Способ измерения относительного коэффициента поперечного преобразования акселерометра

 

Ф

О П И С-А -и-"-И- Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (}})602867

К АВТОРСКО)ИУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6}) дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 050376 (2}) 2342671/18-10 с присоединением заявки и†(23) Приоритет (43) Опубликовано150478, Бюллетень М 14

Кл

Ст 01 Р 21/00

} оеударотввннын новнтвт

Воввта Мвнвотров GCGP во.)(аваев нвобрвтвнвй е открытой (53) УДК 5 31 . 7 6 8 (088. 8) (45) Дата опубликования описания 280378 (72) авторы

ИЗОбрЕтЕНИя В. В. Козлов, В.В. Янчич и В. И. 1(онсков

Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет

Pl) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА

ПОПЕРЕЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АКСЕЛЕРОМЕТРА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при нахождении относительного коэффициента поперечного преобразования (ОКПП) акселерометров, в частности 5 пьезоэлектрических.

Известен способ измерения ОКПП при повороте акселерометра относительно направления действия ускорения, заключающийся в том, что ОКПП измеряют 10 последовательно в четырех направлениях, из которых первое выбирают произвольно, а другое — под углом 90, 30 и 210 к первому соответственно, после чего расчетным или графическим (5 путем определяют вектор максимальной величины ОКПП как среднегеометрическое результатов первых двух измерений (1).

Указанный способ применим только 20 тогда, когда используемые при измерении вибростенды не имеют поперечных составляющих колебаний. На практике все вибростенды в большей или меньшей степени обладают поперечными 25 составляющими колебаний, что значительно искажает идеальную диаграмму ОКПП в виде восьмерки и практически не позволяет проводить измерение малых величин ОКПП. 30

С целью учета и исключения влияния поперечных составляющих колебаний вибростенда (особенно опасных вдоль рабочей оси испытываемого акселерометра) используют образцовый акселерометр с предельно малой величиной

ОКПП(21.

Образцовый акселерометр устанавливают на восьмиугольный блок так, чтобы он своим основанием находился напротив основания испытываемого акселерометра и мог измерять ускорение блока в рабочем направлении испытываемого акселерометра, т.е. иэмерять поперечную составляющую колебаний вибростенда.

Недостатком этого способа является то, что напряжения в выходном сигнале акселерометра, выэванные наличием колебаний вибростенда как в рабочем, так и в поперечном направлении, складываются не алгебраически, а векторно — с учетом фаз.

Это накладывает дополнительные ограничения как на составляющие выходного сигнала акселерометра (они должны быть сдвинуты по фазе на 0 или 180 ), так и на составляющие колебаний вибростенда. Последнее является наиболее трудным, так как в вибростенде отсутству602867 мых величин ОКПП, повторяемость результатов, не дает возможности быстро переходить при измерениях от одних типов акселерометров к другим и в конце кон- 15

45

50 ют конструктивные элементы, с помощью которых возможно было бы управлять поперечными составляющими колебаний.

Все сводится к подбору частоты колебаний вибростенда, при которой составляющие выходного сигнала имеют требуемый сдвиг по фазе. Если же не удается подобрать такую частоту, то начинают регулировать наклон восьмиугольного блока с помощью клиновидной пластинки. Все это удлиняет измерения, ограничивает диапазон измеряецов приводит к снижению точности измерений. Кроме того, образцовый акселерометр должен иметь минимальную величину ОКПП, которую Тоже надо определить.

Наиболее близким к изобретению по технической .сущности является способ,.по которому акселерометр устанавливают на вИбростенд так, чтобы направление колебаний вибростенда было перпендикулярно рабочей оси акселерометра (3).

Вибростенд приводят в колебательное движение и акселерометр вращают вокруг рабочей оси до тех пор, пока не будет получен максимальный выходной сигнал и при этом измеряют амплитуду и фазу выходного сигнала акселерометра. Далее поворачивают акселерометр на 180 и повторно измеряют амплитуду и фазу его выхода. По приведенной в работе формуле рассчитывают величину

ОКПП. Описанный способ пригоден лишь для случая, когда поперечные составляющие колебания вибростенда не изо меняются при повороте на 180.При их изменении процедура измерений усложняется, возникает необходимость применения образцового акселерометра с минимально возможной величиной ОКПП.

