SU1255881A1

SU1255881A1 - Method and apparatus for dynamic calibrating of pressure transducers

Info

Publication number: SU1255881A1
Application number: SU843782224A
Authority: SU
Inventors: Игорь Иванович Кривоносов; Александр Николаевич Меркурьев
Original assignee: Предприятие П/Я В-2504
Priority date: 1984-08-20
Filing date: 1984-08-20
Publication date: 1986-09-07

Abstract

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике и позвол ет уменьшить погрешность и повысить достоверность градуировки, С лазера 1 направл ют поток лазерного излучени параллельно плоскости давлени датчика 4 давлени . Формирователем 3 формируют импульсный поток акустического излучени по нормали к плоскости воспринимающего давлени датчика 4, с которого сигнал поступает на усилитель-преобразователь 5, где преобразуетс в электрический сигнал заданного уровн и поступает на блок 7 интегрировани со сбросом. Там формируетс сигнал, отражающий переходную характеристику датчика 4 давлени . Переходна характеристика фиксируетс регистратором 9. Сигнал с усили- ; тел -преобразовател 5 поступает так- на преобразователь 6 Фурье, где формируютс сигналы, отращающие амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики., фиксируемые регистрами 10 и 11. Электрическа св зь лазера 1 с блоком 7 интегрировани и коррел тором 8 необходима дл согласовани работы измерительной системы устройства. 3 с.п. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил. . /The invention relates to instrumentation engineering and makes it possible to reduce the error and increase the accuracy of the calibration. Laser 1 C directs the flow of laser radiation parallel to the pressure plane of pressure sensor 4. The shaper 3 generates a pulsed flow of acoustic radiation along the normal to the plane of the sensing pressure of the sensor 4, from which the signal goes to the amplifier-converter 5, where it is converted into an electrical signal of a given level and goes to the integrating unit 7 with a reset. There, a signal is generated reflecting the transient response of the pressure sensor 4. The transient response is recorded by the recorder 9. Signal with force; The body of the transducer 5 is fed to the Fourier transducer 6, where signals are generated that grow the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics fixed by registers 10 and 11. The electrical connection of the laser 1 with the integration unit 7 and the correlator 8 is necessary for matching measuring system of the device. 3 sec. and 1 z. p. f-ly, 5 ill. . /

Description

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике, а именно к способам динамической градуировки датчиков давлени и устройствам их осуществлени .The invention relates to instrumentation technology, and in particular to methods for dynamic calibration of pressure sensors and devices for their implementation.

Цель изобоетени - уменьшение погрешности и повышение достоверности градуировки.The purpose of isobutons is to reduce the error and increase the reliability of the calibration.

Сущность способа заключаетс в следующем.The essence of the method is as follows.

Импульс давлени задают путем создани ударной акустической волны импульсным лазером. Дл этого направл ют поток импульсного лазерного излучени параллельно плоскости воспри нимающего давление элемента датчика. Фокусируют этот поток в точку на центральной нормали воспринимающего давление элемента на рассто нии от его центра. Обеспечивают энергетическую освеп1;енность в фокусе до создани пробо воздуха и ударной акустическо волны. Это достигаетс при уровн х энергетической освещенности что обеспечиваетс современными импульсными лазерами в сочетании с соответствующими оптическими систамамиThe pressure pulse is set by creating a shock acoustic wave by a pulsed laser. For this, a stream of pulsed laser radiation is directed parallel to the plane of the pressure sensor element. This stream is focused to a point on the central normal of the pressure sensing element at a distance from its center. Provide energetic energy in focus before creating air breakdown and acoustic shock wave. This is achieved at levels of energy illumination, which is provided by modern pulsed lasers in combination with appropriate optical systems.

Далее формируют -импульсный поток акустического излучени по нормали к нлоскостн вос11ринимагаще1 о давление элемента датчика с длительностью импульса S и регистр лруют реакцию датчика давлени на воздействие импульсного акустического излучегн-ш,Next, an impulse flow of acoustic radiation is formed along the normal to the normal operating pressure of the sensor element with a pulse duration S and registers the response of the pressure sensor to the action of the pulsed acoustic radiation.

Длительность 1: импульса лазерног излучени определ ют из соотношени The duration of 1: laser pulse is determined from the ratio

С 0,08/f, C 0.08 / f,

где f - макси.мальна частота прн градуировке .where f is the maximal frequency of the graduation.

