Измерения вибрации зданий приборами Экофизика

Реализация измерений вибрации по ГОСТ Р 52892-2007 приборами Экофизика

Измерения вибрационных характеристик по ГОСТ Р 52892-2007 с применением приборов Экофизика состоят из следующих этапов:

Подготовка к измерениям
  • выбор точек измерений
  • проверка измерительного тракта
  • монтаж вибропреобразователей
Измерение и запись вибрационных процессов
  • измерение и запись временной формы сигнала ускорения
  • экспресс-оценка пиковой скорости (возможна в некоторых случаях)
Постобработка с применением ПО Signal+
  • расчёт временной формы сигнала виброскорости
  • выделение пикового значения виброскорости
  • оценка частоты доминирующей составляющей вибрации

Подготовка к измерениям

Проверка измерительного тракта состоит из опробования прибора и проверки чувствительности измерительного тракта.

Для опробования Экофизики необходимо:

  • проверить отсутствие механических повреждений кабеля, вибропреобразователя и прибора;
  • проверить соответствие внутренних настроек прибора паспортным данным и результатам последней поверки;
  • убедиться, что виброметр реагирует на вибрацию, а при отсутствии вибрации (в состоянии покоя) обеспечивает показания, близкие к типичным для данной лаборатории фоновым уровням.

Проверку чувствительности измерительного тракта проводят с помощью виброкалибратора или вибрационного стенда в соответствии с руководством по эксплуатации. По ГОСТ Р 52892‑2007 и другим методикам измерений (например, МИ ПКФ‑16‑029) эта процедура носит рекомендательный характер.

Измерение и запись вибрационных процессов

При оценке воздействия вибрации на здания и сооружения по ГОСТ Р 52892-2007 необходимо записать и проанализировать временную форму сигнала виброускорения.

Приборы серии Экофизика (Экофизика-110А, Экофизика-110В, Экофизика-111В и др.) имеют функцию записи временной формы сигнала. Такие записи можно делать одновременно с измерением 1/3-октавных спектров вибрации в режимах "Общая Вибрация" или "Локальная вибрация"  или в особом режиме "Регистратор сигналов". При работе в режиме "Регистратор сигналов" нет возможности измерять спектры одновременно с записью сигнала, но зато можно гибко настраивать параметры записи сигнала.

Экспресс оценка

Если исследуемая вибрация имеет единственную доминирующую частотную составляющую, то экспресс оценку пиковой виброскорости возможно провести на месте без постобработки. Особенно удобно это делать в современных приборах серии Белая Экофизика и серии Экофизика-111. В этих приборах есть режимы 1/3-октавного и БПФ- анализаторов.

В режиме "1/3-октавный анализатор" есть возможность отображения на экране прибора уровня виброскорости. Если вибрация состоит из единой дискретной составляющей, то пиковая виброскорость может быть рассчитана следующим образом:

L_{V,Peak}=L_{V,1/3}+3

V_{Peak}=V_{1/3}\times \sqrt{2}

Где V1/3, м/с - вибрационная скорость в третьоктаве, содержащая единственную дискретную составляющую вибрации, LV,1/3, дБ - уровень вибрационной скорости,

VPeak, м/с - пиковое значение виброскорости,

LV,Peak, дБ - уровень пиковой вибросокости.

Для экспресс оценки частоты доминирующей составляющей удобно использовать режим БПФ-анализатора.

Постобработка записей измерений с применением ПО Signal+3G RTA

Для того, что бы рассчитать пиковую виброскорость, необходимо корректно преобразовать временную форму сигнала ускорения .

Этапы фильтрации (преобразования) следующие:

  1. Отсечение низкочастотных составляющих, которые обусловлены  измерительным трактом и цифровой обработкой  и не имеют физического смысла. Это преобразование называется ФВЧ (фильтр верхних частот)
  2. Отсечение высокочастотных составляющих; при измерениях на грунтах и фундаментах на частотах выше 700-1000 Гц значимой вибрации фактически  не бывает. Отсечь высокочастотную составляющую можно с помощью децимации (фильтр ФНЧ).
  3. Интегрирование во временной области: преобразование временной формы сигнала  ускорения во временную форму сигнала скорости.

Рассмотрим поэтапно обработку в программе Signal+3G RTA записей, сделанных прибором Экофизика.

  • для удаления низкочастотной и высокочастотной составляющих необходимо включить, соответственно, настройку ФВЧ и подобрать подходящий порядок децимации, комбинируя децимации А и B.
  • для получения временной формы сигнала скорости вибрации необходимо включить настройку "Интегрирование сигнала". Как и упомянутые выше настройки, это преобразование включается в едином окне "Обработка исходного сигнала"
  • Из полученного сигнала выделяются мгновенные максимальные (пиковые) значения - для этого в Signal+3G RTA во вкладке "Обработанный сигнал" предусмотрено поле "Расчёт по графику". 
  • Для оценки частоты доминирующей составляющей вибрации в временной форме сигнала скорости необходимо подобрать подходящий размер параметра  "Полоса захвата" и выделить характерный временной участок сигнала.  Далее включить расчет БПФ-спектр, по которому оценить частоту доминирующей составляющей.
Signal+3G. Обработка сигналов

Рекомендуемый комплект оборудования

Для задач строительной виброметрии, в том числе для измерений по ГОСТ Р 52892-2007, рекомендуется следующая измерительная система на базе прибора Экофизика-111В:

