Виброперемещение (смещение) указывает на максимальный диапазон перемещения контролируемой точки во время вибрации. Обычно это обозначается разбросом (двойная ширина, от пика до пика). Виброперемещение — это расстояние между крайними точками смещения вращающегося устройства вдоль оси измерения.
Измерение вибрации, воздействующей на здания и сооружения
Эксплуатируемые здания подвержены вибрации от различных источников, вызванных деятельностью человека, например, движение транспорта, строительные работы, крупная техника и перерабатывающие предприятия.
Такие вибрации могут нанести ущерб зданиям — повредить ткань здания, сократить срок его службы или вызвать незначительные повреждения, требующие косметического ремонта. Если есть подозрение, что здания могут подвергаться воздействию опасных вибраций, проводятся инструментальные исследования.
В настоящее время подходы к методам оценки и численным критериям риска техногенных вибраций в зданиях значительно различаются в разных странах.
Иностранные документы, регламентирующие эти измерения, включают:
-Немецкий стандарт DIN 4150-3:1999 «Вибрация в строительстве — Часть 3: Воздействие вибрации на конструкции»,
— BS 7835-2:1993 «Оценка и измерение вибрации в зданиях — Часть 2: Руководство по ущербу от вибрации грунта». Часть 2. Руководство по оценке ущерба, наносимого зданиям вибрацией грунта).
— Норвежский стандарт NS 8141:2001 «Вибрация и колебания — Измерение виброскорости и расчет пределов направленности для предотвращения повреждения зданий». Измерение скорости и расчет пределов направленности для предотвращения повреждения конструкций).
В настоящее время в России нет обязательных нормативных документов (числовых пределов для оценки рисков вибрации). Однако с 1 октября 2008 года введен ГОСТ Р 52892-2007 «Вибрация и удар. Вибрация зданий. Измерение вибраций и оценка их воздействия на конструкции». Данный документ содержит методику оценки риска воздействия антропогенных вибраций, руководство по проведению измерений и краткое изложение числовых критериев оценки вибраций зданий из зарубежных стандартов.
Измерения вибрации по ГОСТ Р 52892-2007
Для оценки риска воздействия вибрации на здания и сооружения в соответствии с ГОСТ Р 52892-2007 измеряется максимальная виброскорость в трех направлениях на фундаменте или на грунте вблизи фундамента и определяется частота доминирующей составляющей вибрационного процесса.
Давайте теперь рассмотрим характеристики этих измерений по очереди.
Точка измерений
В отличие от измерений в контексте оценки состояния здоровья или окружающей среды, вибрации на перекрытиях здания не представляют первостепенного интереса для оценки вибрационного риска здания в целом. Для правильной оценки необходимо измерить вибрации несущих конструкций — фундаментов, несущих стен. В некоторых случаях вибрации измеряются на земле в непосредственной близости от фундамента здания.
Для измерений на фундаментах и несущих конструкциях необходимо предусмотреть подходящий способ крепления вибропреобразователя; обычно это крепление с помощью хомута. Для увеличения срока службы вибропреобразователи обычно устанавливаются на подставку, которая уже прикреплена к вибрирующей поверхности.
Для измерений на земле датчик устанавливается либо на неподвижную, жесткую плиту (например, плиту тротуара), либо на стальной стержень, который проникает глубоко в землю.
Требования к монтажу акселерометров, преимущества и недостатки различных типов крепления датчиков рассмотрены в ГОСТ ISO 5348-2002.
Измеряемая вибрационная характеристика
Согласно ГОСТ Р 52892-2007, стандартной характеристикой вибрации является значение максимальной скорости.
Пиковое значение — это наибольшее мгновенное значение. Значения максимальной скорости не следует путать со значениями пиковой скорости. Под пиковым значением обычно понимается наибольшее из значений тока, усредненное за определенный период времени (например, 5 или 10 секунд).
Чтобы правильно оценить максимальную виброскорость, используйте одну из следующих систем:
- подходящий датчик скорости, соединенный с измерителем вибрации, оснащенным детектором пика-пика,
- Акселерометр подключается к регистратору временных сигналов, которые затем обрабатываются специальным программным обеспечением.
Максимальное значение виброскорости не может быть правильно определено, если измеряются только средние значения виброускорения. Однако большинство санитарных и экологических приборов в своей базовой конфигурации способны измерять только средние значения виброускорения.
Измерение частоты доминирующей составляющей
Частота преобладающего компонента исследуемой вибрации должна быть известна для того, чтобы наилучшим образом оценить риск вибрации в зданиях.
Для непрерывных вибрационных событий, таких как вибрации товарных поездов, эта проблема может быть решена путем определения характерных частот в третьоктавном диапазоне ускорения или скорости.
Для импульсных вибраций, например, когда вибрация возникает при забивке свай, частота доминирующего компонента получается путем применения преобразования Фурье к образцу, который дает временную форму сигнала виброскорости. Программные пакеты обычно используют для этой цели БПФ (быстрое преобразование Фурье).
Требования к приборам для измерений по ГОСТ Р 52892-2007
Некоторые вопросы, не рассмотренные подробно в ГОСТ Р 52892-2007, перечислены в следующих стандартах:
- ГОСТ Р 53964-2010 «Измерения вибрации конструкций. Руководство по проведению измерений». Стандарт дает рекомендации по проведению измерений в соответствии с ГОСТ Р 52892-2007 и содержит требования к используемому измерительному оборудованию.
- ГОСТ Р 53963.1-2010 «Измерения вибраций конструкций. Требования к измерительным приборам. Стандарт содержит требования к средствам измерений, применяемым при измерениях по ГОСТ Р 52892-2007.
Измерительные приборы, используемые для измерений в соответствии с ГОСТ Р 52892-2007, состоят из:
- Адаптер для крепления датчика вибрации к вибрирующей поверхности,
- датчик вибрации, т.е. датчик ускорения или датчик виброскорости,
- устройство измерения и индикации,
- устройство для записи и хранения информации (в случае современных цифровых устройств эту функцию может выполнять блок измерения и индикации)
- средства для анализа частотного состава сигнала (в случае современного оборудования эту функцию выполняет блок измерения и индикации или специальное программное обеспечение на компьютере),
- компьютерное программное обеспечение.
При проектировании измерительной системы особое внимание следует уделить типу датчика вибрации. Хотя измеряемой величиной является максимальная виброскорость, датчики скорости (велосиметры) часто не являются лучшим выбором в отличие от акселерометров. Это связано с неподходящими динамическим и частотным диапазонами большинства датчиков скорости, представленных на рынке. Для правильного измерения максимальной скорости датчик вибрации должен иметь не только подходящую амплитудно-частотную характеристику (AFR) во всем диапазоне частот, но и фазо-частотную характеристику (PFR). Многие датчики скорости (в отличие от акселерометров) имеют нелинейную ФЧХ в нужном диапазоне частот.
Свод требований к виброизмерительным приборам по ГОСТ Р 52892-2007:
Верхний предел диапазона измерения
Нижний предел диапазона измерения
Для применений, подпадающих под действие Постановления об обеспечении единства измерений, средства измерений должны быть утвержденного образца (зарегистрированы в Государственном реестре СИ РФ) и иметь действующий сертификат калибровки, а измерения должны проводиться по аттестованной методике.
Анализ АЧХ и ФЧХ датчиков вибрации и причины ограничения диапазона рабочих частот
