SU901917A1 - Устройство дл определени чувствительности пьезоакселерометров к деформации объекта - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения чувствительности пьезоакселерометров к деформации объекта. Чувствительность пьезоакселерометра к деформации объекта ⁵ характеризуется коэффициентом влияния деформации объекта (КВДО).

Деформация объекта, практически всегда имеющая место при колебаниях, передается на основание корпуса акселерометра, установленного на поверхности объекта. Отсюда деформация передается на чувствительный элемент пьезоакселерометра, что приводит к возникновению паразитного сигнала помехи .

Для большинства известных конструкций пьезоэлектрических акселерометров значение КВДО составляет „

1-5 мВ‘м/мкм.

Погрешность пьезоакселерометра от влияния деформации объекта может достигать 50Ю0%.

Известные разновидности конструкций установок для измерения КВДО пьезоакселерометров можно разделить на ^; две группы: установки, в которых диаграмма направленности КВДО определя^S ется по точкам, при измерении диаграмм пьезоакселерометр несколько раз переставляют, поворачивая вокруг своей оси, на дискретный угол, например, на 30°> и хотя установки подобного типа могут иметь различное конструктивное исполнение [11,121 и 131, их общим недостатком является наличие погрешности вследствие неидентичности ^характера деформации при перестановке пьезоакселерометра, а также вследствие невозможности достаточно точно определить направление, соответствующее максимальному и минимальному зна20 чениюКВДО; и установки для непрерывного измерения диаграммы направленности КВДО, которые позволяют более точно находить направление, соответствующее максимальному и минимальному значению КВДО. Устройства этого типа являются более совершенными по принципу измерения, однако, промышленные образцы их отсутствуют вследствие недостатков существующих конструктивных решений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для определения чувствительности пьезоакселерометров к деформа- < ции объекта, содержащее систему, создающую деформацию, выполненную в виде диска, с установленным в центре средствами крепления испытуемого пье;зоакселерометра, и поворотную систему L электромагнитами и опорами, установленными во взаимно перпендикулярном направлении 141.

Известное устройство имеет пониженную точность, вызванную наличием паразитного ускорения в месте крепления исследуемого пьезоакселерометра. При колебаниях краев диска в его центре кроме деформации изгиба (фиг.2, а и 6 5; также возникают колебания. Частично эти колебания гасятся за счет массивного основания, на котором установлен диск. Однако полностью устранить колебания в центре диска нельзя. В зависимости от массы основания и жесткости крепления диска

IS

JO имеет значительную массу, для уменьшений уровня параускорения диск крепится к масоснованию массой от 100 кг, ка имеет место не только в направлении оси электромагнитов, но и в направлении, перпендикулярном этой оси. Это приводит к тому, что при повороте электромагнитов не происходит соответствующего поворота направления изгибной деформации. Погрешность от паразитной составляющей деформации в известном устройстве составляет 10-15%.

Кроме того, неудобства в эксплуатации обуславливаются тем, что устройство так как зитного сивному а при колебаниях диска значительная часть энергии передается массивному основанию. Вследствие этого известное устройство создает значительную вибрацию и шум, и для его питания требуется повышенная мощность. Для монтажа устройства требуется фундамент.

Таким образом, недостатками известного устройства Являются большая погрешность измерений, составляющая 15-100% и значительные неудобства в эксплуатации.

Цель изобретения - повышение точности и улучшение удобства эксплуауровень паразитного ускорения в центре составляет от 1 до 5 м/с³. Погрешность от паразитного ускорения определяется из следующего выражения:

δ = ^3S где Su - коэффициент преобразования пьезоакселерометра, мВ«с^г/м;

а - паразитное ускорение в центре, диска, м/с²; ,

К<з - коэффициент влияния деформации. объекта, мВ<м/мкм;

- относительная деформация, мкм/м.

Для наиболее распространенных типов ⁴³ пьезоакселерометров (S_n = 0,5~1 мВ.с*/ /м) погрешность от паразитного ускорения в известном устройстве составляет от 15 до 100%.

