Устройство для определения коэффициента влияния поперечного ускорения пьезоэлектрических измерительных преобразователей Советский патент 1984 года по МПК G01P21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в установках, предназначент х для исследования свойств пьезоэлектр «еских преобразователей при воздействии поперечных ускорений.

Известно устройство для определения поперечной чувствительности акселерометров, содержащее вибрирую щую систему с распределенными параметрами, электромагнитную систему возбуждения, состоящую из катушки подмагни-шваиия и двух пар электромагнитов. Изменяя напряжение на электромагнитах и сдвиг фаз между ними, поворачивают плоскости колебаний вибрирующей системы, поддерживая амплитуду колебаний постоянной. Замеряя выходные сигналы измерительных преобразователей (ИП), можно построить круговую диаграмму эависг-гмости коэффициента влияния поперечного ускорения (КВПУ) от угла приложения поперечного ускорения Ij .

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому устройству является устройство, содержащее основание, вибрирующую систему в цилиндра с прикрепленными к нему ИП и датчиком системы стабилизации амплитуды колебаний, электромагнитную систему возбуждения колебаний в поперечном направлении, содйркащу о обмотки воэбуяу1.ения, укрелейпые на поворотно/i платформе с сии хронным приводом 2J.

Известные устройства не позволяют определить КВПУ ИГ в диапазоне часто а. только на одной резонансной частоте, и не производят оценку неравномерности АЧХ Ш при воздействии поперечных ускорений.

Цель изобретения - расширение диапазона частот и определение неравномерности АЧХ Ш при воздействии попервчньт ускорений.

Указанная цель достигается тем, что устройство для определения. КВПУ, содержащее основание, вибрирующую систему Б виде цилиндра с прикреплен ными к нему измерительнык преобразователем и датчиком системы стабилизации амплитуды колебаний, электромагкиткую систему возбуждения колебаний в поперечном направлении, содержащую обмотки возб-уждения, укрепленные на поворотной платформе с синхронным приводом, снабжено элект

ромагнитной системой возбуждения колебаний в продольном направлении и жестким каркасом, состоящим из двух частей - верхней и нижней, каждая из которых состоит из кольца и прикрепленных к нему на равном расстоянии один от другого изогнутых одинаковым радиусом брусьев, закрепленных симметрично по окружности кольца, кольца расположены по разные стороны поворотной платформы, параллельно ей, а другие концы брусьев прикреплены соответственно к верхней и нижней частям основания, цилиндр вибрирующей системы подвешен в цент ре каркаса на верхнгсс и нижних радиальных струнах, натянутых в симметрично закрепленных на брусьях с возможностью перемещения мест крепления вдоль их поверхности, а длина струн равна радиусу кривизны брусьев

В предлагаемом устройстве исследуемый ИП помещается в создаваемое радиальными струнами однородное упругое поле, в точках которого обобщенная жесткость устройства с сосредоточенными параметрами одинакова при малых поперечных перемещениях цилиндра с установленным на нем исследуемым ИП, поэтому вибрирующая система воспроизводит одинаковое ускорение при любых поворотах плоскости поперечных колебаний цилиндра в диапазоне частот, обусловленном изменением обобщенной жесткости при сохранении однородности упругого поля,

На чертеже изображено устройство, продольный-разрез.

Предлагаемое устройство состоит из двух колец 1 и изогнутых брусьев образующих каркас 5- который при помощи брусьев 2 прикреплен к верхней и нижней частям основания 3. Брусья 2 симметрично расположены и закреплены на кольце 1, являющимся центральной частью каркаса. В центре кольца 1 расположен цилиндр 4, подвешенный на верхних и нижних радиальных струнах 5, закрепленных на брусьях 2 и натянутьгх при помощи натяжных: устройств 6. На верхнем торце цилиндра 4 закреплен исследуемый ИП 7.

