Способ измерения амплитудно-частотных характеристик подвижных элементов микромеханических устройств

Авторы патента:

G01H11 - Измерение механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний по изменению электрических или магнитных свойств

Владельцы патента RU 2488785:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (RU)

Изобретение относится к микромеханике и предназначено для измерения амплитудно-частотных характеристик подвижных элементов микромеханических устройств. Способ включает формирование на неподвижных обкладках конденсатора гармонических сигналов с постоянной составляющей, из которых формируется компенсационный ток, равный первой гармонике суммы токов, протекающих через конденсаторы. При этом на подвижной обкладке поддерживается постоянное, равное нулю напряжение. Формирование компенсационного тока проводят итерацией, изменяя амплитуду компенсационного тока и при необходимости фазу для достижения минимальной амплитуды первой гармоники выходного сигнала. Разница компенсационного заряда и суммы, протекающих через конденсаторы зарядов, преобразуется в пропорционально-зависимое выходное напряжение. При этом в выходном сигнале выделяется вторая гармоника. Амплитудно-частотная характеристика микромеханического устройства определяется отношением второй гармоники выходного напряжения к первой гармонике сигнала, сформированного на обкладках конденсатора. Технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение точности измерения амплитудно-частотных характеристик. 2 ил.

Изобретение относятся к микромеханике и предназначено для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) подвижных элементов микромеханических устройств (ММУ), таких как акселерометры, датчики давления, микрогироскопы, микрозеркала, имеющие емкостной съем сигнала.

Известны: способ измерения динамических характеристик компенсационного акселерометра [1], способ контроля качества изготовления микромеханических устройств [2], способ измерения амплитудно-частотных характеристик подвижных элементов микромеханических устройств [3].

Размеры частей ММУ колеблются от сотен до долей микрон. В частности, толщина торсионов составляет порядка 8-10 мкм. Визуальный контроль затруднителен и часто единственным способом обеспечения параметров микромеханических устройств является косвенный метод контроля, а именно измерение АЧХ подвижных (чувствительных) элементов, которые характеризуют обобщенный критерий качества изготовления ММУ. Способ [1] предназначен для измерений характеристик акселерометров компенсационного типа, содержащих датчик силы и датчик смещения, что не позволяет использовать его для микромеханических устройств прямого преобразования, содержащих только две неподвижные и одну подвижную обкладки дифференциальной емкости.

Способ [2] также предназначен для контроля качества изготовления микромеханических устройств, которые состоят из задатчика силы и датчика перемещения. Задатчик силы электростатического типа выполнен в виде дифференциальной емкости. Также как и способ [1], он требует наличия, как задатчика силы, так и задатчика перемещения.

Известный способ [3] является наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и предназначен для измерения амплитудно-частотных характеристик подвижных элементов микромеханических устройств. Данный способ включает формирование на неподвижных обкладках конденсатора гармонических сигналов с постоянной составляющей при установке на подвижной обкладке постоянного смещения, равного нулю. При этом выделяется вторая гармоника суммы зарядов, протекающих через конденсаторы, образованные подвижной и неподвижной обкладками чувствительного элемента. Амплитудно-частотная характеристика микромеханического устройства определяется отношением второй гармоники полученной суммы зарядов к первой гармонике сигнала, сформированного на обкладках конденсатора.

При производстве микромеханических устройств присутствует технологический разброс значений емкостей вследствие разброса величин зазоров, перекосов и т.д.

Несовершенство технологических процессов является причиной различных перекосов и неравномерности воспроизведения величин зазоров, вследствие чего возникает разброс значений емкостей чувствительного элемента, что нарушает симметричность емкостной системы вцелом. В результате неравенства емкостей, значения токов перезаряда различаются друг от друга. При этом разностный ток первой гармоники преобразуется в выходное напряжение первой гармоники, величина которого пропорциональна разности емкостей конденсаторов и амплитуде гармонических колебаний на них. Амплитуда колебаний зависит от жесткости торсионов, величина которой пропорциональна диапазону измерения, и от амплитуды гармонических сигналов на неподвижных обкладках конденсатора. Изменение емкости на краю диапазона измерения (номинальное воздействие) составляет приблизительно 20%. Как правило, измерение АЧХ производится при амплитуде колебаний подвижной обкладки, составляющей 10% от амплитуды отклонения при номинальном воздействии, вызывая изменение среднего значения емкости на 2%. Такое изменение удается получить только для преобразователей с малой жесткостью торсионов, что обусловлено ограничением амплитуды гармонических сигналов с постоянной составляющей, величиной пробивного напряжения. Для ряда ММУ с жестким подвесом это изменение может быть меньше примерно на два порядка, что составляет менее 0,02%.