Точность понижается и от наличия ^м паразитных составляющих деформации в диске. Опоры качения, установленные на поворотной системе, вследствие недостаточной жесткости поворотной системы и самих опор, не обеспечива- ⁵³ ют достаточное и стабильное защемление диска при его колебаниях. Вследствие этого изгибная деформация дис тации.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве в систему, создающую деформацию, введен дополнительный диск, идентичный первому и соединенный с ним в центре перемычкой, электромагниты размещены симметрично относительно внутренних поверхностей дисков, а опоры выполнены скользящими и поджаты внутренними поверхностями дисков.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для определения чувствительности пьезоакселерометров к деформации объекта; на фиг. 2 - то же, схема колебаний дисков.

Устройство содержит систему, воспроизводящую деформацию, которая выполнена в виде осесимметричной детали, состоящей из двух идентичных’дисков 1, соединенных в центре перемычкой 2. На наружной поверхности верхнего диска закреплен испытуемый пьезоакселерометр 3· Нижний диск прикреп-, лен к основанию 4. Соосно с дисками 1 вдоль их диаметра на поворотном устройстве 5 симметрично отнвсительно внутренних поверхностей дисков раз

901 мещены два трехполюсных электрома!— нита 6.’ Катушки средних полюсов 7 являются катушками подмагничивания, их обмотки подключены к источнику постоянного тока (не показан). Начало , и конец обмоток катушек возбуждения соединены таким образом, что силовые линии магнитного поля, создаваемого верхней и нижней катушками 8, направлены в противоположные стороны. Соосно с дисками 1 вдоль их диаметра перпендикулярно оси электромагнита 6 на поворотном устройстве 5 расположены опоры 9· Опоры 9 выполнены скользящими и поджаты внутрен- ,, ними поверхностями дисков 1.

. Устройство работает, следующим образом.

В обмотки возбуждения и подмагничивания электромагнитов подаются со- ₂₍ ответственно переменный и постоянный токи. В результате взаимодействия переменных и постоянных магнитных полей, создаваемых этими токами, верхний и Нижний диски колеблются в противо- .2· фазе с частотой <ύ , и отсюда усилияj возникающие при колебаниях и приложенные к опоре в центре дисков, изменяются по следующему закону: для верхнего диска Fsintot, для нижнего _3£ диска Fsinitot*^).

Равнодействующая сил, приложенных к опоре .при колебаниях дисков, равна нулю, так как ζ. = Fsinwt v Fsin(wt + +4г) = 0. При колебаниях дисков узел изгибных колебаний располагается вдоль диаметра, где установлены опоры 9· В центре верхнего диска, где расположен испытуемый пьезоакселерометр 3, возникает изгибная деформация. При вращении поворотного устройства 5 с закрепленными на нем электромагнитами 6 и опорами 9 скольжения направление плоскости изгибных колебаний также поворачивается и, сле-₅ довательно, поворачивается линия узла изГибных колебаний и направление действия деформации относительно покоящегося закрепленного пьезоакселерометра 3. За один оборот поворотного устройства 5 снимается диаграмма на- ^so правленности КВДО. Вследствие того, что в каждый полупериод колебаний усилия F, возникающие при изгибе дисков, взаимно уравновешиваются, уровень паразитного ускорения в центре дисков ⁵⁵ не превышает 0,1 ti/c® , и колебания дисков на основание не передаются. Так как опоры 9 поджаты с некоторым

917 6 усилием внутренними поверхностями дисков 1, образуя распорку между дисками , то колебания дисков в местах расположения опор отсутствуют, и устраняется паразитная составляющая де> формации дисков.

Вследствие указаных выше причин у предлагаемого устройства повышается точность, так как в 2-10 раз сни-. j жается погрешность от паразитного ускорения в месте крепления исследуемо- . го пьезоакселерометра, уровень паразитного ускорения в центре диска не превышает 0,1 м/с⁸, на 15-20% снижает₅ ся погрешность от наличия паразитных составляющих деформации.

Кроме того, повышаются удобства в эксплуатации, так как в 5“10 раз снижается требуемая масса основания, j на котором крепятся диски, а также значительно уменьшается вибрация основания и создаваемый при этом шум, для монтажа устройства не требуется фундамент. .Вследствие отсутствия я . потерь энергии и повышения добротности колебательной системы уменьшается потребляемая мощность.

