанализаторов могут измерять абсолютную фазу. Многоканальные анализаторы вибрации, такие как Pruftechnik VibXpert, показанный на рисунке 7, имеют стандартные функции для измерения как абсолютной, так и относительной фазы.

Рис. 7. Pruftechnik VibXpert 2-канальный виброанализатор

Дикая вибрация, как бороться?

Проблема заключается в следующем: при полной остановке и стоянке с включенной D, начинается дикая вибрация в машине, уже салон дребезжать стал , а в сидении сидишь будто на вибромассажере. Свечи новые, масло менял 4 тысячи назад в двигетеле и 5 тысяч назад в коробке. Сразу скажу, что машина у меня недавно и еще толком во всех ньюансах не разобрался. Подскажите как бороться, пожалуйста.
HU-14 SR20DE 4WD 1998г

Заранее для админов — прошу не ругаться, поиском пользовался, по темам проверил, посмотрел на машине — вроде все в норме подушки там, крепления и прочее. Собсна поэтому и спрашиваю;)

ExioM тебе бы поставить машину на Д, открыть капот и посмотреть как трясется двигатель.
Может у тебя на самом деле подушка сдохла при такой тряске как описываешь.
Иначе менять тебе ВВ-провода — возможно один из них все таки плохо работает.

Как вариант — если при езде чувствуешь пинки при переключениях передач — особенно со 2 на 3 и с 3 на 4 — то посмотри уровень масла в АКПП. (ровная площадка, двигатель заведен и АКПП стоит на нейтрали, если проехал км 5 до этого до смотреть уровень по верхней метке Hot). Если уровень ОК, но все равно пинается — поменять масло хотя бы частично (не переливать по уровню). Масло заливается Ниссан Матик Д. (по крайней мере в Москве и Иркутске продают такое).

ну во первых, в норме ли ХХ? а то может двиг уже в конвульсиях колотится.
и конечно же подушки, и на глазок не всегда видно что они устали, просто резина старая очень плохо демпфирует колебания, за счет того что становится очень жесткой. причем смотреть все 4 подушки , а не только две верхние.

1) Подушки смотрели все, то ли меняли их уже, то ли не знаю, но как новые
2) Двигатель при включенном D тоже смотрел, вибрация минимальная
3) масло в коробке то же в порядке
при включении электрооборудования вибрация усиливается (особенно при включении обогрева зеркал и заднего стекла ну и конечно кондюка)
Вариант с ВВ-проводами возможен, только вот как бы их проверить, ато в Краснодаре за них цены не сложат?

надо посмотреть сигнал включения доп оборудования. при включении фар и обогревалок должны подниматся обороты.
можно посмотреть тестером или сканером.

а мне всетки сдается, что грязный дроссель. занижены и нестабильны обороты хх. при нагрузке обороты тоже не будут повышаться. либо ВВ провода..

Последний раз редактировалось Иван Иваныч; 18.02.2010 в 08:26 .

Иван Иваныч, при стоянке с включенной D-шкой стрелка тахометра лежит ровно на отметке которая ближе к середине (какое это точно значение оборотов пока не понял, но она выше чем середина и ближе к 1000), при включении электрооборудования стрелка немного откланяется к тысяче и через секунду возвращается в прежнее положение. Был уже на трех стошках , нигде подходящей карты под мою машину не нашлось,у официалов то же, ну это ладно, все равно найду!
s_saska, найду сканер — война план покажет 😉
Спасибо, Вам всем .
Кстати, мне тут посоветовали попробовать ВВ-провода от «СОБОЛЯ», ну очень похожи , в ближайшее время проэкспериментирую-отпишусь!)))

Здравствуйте, такая же проблема что и у всех. но при первом заводе машины вибрации нет(на холодную) после как проедишь до пункта N..начинается вибрация..особенно при нажатии на тормоз, на положении D,R и (Р -чуть меньше). при нажатии на газ, вибрация пропадает.. Ещё сильно вибрирует, при включении фар, отепления стекол, особенно сильно вибрирует при поднятии и опускание стёкол(эл.приборов). как будто генератор не тянет..позже чуть ещё проехав дольше, на положении P начинает сильно трясти, при повороте тоже. как будто нагревается или устаёт что то. затем дать машине остыть на часик или более то нормально не тресёт, затем всё начинается также после определённого времени.

