Устройство для определения амплитудно-частотной характиристики акселерометра

 

1 (:ъ. . I; (I

О Il И С А Н И Е (1!) 60045l

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Во1ез Coslceix

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Зяя!?з!сио 13.12.74 (21) 2083027/10 (5I ) Ч. К.!.- G 01Р 21/00 с пР!!С(н IIIII(fflfc м з;!и!?к!! ЛЪ

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (2;3) 11р и Ор и тст (43) Опубликовано 30.03.78. Б?ог!г!степь ЛЪ 12 (45) Дата опубликования описания 17.04.78 (53) УДК 531.768(088.8) (72) А!?торы ! f2001) 07 СII! I Я

В. П. Авдеев, Н, К. Ерофеев и В. С. Пеллииец (71) 3 я 1! !3 1! гсл ь (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

АМПЛ ИТУДНО-ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

АКСЕЛ ЕРОМЕТРА

И 3 О б р с т с ! ! с о т и 0 с ги с Я к О б л, l с 7 и l 3 и с p f lтельной тс: иикп и используется;(ля оирсдсл llèfl амплитудно-частотной характеристики

Cl КССЛ Сi) О M C 1 P ОВ.

Извсстиыс устройства для снятия характеристик аксслсрометров, содержащие возбудитель и платформу с испытуемым аксслсрометром, а также устройства для определения амплитудно-частотной характеристики, содержащие возбудитель колебаний, рабочее 10 тело в виде стержня с загорепленным на его торце исследуемым акселерозметром и систему поддержания постоянного уровня колебаний с чувствительным элементом, имеют невысокую точность воспроизведения гармо- 1 ничсс!ких колебаний и узкий частотный диапазон.

Цель изобретения — (повышение точности и расш!1ренис частотного дпапазона опрсдслс- 20 ния амплитудно-частотной характеристики аксслсромстра.

Это достигается тем, что в прсдлагасмом устройствс на рабочем стержне установлен чувствительный элемент, например тснзо- 25 метр, на расстоянии 0,2 — 0,3 длины волны колебаний, соответствующих .собственной частоте исследуемого акселерометра. П(ри этом используют чствсртьво7новый участок стержня

В Рс51(II 3lc г21 . Moll f1 Ice!co! 0 возотжДсниЯ иа 12- 30 с!Отe, равной собственной част(ггс аксслсром(тра. В этом случае свободный торец стержИЯ, ЯВЛЯ Iон!ЯЙСЯ ОИ ОРНОЙ 1701?CP (»OC 1 ЫО 2 КССлсромстра, обладает большим полным мсхаи!гчсским сопротивлением (имисдансом), в связи с чем можно считать условия закрепления аксслсромстра близкими к идеальной заделке, а влиянием исследуемого яксслсромстра 112 д1?и:«;Синс pB()o fccо TC 72 3!О KII0 !7рСисбрсчь.

На фиг. 1,показана .расчетная схема, поясняющая принцип работы пред7агаемого устройства; иа фиг. 2 — блок-схема устройства.

Расчетная схема состоит из стержня 1 и закрепленного на нсм аксслсромстра, представленного в 13идс эквивалентной по собственной частотс системы масса — пружина, состоящей из массы !)! и пружины 2 с коэффициентом упругости К. 112 расстоянии 1 от

ТОДП2 CTCP51xff51 3 С ЯИОВЛСII ЧУ!3CTI? IITeЛЬНЫй J, Ieìc1IT, ияиримср тсизомстр 3, имеющий базу b. Рассматривая стсржс и как одномерную систсму с распределенными характеристиками, сго дви:кснис можно 01)llcBTh 3 рВВнснисм в частных производных. Учитывая гранич!ныс условия и полагая возбуждение гармоническим, установившимся и таким, что амплитуда дефо, ìàöèè контрольногo сечения стcp>I;1151 иоддсрзкивястся постоянной зя

600451

0,5 о.б/т)а"где

Е ! о =—

Ко!, l — -b

> !

/о о 10

l= —"

4 (2) "CT ll IIXI(I!ClIII5I СО0! Н(и TJJ(ЮIЦСЙ С11СТСЫЫ, мо>1(1!О !Г01(азЫ 1 1 > I Г0 (CI(opc IIIJC 1!а c(. Т 1110(!ОЧ(1+ 51/m+ !

/(Е) ,l(((cos 2-..а.1 cos 2;.а;) а) (si

Е к(Со . о — 2" о о -- 2 "fII "о 15 (»o — собственная частота аксслсромстра; о> — частота воздействующего усилия;

Е, S, 1(— - модуль упругости материала, плошадь .поперечного сечения и погонная масса стержня соответственно; 20

CII — скорость распространения звука в стержне.

Уравнение (1) представляет зависимость ускорения в относительном виде, причем за единицу 1!р!инято уско!рение при частоте, стре- 25 мящсйся к пу;но. При постоянной амплитуде деформации в сечении, где установлен тензометр, ускорение пс зависит от общсй длины стержня / и полностью определяется длиной участка стержня, расположенного между 30 тензомст!ром и исследуемым акселерометроом.

