Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления



Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления
Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления
Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления
Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления
Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления
Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления
Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления
Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления
Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2593646:

Акционерное общество "Вибро-прибор" (RU)

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут быть использованы для определения частотных характеристик средств измерения параметров вибрации. Устройство для осуществления способа определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя содержит колебательную систему, состоящую из пьезоэлектрического вибропреобразователя и рабочего тела, прикрепленный к рабочему телу пьезоэлектрический вибратор, подсоединенный к нему генератор импульсных электрических сигналов с регулировкой импульса по длительности и амплитуде и подключенный к вибропреобразователю блок регистрации со схемой для преобразования Фурье выходного сигнала пьезоэлектрического вибропреобразователя. Для осуществления способа от генератора импульсных электрических сигналов на пьезоэлектрический вибратор подают одиночный электрический импульс, возбуждают затухающие вибрационные колебания в колебательной системе и регистрируют в блоке регистрации выходной сигнал - отклик пьезоэлектрического вибропреобразователя на воздействующую вибрацию в функции от времени. В схеме для преобразования Фурье блока регистрации преобразуют поступивший выходной сигнал в его спектральный вид и по преобразованному виду сигнала определяют искомое значение частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя. Технический результат - упрощение процедуры определения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя, расширение частотного диапазона определяемых значений резонансных частот, расширение функциональных возможностей технического решения. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл.

 

Группа изобретений относится к области измерительной техники и может быть использована для определения частотных характеристик средств измерения параметров вибрации.

Значение частоты установочного резонанса поверяемого пьезоэлектрического вибропреобразователя является одним из основных его технических характеристик, определяющее рабочий частотный диапазон средств измерения параметров вибрации (ГОСТ Р8.669-2009 «ГСИ. Виброметры с пьезоэлектрическими, индукционными и вихретоковыми вибропреобразователями. Методика поверки»).

Известен способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя, регламентируемый пунктом 10.15.2 ГОСТа Р8.669-2009 и осуществляемый изобретением «Устройство для определения установочной резонансной частоты датчиков ускорений» - по авторскому свидетельству СССР SU 1392513, G01P 21/00, 30.04.1988.

Известное устройство для определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя содержит стойку с кронштейнами, в которые устанавливают сменяемую направляющую трубку и через виброгасящую прокладку рабочее тело. Рабочее тело представляет собой стальную сферу с лыской, служащей для установки поверяемого вибропреобразователя и образования единой колебательной системы. Поверяемый вибропреобразователь подключен к имеющемуся регистрирующему устройству со схемой преобразования Фурье (Иориш Ю.И. Виброметрия. Изд. 2-ое перераб. М.: ГНТИ машиностроительной литературы, 1963, с. 83-128).

Направляющую трубку устанавливают таким образом, чтобы ее выходное отверстие находилось над центром сферической поверхности рабочего тела. Поверяемый вибропреобразователь подключают к регистрирующему устройству. В качестве регистрирующего устройства может быть применен спектроанализатор или персональный компьютер с аналого-цифровым преобразователем и соответствующим программным обеспечением.

В верхнее отверстие направляющей трубки опускают стальной шарик. Соударение стального шарика с рабочим телом приводит к возникновению ударного импульса с широким спектром частот, воздействующего на колебательную систему. Широкополосная по частоте практически плоская импульсная волна распространяется в рабочем теле и возбуждает поверяемый вибропреобразователь. Выходной сигнал поверяемого вибропреобразователя фиксируют (запоминают) в регистрирующем устройстве, преобразуют в цифровую форму и с помощью преобразования Фурье получают амплитудную и фазовые спектральные характеристики, по которым определяют пиковое значение частоты, при котором сдвиг фазы на фазовой спектральной характеристике приблизительно равен -90°, соответствующее значению частоты установочного резонанса поверяемого вибропреобразователя.