Поэтому, даже относительно небольшая разница значений емкостей в ММУ с жесткими торсионами может приводить к возникновению разностного тока достаточно большой величины, амплитуда которого может значительно превышать амплитуду тока второй гармоники.

Так как любой зарядочувствительный усилитель (преобразователь заряд-напряжение) обладает определенной нелинейностью амплитудной характеристики, то при преобразовании разностного тока первой гармоники в напряжение, на выходе преобразователя формируется напряжение не только первой, но и более высоких гармоник, в лом числе и второй, приводя, тем самым, к искажению полезного сигнала (напряжение второй гармоники). Для ММУ, обладающих высокой чувствительностью (малой жесткостью подвеса), достаточно большое влияние может оказывать воздействие силы тяжести, приводящее к изменению соотношения величин емкостей конденсаторов.

Кроме того, измерение второй гармоники в выходном напряжении на фоне первой, которая во много раз превышает амплитуду второй гармоники, может быть осуществлено с помощью достаточно дорогих измерительных приборов. Цена таких приборов колеблется приблизительно от 80 тысяч (анализатор спектра СК4-56, рабочая частота - от 10 Гц) до более полутора миллионов рублей (анализатор спектра фирмы «Брюль и Къер» типа 3560 PULSE, рабочие частоты - много меньше 1 Гц).

Рассмотренные выше обстоятельства ограничивают область применения, снижая точность измерения АЧХ в способе [3] и требуют применения дорогостоящего оборудования для его реализации.

Задачей предлагаемого способа является расширение функциональных возможностей, повышение точности и снижение стоимости оборудования для его реализации.

Для достижения поставленной задачи поддерживается постоянное, равное нулю напряжение на подвижной обкладке конденсатора дифференциальной переменной емкости, состоящего из подвижного элемента и двух неподвижных. На неподвижные обкладки подаются в противофазе гармонические сигналы одинаковой частоты и амплитуды с постоянной составляющей, из которых формируется компенсационный ток, равный первой гармонике суммы токов, протекающих через конденсаторы.

Формирования компенсационного тока проводят итерацией - в начале компенсационный ток устанавливают равным нулю и измеряют в выходном напряжении амплитуду первой гармоники. Затем компенсационный ток увеличивают, при уменьшении амплитуды первой гармоники в выходном сигнале компенсационный ток увеличивают до тех пор, пока амплитуда первой гармоники не станет минимальной, а при увеличении амплитуды первой гармоники в выходном сигнале изменяют фазу компенсационного тока на 180 градусов, при этом амплитуда первой гармоники в выходном сигнале уменьшится, и амплитуду компенсационного тока увеличивают до тех пор, пока амплитуда первой гармоники не станет минимальной; при этом в процессе выполнения итерации учитывается, что дальнейшее увеличение амплитуды компенсационного тока после достижения минимального значения амплитуды первой гармоники выходного сигнала приведет к ее увеличению.

Сумма компенсационного заряда и зарядов протекающих через конденсаторы преобразовывается в пропорционально-зависимое выходное напряжение. При этом амплитудно-частотная характеристика ММУ равна отношению второй гармоники выходного напряжения к первой гармонике сигналов, сформированных на обкладках конденсатора.

Благодаря формированию компенсационного тока и вычитания его из суммы протекающих через конденсаторы токов резко снижается величина тока первой гармоники, которая преобразуется в выходное напряжение, уменьшая тем самым амплитуды, как первой гармоники, так и обусловленные нелинейностью преобразования паразитные гармоники, что повышает точность измерения. При этом можно измерять АЧХ ММУ с торсионами как большой, так и очень малой жесткости, обеспечивая, тем самым, расширение возможностей применения данного способа.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, предназначенного для реализации предложенного способа, где

1 - генератор со средней точкой;

2 - средняя точка генератора;

3 - источник постоянного напряжения;

4, 5 - симметричные выводы генератора;

6, 7 - неподвижные электроды ММУ;

8 - подвижный электрод ММУ;

9 - входу зарядо-чувствительного усилителя;

10 - резистор;

11 - конденсатор;

12 - операционный усилитель;

13 - выход зарядо-чувствительного усилителя;

14 - анализатора спектра или селективный микровольтметр.

15 - компенсатор;

16 - потенциометр;

17 - конденсатор.