Claims (2)

1. 3 9 значению КВДО. Устройства этого типа  вл ютс  более совершенными по принципу измерени , однако, промышленные образцы их отсутствуют вследствие не достатков существующих конструктивных решений. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  уст ройство дл  определени  чувствительности пьезоакселерометров к деформации объекта, содержащее систему, создающую деформацию, выполненную в ви де диска, с установленным в центре средствами креплени  испытуемого пье зоакселерометра, и поворотную систем с электромагнитами и опорами, установленными во взаимно перпендикул рном направлении t.Известное устройство имеет пониженную точность, вызванную наличием паразитного ускорени  в месте кре лени  исследуемого пьеэоакселерометра . При колебани х краев диска в его центре кроме деформации изгиба (фиг. а и б); также возникают колебани . Частично эти колебани  гас тс  за счет массивного основани , на котором установлен диск. Однако полность устранить колебани  в центре диска нельз . В зависиг«}сти от массы основани  и жесткости креплени  диска уровень паразитного ускорени  в цент ре составл ет от 1 до 5 м/с. Погреш ность от паразитного ускорени  определ етс  из следующего выражени : Я,- П а. - 1 где Su - коэффициент преобразовани  пьезоакселерометра, MB-cVM; а - паразитное ускорение в цент ре, диска, м/с. ; - коэффициент вли ни  деформации , объекта, мВМ/мкм; s - относительна  деформаци , мкм/м. Дл  наиболее распространенных типов пьезоакселерометров (S, 0, мВ«с /м) погрешность от паразитного ускорени  в известном устройстве составл ет от 15 до 100. Точность понижаетс  и от наличи  паразитных составл ющих деформации в диске. Опоры качени , установленные на поворотной системе, вследстви недостаточной жесткости поворотной системы и самих опор, не обеспечивают достаточное и стабильное защемление диска при его колебани х. Вследствие этого изгибна  деформаци  дис4 ка имеет место не только в направлении оси электромагнитов, но и в направлении , перпендикул рном этой оси. Это приводит к тому, что при повороте электромагнитов не происходит соответствующего поворота направлени  и.згибной деформации. Погрешность от паразитной составл ющей деформации в известном устройстве составл ет 10-15. Кроме того, неудобства в эксплуатации обуславливаютс  тем, что устройство имеет значительную массу, так как дл  уменьшений уровн  паразитного ускорени  диск крепитс  к массивному основанию массой от 100 кг, а при колебани х диска значительна  часть энергии передаетс  массивному основанию. Вследствие этого известное устройство создает значительную вибрацию и шум, и дл  его питани  требуетс  повышенна  мощность. Дл  монтажа устройства требуетс  фундамент . Таким образом, недостатками известного устройства йвл ютс  больша  погрешность измерений, составл юща  и значительные неудобства в эксплуатации. Цель изобретени  - повышение точности и улучшение удобства эксплуатации . Указанна  цель достигаетс  тем, что в предлагаемом устройстве в систему , создаои1ую деформацию, введен дополнительный диск, идентичный первому и соединенный с ним в центре перемычкой , электромагниты размещены симметрично относительно внутренних поверхностей дисков, а опоры выполнены скольз щими и поджаты внyтpeнни tt1 поверхност ми дисков. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство дл  определени  чувствительности пьезоакселерометров к деформации объекта; на фиг. 2 - то же, схема колебаний дисков. Устройство содержит систему, воспроизводщую деформацию, котора  выполнена в виде осесимметричной детали , состо щей из двух идентичныхдисков 1, соединенных в центре перемычкой 2. На наружной поверхности верхнего диска закреплен испытуемый пьезоакселерометр 3. Нижний диск прикреп-лен к основанию t. Соосно с дисками 1 вдоль их диаметра на поворотном устройстве 5 симметрично отнвсительно внутренних поверхностей дисков раз59 мещены два трехполюсных электромагнита 6. Катушки средних полюсов 7  в л ютс  катушками подмагничивани , их обмотки подключены к источнику посто нного тока 4 не показан). Начало и конец