Для определения значений частот установочных резонансов различных поверяемых вибропреобразователей (низкочастотных, высокочастотных) требуется выбирать соответствующие размеры рабочих тел и масс падающих шариков. Это связано с тем, что собственная резонансная частота рабочего тела (в данном случае стальной сферы) должна быть выше значения частоты установочного резонанса поверяемого вибропреобразователя. В этом случае минимизируется возможность взаимного влияния резонансов рабочего тела на установочный резонанс поверяемого вибропреобразователя и исключается возможность ошибочных отсчетов определяемых значений частот. С помощью масс падающих шариков подбирается длительность ударного импульса и, соответственно, его спектр. Чем меньше диаметр падающего шарика, тем длительность ударного импульса меньше, а спектр шире.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного технического решения, относится отклонение точки соударения шарика от оси сферического рабочего тела, вызванное невозможностью установки рабочего тела (стальной сферы) в кронштейне таким образом, чтобы направление распространения ударной волны было абсолютно точно перпендикулярно плоскости лыски, на которой закреплен поверяемый вибропреобразователь, а также возможной несоосностью осей сферического рабочего тела и сменяемой направляющей трубки и положительной разностью диаметров отверстия направляющей трубки и шарика. Это приводит к появлению касательной составляющей при соударении шарика со сферическим рабочим телом, искажающим фронт плоской волны из-за изменения направления распространения волны и появления горизонтальной составляющей его распространения в рабочем теле. Такое обстоятельство приводит к неповторяемости результатов определения значения частоты установочного резонанса поверяемого вибропреобразователя от эксперимента к эксперименту.

Известен способ определения значения частоты установочного резонанса поверяемого пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления («Способ электрического возбуждения резонансных колебаний пьезоэлектрического акселерометра и устройство для его осуществления», RU 2150708, G01P 21/00, 10.06.2000).

Согласно известному техническому решению поверяемый вибропреобразователь подсоединяют к источнику постоянного напряжения, что приводит к деформации его пьезоэлемента. Затем от источника напряжения вибропреобразователь отключают и его выводы замыкают. Заряд пьезоэлемента уменьшается до нуля практически мгновенно, а его деформация вследствие инерционности механической системы пьезоэлемента убывает в виде затухающих колебаний с частотой установочного резонанса. После размыкания на выводах поверяемого вибропреобразователя остается только переменный заряд, пропорциональный мгновенным значениям деформации пьезоэлемента и на подключаемый регистратор будет поступать полезный сигнал в виде затухающих колебаний с частотой установочного резонанса.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного технического решения, относится изменение степени поляризации керамики его пьезоэлемента, вызванное воздействием приложенного электрического напряжения на пьезоэлемент вибропреобразователя, приводящего к изменению пьезомодуля пьезокерамики и, соответственно, коэффициента преобразования вибропреобразователя и снижению точности измерения параметров вибрации в процессе его эксплуатации.

Известен способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя, осуществляемый «Устройством для определения частоты установочного резонанса пьезоэлектрических датчиков», RU 2176383, G01H 13/00, G01P 21/00, G01R 29/22, 27.11.2001.

Известное устройство содержит генератор напряжения с переменной частотой, емкостный мост с разъемом для подключения поверяемого вибропреобразователя, элемент балансировки и регистратор.

Поверяемый вибропреобразователь устанавливают в одном из плеч регулируемого емкостного моста, другое плечо которого выполнено в виде конденсатора из пьезоэлектрического материала, не имеющего резонансов в исследуемой полосе частот. За счет идентичности импедансов поверяемого вибропреобразователя и плеча, выполненного из пьезокерамического материала, условие балансировки моста выполняется более точно и в более широкой полосе частот. Это дает возможность практически полностью скомпенсировать статический импеданс датчика и тем самым повысить чувствительность моста к изменению динамической емкости.

С генератора напряжения подают на мост электрический сигнал переменной частоты. Изменяя частоту подаваемого сигнала, с помощью регистратора определяют значение частоты установочного резонанса по максимуму выходного сигнала поверяемого вибропреобразователя или по отрицательному 90-градусному сдвигу фаз его выходного сигнала и напряжения генератора.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного технического решения, относится изменение степени поляризации керамики его пьезоэлемента, вызванное воздействием приложенного электрического напряжения на пьезоэлемент вибропреобразователя, приводящего к изменению пьезомодуля пьезокерамики и, соответственно, к изменению коэффициента преобразования вибропреобразователя и снижению точности измерения параметров вибрации в процессе его эксплуатации.

