Пьезоэлектрический стенд для измерения параметров сейсмоприёмников, встроенных в изделие сложной формы Российский патент 2023 года по МПК G01V13/00 G01V1/16 G01M7/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров сейсмоприемников, встроенных в изделие сложной формы, включая оценку работы самого изделия при непосредственном контакте с грунтом при различной ориентации на нем, в условиях отсутствия искусственных магнитных помех.

Известен способ измерения параметров акселерометров, методом сравнения, использующий в качестве источника вибрации электродинамические стенды (Ю.А. Иориш «Виброметрия», М., Машиностроение, 1963, гл. 16). Недостатком электродинамических стендов является наличие магнитной помехи, что недопустимо для некоторых типов изделий. Известен вибрационный стенд для исследования и калибровки вертикальных сейсмоприемников (авторское свидетельство №568921 кл. G01V 1/16, 1975 г, (прототип)), состоящий из основания, стола и в качестве вибровозбудителей пьезоэлектрических преобразователей. Стенд может быть изготовлен из немагнитных материалов, и, следовательно, быть свободным от магнитных помех.

К недостаткам прототипа относится технологическая трудность установки изделия сложной формы на стол, требующая создания специальных крепящих устройств, что влечет появление дополнительных резонансов крепления, а также отсутствие возможности оценивать влияние контакта с грунтом различных типов на результат измерения.

Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании пьезоэлектрического стенда для измерения параметров сейсмоприемников, встроенных в изделие сложной формы, лишенного вышеуказанных недостатков.

Технический результат, обеспечиваемый настоящим изобретением, заключается в повышении точности измерения параметров сейсмоприемников, встроенных в изделие сложной формы, за счет отсутствия необходимости использования специальных приспособлений для крепления изделий сложной формы на пьезоэлектрическом стенде и исключения связанных с использованием таких приспособлений помех, резонансов и погрешностей измерения.

Указанный технический результат обеспечивается за счет пьезоэлектрического стенда для измерения параметров сейсмоприемников, встроенных в изделие сложной формы, содержащего основание, стол, пьезоэлектрические преобразователи. При этом стол выполнен в форме стакана, заполненного слоем грунта, а толщина слоя грунта h выбирается из соотношения

где h - толщина слоя грунта,

S - площадь соприкосновения изделия с грунтом,

Μ - масса изделия,

F₀ - верхняя граница частотного диапазона измерений.

При этом изделие сложной формы устанавливается на слой грунта под собственным весом.

Выполнение стола в форме стакана, заполненного слоем грунта, позволяет обеспечить устойчивое положение изделия сложной формы на нем за счет веса изделия и площади его соприкосновения с грунтом, причем создается возможность менять ориентацию изделия путем различной постановки его на грунте.

Если принять, что величина F_P есть резонансная частота колебательной системы, состоящей из массы изделия Μ и упругого элемента в форме слоя грунта толщиной h, площадью S соприкосновения с изделием, то на частоте амплитуда колебания изделия с погрешностью не более 10% совпадет с амплитудой колебаний стола, причем погрешность снижается по мере снижения частоты. Это позволяет проводить достоверные оценки параметров сейсмоприемников на частотах ниже F₀. Численные значения соотношения получены экспериментальным путем для крайнего случая сыпучих структур грунта типа «мелкий речной песок».

Соотношение позволяет выбрать максимально возможную толщину слоя грунта для измерения параметров сейсмоприемников в диапазоне частот до F₀. Для более плотных структур грунта неравенство выполняется заведомо.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема предлагаемого пьезоэлектрического стенда, состоящая из основания 1, стола 2, выполненного в форме стакана, пьезоэлектрических преобразователей 3 для вибровозбуждения, слоя грунта 4 и помещенного на него изделия сложной формы 5.

На фиг. 2 представлен расчетный и экспериментальный график зависимости резонансной частоты стенда от толщины слоя грунта.

Пьезоэлектрический стенд для измерения параметров сейсмоприемников, встроенных в изделие сложной формы (фиг. 1), содержит основание (поз. 1), стол (поз. 2), пьезоэлектрические преобразователи (поз. 3). При этом стол выполнен в форме стакана, заполненного слоем грунта (поз. 4), а толщина слоя грунта h выбирается из соотношения

где h - толщина слоя грунта,

S - площадь соприкосновения изделия с грунтом,

Μ - масса изделия,

F₀ - верхняя граница частотного диапазона измерений.

При этом изделие сложной формы устанавливается на слой грунта под собственным весом.

Реализована конструкция пьезоэлектрического стенда, содержавшая стол, выполненный в форме стакана, на дне которого размещался грунт разного типа. Использовались макеты изделия разной формы и массы с встроенным измерительным акселерометром. Толщина слоя грунта менялась в пределах 0,01…0,1 м при этом измерялось F_P резонансная частота устройства. На фиг. 2 представлена зависимость F_P для изделия массой 0,8 кг с площадью соприкосновения 2⋅10^-3 м², от толщины слоя грунта в самом крайнем случае: сыпучий мелкий песок. Это позволило экспериментально оценить связь между толщиной слоя грунта, массой изделия и величиной F₀. Расчет зависимости F_P от h, согласно полученному соотношению, представлен на фиг. 2 сплошной линией. Квадратами обозначены экспериментальные значения резонансной частоты устройства в зависимости от толщины грунта. Пьезоэлектрический стенд позволил на практике измерять параметры сейсмоприемников, встроенных в изделие сложной формы, при массе изделия сложной формы 0,8 кг в диапазоне частот от 100 до 300 Гц при слое песка толщинами 0,1 и 0,01 м соответственно. Использование более плотной структуры грунта при данных толщинах слоя, позволило заведомо проводить измерения параметров сейсмоприемников в данных частотных диапазонах. Отмечена простота установки изделия сложной формы на стенд и отсутствие каких-либо установочных резонансов конструкции.

Настоящее изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров сейсмоприемников, встроенных в изделие сложной формы, включая оценку работы самого изделия при непосредственном контакте с грунтом при различной ориентации на нем, в условиях отсутствия искусственных магнитных помех. Предложен пьезоэлектрический стенд для измерения параметров сейсмоприемников, встроенных в изделие сложной формы, который содержит основание, стол, пьезоэлектрические преобразователи. При этом стол выполнен в форме стакана, заполненного слоем грунта, а толщина слоя грунта выбирается из соотношения где Μ - масса изделия; h - толщина слоя грунта; S - площадь соприкосновения изделия с грунтом; F₀ - верхняя граничная частота частотного диапазона измерений. При этом изделие сложной формы устанавливается на слой грунта под собственным весом. Технический результат - повышение точности измерения параметров сейсмоприемников, встроенных в изделие сложной формы, за счет отсутствия необходимости использования специальных приспособлений для крепления изделий сложной формы на пьезоэлектрическом стенде и исключения связанных с использованием таких приспособлений помех, резонансов и погрешностей измерения. 2 ил.

Пьезоэлектрический стенд для измерения параметров сейсмоприемников, встроенных в изделие сложной формы, содержащий основание, на котором расположены пьезоэлектрические преобразователи, стол, установленный на пьезоэлектрические преобразователи, причем стол выполнен в форме стакана, заполненного слоем грунта, с возможностью установки на слой грунта изделия сложной формы, со встроенным в него сейсмоприемником, под собственным весом, при этом толщина слоя грунта выбирается из соотношения

где М - масса изделия;

h - толщина слоя грунта;

S - площадь соприкосновения изделия с грунтом;

F₀ - верхняя граничная частота частотного диапазона измерений.