Рассто ние от точки фокуса до центра воспринимающего давление элемента с радиусом г определ ют какThe distance from the focal point to the center of the pressure sensing element with a radius r is defined as

,,

где ,03-0505 коэффициент, зав1- С-Я щий от точности градуировки.where, 03-0505 is the coefficient, which is 1-S-H yushchiy from calibration accuracy.

На фиг.1 показано устройство, реализующее способ; на фиг. 2 - конструкци формировател J на фиг.З то ;ке, вид сверху; на фиг.4 - вариант конструкции формировател ; на фиг.5 - то же, вид сверху.Figure 1 shows a device that implements the method; in fig. 2 shows the structure of the former J in FIG. 3; ke, top view; figure 4 is a variant of the design of the former; figure 5 is the same, top view.

Устройство состоит лз импульсного лазера 1 с фоку сиру блоком 2 и формирователем 3, расположенных на одной оптической оси. Формирователь . 3 акустически св зан с воспринимаю- давление элементом датчика 4 дав- The device consists of a pulsed laser 1 with a focus block 2 and a former 3 located on the same optical axis. Shaper 3 is acoustically connected with the perceived pressure element of the sensor 4 pressure

, ,

558812558812

лени . Датчик 4 давлени электрически св зан с усилителем-преобразователем 5, выход которого св зан с входом преобразовател Фурье 6 и первымиlaziness. The pressure sensor 4 is electrically connected to the converter amplifier 5, the output of which is connected to the input of the Fourier converter 6 and the first

5 входами блока 7 интегрировани со сбросом и коррел тора 8.5 inputs of the integration block 7 with a reset and a correlator 8.

Вторые входы блока 7 интегрировани со сбросом и коррел тора 8 сое- динешз между собой и электрическимThe second inputs of the integration block 7 with the reset and the correlator of the torus 8 connectors between themselves and the electrical

О выходом импульсного лазера 1. Выход блока 7 интегрировани со сбросом соединен с первым регистратором 9. Первый и второй выходы преобразовател Фурье 6 подключены соответственно 5 к второму и третьему регистраторам 10 и 11. Выход коррел тора 8 соединен с четвертьи регистратором 12. About the output of a pulsed laser 1. The output of the integrating unit 7 with a reset is connected to the first recorder 9. The first and second outputs of the Fourier converter 6 are connected respectively 5 to the second and third recorders 10 and 11. The output of the correlator 8 is connected to a quarter by the recorder 12.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

20 с импульсного лазера 1 направл ют поток импульсного лазерного излучени . параллельно плоскости воспринимающего давление элемента датчика 4 давлени . Фокусируют этот поток фокусирующим бло2- ком 2 в точку на пересечении с центральной юрмалью воспринимающего давление элемен-та. Обеспечивают энергетическую освещенность в фокусе20 s of pulsed laser 1 directs a stream of pulsed laser radiation. parallel to the plane of the pressure sensing element of the pressure sensor 4. This stream is focused by a focusing block 2 at a point at the intersection with the central Jurmala of the pressure-sensing element. Provide energy illumination in focus

1 I Т1 I T

10 Вт/м до создани пробо возду30 ха II ударной акустической волны. Формирователем 3 формируют импульсный поток акустического излучени по нормали к плоскости воспринимаюа1его давление элемента датчика 4 давлени с 10 W / m to create a sample of air 30 x II shock acoustic wave. The shaper 3 forms a pulsed flow of acoustic radiation normal to the plane of the perceived pressure of the pressure sensor element 4 from

35 длительностью импульса. С датчика 4 давлени сигнал поступает на усилитель-преобразователь 5, где сигнал с датчика преобразуетс в электрический сигнал заданного уровн . С усили40 тел -преобразовател 5 электрический сигнал поступает на блок 7 интегрировани со сбросом, где формируетс сигнал, отражающий переходную характеристику датчрпса 4 давлени . Пере45 ходна характеристика фиксируетс 35 pulse duration. From the pressure sensor 4, the signal is fed to a converter amplifier 5, where the signal from the sensor is converted into an electrical signal of a given level. From the amplifier 40 of the transducer body 5, an electrical signal is supplied to the integrating unit 7 with a reset, where a signal is generated reflecting the transient response of the pressure sensor 4. The transient characteristic is fixed.