свечи новые поставил, свечной провод нормальный, подушки нормальные. масло менял на днях на двигатель, на коробку масло 3тыс проехал, фильтры чистил/заменял(маслянный, бенз.ф), бензин постоянно заливаю в одном месте(хороший), проблем не было год. сколько ездил по СТО сказать толком не могут.

П.С. я не очень хорошо разбираюсь в машинах.
хочу найти здесь ответы и советы..началось как пол месяца назад, а так год целый ни одной проблемы..только рычаг правый поменял и всё) как часы работала машина.
вот данные 1996года,Nissan Primera HP11, АКПП, 2.0л., правый руль)

Последний раз редактировалось TOKeN; 23.02.2010 в 19:12 .

Настройка датчика для микроконтроллеров

Предлагаемая схема подключения чуть изменена. Теперь датчик удара готов к работе с любым микроконтроллером (например под Ардуино) — независимо от того как он запитан.

Просто подключитесь к микроконтроллеру или к таймеру 555 — всё будет работать и запускать исполнительное устройство. Здесь BC847B (код SMD 1FW) — это транзистор общего назначения для коммутации и усилителей. Этот NPN-транзистор имеет максимальное напряжение коллектор-эмиттер 45 В и ток коллектора 100 мА.

Вот еще одна простая идея: добавим активный пьезо-зуммер между контактами vcc и out 3-контактного разъема, поэтому в активном состоянии будет визуальное и звуковое предупреждение об ударе / вибрации продолжительностью в одну секунду.

Возможно, вы захотите разместить электромагнитное реле для управления мощной нагрузкой, например, ревуном авто, но тогда понадобится реле слаботочного типа.

Выходной каскад автомобильного датчика ударов может использоваться для взаимодействия с различными электронными схемами. Его внутренний транзистор выключен в состоянии ожидания. Но когда пьезоэлектрический элемент обнаруживает удар или вибрацию, небольшое напряжение обрабатывается операционным усилителем, и транзистор включается, обнуляя конечный выход на 3-проводном разъеме.

Эти маленькие автомобильные датчики удара очень дешевы и их можно найти на eBay, Aliexpress, Banggood и многих других сайтах по электронике.

Вибромоторы с эксцентриком

Первые системы вибровызова в мобильных телефонах были построены на обычном электродвигателе постоянного тока. На валу двигателя был закреплен несбалансированный груз в виде эксцентрика. Такая система вибрации называется ERM (Eccentric Rotating Mass — вращающаяся эксцентриковая масса).

Имеющийся в системе дисбаланс при раскручивании якоря электрического моторчика создает вибрацию. Поскольку электродвигатель жестко прикреплен к корпусу телефона, то вибрации передаются и ему, а пользователь ощущает их. Интенсивность вибровызова регулируется путем изменения величины питающего напряжения. Частота вращения вала двигателя находится в прямой зависимости от величины питающего напряжения.

Сила вибрации зависит от частоты вращения вала двигателя, массы груза и расстояния от центра вала до самой дальней точки грузика.

Сегодня система с открытым грузиком уже устарела. Всему виной большие габариты конструкции, которые сложно «вписать» в компактный корпус смартфона. Тем не менее технология еще довольно активно используется производителями, поэтому ERM-моторы претерпели значительные косметические изменения.

Принцип действия остался неизменным, а вот форм-фактор изменился кардинально. Современный ERM-мотор выполнен в форме небольшой таблетки, внутри которой располагается эксцентриковый груз.

К достоинствам вибровызова с помощью ERM-моторов относят:

• довольно мощную вибрацию;
• простоту и дешевизну конструкции;
• простоту управления электродвигателем — нет необходимости преобразования постоянного напряжения в переменное.

Поэтому ERM-мотор использует большинство производителей во многих мобильных устройствах бюджетного и среднего ценовых сегментов.

Система универсальна, так что используется не только в смартфонах. Ее включают
в конструкцию газоанализаторов, раций, геймпадов игровых консолей, фитнес-браслетов
и смарт-часов.

При всех положительных сторонах данного типа вибрации существуют и недостатки. Основная претензия — абсолютно невнятные тактильные ощущения. Мощная вибрация гаджета присутствует, но нет вменяемой обратной связи при использовании устройства.