Наибольшее, влияние на неравномерность ам,плитудно-частотной характеристики (АЧХ) оказывает длина, причем наибольшее постоянство ускорения установочной поверхности 35 в большом диапазоне частот достигается при

COnTÍOTJJCÍÈИ

Таким образом, при выполнении условия (2), т. е. при поддержании, постоянной амплитуды деформаций в соответствующем сечении стсржня, обеспечиваются условия, необходимые для снятия АЧХ акселерометра, 45 при этом резонанс системы наблюдается на частоте (по, и ошибка в определении собственной частоты акселерометра, связанная с недостаточным значением полного механического сопротивления, отсутствует. 50

В предлагаемом устройстве (фиг. 2) используется длинный стержень 1 с пьезоэлектрическим возбудителем колебаний. На противополо кном конце стержня >крепится исследуемый акселсрометр 2. Использование 55 длинного тонкого стержня дает возможность получить плоский фронт волны деформации и свести к минимуму влияние деформации в поперечном направлении. На стержне располо>кен чувствительный элемент, например 00 тспзомстр илп набор тснзомстров 3, каждый из которых установлен на расстоянии ol плоскости креплен ия акселе ромстра, пропорциональном одному из фиксированных ",íàчснпй длин волн колебаний, cooTBCTствую- 05 ной новсрхн(.ст11 c rep>I ня 01>нсывается уравI I C l I I I C Ì и 2-.> а — — sin 2 . аТ) /2п",(1 . — ао)) Jlllfx собственным частотам исслсду(Mhlx аксслсромстров в о!прсдсленной области днапазо!на устроиства ио собственным частотам.

Выбор этого расстояния равным 0,2 — 0,3 длины волны колебаний, соответствующих собственной частоте аксслсромстра, сводит к

>!!нн!имуму влияние аксслерометра на ускорение установочной повсрхности стержня. Набор тснзометров установлен на стержне для более точного определения ЛЧХ,исследуемого акселеромстра и расширения частотного диапазона. Исследуемый аксслсрометр 2 соединяется кабелем с усилительно-регистрирующим блоком 4 и при!винч!ивается к установочной поверхности 5. Выходной сигнал тензометра долже!н !поддер>к5!ваться постоянным, для чего в блок-схему включен дстектор б,,источник 7 опорного напряжения, блок

8 сравнения, генератор 9 и усилитель 10. Эта схема управляет амплитудой напря>кения, подаваемого на возб дитель 11.

Устройство работает следующим образом.

Выбирают тензометр, соответствующий ориенти!ровочному значению собственной частоты акселерометра, и подключают его к системе поддер>кания постоянной амплитуды деформации с,помощью переключателя 12.

Устанавливают опорное напря>кение на задающем блоке, при этом на,выходе блока 8 сравнения возникает сигнал, усиливаемый усилителем 10 и управляющий амплитудой выходного напря>кения генератора 9. Выходное напря>кение генератора 1 поступаст на возбудитель, состоящий из пакета пьсзоксрамнческих шайб, в которых под действием электрического напряжения вследствие обратного пьезоэффекта возникают механические напряжения.

Под действием возбудителя 11 в стержне возникают гармонические механические колебания. Эти колебания !вызывают появление сигналов lHB выходе тензометра и на выходе акселерометра, пролорциональных действующим на местах их установки деформации и уско!рению соответственно. Выходной сигнал тснзометра выирямлястся детектором 6 и сравнивастся в блоке 8 с установленным зарансс опорным напряжением, получаемым от источника 7. П!ри соответствующем выборе параметров системы, когда уровень сигнала значительно превышаст уровень помехи, обеспсчи вастся автоматическое поддержание амплитуды деформации .в .сечении стержня, где установлсн контрольный тензометр. Ускорение, которое испытывает исследуемый акселсрометр, фикси!руется блоком 5. Изменяя частоту источника 7 в частотно!м диапазоне, простирающемся до собственной частоты ис6ОО451

1О

15 следуемого акселерометра, с помощью блока

4 фиксируют выходной сигнал аксслсрометра в функции частоты. К1ривая, записанная блоком 4, и есть искомая АЧХ акселерометра, по которой легко определяется .собственная частота аксслерометра.

Есл|и собственная частота акселеромстра соответствует выбранному тензометру (т. е. соблюдается соотношение 1= (0,2 — О,З) л), резонан с системы стержень — акселе1рометр происходит на собственной частоте акселерометра, не зависящей от характеристик стержня, на котором укреплен акселерометр. Если указанное соотношение не выполняется, то для получения более точных результатов переключатель 12 устанавливают в положение, при:котором подключается тензометр, для которого это соотношение выполняется более точно, т. е. тензометр, соответствующий экспериментально найденному значению собственной частоты преобразователя.

Формула изобретения

Устройство для определения амплитудночастотной характеристики акселеромстра, содержащее возбудитель колебаний, рабочее тело в виде стержня с закрепленным на его торце исследуемым акселерометром и систему поддержания постоянного уровня колебаний с чувствительным элементом, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона, чувствительный элемент, например тензомстр, установлен на стержне на,расстоянии от плоскости крепления исследуемого акселерометра, равном 0,2 — 0,3 длины волны колебаний, соответствующих собственной частоте акселерометра.

600451

Рие 1,7 z у j .у

Ри . 2

Заказ 507/3

Изд. № 382 Тираж 1122 Подписное

1-1ПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3С,-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, z

Составитель H. Рангелова

Редактор А. Осочников Тсхрсд А. Камышникова Корректор Л. Брахнина