Устройство для измерения амплитудно-частотных характеристик пьезоэлектрических преобразователей Советский патент 1979 года по МПК H04R29/00 

6 .кон-тур 5, шунтирующийрезистор б и анализатор спектра 7. Исследуемый преобразователь 8 подключен к выходу генератора 1 и входу схемы селекции Устройство работает следующим образом. . . - Импульс возбуждения от генератора .1 подается на рабочие пьезрэлёменты исследуемого преобразователя 8. За счёт обратного пьезоэлектрического эффекта на пьёзоэлементах возникает импульс механического усилия, приводящий в колебательное движение . элементы конструкции преобразователя Если преобразователь закреплен на объекте, в колебательное движение приводится и прилегающий к поверх.ности закрепления преобразователя участок объекта. Эти колебания будут продолжаться некоторое время после окончания действия импульса вoзбs дe яия и за счет прямого пьезоэлектричео когоЭффекта преобразуются в электри ческий сигнал (сигнал реакции). Поскольку вход схемы селекции 2 подключен одновременно к выходу генератора 1Ти преобразователя 8, на нем будут иметь место два сигнала: импульс воз буждения и следующий после его окон.чания сигнал реакции преобразователя .Схема селекции 2 ваделнет сигнал ре.акции, которыйпоступает на корректи рутощую цепь (элементы 3,4,5 и б) и далее-на анализатор спектра 7. Погрешность определения амплитудно-частотной характеристйкИ7 йссле;Ь;уе мой системн при возбуждёний видебийпульсом определяется по формуле: Stuj)-5Co-) . . ---sl где &(ии) - амплитудный спектр импуль са возбуждения ; 5(0) - значение амплитудного спе тра на нулевой частоте. . Длясистемы с конечной полосой пропускания . О fCDg всегда можно по-добрать параметры.импульса вoзбyждeВИЯ таким o6pai30M, что погрешность ч не превысит какого-либо наперед заданного значения. Суменьшением дл11Те:льности этого импульса ( при ус ловий сохранения его амплитуды и фор мы) его амплитудный спектр S (to) , сое редоточенный в интервале 0;Шв1/ ста ;новится более равномерным, и погрешнрсть уменьшается, однако при этом уметнЁшаётся не поливая энергия ймпульса Г но и o jTaiae.нйё энергий, распрёделейной S полосе СО :Ut I к полной энергии импульсов. Это влезет за собой уменьшение дейст .вуйщёй энергии возбу-ждения. и, как. :следствие, уменьшение чувствительное тй. Номинальные значения элементов корректирующей цепи определяются по формулам: добротность колебательного контур 4 где 5{Шпс) - значение амплитудного спектра импульса возбуждения на частоте перегиба OOf,; огибающей его главного лепестка;резонан-лная частота контура Ic 13} о Q-o,i54(значение йндуктйвнос.ти контура L моет быть получено по резонансной часоте oUo , если задаться значением мкости С); значение шунтирующего контур соротивленияQ значение сопротивления резистора включенного последовательно с контуром в ч-астотно-зависимое 2 ОАЛ; ((1/a)пcЬ-u пcC) значение сопротивления резистора , частотно-независимого плеча 10 Q V1l чrкcь- nc) При введении в измеритёльнБЙ тракт корректирующей цепи амплитудно-частотная характеристика преобразователя (как и любой другой системы) не . . будет отличаться от действительной, если для коэффициента передачи этой . цепибудет выполняться условием . K(uu).S( (7) Это усл.овие должновьзполняться . .. для любой из. полосы частот преобразователя, в том числе и для нулевой, поскольку значение низшей рабочей частоты преобразователя вибрационный или ударных ускорений близко-к нулю (единицы ИЛИ Десятки герц) .Фазрва.й характеристика 3 (ш) корректирующей цецепи должна быть или равна нулю или ; ; линеййа в полосе )tO;tJJg. Постоянной величиной в правой части равенства (7) явльется произведение К(0) 51(0) , опред еляющее масштаб амплитудно-частотной характеристики по оси амплитуд- Здесь К(0) - значение коэффйЦйейта Передали коррект рующей цепи..на нулевой частоте по пос.тоянному току) . - Отсюда: .- - -.:,. , SCO) . , , ,-, - . ; KCUDt KiO-). -дЩГ-): , , Для прямбугольногЬ иШульса можно написать: , . -.:. . . ои K(CJU)--KC01 . (8) - . .2sin - функция к(ш) обращается в бесконечность на частотах обращения в .