  1. Экофизика-111В, комплект "Белый Инженер-111В";
  2. Дополнительное встроенное программное обеспечение ("прошивка" ) Набор "Инженерная виброметрия ЭФБ-110В";
  3. Один или три однокомпонентных малошумящих датчики типа AP2099;
  4. Дополнительный датчик ДН-4-Э для измерения сильных вибраций.
  5. Принадлежности для установки датчиков на строительные конструкции:
    • платформа 004ОП - для установки на ровные массивные твёрдые поверхности (перекрытия зданий, бетонные плиты, горизонтальные поверхности несущих конструкций и т.п.) ;
    • установочные магниты АМ-01-ОКТ - для установки на горизонтальные и вертикальные магнитные поверхности ;
    • промежуточные монтажные площадки ММ-01-ОКТ - для клеевого крепления датчиком- ;
    • мастика AW-01 - для ориентировочных оперативных замеров. 
  6. Адаптер 005ГР для установки датчиков вибрации на грунт -;
  7. Пакет программ Signal+3G RTA;
  8. Вибрационный калибратор (КВ-160 или AT01m).
  9. Аттестованные методики измерений, список которых может меняться в зависимости сферы применения прибора.

Примечание. Позиции 1,2,3, 5, 6 и 7 входят в типовой комплект Строитель-111В.

Метрологические и технические характеристики измерительной системы

Число измерительных каналов От 1 до 3 (в зависмости от комплектации)
Частотный диапазон измерений ускорения вибрации и СКЗ скорости вибрации 0,8 - 20000 Гц (реальный диапазон зависит от способа установки акселерометра)
Частотный диапазон измерений пикового значения скорости вибрации (с учётом постобработки в ПО Signal+3G RTA) 6,3 - 750 Гц
Динамический диапазон измерений ускорения вибрации в 1/3-октавных полосах частот в диапазоне 1 - 1250 Гц

С AP2099: 130 мкм/с2 - 160 м/с2

C ДН-4-Э: 1,6 мм/с2 - 1260 м/с2
Динамический диапазон измерений ускорения вибрации (на частотах от 6,3 Гц до 1250 Гц)

С AP2099: 1,6 мм/с2 - 160 м/с2

C ДН-4-Э: 5,6 мм/с2 - 1260 м/с2
Динамический диапазон измерений скорости вибрации (на частотах от 6,3 Гц до 1250 Гц )

С AP2099: 13 мкм/с - 1 мм/с

C ДН-4-Э: 45 мкм/с - 8 мм/с
Динамический диапазон измерений скорости вибрации в 1/3-октавных полосах частот в диапазоне 2 - 31,5 Гц

С AP2099: 0,8-400 мм/с
Динамический диапазон измерений пикового значения скорости вибрации (6,3 - 750 Гц)

С AP2099: 25 мкм/с - 2 мм/с 

C ДН-4-Э: 100 мкм/с - 16 мм/с

Для вибрации на частотах ниже 100 Гц верхняя граница - диапазона измерений увеличивается в 6 раз.
Встроенная память энергонезависимая, 4 Гб, хватает для непрерывной записи результатов измерений 
Возможности частотного анализа
  • Третьоктавный анализ спектра (режимы «Общая вибрация ЭФБ-110В», «Локальная вибрация ЭФБ-110В», «1/3-октавный анализатор»)
  • Узкополосный БПФ анализ спектра средствами встроенного ПО прибора («БПФ-Анализатор XYZ»)
  • Расширенный узкополосный БПФ анализ с гибкими настрйоками средствами ПО SIgnal+3G RTA
Функциональные возможности
  • пересчёт СКЗ ускорения в СКЗ скорости средствами встроенного в прибор ПО (в режиме 1/3-октавный анализатор) 
  • возможность встроить измерительную систему в станцию мониторинга;
  • наличие канала телемтрии для дистанционного управления прибором;
  • возможность дооснащения цифровыми датчиками для измерений шума, ЭМП, параметров световой среды.
Питание прибора

съёмные аккумуляторы обеспечивают непрерывное питание в течение 4 часов.

В составе станции мониторинга вибрации возможна организация непрерывного питания от внешнего источника
Масса прибора (вместе с датчиками вибрации) не более 700 грамм

Примечание. Указанный комплект оборудования не обеспечивает измерение во всех диапазонах, требуемых ГОСТ Р 53963.1‑2010, но позволяет измерить как наличие, так и отсутствие превышений рекомендуемых ГОСТ Р 52892-2007 максимальных значений пиковой скорости. Частотный диапазон, в котором обеспечивается измерение рекомендуемой измерительной системой, перекрывает все типовые частоты от техногенных источников, таких как:

  • рельсовый транспорт (типовые частоты - 16-63 Гц),
  • автотранспорт (типовые частоты - 10-20 Гц),
  • работа оборудования (типовые частоты - 25, 50 Гц),
  • строительные работы (типовые частоты - от 10-12 Гц и выше).
Комплект Строитель-111В
ПО Signal+
Портативные вибрационные калибраторы
Методики измерений
Image icon Схема измерительной система (крупно)

005ГР. Адаптер для установки на грунт датчика вибрации

Предлагаемый адаптер 005ГР служит для установки вибропреобразователя на грунт. Он представляет из себя заостренный железный стержень длиной около 35 см и массой 1,05 кг. В верхней части стержня закреплены три пластины, которые составляют уголок. В каждой пластине есть шпилька для крепления датчика. Такая конструкция монтажной площадки позволяет проводить измерения при помощи трехканального датчика или с одновременным использованием трех одноканальных датчиков. Жесткая конструкция монтажной  площадки обеспечивает отсутствие резонансов в диапазоне частот анализа вибрации согласно МИ ПКФ-16-029 и ГОСТ Р 53964-1010. Длина части стержня, находящейся в земле при измерениях, составляет 30 см, что обеспечивает жесткую механическую связь с грунтом.

Image icon 005ГР c Экофизикой в грунте