Известен способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя, осуществляемый изобретением «Устройство для определения амплитудно-частотной характеристики акселерометра» - по авторскому свидетельству СССР SU 600451, G01P 21/00, 30.03.1979.

В известном устройстве колебательная система содержит рабочее тело в виде стержня с пьезоэлектрическим вибратором на одном из его торцов и поверяемым пьезоэлектрическим вибропреобразователем, закрепляемым на посадочном месте на другом торце стержня.

На стержне со стороны поверяемого вибропреобразователя установлен набор дискретно размещенных тензометрических датчиков, подключаемых к системе обратной связи, состоящей из детектора, источника опорного напряжения, блока сравнения, генератора и усилителя. Пьезоэлектрический вибратор подключен к регулируемому по частоте и амплитуде генератору, а поверяемый вибропреобразователь - к своему блоку регистрации.

На пьезоэлектрический вибратор с генератора подают сигнал с частотой с приблизительно априорно известным ожидаемым значением частоты установочного резонанса поверяемого вибропреобразователя, которая не должна быть соизмерима с первой и последующими резонансными частотами рабочего тела.

Пьезоэлектрический вибратор возбуждает в стержне (рабочем теле) гармонические механические продольные колебания с плоским фронтом. Эти колебания вызывают появление сигналов на выходах поверяемого вибропреобразователя и тензометрических датчиков, пропорциональных действующих на местах их установки ускорению и деформации соответственно. Из набора тензометрических датчиков подключают к блоку измерения тот, который расположен на расстоянии 0,2-0,3 длины волны, распространяющейся в рабочем теле и соответствующей ожидаемому значению частоты установочного резонанса поверяемого вибропреобразователя. При изменении частоты с помощью системы обратной связи от тензодатчика поддерживают постоянную деформацию стержня в сечении места установки этого тензодатчика. Изменяя частоту генератора, фиксируют выходной сигнал поверяемого вибропреобразователя (его отклик) в функции частоты и по наибольшей величине сигнала определяют значение частоты установочного резонанса. При отсутствии резонансных явлений на выходе поверяемого вибропреобразователя подключают к системе обратной связи смежный тензодатчик и проводят экспериментальное определение до тех пор, пока не будет определено значение частоты установочного резонанса поверяемого вибропреобразователя без учета фазового сдвига выходного сигнала поверяемого вибропреобразователя, который должен быть близок к значению -90° для исключения влияния иных резонансов, обусловленных резонансом конструктивных элементов поверяемого вибропреобразователя, например его крышки.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного технического решения, относится сложность и длительность процедуры определения величины установочного резонанса поверяемого вибропреобразователя и зависимость точности измерения частоты установочного резонанса от величины дискретности установки тензометрических датчиков на рабочем теле.

Известен также «Полумостовой метод испытаний для моды резонансной частоты пьезорезистивного датчика ускорения» - техническое решение, которое может быть использовано для определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя («Half-bridge test method for mode resonance frequency of piezoresistive acceleration sensor», CN 101539588, G01P 21/00, 2010-11-17).

Известное устройство для осуществления известного способа включает рабочее тело в виде протяженного стального стержня с верхним и нижним торцами, ортогональными оси стержня. На верхнем торце стержня имеется посадочное место для поверяемого пьезорезистивного преобразователя ускорения, подключаемого к блоку регистрации с возможностью визуализации выходного сигнала преобразователя.

Рабочему телу с установленным преобразователем ускорения сообщают свободное поступательное падение с заданной высоты до соударения с твердым основанием. При соударении с выхода преобразователя ускорения в блоке регистрации фиксируют выходной сигнал преобразователя, преобразуют сигнал в визуализированную спектральную форму, по которой возможно определение значения частоты установочного резонанса поверяемого преобразователя.