Основная причина кроется в большой инертности системы, ведь чтобы получить виброотклик, моторчик должен раскрутиться. А для этого нужно время. Как правило, выход ERM-мотора
в рабочий режим составляет порядка 200 мс, что довольно много, поэтому ожидать чего-либо кроме обычного «жужжания» от такой системы не стоит.

Измерения вибрации по ГОСТ Р 52892-2007

Для оценки опасности воздействия вибрации на здания и сооружения по ГОСТ Р 52892-2007 измеряют пиковую виброскорость по трём направлениям на фундаменте или на грунте рядом с фундаментом и определяют частоту доминирующей составляющей вибрационного процесса.

Рассмотрим последовательно особенности этих измерений.

Точка измерений

В отличие от измерений при санитарно-гигиенической или экологической оценке, вибрация на перекрытиях зданий не представляет основной интерес при оценке опасности вибрационных воздействий на здание в целом. Для корректной оценки необходимо измерить вибрацию несущих конструкций — фундаментов, несущих стен. В некоторых случаях измеряют вибрацию на грунте в непосредственной близости от фундамента здания.

Для измерений на фундаментах и несущих конструкциях необходимо предусмотреть подходящий способ крепления вибропреобразователя; обычно это клевое крепление. Для продления срока службы вибропреобразователи, как правило, устанавливают на посадочную площадку, которую уже клеят к вибрирующей поверхности.

Для измерений на грунте датчик устанавливают либо на массивную жесткую пластину (например на плиту дорожного покрытия) или на стальной стержень, который забивается глубоко в грунт.

Требования к установке акселерометров, плюсы и минусы разных видов креплений датчиков рассмотрены в стандарте ГОСТ ИСО 5348‑2002.

Измеряемая вибрационная характеристика

В соответствии с ГОСТ Р 52892-2007 нормируемой характеристикой вибрации является пиковое значение скорости.

Пик — это наибольшее мгновенное значение. Не следует путать пиковые значения скорости и максимальные. Под максимальным значениям, как правило, понимают наибольшее из текущих усреднённых за временной промежуток (например за 5 или 10 секунд) значений.

Для корректной оценки пиковой виброскорости необходимо использовать одну из следующих схем:

• подходящий датчик скорости подключается его к виброметру, имеющему детектор пиковых значений,
• датчик ускорения подключается к устройству записи временной формы сигнала, которая затем обрабатывается специальным программным обеспечением.

Пиковое значение скорости вибрации нельзя корректно получить, измеряя только усреднённые значения ускорения вибрации. При этом большинство приборов, использующихся в санитарии и экологии, в базовых комплектациях способны измерять только усреднённые значения ускорения вибрации.

Измерение частоты доминирующей составляющей

Для наиболее полной оценки опасности вибрационного воздействия на здания необходимо знать частоту доминирующей составляющей исследуемой вибрации.

Для продолжительных вибрационных событий, например вибрации от товарных железнодорожных составов, эту задачу можно решить выделением характерных частот в третьоктавном спектре ускорения или скорости.

Для импульсных вибрационных воздействий, например когда вибрация создаётся забивкой свай, частоту доминирующей составляющей получают применяя преобразование Фурье к выборке, формирующей временную форму сигнала скорости вибрации. В программных пакетах для этого обычно используется БПФ (быстрое преобразование Фурье).

Пример реализации

Схема подключения датчика вибрации к ардуино

Вариантом использования вибрационного датчика может стать охранная сигнализация, в которой при ударе о поверхность, с закрепленным на ней устройством, происходит сработка (в данном примере загорится светодиод, присоединенный к пину 13). Для проекта следует подготовить такие детали:

• плату Arduino Uno;
• датчики вибрации 801S или Logo sensors v1.5;
• макетную плату;
• соединительные провода.

Сборка схемы производится согласно рисунку. Цифровой вывод DO соединяем с цифровым пином 2. При наличии вибраций значение сигнала многократно увеличивается и при достижении порогового значения, которое устанавливается потенциометром, на вывод DO подается логическая единица. Мы обрабатываем эту ситуацию, считывая значение функцией digitalRead, после чего подаем с помощью функции digitalWrite 5В на порт 13 и загорается встроенный в плату светодиод.