первым регистратором 9. Сигнал с усилител -преобразовател 5 поступает также на преобразователь Фурье 6, на двух выходах которого формируютс the first recorder 9. The signal from the amplifier-converter 5 also goes to the Fourier converter 6, on the two outputs of which

50 сигналы, отражающие амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики , фиксируемые соответственно вторым и третьим регистраторами 10 и 11. .Кроме того 5 сигнал с усилител -преоб55 разовател 5 поступает на коррел тор50 signals reflecting the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics recorded by the second and third registrars 10 and 11, respectively. In addition, 5 the signal from the amplifier – converter 55 of the transmitter 5 goes to the correlator

8, на выходе.-которого формируетс с.иг;1ал5 отражающий импульсную характеристику датчика 4 давлени . Коррел тор 8 дает возможност-ь получени достоверной информации при малых отношени х сигнал/шум. Электрическа св зь импульсного лазера 1 с блоком 7 интегрировани со сбросом и корре- л тором 8 необходима дл согласованной работы измерительной системы устройства.8, at the output of which a pig is formed; 1al5 reflects the impulse response of the pressure sensor 4. The correlator 8 makes it possible to obtain reliable information at low signal-to-noise ratios. The electrical connection of the pulsed laser 1 with the integration unit 7 with the reset and the correlator 8 is necessary for the coordinated operation of the measuring system of the device.

Длительность импульса лазерного излучени определ ют из соотношени The duration of the laser pulse is determined from the ratio

,08/f,, 08 / f,

где f - максимальна частота при градуировке .where f is the maximum frequency during graduation.

Рассто ние L от точки фокуса до центра воспринимающего давление элемента с радиусом г определ ют какThe distance L from the focal point to the center of the pressure sensing element with a radius r is defined as

L , L,

где ,03 - 0,05 - коэффициентузавис щий от точности градуировки. where, 03 - 0.05 is the coefficient dependent on the accuracy of the calibration.

Коэффициент 0,08 и 0,03 - 0,05 выбраны из услови обеспечени динамической градуировки датчиков давлени с погрешност ми, не превьшающими 0,5-1%The coefficients of 0.08 and 0.03 - 0.05 are chosen from the condition of providing dynamic calibration of pressure sensors with errors not exceeding 0.5-1%.

В устройство дл реализации способа динамической градуировки датчиков давлени предложено выполнение формировател 3 (фиг.1) Б виде рефлектора (фиг.2). Со стороны одного торца 13 рефлектора имеетс выемка, образующа акустическую полость 14, ограниченную отражающей поверхностью 15 параболит. ческой формы. В корпусе 16 перпендикул рно торцовой поверхности со стороны расширенной части акустической полости 14 выполнена центральна оптическа щель 17 на глубину радиуса R торца и длиной i центрального осевого размера акустической полости 14. На поверхность 15 акустической полости 14 напротив оптической щели 17 нанесено оптически погло щающе е покрытие 18. Между другим торцом 19 корпуса 16 и суженной частью акустической полости 14 по оси, перпендикул рной направлению оптической щели 17, выполнено сквозное отверстие 20 дл осуществлени поворота рефлектора . Фокусное рассто ние рефлектора определ етс из соотношени In the device for implementing the method of dynamic calibration of pressure sensors, it is proposed to perform the former 3 (FIG. 1) B in the form of a reflector (FIG. 2). On the side of one end 13 of the reflector, there is a recess forming the acoustic cavity 14 bounded by the reflecting surface 15 of the parabolite. cheskoy form. In case 16, a central optical slot 17 is made perpendicular to the end surface on the side of the expanded part of the acoustic cavity 14 to the depth of the radius R of the end face and the length i of the central axial dimension of the acoustic cavity 14. A optical absorbing coating is applied to the surface 15 of the acoustic cavity 14 opposite the optical gap 17 18. Between the other end 19 of the housing 16 and the constricted part of the acoustic cavity 14 along the axis perpendicular to the direction of the optical slit 17, a through hole 20 is made for turning the reflector torus. The focal distance of the reflector is determined from the ratio

Р rV4Z,P rV4Z,

где Z - коэффициент, определ емый углом поворота рефлектора, г - радиус воспринимающего давлени элемента датчика давле- ни .where Z is the coefficient determined by the angle of rotation of the reflector, g is the radius of the pressure sensing element of the pressure sensor.