При освобождении рабочего тела как от закрепления на заданной высоте, так и при направлении его свободного падения по поступательной вертикальной траектории возможно неизвестное отклонения оси рабочего тела от вертикали. Особенно это очевидно, если поверяемый вибропреобразователь имеет жесткую заделку соединительного кабеля (или, например, металлорукав, как это часто бывает у промышленных вибропреобразователей). В этом случае соударение рабочего тела с основанием будет осуществляться не всей плоскостью его нижнего торца, а неопределенным краем торца, что, в свою очередь, вызовет появление дополнительной горизонтальной составляющей вектора воздействия на поверяемый преобразователь и приведет к снижению точности и неповторяемости результатов определения резонансных частот от эксперимента к эксперименту.

Известен способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя, реализуемый устройством для определения установочного резонанса поверяемого вибропреобразователя с помощью пьезоэлектрического вибратора (пункт 10.15.1.8 ГОСТа Р 8.669-2009 «ГСИ. Виброметры с пьезоэлектрическими, индукционными и вихретоковыми вибропреобразователями. Методика поверки»), которые являются наиболее близким аналогом заявляемого технического решения.

В известном устройстве колебательная система включает осесимметричное стальное рабочее тело (основание) с двумя ортогональными его оси торцами, на одном из которых установлен пьезоэлектрический вибратор, подключенный через усилитель мощности к задающему генератору электрических сигналов. На противоположном торце рабочего тела, на посадочном месте, устанавливают поверяемый вибропреобразователь, подключаемый к блоку регистрации - вольтметру и двухлучевому осциллографу для визуализации сигналов задающего генератора и выходного сигнала (отклика) поверяемого вибропреобразователя.

В соответствии с требованиями п. 10.15.1.7 ГОСТа Р 8.669-2009 первая резонансная частота системы «основание - поверяемый вибропреобразователь» (колебательной системы) должно быть, по крайней мере, в 1,2 раза выше ожидаемого значения частоты установочного резонанса поверяемого вибропреобразователя. Выполнение этого требования позволяет минимизировать возможность взаимного влияния резонансов рабочего тела на установочный резонанс поверяемого вибропреобразователя.

Известный способ осуществляется следующим образом.

От задающего генератора через усилитель мощности на пьезоэлектрический вибратор подают напряжение с частотой, значительно меньшей, чем ожидаемое значение частоты установочного резонанса поверяемого вибропреобразователя. Пьезоэлектрический вибратор, деформируясь, направляет фронт деформационной вибрационной волны вдоль оси рабочего тела (основания) и воздействует на поверяемый вибропреобразователь. Отклик поверяемого вибропреобразователя на возбуждающую вибрацию в виде выходного сигнала измеряют с помощью вольтметра, а сдвиг фазы относительно сигнала задающего генератора наблюдают на двухлучевом осциллографе.

Частоту задающего генератора увеличивают до значения, при котором на вольтметре будет наблюдаться максимальный сигнал с выхода поверяемого вибропреобразователя, а сдвиг фазы при этом на экране двухлучевого осциллографа будет приблизительно равен -90°, подтверждающий отсутствие влияния иных резонансов, обусловленных возможным резонансом различных конструктивных элементов поверяемого вибропреобразователя, например его крышки. Это определяемое максимальное значение сигнала принимается в качестве значения частоты установочного резонанса поверяемого вибропреобразователя.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного технического решения, относится длительность процедуры определения величины установочного резонанса поверяемого вибропреобразователя, необходимость наличия априорной информации о приблизительном значении частоты установочного резонанса поверяемого вибропреобразователя и практическая невозможность определения всей спектральной характеристики поверяемого вибропреобразователя. Отсутствие априорной информации вынуждает начинать определение значения частоты установочного резонанса с достаточно низких частот и увеличивать частоту задающего генератора или непрерывно (с задающим генератором с непрерывным изменением частоты), или с малым шагом (не превышающим величины резонансного пика, которые, как правило, у высокодобротных вибропреобразователей составляют несколько десятков Гц). В результате процедура определения значения частоты установочного резонанса получается вынужденно достаточно длительной.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является расширение функциональных возможностей и упрощение процедуры определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой группы изобретений, заключается в использовании регулируемого по длительности и амплитуде одиночного электрического импульсного сигнала для возбуждения колебательной системы с пьезоэлектрическим вибропреобразователем, позволяющим расширить частотный диапазон определяемых значений резонансных частот и, тем самым, расширить функциональные возможности технического решения.

