RU2176396C1 - Способ дистанционного периодического контроля коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра - Google Patents

Способ дистанционного периодического контроля коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра Download PDF

Info

Publication number
RU2176396C1
RU2176396C1 RU2000125060/28A RU2000125060A RU2176396C1 RU 2176396 C1 RU2176396 C1 RU 2176396C1 RU 2000125060/28 A RU2000125060/28 A RU 2000125060/28A RU 2000125060 A RU2000125060 A RU 2000125060A RU 2176396 C1 RU2176396 C1 RU 2176396C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
accelerometer
cycle
value
initial
conversion factor
Prior art date
Application number
RU2000125060/28A
Other languages
English (en)
Inventor
М.И. Субботин
Original Assignee
Научно-производственное объединение измерительной техники
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-производственное объединение измерительной техники filed Critical Научно-производственное объединение измерительной техники
Priority to RU2000125060/28A priority Critical patent/RU2176396C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2176396C1 publication Critical patent/RU2176396C1/ru

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано при контроле параметров средств измерения вибрации. Для повышения точности измерения вибрации при длительной эксплуатации пьезоэлектрического акселерометра без возможности его демонтажа для поверки коэффициента преобразования в каждом цикле контроля возбуждают резонансные колебания акселерометра подключением его к источнику постоянного напряжения с последующими отключением и кратковременным замыканием его выводов и регистрируют их. Начальный цикл проводят сразу после установки акселерометра на объект измерений. В каждом цикле определяют значение параметра Q по размаху сигнала акселерометра в каждом полупериоде колебаний, а значение коэффициента преобразования Sn в n-м цикле определяют по математической формуле, в которую входит значение параметра Q и начальное значение коэффициента преобразования, определенное прямой поверкой. 1 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле параметров средств измерения вибрации.
Одним из важнейших параметров акселерометра является коэффициент преобразования (далее - КП), который определяет его метрологические возможности, и поэтому в обязательном порядке контролируется при периодической поверке акселерометра. Однако существуют ситуации, когда акселерометр невозможно демонтировать с объекта измерения для проведения поверки, ввиду чего используют способы дистанционного электрического воздействия на акселерометр, дающие некоторую информацию о его состоянии.
Известен способ проверки работоспособности пьезоэлектрических датчиков, при котором в цепь "датчик-усилитель" вводят напряжение с частотой, лежащей в рабочем диапазоне частот датчика /1/. При этом уровень сигнала на выходе усилителя зависит от емкости датчика. Постоянство этого уровня при проверках является признаком целостности электрической цепи датчика, которая с определенной вероятностью свидетельствует и о сохранении его свойств средства измерения.
Способ отличается простотой в применении, однако получаемая информация является очень неполной и чаще надежно диагностируется лишь нулевое значение КП, вызванное неисправностью типа обрыва или короткого замыкания.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является способ, использованный в установке для проверки пьезодатчиков, при котором датчик подключают к генератору коротких электрических импульсов, вследствие чего на электродах пьезоэлемента появляются пакеты затухающих колебаний с резонансной частотой датчика. После усиления этот сигнал выпрямляют и его постоянную составляющую измеряют стрелочным прибором, по показанию которого судят о работоспособности датчика. Для повышения достоверности проверки сигнал датчика наблюдают также на экране электронного осциллографа /2/.
Данный способ позволяет контролировать не только состояние электрической цепи датчика, но и свойство пьезоэлемента преобразовывать механическую энергию в электрическую. Вместе с тем точность этого контроля низка, так как используемый способ возбуждения резонансных колебаний не обеспечивает их высокой стабильности, а метод выделения количественной характеристики преобразования энергии в датчике - постоянной составляющей выпрямленного сигнала - чувствителен к влиянию медленных электрических переходных явлений в материале пьезоэлемента и процессов разрядки емкостей в цепи датчика. Поэтому такой способ предназначен именно для оценки работоспособности, а не для контроля КП датчика.
Основным техническим результатом заявляемого способа является возможность дистанционного контроля КП пьезоэлектрического акселерометра и, как следствие, повышение точности измерения вибрации при длительной эксплуатации акселерометра без демонтажа его с объекта измерения.
Поставленная цель достигается тем, что при дистанционном периодическом контроле коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра путем электрического возбуждения его резонансных колебаний, их регистрации и анализа, в каждом цикле контроля возбуждение осуществляют подключением акселерометра к источнику постоянного напряжения с последующими отключением и кратковременным замыканием выводов акселерометра, начальный цикл контроля проводят сразу после установки акселерометра на объект измерений, в каждом цикле определяют значение параметра
Figure 00000002

