Устройство для градуировки акселерометров

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ, содержащее механический волновод, на свободном торце которого неподвижно закреплен градуируемый акселерометр, измерительную схему с тензопреобразрватепями, размещенными на боковой поверхности волновода, отличающе еся тем, что, с целью повышения точности градуировки , оно снабжено последовательно соединенньми блоком выделения первой полуволны ускорения и измерителем площади импульса, а также регистратором пикового значения, решающим блоком и блоком управления, при этом вход регистратора пикового значения соединен с выходом измерительной схемы, выходы регистратора пикового значения и измерителя пло1цади импульса соединены с соответствующими входами решающего блока, вход блока вьщеления первой полуволны ускорения соединен 3 с выходом градуируемого акселеромет (Л ра, вход блока управления соединен с выходом измерительной схемы, а его выходы - с соответствующими входами регистратора пикового значения, измерителя площади импульса, решающего блока и блока выделения первой полуволны ускорения. ел оо о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) G 01 Р 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3651039/24-10 (22) 05. 10. 83 (46) 23.04.85. Бюл. 9 15 (72) А, И. Брикман, В. Н. Евграфов и В.Н.Сидоров (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 621.776(088.8) (56) 1. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара. Справочник. М., "Машиностроение", 1979, с.40.

2. Каннон Д. и Римбея Д. Градуировка пьезоэлектрических акселерометров при высоких уровнях ударных ускорений. Экспресс-информация ВИИИТИ, сер."Испытательные приборы и стенды", 1972,. В 17, с. 4-8. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ

АКСЕЛЕРОМЕТРОВ, содержащее механический волновод, на свободном торце которого неподвижно закреплен градуируемый акселерометр, измерительную схему с тензопреобразователями, размещенными

„„SU„„1151891 А на боковой поверхности волновода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности градуировки, оно снабжено последовательно соединенными блоком выделения первой полуволны ускорения и измерителем площади импульса, а также регистратором пикового значения, решающим блоком и блоком управления, при этом вход регистратора пикового значения соединен с выходом измерительной схемы, выходы регистратора пикового значения и измерителя площади импульса соединены.с соответствующими входами решающего блока, вход блока выделения первой полуволны ускорения соединен с выходом градуируемого акселерометра, вход блока управления соединен с выходом измерительной схемы, а его выходы - с соответствующими входами регистратора пикового значения, измеЬ ° рителя площади импульса, решающего блока и блока выделения первой полуволны ускорения.

1 11518

Устр ойство относится к измерительной технике, в частности к устройствам для градуировки акселерометров.

Известно устройство для градуиров ки акселерометров, содержащее механический волновод, ударный возбудитель, схему управления и, измерительную часть. Градуируемый акселерометр крепится на свободном торце волновода.

Измерение пикового значения ускорения 10 производится с помощью электронно-оптического измерителя перемещения csoi бодного торца и затем двухкратного дифференцирования. Полученное пиковое значение сравнивается с амплитудой сигнала с акселерометра 51j.

Такое устройство имеет крайне ограниченное применение, так как отличается. высокой сложностью как нри изготовлении, так и при эксплуатации,20 и процесс градуировки оказывается сложным и дорогостоящим.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство, со- 25 держащее механический волновод, на свободном торце которого неподвижно закреплен градуируемый акселерометр.

На боковой поверхности волновода размещены тенэопреобразователи, соединенные в измерительную схему, подключенную к источнику питания. Выход измерительной схемы подключен к запоминающему осциллографу, применяемому в качестве регистратора. Пиковое значение ускорения определяется

35 с помощью графического. дифференцирования сигнала с указанной измерительной схемы, который прямо пропорционален относительной деформации в

40 волноводе. Полученное пиковое значение сравнивается с амплитудой электрического сигнала от градуируемого акселерометра 2).

Однако регистрация с помощью запо-45 минающего осциллографа и графическое дифференцирование вносят очень большую погрешность.

Цель изобретения — повышение точности градуировки.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для градуировки акселерометров, содержащее механический волновод, на свободном торце которого неподвижно закреплен градуируемый акселерометр, измерительную схему с тензопреобразователями, размещенными на боковой поверхности. вол91 2 новода, и схему питания, электрически связанную с указанной измерительной схемой, снабжено последовательно. соединенными блоком выделения первой полуволны ускорения и измерителем площади импульса, а также регистратором пикового значения, решающим блоком и блоком управления, причем вход регистратора пикового значения соединен с выходом измерительной схемы, выходы регистратора пикового значения и измерителя площади импульса соединены с соответствующими входами решающего блока, вход блока выделения первой полуволны ускорения соединен с выходом градуируемого акселерометра, вход блока управления соединен с выходом измерительной схемы, а его выходы — с соответствующими входами регистратора пикового значения, измерителя площади импульса, решающего блока и блока выделения первой полуволны ускорения °

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма его работы.

Устройство содержит механический волновод 1. На свободном торце неподвижно закреплен градуируемый акселерометр 2, другой торец взаимодействует с бойком 3. На боковой поверхности волновода размещена измерительная схема 4 с тензопреобразователями, она соединена со схемой 5 питания.

Измерительная часть содержит блок выделения первой полуволны ускорения (УВППУ) 6, измеритель 7 площади импульса, регистратор 8 пикового значения, решающий блок 9 и блок 10 управления, !

Отдельные элементы предлагаемого устройства могут быть выполнены следующим образом. Измерительная схема 4 может быть выполнена мостовой или потенциометрической; схема 5 питания представляет собой стабилизированный источник напряжения. Измеритель 7 площади представляет собой цифровой интегратор с памятью. Решающий блок

9 представляет собой устройство деления одного цифрового кода на другой.