Указанный технический результат достигается при осуществлении заявляемой группы разнообъектных изобретений, образующих единый изобретательский замысел и представляющих собой способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления.

Указанный технический результат достигается тем, что заявляемый способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя, использующий возбуждение пьезоэлектрическим вибратором колебаний в системе, состоящей из рабочего тела и пьезоэлектрического вибропреобразователя, образующих колебательную систему, первая резонансная частота которой превышает, по крайней мере, в 1,2 раза значение искомой частоты, и регистрацию отклика вибропреобразователя на возбуждающую вибрацию, в отличие от известного способа, на пьезоэлектрический вибратор подают регулируемый по длительности и амплитуде одиночный электрический импульс, возбуждают затухающие вибрационные колебания в колебательной системе и регистрируют отклик пьезоэлектрического вибропреобразователя на воздействующую вибрацию в функции от времени, затем, применяя преобразование Фурье, преобразуют отклик в его спектральный вид и по преобразованному виду отклика определяют искомое значение частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя.

Указанный технический результат достигается также тем, что в заявляемом устройстве для определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя, включающем рабочее тело, установочное место на рабочем теле для пьезоэлектрического вибропреобразователя и образования общей колебательной системы, первая резонансная частота которой превышает, по крайней мере, в 1,2 раза значение искомой частоты, прикрепленный к рабочему телу пьезоэлектрический вибратор с подсоединенным к нему генератором электрических сигналов и подключаемый к пьезоэлектрическому вибропреобразователю блок регистрации его выходного сигнала, в отличие от известного устройства генератор электрических сигналов выполнен импульсным с регулировкой по длительности и амплитуде подаваемых на пьезоэлектрический вибратор одиночных электрических импульсов, а подключаемый к пьезоэлектрическому вибропреобразователю блок регистрации снабжен схемой для преобразования Фурье временного выходного сигнала в его спектральный вид и определения искомого значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя.

На фиг. 1 изображено устройство для определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя. На фиг. 2 изображен одиночный импульс и его параметры, воздействующий на пьезоэлектрический вибратор. На фиг. 3 изображена амплитудная спектральная функция одиночного импульса, воздействующего на пьезоэлектрический вибратор, и ее параметры. На фиг. 4 изображена типичная амплитудная спектральная характеристика, полученная импульсным воздействием на пьезоэлектрический вибропреобразователь.

Устройство для определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя содержит (фиг. 1) осесимметричное рабочее тело 1, например, в виде стального стержня с пьезоэлектрическим вибратором 2 на одном из его торцов 3 и посадочным местом 4 на другом торце 5 для установки поверяемого пьезоэлектрического вибропреобразователя 6 и образования общей колебательной системы, генератор 7 импульсных регулируемых по длительности и амплитуде одиночных сигналов, подключенный к пьезоэлектрическому вибратору 2, и подключаемый к поверяемому пьезоэлектрическому вибропреобразователю 6 блок регистрации 8 со схемой преобразования Фурье 9.

В качестве блока регистрации 8 может быть применен подключенный через согласующий усилитель спектроанализатор или персональный компьютер с аналого-цифровым преобразователем и соответствующим программным обеспечением.

Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя осуществляется следующим образом.

От генератора 7 на пьезоэлектрический вибратор 2 подают одиночный прямоугольный электрический импульс (фиг. 2). Благодаря обратному пьезоэффекту пьезоэлектрический вибратор 2 подвергается упругой деформации и в колебательной системе возникает волновой фронт (фиг. 3) затухающих механических колебаний.

Возникший волновой фронт, амплитуда колебания которого пропорциональна деформации пьезоэлектрического вибратора 2, распространяясь в рабочем теле 1, воздействует на пьезоэлектрический вибропреобразователь 6. В пьезоэлектрическом вибропреобразователе 6, благодаря наличию инерционной массы и прямому пьезоэффекту, возникает электрический заряд - сигнал, в функции от времени.