обмоток катушек возбуждени  соединены таким образом, что силовые линии магнитного пол , создаваемого верхней и нижней катушками 8, направлены в противоположные стороны . Соосно с дисками 1 вдоль их диаметра перпендикул рно оси электромагнита 6 на поворотном устройстве 5 расположены опоры 9. Опоры 9 выполнены скольз щими и поджаты внутренними поверхност ми дисков 1. . Устройство работает, следующим образом . В обмотки возбуждени  и :подмагничивани  электромагнитов подаютс  соответственно переменный и посто нный токи. В результате взаимодействи  пе ременных и посто нных магнитных поле создаваемых этими токами, верхний и нижний диски колеблютс  в противоJtia3e с частотой 0 , и отсюда усили  возникающие при колебани х и приложенные к опоре в центре дисков, изме н ютс  по следующему закону: дл  верхнего диска Fsintot, дл  нижнего диска Fsin(). Равнодействующа  сил, приложенных к опоре .при колебани х дисков, равна нулю, так как FQ РзтШ FsinCwt tir) 0. При колебани х дисков узел изгибных колебаний располагаетс  вдоль диаметра, где установлены опоры 9- В центре верхнего диска, где расположен испытуемый пьезоакселерометр 3 возникает изгибна  деформаци . При вращении поворотного устройства 5 с закрепленными на нем электромагнитами 6 и опорами 9 сколь жени  направление плоскости изгибных колебаний также поворачиваетс  и, ел довательно, поворачиваетс  лини  узла изгибных колебаний и направление действи  деформации относительно поко щегос  закрепленного пьезоакселерометра 3. За один оборот поворотног устройства 5 снимаетс  диаграмма направленности КВДО. Вследствие того, что в каждый полупериод колебаний ус ли  F, возникающие при изгибе дисков взаимно уравновешиваютс , уровень па разитного ускорени  в центре дисков не превышает 0,J i/c , и колебани  дисков на основание не передаютс . Так как опоры 9 поджаты с некоторым 76 усилием внутренними поверхност ми дисков 1, образу  распорку между дисками , то колебани  дисков в местах расположени  опор отсутствуют, и устран етс  паразитна  составл юща  деформации дисков. Вследствие указаных выше причин у предлагаемого устройства повышаетс  точность, так как в 2-10 раз сни-. жаетс  погрешность от паразитного ускорени  в месте креплени  исследуемого пьезоакселерометра, уровень паразитного ускорени  в центре диска не превышает 0,1 м/с, на 15-20 снижаетс  погрешность от наличи  паразитных составл ющих деформации. Кроме того, повьлиаютс  удобства в эксплуатации, так как в раз снижаетс  требуема  масса основани , на котором креп тс  диски, а также значительно уменьшаетс  вибраци  основани  и создаваемый при этом шум, дл  монтажа устройства не требуетс  фундамент. .Вследствие отсутстви    потерь энергии и повышени  добротности колебательной системы уменьшаетс  потребл ема  мощность. Формула изобретени  Устройство дл  определени  чувствительности пьезоакселерометров к деформации объекта, содержащее систему , создающую деформацию, выполненную в виде диска, с установленными в центре средствами креплени  испытуемого пьезоакселерометра и поворотную систему с электромагнитами и опорами, установленными во взаимно перпендикул рном направлении, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и улучшени  удобства эксплуатации, в систему, создающую деформацию, введен дополнительйый диск, идентичный первому и соединеннь1й с ним в центре перемычкой , электромагниты размещены симметрично относительно внутренних поверхностей дисков, а опоры выполнены скольз щими и поджаты внутренними поверхност ми дисков. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Голубев B.C., Генкин М.Д. Установка дл  определени  деформации. Сб. Вибрационна  техника ч. 1, М., , МДНТП, 1967.
2. 2.Немсадзе Ш.А., Долаберидзе Г.Э. Определение коэффициента вли ни  де79019178

   форкации на пьезоэлектрические бюллетень. № 3 WHcoxon Reslach, рительные преобразователи ускорени . USA. Измерительна  техника, 197, f 53i Деформационна  чувствитель- Авторское свидетельство СССР

   ность акселерометров. - Технический s Н , кл. G 01 Р 15/08, 1975.

   в

   t/9.f

   /хххх/////