где /q+ - q-/i - размах сигнала акселерометра в i-ом полупериоде колебаний;
N - число учтенных полупериодов, выбранное в начальном цикле,
а значение коэффициента преобразования Sn в n-м цикле контроля определяют по формуле
Figure 00000003

где S0 - начальное значение коэффициента преобразования, определенное прямой поверкой;
Qn и Q0 - значения параметра Q в n-м и начальном циклах соответственно.
Сущность заявляемого способа поясняется фиг. 1, на которой представлен участок одной из полученных экспериментально осциллограмм резонансных колебаний и обозначены максимум (q+) и минимум (q-) сигнала акселерометра в одном из полупериодов колебаний.
Способ осуществляют следующим образом. После установки акселерометра на объект его подключают к источнику постоянного напряжения, затем отключают и кратковременным замыканием выводов возбуждают его резонансные колебания, регистрируют их и выбирают интервал записи, на котором вычисляют сумму размахов колебаний в каждом из полупериодов общим числом N, а затем и значение корня квадратного из этой суммы, т.е. находят начальное значение параметра Q, равное Q0.
После этого акселерометр подключают к штатной аппаратуре для работы по основному назначению. По прошествии межконтрольного промежутка времени операцию возбуждения резонансных колебаний повторяют и вычисляют на том же интервале записи новое значение параметра Q = Q1. Сравнивая его с начальным значением, по приведенной формуле находят новое значение КП акселерометра. Таким же образом проводят и последующие циклы контроля.
Изложенная процедура контроля обосновывается следующим образом. При подключении акселерометра к источнику постоянного напряжения U пьезоэлемент получает абсолютную деформацию y=dU, где d - используемый пьезомодуль. После окончания замыкания пьезоэлемента, нейтрализовавшего заряды на его электродах, он переходит в обычный для него режим преобразования возникших механических колебаний в электрические. Начальная амплитуда сигнала пьезоэлемента равна q= d2KU, где K - жесткость пьезоэлемента. В обычном же режиме КП акселерометра (S) пропорционален произведению пьезомодуля на массу инерционного элемента (М). В рамках принятой модели механической системы акселерометра (см. , например, "Пьезоэлектрические акселерометры и предусилители. Справочник по теории и эксплуатации". Брюль и Къер, 1987) возможно, измерив q и определив частоту резонансных колебаний fp, найти связь этих параметров и, тем самым, решить поставленную задачу. Но на практике это оказывается невозможным по ряду причин. Действующая жесткость определяется не столько упругими свойствами пьезоэлемента, сколько жесткостью контактных соединений его с инерционным элементом и основанием, которая нелинейно зависит от силы поджатия их друг к другу. От этой же силы зависит, хотя и слабо, КП акселерометра. Статическое значение пьезомодуля, определяющее y и S, не равно значению, соответствующему частоте резонансных колебаний.
Модель также не учитывает двух явлений, несущественных для обычного режима работы акселерометра, а именно возникновения при замыкании колебаний с частотами выше частоты, определяемой K и M, и затухания колебаний вследствие рассеяния энергии. Поэтому поставленная цель достигается косвенным образом - сравнением значения сигнала q, определенного при неизвестности на данный момент времени значения КП, с аналогичным значением, но измеренным на интервале времени, в котором КП можно считать точно определенным, например, если поверка акселерометра, установка на объект и начальный цикл контроля следуют друг за другом. Такое сравнение основано на одинаковой по знаку зависимости параметров q и S от изменения d.
Учитывая затухание возбужденных колебаний и наличие переходных процессов в материале пьезоэлемента и реактивных элементах электрической схемы и вызываемое ими смещение среднего значения сигнала акселерометра от нулевого уровня, необходимо, во-первых, сопоставлять начальное и текущие значения сигнала в экстремумах с одинаковым порядковым номером от начала регистрации, а также использовать не экстремальное значение сигнала q, а его размах в полупериоде колебаний, т.е. (q+ - q-), см. фиг. 1.
Эксперименты показали, что форма возбужденных колебаний на начальном участке различна для акселерометров разных типов, что объясняется их конструктивными особенностями. Поэтому номер полупериода, в котором отсчет размаха сигнала будет более точным, оказывается также различным, что усложняет процесс контроля. По этой причине целесообразно выбрать в начальном цикле контроля интервал, включающий N полупериодов, и вычислить в нем сумму размахов в каждом из полупериодов, т.е.
Figure 00000004
Кроме того, учитывая квадратичную зависимость сигнала q от пьезомодуля, в целях уменьшения случайного разброса значений следует принять в качестве непосредственно контролируемой величины параметр
Figure 00000005

