SU1753293A1 - Способ измерени вибраций - Google Patents

Description

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ измерени  амплитуды х0 механических колебаний обьекте по напр жению на пьезоэлементе датчика, установленного на обьекте. Если вибраци  объекта гармоническа , тогда виброперемещение измен етс  по закону

х - x0sln( (о t).

(3)

Однако и в этом способе закон зависимости U от х считают линейном, т.е. в качестве расчетной формулы дл  определени  Хо принимают формулу (1), и сталкиваютс  с систематической погрешностью измерени . Недостатком также  вл етс  то, что нужно дополнительно определ ть параметры dsa. Ј , I, вход щие в расчетную формулу (1), и низкое отношение С/Ш.

Цель изобретени  - повышение точности путем учета нелинейностей.

Сущность изобретени  заключаетс  в том, что при дифференцировании по времени на пр  кёни  на пьезоэлементе, измерении характерных интервалов времени и определении х0 представл етс  возможность повысить точность из-за учета нелинейностей основной зависимости.

На чертеже представлен характерный ход информативного сигнала, полученного путем дифференцировани  по времени напр жени  пьезодатчика (2) при изменении виброперемощени  по закону (3).

Способ осуществл ют следующим образом .

Устанавливают пьезодатчик на вибрирующем объекте. Регистрируют выходной сигнал пьезоэлемента датчика. Информативный сигнал получают, дифференциру  по времени выходной сигнал пьезоэлемента . Условно принимают второй экстремум из любой пары ближних соседних экстремумов информативного сигнала за первый, из- мер ют интервал времени Ati между первым и n-тым экстремумами {п - четное число, n 2) и интервал времени между первым и (п+1)-м экстремумами последнего сигнала, а амплитуду колебаний определ ют по формуле

Хо

SAtz

2л2 n2 SNcos (лп (Дг, /fa -1)/2) ЛГ

где А - ctg2(jrn(Ati/At -1)/2;

S33 - упруга  посто нна  пьезоматери- ала датчика в направлении вибраций;

S - площадь поверхности пьеэоэлемен- та датчика;

m - масса инерционного элемента датчика .

Приведем вывод формулы (4). Пусть виброперемещение объекта измен етс  по закону (3). Выражение(2) представл ет зависимость напр жени 

5 пьезоэлемента U от времени t. Дифференцируем (2) по времени t и получаем зависимость информативного сигнала от времени t. Дл  нахождени  услови  экстремума информативного сигнала еще раз дифферен10 цируем предыдущую зависимость по времени. Приравниваем в результате этого полученное выражение нулю и получаем соотношение , св зывающее искомую амплитуду механических чолебаний х0 с фазой

15 максимума информативного сигнала (ft)t)max. Учитыва  соотношени , св зывающие фазу максимума информативного сигнала ()max с характерными интервалами времени Ati и Л t из предыдущего соотношени  выражаем

20 х0 и получаем расчетную формулу способа (4).

В способе предусмотрена возможность

по большим интервалам времени (в смысле

того, что информаци  может быть получена

не только по одному, но и по любому числу

25 периодов информативного сигнала), определ ть х0, что также повышает точность измерений .

Дл  реализации способа использовалс  пьезодатчик на основе LiNbOa. Сиг нал пьезо30 элемента усиливалс  и дифференцировалс  по времени с помощью аналогового дифференциатора . Продифференцированный сигнал отображалс  на экране осциллографа. По характерным точкам информативного сигна35 ла с учетом данных развертки осциллографа измер лись интервалы времени Ati и At. Технические данные использованного пьезодатчика  вл ютс  следующими: S м, m 5 кг, S33 4,9 . Лредла40 гаемый способ позвол ет в широком ди- апазоне виброперемещений () м измер ть вибрации.

Дл  определени  х0 не надо дополнительно определ ть dsa, Ј , I, что видно из

45 рабочей формулы (4), в то врем  как в прототипе это необходимо.

В предлагаемом способе учтены нелинейности (исключены систематические по50 грешности прототипа), так как рабоча  формула (4) выведена из (2) с учетом всех нелинейностей (без приближенных допущений), что повышает точность в среднем 3.5 раза.

55 Расширен динамический диапазон измерений , так как в предлагаемом способе соотношени  точные, в то врем  как в прототипе из-за прин того допущени  линейности ограничивают динамический диапазон измерений , чтобы не возросли систематические ошибки.

По сравнению с известными способами , например измерений с помощью индуктивных датчиков, предлагаемый способ имеет преимущества, св занные с линеаризацией измерений, широким динамическим диапазоном и компактностью.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ измерени  вибраций, заключающийс  в том, ч го на контролируемый объект устанавливают пьезодатчик, регистрируют выходной электрический сигнал пьезодатчика, по которому суд т об амплитуде вибраций объекта, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности путем учета нелинейности сигнала пьезодатчика , электрический выходной сигнал пьезодатчика дифференцируют по времени,

   0

   определ ют временной интервал Д ti между любым из экстремумов полученного сигнала , который принимают за первый, и п-м экстремумом этого сигнала, счита  n 2k, где k 1,2,3..., измер ют временной интервал At между первым и (п+1}-м экстремумами сигнала, а амплитуду колебаний объекта определ ют по формуле

   SAt2A

   Хо

   2л2 п2 5ззcos (лп (At,/At - 1 )/2) О Щ

   где А ctg2 #n(Ati/At -1)

   «аз-упруга  посто нна  пьезометрическа  пьезодатчикэ;

   S - площадь поверхности пьезоэлемен- та пьезодатчика;

   m - масса инерционного элемента пьезодатчика .