Устройство для реализации предлагаемого способа, структурная схема которого представлена на фиг.1, включает в себя генератор 1 с симметричным выходом и средней точкой. На среднюю точку 2 генератора 1 с источника напряжения 3 подается постоянное напряжение смещения (порядка 20-70 В), а симметричные выводы генератора 4, 5 подключены к неподвижным электродам 6, 7 ММУ и к первому и второму входам компенсатора 15. Подвижный электрод 8 и выход компенсатора подключены к входу 9 зарядо-чувствительного усилителя образованного резистором 10, конденсатором 11, операционным усилителем 12. Первый вывод резистора 10, первый вывод конденсатора 11 и отрицательный вход операционного усилителя 12 замкнуты и образуют вход 9 зарядо-чувствительного усилителя. Вторые выводы резистора 10, конденсатора 11 и выход операционного усилителя 12 замкнуты и образуют выход 13 зарядо-чувствительного усилителя. Положительный вход операционного усилителя 12 подключен к нулевому потенциалу. Выход 13 подключен к входу анализатора спектра 14.

Компенсатор 15 может быть выполнен в виде потенциометра 16 и конденсатора 17, первый вывод которого является выходом компенсатора 15, а второй вывод соединен с подвижным ползунком потенциометра 16, два других вывода которого являются входами компенсатора 15.

В случае неравенства емкостей при подаче пульсирующего напряжения на обкладки переменного конденсатора разностный ток перезаряда первой гармоники преобразуется в выходное напряжение первой гармоники с помощью зарядочувствительного усилителя и измеряется с помощью селективного вольтметра.

Перемещение ползунка потенциометра приводит к изменению прикладываемого к конденсатору напряжения, а, следовательно, и к изменению компенсационного заряда, приводя к уменьшению или увеличению (в зависимости от фаз разностного и компенсационного токов) амплитуды выходного напряжения первой гармоники. Причем напряжение на выходе потенциометра в среднем положении ползунка равно нулю, а в двух крайних положениях максимально, но при этом фазовый сдвиг составляет 180°.

Предлагаемый способ измерения АЧХ основан на электростатическом взаимодействии между подвижной (фиг.1 поз.8) и неподвижными обкладками (фиг.1 поз.6, 7) ЧЭ, образующих дифференциальный конденсатор переменной емкости. На неподвижные обкладки этого конденсатора подаются гармонические сигналы U₁ и U₂ частоты w с постоянной составляющей U₀ (фиг.2-А и 2-Б соответственно), а на подвижном электроде поддерживается нулевое напряжение:

U₁=U₀+U_г·sin(wt),

U₂=U₀-U_г·sin(wt), где

напряжение U₀ соответствует напряжению в точке поз.2 фиг.1;

напряжение U₁ соответствует напряжению в точке поз.4 фиг.1;

напряжение U₂ соответствует напряжению в точке поз.5 фиг.1.

Значение постоянной составляющей U₀ должно быть не менее амплитуды U_г гармонической составляющей U₀≥U_Г, таким образом задается условие U₁, U₂≥0.

Результирующая переменная составляющая за счет силы кулоновского взаимодействия между подвижным и двумя неподвижными электродами приведена на фиг.2в, за счет воздействия которой происходит колебание подвижного электрода ЧЭ.

В случае отсутствия напряжения на обкладках конденсаторов (устройство выключено) электрические емкости конденсаторов С₁, С₂ равны:

C₁=C_o+ΔC

C₂=C_o-ΔС

Отклонение ΔС значения емкостей от величины С_о может являться результатом как технологического разброса, так и результатом воздействия силы тяжести Земли. Причем величина ΔС достигает значения 0,1С_о вследствие технологического разброса. Воздействие силы тяжести может вызвать еще большее отклонение в зависимости от чувствительности ММУ.

При подаче рабочих напряжений отклонение подвижной обкладки пропорционально приложенной силе и обратно пропорционально жесткости торсионов.

В общем случае электрическая емкость конденсаторов С₁, С₂, образуемых обкладками ЧЭ и общим электродом, выражается следующим образом:

C₁=(C_o+ΔC)·(1+A_мех·sin(wt)),

C₂=(C_o-ΔC)·(1-A_мех·sin(wt)),

электрическая емкость С₁ образована обкладками поз.6 и поз.8 фиг.1;

электрическая емкость С₂ образована обкладками поз.7 и поз.8 фиг.1;

изменение емкостей С₁, С₂ представлено на фиг.2г и 2д, соответственно.

