Устройство для определения коэффициента влияния поперечного ускорения пьезоэлектрических измерительных преобразователей

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАПИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН 11 (191 S (ill

3 @ G 01 P 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ф Pj)xq+ ф

-:Л, т

-„)

4 -„1,. -, н aBTQpCHOMV СаиДатВЪСтВМ (21) 3539828/18-10 (22) 17. 01. 83 (46) 07,11.84. Бюл. Р 41 (72) Т.И. Созинова (53) 531.768(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

282778, кл. G 01 P 15/02, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

В 309302, кл. С Oi P 3/58, 1970 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ 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 амп. литуды колебаний, электромагнитную систему возбуждения колебаний в поперечном направлении, содержащую обмотки возбуждения, укрепленные на поворотной платформе с синхронным приводоИ, отличающее ся тем, что, с целью расширения диапазона частот, оно снабжено электромагнитной системой возбуждения колебаний в продольном направлении с жестким каркасом, состоящим из двух частей — верхней и нижней, каждая из которых состоит иэ 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 нижней 3 частям оснований, цилиндр вибрирующей системы подвешен в центре каркаса на верхних н нижних радиальных { струнах, натянутых и симметрично зак. репленных на брусьях с воэможностью Я перемещения мест крепления вдоль их поверхности, а длина струн равна радиусу кривизны брусьев.

1122975

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в установках, предназначенных для исследования свойств пьезоэлектрических преобразователеи при воздействии поперечных ускорений.

Известно устройство для определения поперечной чувствительности акселерометров, содержащее вибрирую щую систему с распределенными кара- 10 метрами, электромагнитную систему возбуждения, состоящую из катушки подмагничивания и двух пар электромагнитов. Изменяя напряжение на элект. ромагнитах и сдвиг фаз между ними, 15 поворачивают плоскости колебаний вибрирующей системы, поддерживая амплитуду колебаний постоянной. Замеряя выходные сигналы измерительных преобразователей (ИП), можно построить 2G кругов ло диаграмму зависимости коэффициента влияния поперечного ускорения (КВПУ) от угла приложения поперечного ускорения (11 .

Наиболее близким по совокупности 25 существенных признаков к предлагаемому устройству является устройство, содержащее основание, вибрирующую систему в виде цилиндра с прикрепленными к нему ИП и датчиком системы ЗО стабилизации амплитуды колебаний, электромагнитную систему возбуждения колебаний в поперечном направлении, содержащую обмотки возбуждения, укреп. лейные на поворотной платформе с син хронным приводом (2 .

Известные устройства не позволяют определить КИПУ ИП в диапазоне частот. а только на одной резонансной часто" те, и не производят оценку неравномерности ЛЧХ ИП при воздействии попереччых ускорений.

Цель изобретения — расширение диапазона частот и определение неравномерности АЧХ ИП при воздействии нонеречных ускорений.

У.".сазанная цель достигается гем, что устройство для определения КВПУ, содержащее основание, вибрирующую систему в виде цилиндра с прикреплен-5О ными 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, 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 ю и нижней частям основания, цилиндр вибрирующей системы подвешен в центре каркаса на верхних 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

l сосредоточенными параметрамя 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 2 образующих каркас,. 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 ч, подвешенный на верхних и нижних радиальных струнах 5, закрепленных на брусьях 2 и натянутых при помощи натяжных устройств б. На верхнем торце цилиндра L закреплен исследуемый ИП 7.

Электромагнитная система возбуждения содержит обмотки 8 возбуждения, укрепленные на поворотной системе 9, которая снабжена синхронным приводом

Э 1i

На нижнем торце цилиндра 4 укреплен двухкомпонентный датчик 10 С»стемы стабилизации амплитуды, который через блок 11 управления изменяет напряжение источника 12, питающего обмотки 8 и обмотки 13 системы возбуждения продольных колебаний, также подключенный к источнику 12. Сигнал с ИП 7 через согласующий усили.тель и вольтметр (не показаны) поступает на регистрирующее устройство

14, представляющее собой двухкоординатный самописец, привод которого синхронизуется с приводом поворотной системы 9 блоком 15 синхронизации.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

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 8.