Здесь также нет возможности управления поперечными составляющими колебаний вибростенда, поэтому для измерения акселерометров с малстй величиной ОКПП требуются тщательно сбалансированные вибростенды с низким уровнем поперечных составляющих, что ограничивает. снизу диапазон измеряемых ОКПП.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измеряемых величин ОКПП.

Достигается это тем, что предлагаемый акселерометр подвергают воздействию гармонических вибраций в двух взаимно перпендикулярных направлениях с одинаковой частотой, но сдвинутых по фазе относительно друг друга на

90 причем одно из направлений вибрации совпадает с рабочей осью акселерометра, а во втором, перпендикуляр.ном укаэанной оси происходит измерение ОКПП. Определяют амплитуды вибра25

ЗО ций в двух взаимно перпендикулярных направлениях и измеряют угол сдвига по фазе между выходным сигналом акселерометра и сигналом, синфазным гармонической вибрации, воздействующей вдоль рабочей оси акселерЬметра. Величину ОКПП в направлении вибрации, перпендикулярной рабочей оси акселерометра, определяют по формуле: оп л 4 >

А где К вЂ” относительный коэффициент поперечного преобразования;

A< — амплитуда вибрации, воздействующей вдоль рабочей оси акселерометра;

A2 — амплитуда вибрации, воздействующей перпендикулярно рабочей оси акселерометра; — угол сдвига по фазе между выходным сигналом акселерометра и сигналом, синфазным гармонической вибрации, воздействующей вдоль рабочей оси акселерометра.

В частном случае, когда амплитуды одинаковы, т.е ° движение акселерометра происходит по кругу

K0,0 „= =te q. и при малых оп

Для доказательства расчетных формул рассмотрим воздействие на акселерометр в рабочем направлении вибрации A sin ж t а в поперечном направлении- Л2 ооз m4 (т. е. вибрации имеют одну и ту же часТоту, но сдвинуты по фазе на 90а) .

Выходной сигнал акселерометра в этом случае равен ц"-КаА,Ыпо +KоKàïA2ñ(® оС где Ko — коэффициент преобразования акселерометра.

Проведя преобразования, получим

К А

U Ью06+

coS АМ = гДе г « Аа оп А отсюда

Кол tgv

Ag

Сигнал, синфазный гармонической вибрации, воздействующей на акселерометр вдоль рабочего направления, от- ° носительно которого измеряется угол сдвига по фазе, можно выделить как из системы возбуждения вибростенда, так и получить с помощью дополнительного

602867 датчика, например,. индуктивного или емкостного.

В результате измерений предложенным способом получается лишь одно значение ОКПП. Для нахождения максимальной величины ОКПП необходимо провести измерения в нескольких направлениях, например, проворачивая акселерометр вокруг рабочей оси на угол 90, и определить искомую величину как результат векторного сложения составляющих к =(„1 цп,) где Ко„, — величина ОКПП, измеренная в первоначальном положении;

Ко„ вЂ” величина ОКПП, измеренная при повороте акселерометра на 90 вокруг рабочей оси.

Повышение точности в предлагаемом способе достигается за счет того, что измерение величины ОКПП происходит сразу, за один прием. В случае равенства амплитуд вибраций получается значение фазы, равное величине

ОКПП (если Ф мало) .

При малых значениях ОКПП акселеро- 25 метра величина сдвига фаз тоже мала. Поэтому, чтобы не работать на пределе чувствительности фазометра, а также иметь возможность измерять пре-. дельно малые величины ОКПП, специадь- 30 ным образом выбирают соотношение амплитуд вибраций — 1-.Уменьшая указанное отношение, добиваются увеличения сдвига фаз ф . Выбирая отношение, можно выйти в наиболее предпочтительную зону измерений фазометра.

Таким образом, за счет контроля и подбора амплитуд вибраций акселеро-. метра как в рабочем, так и в поперечном направлении возможно повышение точ-„» ности и расширение диапазона измеряемых величин ОКПП.