Использование современных средств обработки информации позволяет проводить контроль заявляемым способом автоматизированно.
Экспериментальная проверка способа проводилась на акселерометрах ряда типов (4369, 4370 и 4384 фирмы Брюль и Къер, ABC 034, ABC 117 и AHC 114 отечественного производства). Сигналы регистрировались цифровым осциллографом C9-8. При этом подтверждено, что используемый способ возбуждения резонансных колебаний обеспечивает их высокую стабильность. При одиннадцати циклах контроля без снятия акселерометра с имитатора объекта форма колебаний сохранялась полностью, а разброс значений параметра Q даже при N = 1..2 не превысил 1,5% для любого из испытанных акселерометров. Такой повторяемости реакции не давали другие известные способы импульсного воздействия на акселерометр.
Обнаружено также, что интенсивность возбужденных колебаний различна для разных экземпляров однотипных акселерометров. Это объясняется, скорее всего, влиянием микроскопических отличий поверхностей соприкасающихся деталей. Поэтому полученная запись является своего рода индивидуальной характеристикой акселерометра.
При эксперименте изменение параметров акселерометров достигалось изменением температуры среды, в результате чего КП изменился в 1,02...1,05 раза, а параметр Q - в 1,01...1,08 раз.
Отношение S1/S0: Q1/Q0 при этом находилось в пределах 0,95...1,05, что подтверждает целесообразность выбора параметра в качестве контролируемой величины.
Конкретное значение данного отношения также индивидуально и его желательно определить до установки опытным путем.
Практическое применение заявляемого способа целесообразно при измерении вибрации на длительно функционирующих роторных машинах (энергетических турбоагрегатах, компрессорных станциях и т.п.).
Источники информации
1. М.И. Субботин, Е.А. Желонкин, В.П. Филатов. О дистанционной проверке измерительных каналов с пьезодатчиками. - В сб.: Вибрационная техника. МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1986, с. 29.
2. В. В. Воробжанский. Установка для проверки пьезоэлектрических датчиков. "Приборы и системы управления", 1979, N 4, с.30 (прототип).

Claims (1)

  1. Способ дистанционного периодического контроля коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра путем электрического возбуждения его резонансных колебаний, их регистрации и анализа, отличающийся тем, что в каждом цикле контроля возбуждение колебаний осуществляют путем подключения акселерометра к источнику постоянного напряжения с последующими отключением и кратковременным замыканием выводов акселерометра, начальный цикл контроля проводят сразу после установки акселерометра на объект измерения, в каждом цикле контроля вычисляют значение параметра
    Figure 00000006

    где (q+ - q-)i - размах сигнала акселерометра в i-м полупериоде колебаний;
    N - число учтенных полупериодов, выбранное в начальном цикле,
    а значение коэффициента преобразования Sn в n-м цикле определяют по формуле
    Figure 00000007