Временной сигнал в блоке регистрации 8, преобразуют в форму, удобную для дальнейшего анализа, и подвергают математической обработке в схеме преобразования Фурье 9, преобразуют временной сигнал в спектральный вид, определяют первое максимальное значение амплитудной спектральной характеристики с ее сдвигом фазы, близкой к -90° (фиг. 3), по которой и определяют по более короткой процедуре искомое значение частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя (см. фиг. 4).

В соответствии с требованиями п. 10.15.1.7 ГОСТа Р 8.669-2009 первая резонансная частота колебательной системы (основание - поверяемый пьезоэлектрический вибропреобразователь) должно быть, по крайней мере, в 1,2 раза выше ожидаемого значения частоты установочного резонанса поверяемого пьезоэлектрического вибропреобразователя. Это позволяет практически исключить искажающее влияние частотной характеристики всей колебательной системы на искомое значением частоты установочного резонанса поверяемого пьезоэлектрического вибропреобразователя. На первую резонансную частоту колебательной системы практического влияния не оказывает прикрепленный к нему пьезоэлектрический вибратор 2, т.к. его масса не менее чем на порядок меньше массы рабочего тела.

Первая резонансная частота колебательной системы зависит от формы и размеров рабочего тела и закрепленного на нем поверяемого пьезоэлектрического вибропреобразователя.

Если рабочее тело выполнено в форме сферы, то приближенно первая резонансная частота определяется выражением («Устройство для определения установочной резонансной частоты датчиков ускорений», SU 1392513, G01P 21/00, 30.04.1988):

где d - диаметр сферы;

µ - модуль жесткости при сдвиге;

ρ - плотность материала сферы.

Если колебательная система выполнена в виде рабочего тела в форме цилиндра с закрепленным на нем поверяемым пьезоэлектрическим вибропреобразователем, то первая резонансная частота колебательной системы приближенно определяется выражением (Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. /Ред. совет: Челомей В.Н. (пред.). - М.: Машиностроение, 1978. - Т. 1. Колебания линейных систем/ Под ред. В.В. Болотина. 1978. - с. 63):

где Е - модуль Юнга;

F - площадь поперечного сечения цилиндра;

l - высота цилиндра;

М - масса пьезоэлектрического вибропреобразователя.

Одиночный электрический импульс, воздействующий на пьезоэлектрический вибратор, во времени описывается выражением (Иориш Ю.И. Виброметрия. Изд. 2-ое перераб. М.: ГНТИ машиностроительной литературы, 1963. - с. 115):

а амплитудная спектральная функция -

где АИ и τИ - амплитуда и длительность одиночного импульса;

ω=2·n·f; f - циклическая частота.

Амплитуда импульса АИ выбирается из условия соотношения высоты резонансного пика и нулевого уровня спектральной характеристики после проведения преобразования Фурье. Это соотношение на практике должно быть не менее трех, что позволяет с более высокой точностью выделить резонансный пик на спектральной характеристике и определить значение частоты установочного резонанса. Длительность импульса τИ определяется ожидаемым значением частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя fУст и выбирается из условия:

или

где - максимальная частота спектральной плотности импульса, используемая для определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя.

Длительность импульса определяет частотный диапазон силового воздействия на пьезоэлектрический вибропреобразователь. В соответствии с фиг. 3 максимальные значения воздействия на различных частотах осуществляются до частоты поэтому и максимальный отклик пьезоэлектрического вибропреобразователя будет в этой области частот. С другой стороны, регулируя амплитуду импульса и его длительность, можно воздействовать на пьезоэлектрический вибропреобразователь в более широком диапазоне частот, что позволяет расширить функциональные возможности технического решения и при необходимости определять не только значение частоты установочного резонанса, но и резонанс колебательной системы и рабочего тела или более высокочастотные резонансы, вызванные возможными побочными эффектами (таких как, например, резонанс крышки пьезоэлектрического вибропреобразователя). При постановке задачи измерения более высоких имеющихся в колебательной системе частот, чем значение частоты установочного резонанса, длительность импульса, определяемая по указанной выше формуле, должна рассчитываться из условия измерения максимального значения частоты. Увеличение длительности импульса уменьшает максимальное значение частотного диапазона силового воздействия на пьезоэлектрический преобразователь, т.к. уменьшается величина и соответственно снижается максимальное измеряемое значение частоты и возможности для определения более высоких резонансных частот (см. таблицу 3).