ВВППУ 6 представляет собой аналоговый ключ, открывающийся сигналом с блока 10 управления, при этом первая отрицательная полуволна может отсекаться входным диодом, а длительность управляющего сигнала больше длительности первой положительной полуволны

3 1151 и такова, что последующие положительные полуволны уже не проходят через ключ. (Время t межцу положительными полуволнами рассчитывается из усло, где I — длина волновода).

U3388

Блок 10 управления представляет собой временной распределитель, запускаемый внешним сигналом с измерительной схемы 4. Он может быть выполнен, например, на ряде ждущих мультивибраторов.

Сигналами с блока управления запускается БВППУ б, АЦП измерителя 7 на время, несколько большее длительности первой положительной полуволны, и регистратор 8, а также производится запись кодов с регистратора 8 и измерителя 7 во входную память решающего устройства 9 и деление по установленному алгоритму. 20

Устройство работает следующим образом.

После удара бойком 3 по волноводу 1 в последнем возникает импульс деформации сжатия, который распрост- 25 раняется по направлению к свободному торцу со скоростью V . При прохождении импульсом деформации сечения, где расположена измерительная схема с тензопреобразователями 4, она вырабатывает импульсный сигнал, пропорциональный E(t), пиковое значение которого Еп измеряется и запоминается регистратором 8. Кроме того, импульсный сигнал Е(С)запускает блок 10 управления, который выдает управляющие сигналы. Импульс деформации, дойдя до свободного торца с акселерометром 2, возбуждает

его ударное движение. УВППУ б пропус.

40. кает только первую положительную полуволну, площадь которой S измеряется измерителем 7 и запоминается. Затем цифровые коды значений Епи S подаются на входы решающего устройст45 ва 8, которое реализует операцию

S ;причем постоянная величина ьа

2У п может присутствовать в постоянной памяти решающего устройства 9.

Принцип градуировки акселерометров с помощью предлагаемого устройства поясняется следующим образом. Как известно ускорение на торце механического волновода a(t) и импульсная относительная деформация в волноводе

55 f(t) связаны соотношением: б()= гЧ» ъ

dE(t) (1) 891 4 где V = скорость звука в материале волновода.

Импульс деформации в волноводе после удара бойка, если отсутствуют специальные формирующие устройства, имеет форму, близкую к синусквадратной, а ускорение на торце — форму, близкую к периоду синусоиды. Первая положительная полуволна ускорения соответствует переднему фронту импульса деформации, т.е. от момента времени t=0 (начало импульса деформации) до момента времени й=t(когда импульс деформации имеет пиковое значение, т.е. K(t„)= Рп. Затем на заднем фронте E(t} ускорение a(t) отрицательно. Выражение a(t) может . быть представлено следующим обраэдм (t) = п (t),, где а„- пиковое значение ускорения;

f (t) — безразмерная функция, описывающая форму кривой.

Проинтегрировав (1) от t=O до с учетом (2) получаем п п п с В (tl и ЬЬ (tlat=a f(t)dt= 2Ч вЂ”.И,=

1п () = Еп, (3) о так как K(t„)=E„;E(0)-0.

С другой стороны площадь S первой полуволны электрического сигнала

U(t) с испытуемого акселерометра равна 1 <и

5 u(t) 61t=u„y(t) vt 1 (Ф) о 6 т.к. 0(й) можно аналогично (2) представить как

U(t)=U f Lt) (5) где f (t) — та же функция, что и в (2) .

Электрический сигнал с акселерометра повторяет форму ускорения. Разделив (4) на (3), имеем п „

М 2Ч )и

ЗЬ где К вЂ” искомый результат, т.е. коэффициент преобразования по напряжеi нию испытуемого акселерометра.

1151891

ВНИИПИ Заказ 2314/34 Тираж 897; Подписное

Фяливл ППП "Потеет" ° 1 .Ужгород, ул.Проектная, 4

Таким образом, исходными данными для градуировки акселерометра являются площадь первой положительной полуволны под электрическим сигналом с указанного акселерометра и пиковое 5 значение относительной деформации с тензопреобразователя, что и лежит в основе работы предлагаемого устройства.

На фиг. 2 представлена временная диаграмма работы устройства, где. () — сигнал, снимаемый с измерительной схемы 4 при многократном прохождении волны деформации с отражениями ге

; .a(t) — сигнал с акселеромет зв

1 ра; С .- время прохождения волной де.формации от сечения с измерительной схемой до торца с акселерометром; 20

А1 — сигнал, вырабатываемый в блоке управления и служащий для запуска все. го устройства,А2 и A3 — сигналы, разрешающие работу измерителя 7 и

БВППУ 6; t> <,а t> больше длительности положительной полуволны;А4 разрешает работу регистратора 8; tq приблизительно равно длительйости импульса деформации (). Сигналы А2-А4 заканчиваются в одно и то же время, и по заднему фронту любого из них вырабатывается сигнал А5, разрешающий работу решающего блока 9.

Сигнал Аб блокирует вход блока управления, предохраняя его от повторных запусков до полного затухания процесса в волноводе {реально - единицы секунд)..Сигнал А7 служит для начальной установки элементов устройства (цепи установки на схеме не показаны) .

Достоинством изобретения является повышение точности, так как отсутствует операция дифференцирования, вносящая значительную погрешность и черезвычайно чувствительная к помехам.