Электромагнитная система возбуждения содержит обмотки -8 возбуждения укрепленные на поворотной системе -9, которая снабжена синхронным приводом На нижнем торце цилиндра 4 укреп лен двухкомпонентный датчик 10 системы стабилизации амплитуды, которы через блок 11 управления изменяет напряжение источника 12, питающего обмотки 8 и обмотки 13 системы возбуждения продольных колебаний, также подключенный к источнику 12. Сиг нал с ИП 7 через согласующий усили,тель и вольтметр (не показаны) поступа т на регистрирующее устройство 14, представляющее собой двухкоорди натный самописец, привод которого синхронизуется с приводом поворотной системы 9 блоком 15 синхронизации. Предлагаемое устройство работает следующим о-бразом. При подаче питания на обмотки 8 возбуждения цилиндр начинает колебаться между полюсами обмоток 8, а амплитуда колебаний стабилизируется системой, содержащей датчик 10, блок 11 управления и источник 12 путем изменения тока в обмотках В. При вращении поворотной системы 9 плоскость поперечных колебаний (ускорений) цилиндра также поворачивается. Сигнал с ИП при снятии круговой диаграммы регистрируется самописцем, перемещение его пера вдоль одной оси пропорционально угл поворота обмоток 8 возбуждения, а вдоль другой - выходному сигналу ИП 7. Для определения максимального. относительного коэффициента влияния поперечных ускорений при вращении плоскости поперечных колебаний опре деляют максимальный выходной сигнал Ш по вольтметру, коэффициент определяют по формуле п Выи.осН, где Ug(,,xj максимальный выходной сигнал ИП при воздейст вии поперечных колебаний;вьш. Оси выходной сигнал ИП при воздействии продольных колебаний, определяемы при возбуткдении обмото 8, при этом ускорения продольные и поперечны должны быть одинаковы. Для определения неравномерности АЧХ при воздействии поперечных scoлебакий изменяют угол между струнами и торцовыми поверхностями цилиндра изменением места крепления струя на изогнутых брусьях, при этом каждому положению струн соответствует своя резонансная частота. Неравномерность АЧХ определяется по формуле § ./7 6Ь1у max вы mtn вых mat Bwx min вых win соответственно максимальный и минимальный выходные сигналы ИП. Когда верхние и нижние струны расположены параллельно и угол между струнами и торцовой поверхностью цилиндра равен нулю, обобщенная жесткость устройства максимальна при воздействии поперечных ускорений, а струны совершают продольные колебания с максимальной для данного количества струн и их жесткости резонансной частотой, при плавном увеличении угла между каждой струной и торцовой поверхностью цилиндра обобщенная жесткость устройства по отношению к направлению поперечных ускорений уменьшается, и вибрирующая система восгтроизводит колебания с меньшей частотой. Минимальная частота поперечных колебаний соответствует такому положению струн, когда они рас- положены между собой параллельно, а по отношению к торцовой поверхности цилиндра перпендикулярно и совершают поперечные колебания. При работе необходимо избегать перекосов цилиндра, струны должны быть натянуты с одинаковым усилием. Обобщенная жесткость вибрирунлцей системы при воспроизведении макси мальной резонансной частоты определяется по формуле п .,С.( где п - количество струн; C;j - жесткость i-й струны; К, - угол между i-й струной и осью X; Cf - угол между осью X и направлеЩ1ем перемещения. . Преобразуя формулу (3), получаем COB ,Z C;(co5V,cos%,5inoi, ein.)-. ;,i C05ct. 5m Ы; cos tp 51Л (р . Чтобы обобщенная жесткость была одинакова по всем поперечным направ лениям, необходимо выполнение следу ющих условий ,EC;cos fli.t:C;sin o(,; j n .ZCjCOSOt; 5inot; 0. Эти условия вьтолняются для радиальных струн, одинаковой жесткости, расположенных симметрично. Вынужденные поперечные колебания вибрирующей системы описываются неоднородным линейным дифференциальным уравнением второго порядка с по ТОЯННЫМИ коэффициентами x-t-2 x + nwt, n где 2n -jf,U - постоянный коэффициент пропорциональности;П1 - суммарная масса цилиндра, исследуемого ИП и датчика где Р - сдвиг фаз, при этом значение поперечного ускорения определяется выражением Р(0 -у, (wt-e). Например, при четырех верхних и четырех нижних струнах максимальная обобщенная жесткость при воздействии поперечных ускорений определяется выражением ob2 CiC05{|4C2C06490°+ty)tC,C05(80°+C b tC4C06(2TO°+qiy, Cob 2(Cc05 cp42C5;n tf) c-i§ - е где Е - модуль упругости материала, из которого изготовлены струны; S - площадь поперечного сечения струн; t - длина струн. Максимальная резонансная частота рассчитывается по формуле

r cTco6(

) где Р - амплитуда возмущающей силы U) - частота возмущающей силы. Амплитуда колебаний на резонанс ной частоте определяется формулой Перемещение на резонансной част описывается уравнением ein(ui-e),, При m 80 г, 20 см, S - 2 мм, Е 2 «10 Н/м , f, 1,6 кГц. По сравнению с лучшими образцами техники предлагаемое устройство позволяет определить КВПУ в широком диапазоне частот 500-10 кГц и оценивать неравномерность АЧХ ИП при воздействии поперечных ускорений в указанном диапазоне частот за счет помещения исследуемого ИП в создаваемое радиальными струнами о цнородное упругое поле, в точках которого жесткость меняется в соответстнии с воспроизводимой резонансной частотой.

УСТРОЙСТВО ДОЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВЛИЯНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО УСКОРЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, содержащее, основание, вибрирующую систему в виде цилиндра с прикрепленными к нему измерительным преобразователем и датчиком системы стабилизации амплитуды колебаний, электромагнитную систему возбуждения колебаний в поперечном направлении, содержащую обмотки возбуждения, укрепленные на поворотной платформе с синхронным приводом, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона частот, оно снабжено электромагнитной системой возбуждения колебаний в продольном направлении с жестким каркасом, состоящим из ABSrx частей - верхней и нижней, каждая из которых состоит из кольца и прикрепленных к нему на равном расстоянии один от другого и изогнутых с одинаковым радиусом брусьев, закрепленных симметрично по окружности кольца, кольца расположены по разные стороны поворотной платформы, параллельно ей, а другие концы брусьев прикреплены соответственно к верхней и частям оснований, цилиндр вибрирующей системы подвешен в центре каркаса на верхних и нижних радиальных струнах, натянутых и симметрично закрепленных на брусьях с возможностью перемещения мест крепления вдоль их поверхности, а длина струн равна радиусу кривизны брусьев. N9 Ю vl :л