Коэффициент А_мех зависит от амплитуды U_г и амплитуды механических колебаний подвижного элемента ММУ, а С_о - электрическая емкость конденсаторов в отсутствие асимметрии, когда С₁=С₂=С_о.

Коэффициент передачи зарядо-чувствительного усилителя (образованного резистором поз.11, конденсатором поз.10, операционным усилителем поз.12 фиг.1) для сигнала U₁ вычисляется следующим образом

$К_{п е р} = \frac{U_{в ы х}}{U_{1}} = \frac{X_{C o o}}{X_{C 1}} = (\frac{1}{j \cdot w \cdot C_{o c}}) \div (\frac{1}{j \cdot w \cdot C_{1}}) = \frac{C_{1}}{C_{o c}}$ , где U_вых - напряжение на выходе зарядо-чувствительного усилителя.

Значения R_ос (омическое сопротивление резистора поз.11 фиг.1) и С_ос (электрическая емкость конденсатора поз.10 фиг.1) выбираются таким образом, чтобы R_ос в рабочем диапазоне частот было намного больше реактивного сопротивления Х_Сос емкости С_ос.

Напряжение U₁ создает на выходе зарядо-чувствительного усилителя сигнал:

$\begin{array}{l} U_{в ы х 1} = U_{1} \cdot К_{п е р} = U_{1} \cdot \frac{C_{1}}{C_{o c}} = U_{1} \cdot \frac{(C_{o} + Δ C) \cdot (1 + A_{м е х} \cdot \sin (w t))}{C_{o c}} \\ = U_{1} \frac{C_{o}}{C_{o c}} (1 + A_{м е х} \cdot \sin (w t)) + U_{1} \frac{Δ C}{C_{o c}} (1 + A_{м е х} \cdot \sin (w t)) = \\ k (U_{o} + U_{г} \cdot \sin (w t)) \cdot (1 + A_{м е х} \cdot \sin (w t)) + k_{1} (U_{o} + U_{г} \cdot \sin (w t)) \cdot (1 + A_{м е х} \cdot \sin (w t)) \end{array}$

где $k = \frac{C_{o}}{C_{o c}}$ , $k_{1} = \frac{Δ C}{C_{o c}}$ .

В силу симметрии напряжение U₂ создает на выходе усилителя сигнал

$\begin{array}{l} U_{в ы х 2} = U_{2} \cdot К_{п е р} = U_{2} \cdot \frac{C_{2}}{C_{o c}} = U_{2} \cdot \frac{(C_{o} - Δ C) \cdot (1 - A_{м е х} \cdot \sin (w t))}{C_{o c}} = \\ U_{2} \frac{C_{o}}{C_{o c}} (1 - A_{м е х} \cdot \sin (w t)) - U_{2} \frac{Δ C}{C_{o c}} (1 - A_{м е х} \cdot \sin (w t)) = \\ k (U_{o} - U_{г} \cdot \sin (w t)) \cdot (1 - A_{м е х} \cdot \sin (w t)) - k_{1} (U_{o} - U_{г} \cdot \sin (w t)) \cdot (1 - A_{м е х} \cdot \sin (w t)) \end{array}$

Считая, что ползунок потенциометра 16 находится в среднем положении, и переменное напряжение на нем равно нулю, и с учетом принципа суперпозиции, получим:

U_вых= U_вых1+U_вых2=

k(U_o+U_г·sin(wt))·(1+A_мех·sin(wt))+k₁(U_o+U_г·sin(wt))·(1+A_мех·sin(wt))+

k(U_o-U_г·sin(wt))·(1-A_мех·sin(wt))-k₁(U_o-U_г·sin(wt))·(1-A_мех·sin(wt))

После преобразования с учетом того, что 1-2sin²(wt)=cos(2wt), получим окончательное выражение для U_вых:

U_вых=2kU_o+kU_ГА_мех-kU_ГA_мех·cos(2wt)+2k₁(U_oA_мех+U_Г)·sin(wt)

Напряжение U_вых соответствует напряжению в точке поз.13 фиг.1 Амплитуда второй гармоники выходного сигнала зависит от коэффициентов k, U_Г, A_мех. Величины k, U_Г - постоянные, это означает, что на амплитуду второй гармоники выходного сигнала влияет коэффициент А_мех, характеризующий амплитуду механических колебаний подвижного элемента ММУ. Анализ амплитуды второй гармоники с помощью анализатора спектра (поз.14 фиг.1) при изменении частоты на задающем генераторе (поз.1 фиг.1) реализует поставленную задачу - измерение АЧХ подвижного элемента ММУ.