    где S0 - начальное значение коэффициента преобразования, определенное прямой поверкой;
    Qn и Q0 - значения параметра Q в n-м и начальном циклах соответственно.
RU2000125060/28A 2000-10-05 2000-10-05 Способ дистанционного периодического контроля коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра RU2176396C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000125060/28A RU2176396C1 (ru) 2000-10-05 2000-10-05 Способ дистанционного периодического контроля коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000125060/28A RU2176396C1 (ru) 2000-10-05 2000-10-05 Способ дистанционного периодического контроля коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2176396C1 true RU2176396C1 (ru) 2001-11-27

Family

ID=20240648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000125060/28A RU2176396C1 (ru) 2000-10-05 2000-10-05 Способ дистанционного периодического контроля коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2176396C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2524743C2 (ru) * 2012-11-06 2014-08-10 Закрытое акционерное общество "Вибро-прибор" Способ бездемонтажной поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя на месте эксплуатации
RU2553422C1 (ru) * 2014-03-11 2015-06-10 Закрытое акционерное общество "Вибро-прибор" Способ регулировки коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра
RU2643685C1 (ru) * 2016-09-07 2018-02-05 Владимир Яковлевич Бараш Пьезоэлектрический измерительный преобразователь вибрации с внутренним возбуждением деформации и способы его калибровки
RU204614U1 (ru) * 2021-01-28 2021-06-01 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" Устройство дистанционного измерения коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра в рабочем режиме

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Воробжанский В.В. Установка для проверки пьезоэлектрических датчиков. - Приборы и системы управления, 1979, N 4, с.30. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2524743C2 (ru) * 2012-11-06 2014-08-10 Закрытое акционерное общество "Вибро-прибор" Способ бездемонтажной поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя на месте эксплуатации
RU2553422C1 (ru) * 2014-03-11 2015-06-10 Закрытое акционерное общество "Вибро-прибор" Способ регулировки коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра
RU2643685C1 (ru) * 2016-09-07 2018-02-05 Владимир Яковлевич Бараш Пьезоэлектрический измерительный преобразователь вибрации с внутренним возбуждением деформации и способы его калибровки
RU204614U1 (ru) * 2021-01-28 2021-06-01 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" Устройство дистанционного измерения коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра в рабочем режиме

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1236996A1 (en) Structure inspection device
CA2668279C (en) A device and a method for monitoring the vibratory state of a rotary machine
EA022444B1 (ru) Устройство для измерения плотности текучей среды
Baptista et al. Influence of excitation signal on impedance-based structural health monitoring
RU2176396C1 (ru) Способ дистанционного периодического контроля коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра
US4906917A (en) Elastomer degradation sensor using a piezoelectric material
US4350041A (en) System and method for measurement of dynamic angular or linear displacement
CN109579976A (zh) 一种压电式加速度传感器灵敏度系数校验方法
US3456484A (en) Transducer calibration system
Keprt et al. A comparison of AE sensor calibration methods
CN113777549A (zh) 基于压电陶瓷原理的光学互感器局部振动试验方法和装置
JP3246679B2 (ja) 絶縁体の絶縁特性測定装置
Jarvis The accuracy of the electrostatic actuator method of determining the frequency response of condenser microphones
Klusacek et al. An experimental study of temperature effect on material parameters of PZT ceramic ring used in knock sensors
JP2006126095A (ja) センサの異状検出装置及びセンサの異状検出方法並びに加速度測定装置と加速度測定方法
WO2001061312A1 (en) Method of determining viscosity
US20100127692A1 (en) Mems based kelvin probe for material state characterization
US20230296470A1 (en) Testing apparatus and method for testing a sensor, sensor system
US20230014891A1 (en) Method for determining a probe signal, method for checking for and detecting a fault in an electrochemical system employing such a signal
SU1275244A1 (ru) Способ проверки пьезоэлектрических датчиков
Subbotin Piezoelectric Accelerometer State Checking during Use
SU1567967A1 (ru) Вихретоковый способ неразрушающего контрол физико-механических параметров
SU1144488A1 (ru) Способ измерени механического напр жени пьезоэлемента
JP2613585B2 (ja) Aeセンサの感度の温度特性評価方法
SU673925A1 (ru) Пьезоэлектрический датчик

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041006