Современные средства генерации импульсных сигналов воспроизводят их с высокой степенью точности, что дополнительно позволяет получить значительно более высокую повторяемость результатов повторных поверок при определении значения частоты установочного резонанса вибропреобразователей.

На нашем предприятии была проведена экспериментальная проверка опытного образца заявляемого устройства. Результаты проверки приведены в таблицах 1-4.

Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления группы изобретений, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.

1. Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя, использующий возбуждение пьезоэлектрическим вибратором колебаний в системе, состоящей из рабочего тела и пьезоэлектрического вибропреобразователя, образующих колебательную систему, первая резонансная частота которой превышает, по крайней мере, в 1,2 раза значение искомой частоты и регистрацию отклика пьезоэлектрического вибропреобразователя на возбуждающую вибрацию, отличающийся тем, что на пьезоэлектрический вибратор подают регулируемый по длительности и амплитуде одиночный электрический импульс, возбуждают затухающие вибрационные колебания в колебательной системе и регистрируют отклик пьезоэлектрического вибропреобразователя на воздействующую вибрацию в функции от времени, затем, применяя преобразование Фурье, преобразуют отклик в его спектральный вид и по преобразованному виду отклика определяют искомое значение частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя.

2. Устройство для определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя, включающее рабочее тело, установочное место на рабочем теле для пьезоэлектрического вибропреобразователя и образования общей колебательной системы, первая резонансная частота которой превышает, по крайней мере, в 1,2 раза значение искомой частоты, прикрепленный к рабочему телу пьезоэлектрический вибратор с подсоединенным к нему генератором электрических сигналов и подключаемый к пьезоэлектрическому вибропреобразователю блок регистрации его выходного сигнала, отличающееся тем, что генератор электрических сигналов выполнен импульсным с регулировкой по длительности и амплитуде подаваемых на пьезоэлектрический вибратор одиночных электрических импульсов, а подключаемый к пьезоэлектрическому вибропреобразователю блок регистрации снабжен схемой для преобразования Фурье временного выходного сигнала в его спектральный вид и определения искомого значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в цифровых осциллографах, панорамных радиоприемниках и в аппаратуре мониторинга и анализа параметров источников радиоизлучений.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при радиотехнических испытаниях обтекателей радиолокационных станций. Измерения потерь в обтекателях проводятся серией из N измерений уровня сигнала Е0j падающей плоской ЭМВ в диапазоне длин волн λ0±Δλ на выходе измерительной антенны без обтекателя и серией из N измерений уровня Ei сигнала на выходе антенны с установленным обтекателем (измерительная антенна замещается системой антенна-обтекатель) с последующей математической обработкой результатов.

Изобретение относится к экранировке аппаратов или их деталей от электрических или магнитных полей и может быть использовано для контроля эффективности электромагнитного экранирования корабельных помещений, защищенных от преднамеренных электромагнитных воздействий.

Изобретение относится к электротехнической, радиотехнической, электронной областям промышленности и может быть использовано в процессе настройки или проверки работоспособности СВЧ-устройства (нескольких СВЧ-устройств) для снятия его (их) характеристик в широком частотном диапазоне.

Устройство для регистрации формы импульса делений относится к измерительной технике и может быть использовано в ядерной физике при исследовании физических параметров импульсных исследовательских ядерных установок (ИЯУ).

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для экспериментальной оценки вклада участков крупногабаритного объекта, например авиационного турбореактивного двигателя, в интегральную величину эффективной поверхности рассеяния двигателя.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для решения задач электромагнитной совместимости и экологической безопасности электротехнического и радиоэлектронного оборудования промышленных, транспортных, общественных и бытовых объектов.

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в том, что для достижения положительного эффекта используют формируемую на основе электрического сигнала f(t) специальную функцию, значения которой определяются как временем t, так и вводимым изменяемым углом θ, при этом согласно предлагаемому изобретению указанную функцию возводят в положительную бόльшую единице степень n и для полученной таким образом функциональной зависимости в результате выполнения соответствующего вычислительного процесса выявляют такое значение угла θ, при котором эта функциональная зависимость имеет максимальное значение.