Рассмотрим соотношение амплитуд первой и второй гармоник в выходном сигнале. Амплитуды первой и второй гармоник U_A1 и U_A2 соответственно равны:

$U_{A 1} = 2 \frac{Δ C}{C o c} (U_{o} A_{м е х} + U_{Г})$ , при условии U_Г>>U_oA_мех получим $U_{A 1} \approx 2 \frac{Δ C}{C o c} U_{Г}$

$U_{A 2} = 2 \frac{C o}{C o c} U_{2} A_{м е х}$

Запишем отношение амплитуд U_A1 и U_A2:

$\frac{U_{A 1}}{U_{A 2}} = \frac{2 U_{2} Δ C}{C_{o c}} \cdot \frac{C_{o c}}{2 C_{o} U_{2} A_{м е х}} = \frac{2 Δ C}{C_{o} A_{м е х}}$

Как было сказано ранее, величина ΔС может достигать значения 0,1С_о, а коэффициент А_мех приблизительно равен 0,02. Таким образом, амплитуда первой гармоники превышает амплитуду второй измеряемой гармоники в 10 раз. Причем для ММУ с жестким подвесом величина данного отношения может увеличиться примерно на два порядка.

При таких больших отношениях величины паразитной гармоники к измеряемой начинает сказываться нелинейность зарядо-чувствительного усилителя, понижая тем самым точность измерения и ограничивая функциональные возможности данного способа. Кроме того, для реализации способа требуется дорогостоящее оборудование.

Амплитуда первой гармоники в выходном сигнале может быть значительно уменьшена благодаря наличию компенсатора и его настройки. Измеряя амплитуду первой гармоники в выходном напряжении, мы меняем положение ползунка потенциометра 16 таким образом, чтобы в выходном напряжении минимизировать амплитуду первой гармоники, вплоть до нулевого значения, приводя, тем самым, к повышению точности и расширению функциональных возможностей способа.

Для реализации данного способа на практике было собрано измерительное устройство. Селективный вольтметр и задающий генератор были реализованы на базе микросхемы МАХ7490, представляющей собой двухканальный универсальный фильтр на переключаемых конденсаторах. Причем стоимость микросхемы не превышала 150 рублей.

Экспериментальная проверка показала, что первая гармоника в выходном сигнале уменьшалась на 47 дБ (примерно в 200 раз). Неполное подавление обусловлено влиянием активного сопротивления потенциометра на фазовый сдвиг в цепи компенсатора. При необходимости его можно уменьшить, усложнив устройство компенсатора с помощью развязывающего усилителя (повторитель напряжения). Хотя в нашем случае для всех практических задач данное усложнение не потребовалось.

ЛЧХ измерялись, как с использованием дорогостоящего анализатора спектра СК4-56, так и перестраиваемого активного фильтра на базе МАХ7490. Отклонения результатов были в пределах погрешности измерения.

Экспериментальная проверка полностью подтвердила ожидаемые результаты.

Источники информации

1. Патент СССР 1839835

2. Патент РФ 2244271

3. Патент РФ 2377508 - прототип

Способ измерения амплитудно-частотных характеристик чувствительных элементов микромеханических устройств, содержащих подвижный элемент, являющийся общей обкладкой дифференциального конденсатора переменной емкости, заключающийся в формировании на неподвижных обкладках конденсатора гармонических сигналов с постоянной составляющей и установке на подвижной обкладке постоянного смещения, равного нулю, при этом амплитудно-частотная характеристика микромеханического устройства вычисляется отношением второй гармоники выходного напряжения к первой гармонике сигнала, сформированного на обкладках конденсатора, отличающийся тем, что из гармонических сигналов на неподвижных обкладках конденсатора формируют компенсационный ток, находящийся в противофазе, но равный по амплитуде первой гармонике суммы токов, протекающих через конденсаторы, и производят преобразование суммы компенсационного заряда и зарядов, протекающих через конденсаторы, в пропорционально-зависимое выходное напряжение, причем формирование компенсационного тока проводят итерацией - в начале компенсационный ток устанавливают равным нулю и измеряют в выходном напряжении амплитуду первой гармоники, далее компенсационный ток увеличивают, при уменьшении амплитуды первой гармоники в выходном сигнале компенсационный ток увеличивают до тех пор, пока амплитуда первой гармоники не станет минимальной, а при увеличении амплитуды первой гармоники в выходном сигнале изменяют фазу компенсационного тока на 180°, при этом амплитуда первой гармоники в выходном сигнале уменьшится, и амплитуду компенсационного тока увеличивают до тех пор, пока амплитуда первой гармоники не станет минимальной; при этом в процессе выполнения итерации учитывается, что дальнейшее увеличение амплитуды компенсационного тока после достижения минимального значения амплитуды первой гармоники выходного сигнала приведет к ее увеличению.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области измерения инфразвуковых колебаний газообразной или жидкой среды. .