При вращении поворотной системы 9 глоскость поперечных колебаний (ускорений) цилиндра также поворачивается. Сигнал с ИП при снятии круговой диаграммы регистрируется самописцем, перемещение его пера вдоль одной оси пропорционально углу поворота обмоток 8 возбуждения, а вдоль другой — выходному сигналу

ИП 7.

Для определения максимального относительного коэффициента влияния поперечных ускорений при вращении плоскости поперечных колебаний определяют максимальный вых дной сигнал

ИП по вольтметру, коэффициент определяют по формуле

Вы1. Ос«.

72975 4 лебаний изменяют угол между струнами н торцовыми поверхностями цилиндра изменением места крепления струн на изогнутых брусьях, при этом каждому положению струн соответствует своя резонансная частота.

Неравномерность АЧХ определяется по формуле

ВЫХ <пах Вых <п1п

U, -U .)

Вь<х <п<хх Вих пхни П максимальный и минимальный вы15 ходные 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 стручы совершают продольные колебания с максимальной для данного коли25 чества 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 ,восг.ронзводит колебания с меньшей частотой. Минимальная частота поперечных колебаний соответствует такому положению струн, когда они расположены между собой параллельно, а по отношению к торцовой поверхности цилиндра перпендикулярно и совершают поперечные колебания.

При работе необходимо избегать

40 перекосов цилиндра, струны должны быть натянуты с одинаковым усилием.

Обобщенная жесткость вибрирующей системы при воспроизведении макси» мальной резонансной частоты опреде45 ляется по формуле

П

С K C,cow (et,,1(Ó), 1 =.1

50 где U д„- максимальный выходной сигнал ИП при воздействии поперечных колебаHHA выходной сН Н Н11 при воздействии продольных колебаний, определяемый при возбуждении обмоток

8, при этом ускорения продольные и поперечные должны быть одинаковы.

Для определения неравномерности

АЧХ при воздействии попереччых;:согде n — количество струн;

С вЂ” жесткость i-й струны;

К1 — угол между i-й струной и осью Х; (— угол между осью Х и направлением перемещения.

Преобразуя формулу (3), получаем

t1 ов —. - С (соз ос со -1 1„, 10 0(161х, 1122975

10 где 2п — 0 р

N >

$E5

Соь os r k

111 > д

2иы

40 х sin (4) E) Р

2nu

45 — 2. K. 1-; созК 51п Ы; соь (p Б1n (f .

Чтобы обобщенная жесткость была одинакова по всем поперечным направлениям, необходимо выполнение следу- 5 ющих условий

11 П

ЯC;co@ Ы -K С; sin к;

1=1 1=1

11 С; соли; 51а Ы; = О. а =1

Эти условия выполняются для радиальных струн, одинаковой жесткости, расположенных симметрично. 15

Вынужденные поперечные колебания вибрирующей системы описываются неоднородным линейным дифференциальным уравнением второго порядка с пос. тоянными коэффициентами 20 г Р к+211х+ м к = — 5in n ut, — постоянный коэффициент пропорциональности; суммарная масса цилиндра, исследуемого ИП и датчика;

ЗО где P — - амплитуда возмущающей силы;

M — - частота возмущающей силы.

Амплитуда колебаний на резонанс= ной частоте определяется формулой

Перемещение на резонансной частоте описывается уравнением где Р— сдвиг фаз, при этом значение поперечного ускоре ния определяется выражением

Например, при четырех верхних и четырех нижних струнах максимальная обобщенная жесткость при воздействии поперечных ускорений определяется выражением

Соь=2(С, c05 (f С2соь (90 + < С cog ()SQО+

4 С4 Сов (21О + Щ).

Соь= 2(2Ccoe qi2c з,„<<)

Е5

С-—

-е где Š— модуль упругости материала, из которого изготовлены струны;

S — площадь поперечного сечения струн;

Х вЂ” длина струн, Максимальная резонансная частота рассчитывается по формуле

При m = 80 г, К = 20 см, $ = 2 мм, Е = 2 10 Н/м, 1:1 = 1„б кГц.

По сравнению с лучшими образцами техники предлагаемое устройство позволяет определить КИПУ 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 н создач : ваемое радиальными струнами однородное упругое поле, в точках которого жесткость меняется в соответствии с воспроизводимой резонансной частотой.

1122975

Тираж 822

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор P. Цицика

Заказ 8132/37

Составитель Т. Макарова

Техред С. Легеза Корректор О. Билак