нуль амплитудного спектра импульса йозбуждения. По этой причине коррек;ция целесообразна только до некоторой граничной частоты (JOrp / которой спад главного лепестка спектра не преввсходит.какого-либо наперед заданного значения. Характерной точко огибающей главного лепесткаамплитуд ного спектра является точка ее перегиба. Для прямоугольного импульса длительностью Т частота точки переги ба огибающей его спектра равна; Отношение S (0)/S () для импульсов любой длительности и амплитуды будет постоянным, а энергия, сосредо точённая в интервале 0; ,, будет составлять около 80% от полной энергии импульса и эта доля также не будет зависеть от его длительности и амплитуды (это вытекает из теоремы подобия спектров ). Частота точки перегиба выбрана в. качестве реперной (т.е. Шрр Таким образом: 2,73--const, J IsCuulj duu« .00 2 o,(uul|duj, о uu где jL. г Igcuj j duu-энергия, сосредот о ченная в интервал 0;Шпс, 1 о, /2 -- J/SCciy /dtiU- полная энергия импуль о са. Частотная характеристика коэффициента передачи корректирующей цепи Н(Ш) , элементы которой рассчитаны по.формулам (2) . . .;(6) , с достаточно высокой степенью точности до час тоты (А)ПС аппроксимирует функцию К(Ш Формулы (2) ... (6) получены, исходя из следующих требований: частота первого перегиба Шпи зстотной характеристики коэффициента передачи корректирующей цепи должна быть равна частоте перегиба огйбающей главного лепестка спектра iM ; коэффициент передачи цепи на частоте (JUf,., должен быть равен: 5(01 .Н(( угол наклона частотной характеристики коэффициента передачи цепи ;На частоте UinK должен быть равен , углу наклона функции К(ш) на частоте tUnc /т.е. должно выполняться ра.вен6тво: . - Добротность контура, включенного в-частотно-зависимое плечо делител 6 6 е будет зависеть от длительностиг мпульса возбуждения tT, а его частоа и значения остальных, элементов, бразующих корректирующую цепь, заисят от длительности импульса. Частота перегиба частотной арактеристи.ки коэффициента передаи корректирующей цепи совпадает с астотой перегиба резонансной харакеристик контура. Совпадают и их реонансные частоты. Коэффициент передачи корректируюей цепи выражается формулой: заа p-tR,..- joilituj liCR -VjtuCrRщ , неъ зав )(i-KJo2tiCR t jU) где г - активное сопротивление катушки индуктивности. На нулевой частоте 1 -. . r-vRjjj можно пренебречь, членом оскольку величина г значительно еньше любого из сопротивлений коректирующей цепи. Лаким ..Ьа§ ПA., зсз(& нез иеа На частоте uJnc 2,73-R зав ,. ,- ЗТгэав Н(Ш„с-) гЮскольку Кнез много больше .величины . J I Применение корректирующей цепи позволяет не только уменьшить погрешность d , но и открывает путь.к более полному использованию энергии импульса возбуждения. С этой длительность импульса-Гследует выбирать так, чтобы частота перегиба огибающей его спектра была бы равна значению верхней частоты преоб азователя UJ-g . В качестве верхней частоты можно принять значение верхней собственной частоты tJUjytФормула-изобретенияУстройство для измерения амплитудно-частотных характеристик пьезоэлектрических преобразователей, содержащее включенные последовательно генератор электрических импульсов возбуждения и схему селекции сигнала ... ализатор спектра, э:/e с я тем, что., точности измерений /между схемой селекции- сигнала реак, НИИ и анализатором спектра включена Кбрректирующая цепь, выполненная в виде делителя- с последовательно сое диненньши частотно-независимым плечом, образованным резистором, и частотно-зависимым плечом, образованным последовательной цепью из резистора и параллельного, колебательного контура с шунтирующим резистором, при этом вход частотно-независимого плеча под61 ключен к выходу схемы селекции сиг нала реакции, а выход - к входу ана-/ лизатора спектра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1..Акцептованная заявка ФРГ № 1108478, кл,42 К 46/0б., 1962. 2.Авторское свидетельство № 505131, кл.Н 04 R 17/00, 1974. 3.Тимофеев В.М. Приборы для дистанционного контроля пьезоэлектрических преобразователей ,. Журнал Приборы и техника эксперимента № 5, 1973,с,50.