Способ определения параметров колебаний лопаток турбомашин и устройство для его осуществления // 2478920

Изобретение относится к области измерения механических колебаний по величине сигнала отражения и может быть использовано для бесконтактного измерения и непрерывного контроля параметров колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях.

Устройство для регистрации инфранизкочастотных колебаний в морской воде // 2468341

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для регистрации инфранизкочастотных колебаний в морской воде. .

Измеритель вибраций для экстремальных условий эксплуатации // 2456555

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерителям вибрации с помощью пьезодатчиков (акселерометров) в экстремальных условиях эксплуатации - при больших и быстрых изменениях температур среды, в которой установлен датчик.

Измеритель пространственных вибраций // 2454644

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибрации электроприводов различных приборов. .

Способ измерения параметров свободно затухающих колебаний крутильного маятника // 2435147

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в исследованиях свойств различных материалов с помощью крутильного маятника с расчетом частоты и затухания свободных колебаний.

Цепь обратной связи для устойчивого к радиации датчика // 2432552

Изобретение относится к мониторингу промышленного оборудования, в частности к датчику скорости. .

Способ определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин и устройство для его осуществления // 2426974

Изобретение относится к измерению механических колебаний по величине сигнала отражения и может быть использовано для бесконтактного измерения и непрерывного контроля амплитуды колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях.

Датчик пульсовой волны // 2403861

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к датчику пульсовой волны. .

Многоканальное устройство анализа пространственных векторных величин (варианты) // 2399890

Изобретение относится к устройствам контроля пространственных величин, например пространственной вибрации, и может быть использовано в системах контроля, диагностики, защиты и навигации.

Способ измерения амплитуды колебаний // 2490607

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к виброметрии, и может быть использовано для измерения амплитуды механических колебаний поверхностей твердых тел в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот, в частности для измерения амплитуды колебаний многополуволновых излучателей переменного сечения ультразвуковых колебательных систем, используемых в составе аппаратов, предназначенных для интенсификации технологических процессов

Способ измерения параметров механических колебаний контролируемых объектов // 2490608

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды, скорости и ускорения механических колебаний контролируемого объекта

Способ измерения мощности гидроакустического излучателя и устройство для осуществления способа // 2492431

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения мощности гидроакустических излучателей разного типа, входящих в состав гидролокаторов, систем гидроакустической связи, телеметрии, комплексов гидроакустического телеуправления и т.д., в процессе их диагностики в реальных условиях эксплуатации

Способ измерения параметров гидроакустического пьезоэлектрического преобразователя и устройство для его осуществления // 2493543

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использована для определения параметров гидроакустических пьезоэлектрических преобразователей. Способ предполагает этапы, на которых формируют линейно нарастающую цифровую последовательность, преобразуют ее в тестовый управляемый аналоговый сигнал с заданной амплитудой и линейно нарастающей частотой в заданном диапазоне частот, пропускают тестовый сигнал через пьезопреобразователь, измеряют параметры его отклика (тока и напряжения), по значениям которых и по заданному алгоритму определяют амплитудно-частотную характеристику, частоты механического и электромеханического резонансов, импеданс пьезопреобразователя на этих частотах. Измеритель параметров включает устройство прямого цифрового синтеза, подключенное через усилитель мощности и через включенный последовательно с пьезопреобразователем измерительный шунт к испытуемому пьезопреобразователю. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) соединены своими выходами через интерфейс связи с компьютером, а вход АЦП через делитель напряжения подключен к выходу усилителя мощности. Цифровой сигнальный процессор (ЦСП) шиной данных соединен с устройством прямого цифрового синтеза (УПЦС) и выходами АЦП, вход АЦП подключен к пьезопреобразователю и измерительному шунту. Первый, второй и третий выходы ЦСП соединены соответственно с управляющими входами АЦП и УПЦС. Технический результат: измерение параметров в автоматическом режиме, повышение точности и надежности измерений. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Микроэлектромеханический датчик микроперемещений с магнитным полем // 2506546

