УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИОННЫХ Советский патент 1973 года по МПК G01H11/08 G01P15/09 

1

Изобретение относится к области измерительных приборов и может быть использовано в различных областях техн,ик1и для вибрационных испытаний механических объектов, например машин, летательных аппаратов, ст.ро.ительных механизмов и др.

Известные устройства для :Измерен.ия вибрационных ускореЕий содержат дифференциальный усилитель для измерения за|ряда на обкладках пьезокерамики и дополнительные элементы для калибровки пьезоакселерометров непосредственно на объекте, при использовании которых необходимо выдерж ивать .постоянство ха,р,актер«стик пьезоэлементов.

Для повышения надежности измерения в предлагаемом уст|ройстве часть рабочей пьезокерамики использована для калибровки канала измерения. Металлизированный слой для съема зарядов пьезокерамики выполнен в виде двух изолированных друг от друга рабочих участков. В режкме калибровки один из участКО;В подключается :к мультивибратору, возбуждая и определяя частоту его импульсов.

На чертеже представлена общая схема описываемого устройства, состоящего из трех основных частей: пьезоакселе,ромет;ра 1, дифференциального усилителя 2 и калибрующего мультивибратора 3.

Чувствительный элемент пьезоакселерометра 4 выполнен в виде круглой мембраны с

2

инерциО)Нной массой по пер:иферии. Пьезокерамика 5, приклеенная к мембране, имеет на поверхности два металлизированных участка в виде центрального круга 6 и концентричного кольца 7, которые гальванически соединены через разъем 6 со входом дифференциальiioro усилителя 2.

Для калибровки канала измерения служат мультивибратор 3, тумблер 9, контакты реле 10 и подстроечный конденсатор 1L

В акселерометре используется изгибная деформация пьезоэлемевта. При действии перегрузки Q на датчик в пьезокерамике возникают радиальные напряжения, определяемые моментом:

0 Г(1 + ,) 1п г/г„ - Wr.

X

М. - 47: Г fWrn)--l

1- I П

x(i + +

(r/rorVJ

где т - величина инерционной массы, ц- коэффициент Пуассона, R - внешний радиус мембраны. Го - радиус опоры мембраны. Электрические заряды, возникающие на поверхности ньезоэлемента, пропорциональны этим напряжениям, поэтому в центре и на периферии мембраны они будут различны по величине и знаку. Радиус г центрального металлизированного участка определяется зоной изменения знака заряда, чему соответствует уравнение: /114 , (,,) In R/Га /. . . (I + |J.) П г/г/г,, / 1 ,1 -| 11/It I иf Т) I (К1оУ - 1 + - Таким образом, на вход дифференциального усилителя будут нодаваться нанряжегаш разного знака, пропорционально действующему на датчик ускорения. Равенство входных сигналов устанавливается подстроечным конденсатором JL Для увеличения чувствительности пьезоакселерометра в упругом элементе на радиусах наибольших напряжений сделаны ряды отверстий диаметром 0,5 мм. Чувствительность измерения определяется пьезомодулем керамики, суммарной емкостью д дтчика и коэффициентом передачи дифференциального усилителя. Так как пьезомодуль изменяется со временем и емкость пьезокерамики зависит от температуры и других факторов, необходима периодическая проверка датчика. Кроме того, появляется необходимость проверки работоспособности датчика, установленного на объекте. Для этого 3 предлагаемом устройстве используется калибровка канала измерения с учетом пьезомодуля, емкости пьезокерамик1и коэффициента передачи усилителя. Калибровку канала можно осуществить в любой момент времени включением тумблера 9. Он соединяет источник постоянного напряжения с мультивибратором 3 и реле 10. В режиме калибровки часть пьезокерамики, в частности участок центрального круга 6, оказывается подключенной к мультивибратору 3. Электрическая емкость пьезокерамиюи, об сл0вленная измерением диэлектрической проницаемости и температуры, определяет частоту мультивибратора. Последняя может быть измерена с высокой точностью на выходе дифференциального усилителя 2. Предмет изобретения Устройство для измерения вибрационных ускорений, содержащее дифференциальный усилитель, мультивибратор и пьезоакселерометр с цьезокерамикой, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности измереНИН, металлизированная поверхность пьезокерамики .выполнена в виде двух гальванически изолированных участков, один из которых через контакты реле включен в cxeMV мультивибратора.

//7