Автоматизированная система измерений радиотехнических характеристик головок самонаведения ракет относится к области радиотехнических измерений и может быть использована для экспериментальной оценки радиотехнических характеристик головок самонаведения, содержащих антенну, защищаемую радиопрозрачным обтекателем.

Изобретение относится к технике измерения электрических величин, а также к технике определения характеристик электронных потоков с магнитным удержанием и может быть использовано в высоковольтных и сильноточных электронно-лучевых приборах, находящих применение в электронной технике, при реализации разнообразных технологических процессов и в физическом эксперименте.

Группа изобретений относится к области измерений, а именно к калибровке комплекса измерения скорости транспортных средств. Система и способ калибровки комплекса измерения скорости транспортных средств (ТС) содержат электронно-вычислительное устройство (ЭВУ), соединенное с видеокамерой, с поворотной платформой и с лазерным дальномером.

Изобретение относится к метрологии и предназначено для контроля дополнительной нелинейности микроэлектромеханических преобразователей линейного ускорения (МПЛУ) при испытании на виброустойчивость.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при определении погрешности датчика микроускорений на космическом аппарате (КА). Технический результат - обеспечение тарировки датчика микроускорений в космическом полете.

Изобретение относится к технике определения параметров движения и к области оценки и компенсации погрешностей измерения углового положения летательного аппарата (ЛА).

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям воздушной скорости, и может быть использовано для определения и компенсации погрешности измерения воздушной скорости и определения скорости ветра на высоте полета летательного аппарата.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам калибровки средств измерений, применяемых на стендах для определения моментов инерции изделий ракетной, авиационной и космической техники.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к стендам поверочным для градуировки акселерометров с использованием более точных средств измерения. Стенд для градуировки акселерометров содержит тензометрическое устройство с градуируемым акселерометром, тензодатчиками и бойком, и наковальню.

Изобретение относится к области пьезотехники и используется для измерения коэффициента преобразования акселерометров методом сравнения с калибровочным акселерометром.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для обеспечения взаимозаменяемости пьезоэлектрических вибропреобразователей ускорения (вибродатчиков ускорения), входящих в состав акселерометров или измерительных систем, без дополнительной настройки электронных согласующих элементов акселерометра или измерительных систем.

Изобретение относится к области сейсмоакустических исследований и касается устройства контроля динамических характеристик сейсмоакустических преобразователей.

Способ увеличения дальности действия системы многоабонентной радиочастотной идентификации относится к области радиотехники и может быть использован при организации идентификации одновременно нескольких объектов. Новым в способе многоабонентной радиочастотной идентификации является включение в состав транспондеров, устанавливаемых на объектах идентификации однопортовых радиочастотных усилителей и управляемых фазовращателей проходного типа. Антеннами транспондеров радиочастотные колебания от считывающего устройства принимают и пропускают в первый раз через управляемый фазовращатель проходного типа. После этого радиочастотный сигнал усиливают однопортовым усилителем, где осуществляют его дополнительную амплитудную модуляцию уникальной кодовой последовательностью. Усиленный и модулированный радиочастотный сигнал вновь пропускают через управляемый фазовращатель проходного типа, на управляющий вход которого подают низкочастотный сигнал управления, и излучают далее через антенны транспондера. Двойной проход через фазовращатель приводит к сдвигу частоты радиочастотного сигнала. Антенной устройства считывания трансформированные по частоте и модулированные по амплитуде радиочастотные колебания вторично принимают и смешивают с исходными радиочастотными колебаниями, в результате чего на выходе смесителя получают одновременно несколько сигналов от транспондеров, при этом выделяют эти комбинационные низкочастотные составляющие разности исходных и трансформированных по частоте радиочастотных колебаний. Выделенные в каждом канале устройства считывания низкие частоты равны частотам сдвига, вносимым каждым из транспондеров, находящимся в зоне действия системы радиочастотной идентификации. Каждый из этих низкочастотных сигналов демодулируют и получают одновременно на выходе амплитудных детекторов несколько уникальных кодовых последовательностей, осуществляя тем самым идентификацию нескольких объектов одновременно.
Наверх