Устройство для определения чувствительности пьезоакселерометров к деформации объекта

 

Союз Советски к

Соцнвлнстнчесннк

Республнн

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРС КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ8У (iii 901917 (6t ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 05 ° 06.80 (21) 2935273/18-10 с присоединением заявки М

{23) Приоритет

Опубликовано 30. 01 ° 82 ° Бюллетень J% 4

Дата опубликования описания 02. 02. 82 (51)М. Кл.

G 01 P 21/00

1Ьеударетюеаы11 кюмитат

СССР аю делан изюврютеиию и юткрыти11 (53) УДК531 ° 768 (088.8) (72) Авторы изобретения

И. С. Бабер, A. С. Кустарев и 6. И.

t..Э (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

ПЬЕЗОАКСЕЛЕРОИЕТРОВ К ДЕФОРМАЦИИ

0PbEKTA

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения чувствительности пьезоакселерометров к деформации объекта. Чувствительность пьезоакселерометра к деформации объекта характеризуется коэффициентом влияния деформации объекта (КВДО).

Деформация объекта, практически всегда имеющая место при колебаниях, передается на основание корпуса акселерометра, установленного на поверхности объекта. Отсюда деформация передается на чувствительный элемент пьезоакселерометра, что приводит к возникновению паразитного сигнала помехи.

Для большинства известных конструкций пьезоэлектрических акселерометров значение КВДО составляет

1-5 мВ м/мкм.

Погрешность пьезоакселерометра от влияния деформации объекта может достигать 50" 1004;

Известные разновидности конструкций установок для измерения КВДО пьезоакселерометров можно разделить на: две группы: установки, в которых диаграмма направленности КВДО определя5 ется по точкам, при измерении диаграмм пьезоакселерометр несколько раз переставляют, поворачивая вокруг своей оси, на дискретный угол, например, 10 на 30", и хотя установки подобного типа могут иметь различное конструктивноее исполнение Г1 ), 121 и L 3 l, их общим недостатком является наличие погрешности вследствие неидентичности характера деформации при перестановке пьезоакселерометра, а также вследствие невозможности достаточно точно, определить направление, соответствующее максимальному и минимальному значению КВДО; и установки для непрерывного изме рени я диаграммы направленнос- . ти КВДО, которые позволяют более точно находить направление, соответствующее максимальному и минимальному

3 90191 значению КВДО. Устройства этого типа являются более совершенными по принципу измерения, однако, промышленные образцы их отсутствуют вследствие недостатков существующих конструктив5 ных решений.

Наиболее близким к предлагаемому . по технической сущности является устройство для определения чувствительности пьезоакселерометров к деформации объекта, содержащее систему, создающую деформацию, выполненную в виде диска, с установленным в центре средствами крепления испытуемого пье, Зоакселерометра, и поворотную систему 1 с электромагнитами и опорами, установленными во взаимно перпендикулярном направлении 41.

Известное устройство имеет пониженную точность, вызванную наличием паразитного ускорения в месте крепления исследуемого пьезоакселерометра. При колебаниях краев диска в его центре кроме деформации изгиба (фиг.2, а и б); такие возникают. колебания.

Частично эти колебания гасятся за счет массивного основания, на котором установлен диск. Однако полностью устранить колебания в центре диска нельзя. В зависимости от массы основания и жесткости крепления диска уровень паразитного ускорения s центре составляет от 1 до 5 м/с . Погрешность от паразитного ускорения определяется из следующего выражения:

Б= "" где S - коэффициент преобразования пьезоакселерометра, мВ с /м; а - паразитное ускорение в центре. диска, м/с ;

Kq - коэффициент влияния деформации,объекта, мВ м/мкм;

Ю - относительная деформация, мкм/и.

Для наиболее распространенных типов пьезоакселерометров (Ьп 0,5- 1 мВ ° c /

/м) погрешность от паразитного уско" рения в известном устройстве составляет от 15 до 1003.

Точность понижается и от наличия © паразитных составляющих деформации в диске. Опоры качения, установленные на поворотной системе, вследствие недостаточной жесткости поворотной системы и самих опор, не обеспечивают достаточное и стабильное защемле.- . ние диска при его колебаниях. Вследствие этого изгибная деформация дис7 4 ка имеет место не только в направлении оси электромагнитов, но и в направлении, перпендикулярном этой оси.

Это приводит к тому, что при поворо" те электромагнитов не происходит соответствующего поворота направления изгибной деформации. Погрешность от паразитной составляющей деформации в известном устройстве составляет

10-15i.

Кроме того, неудобства в эксплуатации обуславливаются тем, что устройство имеет значительную массу, так как для уменьшений уровня паразитного ускорения диск крепится к массивному основанию массой от 100 кг, а при колебаниях диска значительная часть энергии передается массивному основанию. Вследствие этого известное устройство создает значительную вибрацию и шум, и для его питания требуется повышенная мощность. Для монтажа устройства требуется фундамент.

Таким образом, недостатками известного устройства являются большая погрешность измерений, составляющая .

15- 1003 и значительные неудобства

s эксплуатации.