Устройство с формирователем, выполненным в виде описанного рефлекs Device with a driver, made in the form of the described reflections

5 five

00

5 0 5 0 5 0 5 0

5five

00

5 five

тора, работает следующим образом. Импульсный луч лазера попадает через оптическую щель 17 в акустическую полость 14. Оптический фокус лазерно-. го луча находитс внутри акустической полости 14. В результате создани пробо воздуха образуетс ударна волна, котора формируетс с помощью отражающей поверхности 15 параболической формы в параллельный пучок импульсного акустического из лучени , чем улучшаетс форма импульса и эксплуатационные качества устройства, а также улучшаютс метрологические характеристики . Наличие оптически поглощающего покрыти 18 дает возможность исключить вли ние волн отражени , могущих улучшить форму акустического пучка. -Оптическа щель 17 дает возможность не только упростить настройку акустической системы устройства , но и осуществл ть градуировку датчиков давлени при разном угловом направлении акустического пучка излучени по отношению к поверхности воспринимающего давление элемента датчика. Дл осуществлени поворота рефлектора используетс сквозное отверстие 20.torus, works as follows. The pulsed laser beam enters the acoustic cavity through the optical gap 17. 14. The optical focus of the laser is. The beam is located inside the acoustic cavity 14. As a result of the creation of air breakdown, a shock wave is formed, which is formed with the aid of a parabolic reflecting surface 15 into a parallel beam of pulsed acoustic radiation, which improves the pulse shape and performance of the device, as well as improves metrological characteristics. The presence of the optically absorbing coating 18 makes it possible to eliminate the influence of reflection waves that can improve the shape of the acoustic beam. The optical slot 17 makes it possible not only to simplify the adjustment of the speaker system of the device, but also to calibrate the pressure sensors with a different angular direction of the acoustic radiation beam relative to the surface of the pressure sensing element of the sensor element. A through hole 20 is used to effect the rotation of the reflector.

На фиг.З показана конструктивна схема другого выполнени формировател в виде рефлектора. В этом рефлекторе оптическа щель 21 выполнена сквозной. Таким образом, отпадает необходимость в оптически поглощающем покрытии 18.Fig. 3 shows a structural diagram of another embodiment of the former in the form of a reflector. In this reflector, the optical slit 21 is made through. Thus, there is no need for an optically absorbing coating 18.

Claims

1. A method of dynamic calibration of pressure sensors, consisting in creating pressure on the sensor's sensing element, recording the sensor's response to pressure pulse and processing singles to obtain dynamic characteristics, characterized in that, in order to reduce the error and increase the accuracy of the calibration, the laser radiation pulse flux parallel to the plane of the sensing element focuses this flux to a point on the center normal of the sensing element pressure shifted the distance from its center provides the energy illumination in focus until the occurrence of air and acoustic shock.

the waves form a pulsed flow of acoustic radiation normal to the plane of the sensing element of the sensor with a pulse duration and for detecting the response of the pressure sensor to the pressure pulse using acoustic radiation, while the duration C of the laser pulse is chosen from the ratio

0.08f, where f is the maximum frequency at

graduation

and the distance L from the point of focus to the center of the sensing element with a radius r is chosen as

L kr -f

where, 03-0.05 is the coefficient depending on the accuracy of the calibration.

2. Device for dynamic calibration of pressure sensors., Containing a pulsed laser with a focusing system, amplifier-converter, first and second recorders, characterized in that, in order to reduce the error, it is additionally equipped with a driver, a Fourier converter, a block

integration with reset, collector, third and fourth recorders, with a pulsed laser with a focusing system and a driver located on the same optical axis, the amplifier-converter output is connected with the input of the Fourier converter and the first inputs of the integrator with reset and the correlator, the second inputs which are connected to Melsda

ten

25

15

s

25588G6

and with the electrical output of the pulsed laser, the output of the integration unit with a reset is connected to the first recorder, the first and second outputs of the Fourier converter are connected to the second and third recorders, respectively, and the output of the correlator is connected to the fourth recorder.

3. The device according to claim 2, characterized in that the former is made in the form of a reflector, at one end of the body of which a recess is formed, forming an acoustic cavity limited by the acoustic reflecting surface of a parabolic shape, in the case perpendicular to the surface from the side of the expanded part of the acoustic cavity is central optical gap to the depth of the radius of the end and the length of the central axial dimension of the acoustic cavity, on the surface of which, in front of the optical gap, an optically absorbing surface is applied The opening, between the other end of the housing and the constricted part of the acoustic cavity along the axis perpendicular to the direction of the optical slit, is a through hole, and the focal distance F of the reflector satisfies the relation

,

where L is the coefficient determined by the angle of rotation of the reflector, g is the radius of the perceived element of the pressure sensor.

4..The device according to paragraphs. 2 and 3, characterized in that, in it

20

thirty

35

The optical slit is made through.

13

fig.Z

Fy

Editor V.Ivanova

Compiled by E. Podymov

Tehred I. Veres Proofreader T. Kolb

Order 4813/41 Circulation 778. Subscription

VNIIPI USSR State Committee

for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5

Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4

FIG. five