Изобретение относится к области приборостроения. Оно может быть использовано в датчиках перемещений в системах навигации, автоматического управления и стабилизации подвижных объектов. Технический результат заключается в уменьшении массогабаритных характеристик, а также увеличении разрешающей способности. Технический результат достигается благодаря тому, что микроэлектромеханический датчик микроперемещений с магнитным полем содержит консоль 1, сформированную в кремниевом кристалле 2 с образованием зазора 3, магниточувствительный элемент 4 и постоянный магнит 5. При этом поверхность кристалла 1 покрыта изолирующим слоем 6. На поверхности изолирующего слоя 6, по меньшей мере, на части консоли 1 и, по меньшей мере, на части поверхности кристалла 1, включая край зазора 3, противолежащий концу консоли 1, на изолирующем слое размещен магнитопровод 7 из пленки магнитомягкого материала. Постоянный магнит 5 размещен на магнитопроводе 7. Магниточувствительный элемент 4 размещен в области изменения магнитного поля, формируемого постоянным магнитом 5, при перемещении консоли 1. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство для контроля сигналов // 2509291

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в качестве контрольно-сигнального устройства для контроля квазистатических и низкочастотных параметров состояния машин в процессе эксплуатации. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, уменьшении времени готовности и обеспечении помехоустойчивости. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройство для контроля сигналов дополнительно введены шины начального напряжения и сигнализации, пороговый элемент, аналоговый ключ с управляющим входом, третий резистор, диод, катод которого соединен с шиной питания и входом интегрирующей RC-цепи, выход которой соединен с анодом диода и входом порогового элемента, выход которого соединен с первым выводом второго резистивного делителя и управляющим входом аналогового ключа, вход которого соединен с шиной начального напряжения, а выход - с первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого через третий резистор соединен с общей шиной, шина среднего значения соединена с первым входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с шиной сигнализации, второй вывод второго резистивного делителя соединен либо с шиной питания, либо с общей шиной. 5 ил.

Преобразователь виброскорости // 2512881

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для контроля параметров вибрации и позволяет повысить надежность и помехоустойчивость преобразования. Преобразователь виброскорости включает в себя корпус, немагнитное основание, размещенную в корпусе двухсекционную измерительную обмотку, охваченную втулкой из магнитного материала, полую немагнитную ось с закрепленным в ней ферромагнитным сердечником и жестко установленную в двухступенчатом отверстии основания, обращенном ступенью меньшего диаметра во внутреннюю часть корпуса, установленный соосно с сердечником оси и свободно охватывающий ось кольцевой продольно намагниченный постоянный магнит, выводной кабель, жилы которого электрически соединены с концами обмотки в радиальном отверстии основания. При этом преобразователь снабжен втулкой из немагнитного материала с малым коэффициентом трения, крышкой из немагнитного высокоэлектропроводящего материала, установочным немагнитным винтом и разъемом, при этом втулка из магнитного материала выполнена высотой, не меньшей высоты обмотки, форма полой оси выполнена в виде гвоздя, шляпа которого выполнена правильной цилиндрической формы и диаметром, меньшим диаметра первой ступени отверстия в основании, но большим диаметра второй ступени отверстия в основании, при этом диаметр оси выполнен меньшим диаметра второй ступени основания на величину минимального технологического зазора, крышка выполнена в виде блина с уступом, диаметр которого выполнен меньшим внутреннего диаметра обмотки на величину технологического зазора, с глухим отверстием со стороны уступа, диаметр глухого отверстия выполнен диаметром, обеспечивающим тугую посадку конца оси в отверстии крышки, а диаметр блина выполнен равным внешнему диаметру магнитной втулки, при этом уступ крышки плотно размещен в верхней части обмотки, конец оси размещен в глухом отверстии крышки, магнит расположен свободно между внутренними торцами крышки и основания и жестко закреплен на втулке, которая на скользящей посадке размещена на оси, установочный винт размещен в первой ступени, в которой нарезана резьба, отверстия основания и вкручен до упора со шляпой оси, при этом корпус с основанием соединен с помощью винтов, шляпки которых размещены в потайных отверстиях, изготовленных с нижней стороны основания, радиальное отверстие в основании с припаянными концами обмотки к соответствующим жилам кабеля залито неэлектропроводящим компаундом, кабель центрирован и закреплен в отверстии основания с помощью фиксирующей втулки, а жилы свободного конца кабеля припаиваются к соответствующим контактам разъема. Техническим результатом от реализации изобретения является повышение конструктивной и информационной надежности. 1 ил.