На фиг. 1 и 2 представлена установка в двух проекциях для реализации описываемого способа. Испытываемый акселерометр 1 крепится на специальной оправке 2 так, чтобы он мог поворачиваться вокруг рабочей оси. Оправка 2 закреплена на свободном конце консольного стержня 3, который, в свою очередь, вмонтирован в массивное, 50 основание 4. С помощью системы возбуждения, содержащей электронный блок 5, катушку подмагничивания 6 и два электромагнита 7 и 8, консольный стержень 3 приводится в колебательное дви- 55 жение так, что на испытываемый акселерометр 1 воздействует гармоническая вибрация в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Достигается это за счет расположенных перпендикулярно 60 электромагнитов 7 и В, причем электромагнит 7 возбуждает гармонические вибрации вдоль рабочей оси акселерометра, а электромагнит  — в поперечном направлении. Электронный блок 5 позво- 65

l ляет каждый из электромагнитов 7, 8 возбуждать независимо и менять сдвиг по фазе между питающими напряжениями электромагнитов. В результате этого добиваются, чтобы испытываемый акселерометр двигался по эллипсу либо по кругу. Характер вибрации и амплитуды колебаний акселерометра контролируют. и измеряют при помощи микроскопа 9.

С целью избежания нежелательных крутильных колебаний противоположно испытываемому акселерометру-для балансировки системы ставят дополнительный акселерометр 10. В принципе, на данной установке можно одновременно проводить измерения ОКПП для двух акселеРометРов: 1 и 10. ВыхоДной сигнал испытываемого акселерометра подается на согласующий усилитель 11, затем проходит через фильтр 12 и поступает на один из входов фазометра 13. На другой вход фазометра 13 поступает сигнал, синфазный гаРмонической вибрации акселерометра в рабочем направлении, который вырабатывается с помощью индуктивного датчика 14. Измеряя разность фаз, амплитуду вибраций акселерометра, определяют величину

ОКПП методом, указанным ранее. Путем последовательного поворота акселерометра вокруг рабочей оси и измерения

ОКПП получают круговую диаграмму, откуда находят максимальную величину и направление ОКПП.

Формула изобретенк .

Способ измерения относительного коэффициента поперечного преобразования акселерометра, заключающийся в том, что акселерометр годвергают воздействию вибрации и измеряют фазу выхо,"ных сигналов, при различных положениях акселерометра относительно оси чувствительности, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, акселерометр подвергают воздействию гармонических вибраций одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях с одинаковой частотой, сдвинутых по фазе относительно друг друга на 90, причем одно из направлений вибрации совпадает с рабочей осью акселерометра, измеряют их амплитуду и угол сдвига по фазе между выходным сигналом акселерометра и сигналом, синфазных гармонической вибрации, воздействующей вдоль Рабочей оси акселерометра, а величину относительного коэффициента поперечного преобразования в направлении вибрации, перпендикулярной рабочей оси акселерометра, определяют по формуле:

К c 1

А

А2. где К вЂ” относительный коэффициент поперечного преобразования;

602867

Составитель Н.H. Граникова

Редактор С. Хейфиц Техред О.Андрейко Корректор Н.Ковалева

Заказ 1841/41 Тираж 1112 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035д Москва Ж-35 Раушская наб.с д. 4 5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ag — амплитуда вибрации, воздействующей вдоль рабочей оси акселерометра;

Ae — амплитуда вибрации, воздействующей перпендикулярно рабочей оси акселврометра — угол сдвига по фазе между выходным сигналом акселерометра и сигналом, синфазным гармонической вибрации, воздействующей вдоль рабочей оси акселерометра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

М 359597, кл. 9 01 Р 15/08, 1971.

2,. Р тйву Т.2, "A CO pari. Teethed to Меааоге AceMего eter Transverse 4eu11

siti vit y, Akveqces in 3net rumentat i on.

: 1969, ч.29, рс rt 4, бб6 (1-7) °

3. Измерение относительной попереч0 ной чувствительности акселерометра.

Экспресс-Информация Испытательные приборы и стенды, 1968, М 34, реф. 226, с. 14-30.