Цель изобретения - повышение точности и улучшение удобства эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве в систему, создающую деформацию, введен дополнительный диск, идентичный первому и соединенный с ним в центре перемычкой, электромагниты размещены симметрично относительно внутренних поверхностей дисков, а опоры выполнеHbl скользящими и поджаты внутренними поверхностями дисков.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для определения чувствительности пьезоакселерометров к деформации объекта; на фиг. 2 - то же, схема колебаний дисков.

Устройство содержит систему, воспроизводящую деформацию, которая выполнена в виде осесимметричной детали, состоящей из двух идентичных дисков 1, соединенных в центре перемычкой 2. На наружной поверхности верхнего диска закреплен испытуемый пьезоакселерометр 3. Нижний диск прикреплен к основанию 4. Coocwo с дисками 1 вдоль их диаметра на поворотном устройстве 5 симметрично отнесительно внутренних поверхностей дисков раз5 90 l9 мещены два трехполюсных электромагнита 6; Катушки средних полюсов 7 являются катушками подмагничивания, их обмотки подключены к источнику постоянного тока 1 не показан) . Начало и конец обмоток катушек возбуждения соединены таким образом, что силовые линии магнитного поля, создаваемого верхней и нижней катушками 8, направлены в противоположные стороны. Соосно с дисками i вдоль их диаметра перпендикулярно оси электромагнита 6 на поворотном устройстве 5 расположены опоры 9. Опоры 9 выполнены скользящими и поджаты внутренними поверхностями дисков 1.

Устройство работает следующим образом.

В обмотки возбуждения и подмагничивания электромагнитов подаются соответственно переменный и постоянный токи. В результате взаимодействия переменных и постоянных магнитных полей, создаваемых этими токами, верхний и нижний диски колеблются в противо- .д5 заразе с частотой Я, и отсюда усилия; возникающие при колебаниях и приложенные к опоре в центре дисков, изменяются по следующему закону: для верхнего диска Fs пй, для нижнего диска Fsin,(îñ+ ).

Равнодействующая сил, приложенных к опоре при колебаниях дисков, равна нулю, так как Ре — — Fsinet - Fsin(h)t+

+Х) = О. При колебаниях дисков узел

35 изгионых колебании располагается вдоль диаметра, где установлены опоры 9. В центре верхнего диска, где расположен испытуемый пьезоакселерометр 3, возникает изгибная дефор40 мация. При вращении поворотного устройства 5 с закрепленными на нем электромагнитами 6 и опорами 9 скольжения направление плоскости изгибных колебаний также поворачивается и сле45 довательно, поворачивается линия узла изгибных колебаний и направление действия деформации относительно покоящегося закрепленного пьезоакселерометра 3. За один оборот поворотного устройства 5 снимается диаграмма направленности КВДО. Вследствие того, что в каждый полупериод колебаний усилия F возникающие при изгибе дисков, взаимно уравновешиваются, уровень паразитного ускорения в центре дисков не превышает 0,1 м/с, и колебания дисков на основание не передаются.

Так как опоры 9 поджаты с некоторым

17 6 усилием внутренними поверхностями дисков 1, образуя распорку между дисками, то колебания. дисков в местах расположения опор отсутствуют, и устраняется паразитная составляющая деформации дисков.

Вследствие указаных выше причин у предл агаемо го уст рой ст ва повышается точность, так как в 2-10 раз сни-. жается погрешность от паразитного ускорения в месте крепления исследуемо", го пьезоакселерометра, уровень паразитного ускорения в центре диска не превышает 0,1 м/с, на 15-203 снижается погрешность от наличия паразитных составляющих деформации.

Кроме того, повышаются удобства в эксплуатации, так как в 5-10 раз снижается требуемая масса основания, на котором крепятся диски, а также значительно уменьшается вибрация основания и создаваемый при этом шум, для монтажа устройства не.требуется фундамент..Вследствие отсутствия я потерь энергии и повышения добротности колебательной системы уменьшается потребляемая мощность.

Формула изобретения

Устройство для определения чувствительности пьезоакселерометров к деформации объекта, содержащее систему, создающую деформацию, выполненную s виде диска, с установленными в центре средствами крепления испытуемого пьезоакселерометра и поворотную систему с электромагнитами и опорами, установленными во взаимно перпендикулярном направлении, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и улучшения удобства эксплуатации, в систему, создающую деформацию, введен дополнительный диск, идентичный йервому и соединенный с ним .в центре пере" мычкой, электромагниты размещены сим" метрично относительно внутренних поверхностей дисков, а опоры выполнены скользящими и поджаты внутренними поверхностями дисков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Голубев В.С., Генкин И.Д. Установка для определения деформации.

СбР Вибрационная техника",ч. 1, И., НДНТП, 1967.

2. Немсадзе Ш.А, Долаберидзе Г.Э.

Определение коэффициента влияния де-.

8НИИПИ Заказ 12370/54

Тираж 882 Подписное филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4

9ЬФ, 1

7 9019l7 8 формации на пьезоэлектрические изме- бюллетень. 1г 3. Vl lcoxon Res lach, рительные преобразователи ускорения. USA.

"Измерительная техника", 1974, 11 5.

3; Деформационная чувствитель- Авторское свидетельство СССР ность акселерометров. - Технический з 11 547697, кл. G 01 P 15/08, 1975.