Система контроля вибрации и температуры с беспроводными датчиками и узел крепления пьезокерамического элемента в беспроводном датчике // 2513642

(57) Заявленная группа изобретений относится к области измерительной техники. Система характеризуется наличием базовой станции и беспроводных датчиков, выполненных с возможностью обмена информацией по радиоканалам в цифровом формате благодаря использованию уникальных серийных номеров, выполненных без возможности изменения. Каждый датчик снабжен элементом питания, а базовая станция выполнена с возможностью связи с компьютером интерфейсом RS-485 и поддерживает протокол обмена данными Modbus RTU; питание базовой станции производится по двухпроводному интерфейсу; питание датчика обеспечивается индивидуальным элементом питания; датчик выполнен с возможностью установки на объекты контроля и установлен в изолирующий бокс. Узел крепления пьезокерамического элемента в беспроводном датчике, характеризующийся тем, что он содержит основание датчика, в основании выполнено шесть крепежных отверстий с резьбой; на основании датчика расположен слой слюды; на слое слюды расположен слой медной фольги; на слое медной фольги расположены два стальных кольца с зажатым между ними за внешний край пьезокерамическим элементом; кольца совместно с двумя слоями медной фольги образуют внутренний объем чувствительного элемента; на кольцах расположен слой медной фольги; на слое медной фольги расположен слой слюды; на слое слюды расположена крышка; в крышке выполнены шесть отверстий; вся конструкция стянута шестью болтами. Технический результат - повышение помехозащищенности и достоверности измерений. 2 н. и 6 з.п. ф-лы.

Способ испытаний микропроцессорной системы управления двигателем автотранспортного средства на восприимчивость к электромагнитному излучению грозового разряда // 2514316

Изобретение относится к электрическим испытаниям электрооборудования на восприимчивость к электромагнитному воздействию. Способ испытаний микропроцессорной системы управления двигателем автотранспортного средства на восприимчивость к электромагнитному воздействию, в котором испытуемую систему управления в составе транспортного средства подвергают импульсному воздействию электромагнитного излучения с помощью генератора грозового разряда. Испытуемую систему подвергают воздействию заданного количества несинхронизированных импульсов электромагнитного излучения, при этом количество импульсов электромагнитного излучения рассчитывают из формулы. Решение позволяет более достоверно оценить электромагнитную стойкость системы управления двигателем. 1 ил.

Система и способ определения характеристик крутильных колебаний вращающегося вала // 2523044

Использование: изобретение относится к измерительной технике для диагностирования технического состояния машин с вращающимися элементами. Сущность: система содержит установленные на нем в зоне по меньшей мере одной измерительной плоскости по длине вала 1 равномерно по его окружности информационные элементы угловых перемещений вала, например, в виде зубцов 3 установленного на валу 1 зубчатого кольца 2. На валу 1 установлен также информационный элемент отметчика оборотов его вращения в виде одиночного зуба 6 на отдельном зубчатом кольце 7 или в виде выделенного меньшими размерами в общем зубчатом кольце 2 одного из его зубцов 3.1. Кроме того, вне вала 1 установлены неподвижные измерительные датчики 4 по одному в каждой его измерительной плоскости и неподвижный датчик отметчика оборотов, установленный в плоскости расположения его информационного элемента. Система также содержит соединенный с указанными датчиками аппаратно-программный блок для преобразования и математической обработки полученной от датчиков информации. Отличие: в каждой измерительной плоскости дополнительно установлен второй измерительный датчик 5, аналогичный первому датчику 4 и расположенный по отношению к нему под углом 180° с противоположной стороны вала 1 в той же измерительной плоскости. Число информационных элементов в каждой измерительной плоскости является четным. Каждый информационный элемент угловых перемещений вала составляет пару с другим аналогичным информационным элементом (зубцом 3), расположенным на том же диаметре с противоположной стороны вала 1. В способе на каждом обороте вала определяют временные интервалы ti, между опорным импульсом отметчика оборотов (зуба 3.1) и текущими импульсами, для каждой пары последовательных импульсов с номерами i и i+k/2 определяют полусумму интервалов времени Δti=0,5(ti+k/2+ti), мгновенные значения угловых смещений текущих импульсов φi=Δti·ωj относительно опорного импульса и распределение по окружности вала мгновенных значений угловых перемещений, обусловленных крутильными колебаниями Δφi=φi-φ0i. Технический результат: повышение точности и достоверности диагностирования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.