Способ измерения вибраций

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров механических колебаний. Цель изобретения - повышение точности путем учета нелинейности сигнала" пьезодатчика. При реализации способа устанавливают пьезодатчик на поверхности вибрирующего обьекта, регистрируют сигнал датчика, дифференцируют по времени сигнал, по характерным интервалам времени, измеренным между"экстремальными значениями продифференцированного сигнала с учетом выведенных рабочих соотношений, судят об амплитуде механических колебаний. 1 ил,тут льна ак ка" вибред.978,. 1, 3 - толщ пьезоэлемент и) - масса чика;в- цикли Однако то пряжения на и дится из форм сза п ( рее,з( )3 (2) 433 4 2 где ззз - упруга ла в направлен Сравнивая при расчете х с погрешность больше, чем бо является недос способе для оп нительно опред входят в рабочегде бззка анап тч ктрическая электричеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Каунасский политехнический инсти,(56) Макеев В.П. Новая конструктисхема построения пьезоэлектрическиселерометров, "Вибрационная техниМ., МДНТП, 1976, с,8,Приборы и системы для измеренияраций, шума и удара. Справочник подКлюева В,ВММашиностроение, 1кн,1, с.49 - прототип,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров механических колебаний с помощью пьезопреобразователей.Известен способ измерения параметров движения с помощью пьезодатчика, определяющий амплитуду колебаний обьекта по изменению напряжения на пьезоэлементе. При этом считается, что амплитуда напряжения на пьезоэлементе пропорциональна амплитуде хя гармонических колебаний объекта 0 ЙР х 03 п (ж 1),бззглпьезомодуль пьезоэлемеравлении вибраций;е, е 0 - относительная диэлепроницаемость пьезоэлемента иская постоянная; ина и площадь поверхности а;инерционного элемента датческая частота колебаний. чная формула для расчета наьезоэлементе, которая вывоулы (1), является следующей: я постоянная пьезоматериаии вибраций,формулы (2) и (1) видно, что по формуле (1) сталкиваются ю измерения, которая тем льше уровень вибраций. Это татком способа. Кроме того в ределения х 0 нужно дополелить бзз, е, 1, так как они е выражение (1).(3) Однако и в этом способе закон зависимости 0 от х считают линейньм; т.е; в качестве расчетной Формулы для ойределенияхо принимают формулу (1), и сталкиваются ссистематической погрешностью измерения. Недостатком также является то, чтонужно дополнительно определять параметры бзз, е, 1, входящие в расчетную формулу(1), и низкое отношение С(Ш,Цель изобретения - повышение точности путем учета нелинейностей.Сущность изобретения заключается втом, что при дифференцировании по временй найрйкения на иьезоэлементе, измерении характерных интервалов времени иопределении хо представляется возможность повысить точность из-за учета нелинейностей основной зависимости,На чертеже представлен характерныйход информативного сигнала, полученногопутем дифференйирования по времени напряжения пьезодатчика (2) при изменениивиброперемещения по закону (3).Способ осуществляют следующим образом.Устанавливают пьезодатчик на вибрирующем объекте. Регистрируют выходнойсигнал пьезоэлемента датчика. Информативный сигнал получают, дифференцируяпо времени выходной сигнал пьезоэлемента. Условно принимают второй экстремумиз любой пары ближних соседних экстремумов информативного сигнала за первый, измеряют интервал времени Ьц междупервым и и-тым экстремумами (и - четноечисло, и2) и интервал времени междупервым и (и+1)-м экстремумами последнегосигнала, а амплитуду колебаний определяют по формуле(4)2 и Узз соз (лв (Й /Й - 1)/2)где А - с 19(дп(ЬИ(Ьф - 1)(2;ззз - упругая постоянная пьезоматериала датчика в направлении вибраций;3 - площадь пЬверхности пьезоэлемента датчика;е- масса инерционньгь элемента датчика. Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения амплитуды х, механических колебаний объекта по напряжению на пьезоэлементе датчика, установленного на объекте. Если вибрация объекта гармоническая, тогда виброперемещение изменяется по закону Приведем вывод Формулы (4),Пусть виброперемещение объекта изменяется по закону(3). Выражение(2) представляет зависимость напряжения5 пьезоэлемента О от времени т. Дифференцируем (2) по времени т и получаем зависимость информативного сигнала от временит, Для нахождения условия экстремума информативного сигнала еще раз дифферен 10 цируем предыдущую зависимость повремени. Приравниваем в результате этогополученное выражение нулю и получаем соотношение, связывающее искомую амплитуду механических колебаний хо с фазой15 максимума информативного сигнала (мт)ах.Учитывал соотношения, связывающие фазумаксимума информативного сигнала (и 1)щахс характерными интервалами времени Лт 1 иЛ т из предыдущего соотношения выражаем20 хо и получаем расчетную Формулу способа (4),В способе предусмотрена возможностьпо большим интервалам времени (в смыслетого, что информация может быть полученане только по одному, но и по любому числу25 периодов информативного сигнала), определять хо, что также повышает точность измерений,Для реализации способа использовалсяпьезодатчик на основе ОЙЬОз. Сигнал пьезо 30 элемента усиливался и дифференцировалсяпо времени с помощью аналогового дифференциатора. Продифференцированный сигнал отображался на экране осциллографа. Похарактерным точкам информативного сигна 35 ла с учетом данных развертки осциллографаизмерялись интервалы времени Лт 1 и Ьт.Технические данные использованного пьезодатчика являются следующими: Я = 10 м,гл=5 10 кг, ззз=4,9 10 Па . Предла 40 гаемый способ позволяет в широком диапазоне виброперемещений (10 -10) мизмерять вибрации.Для определения хо не надо дополнительно определять бзз, г, 1, что видно из45 рабочей формулы(4), вто время как в прототипе это необходимо,В предлагаемом способе учтены нелинейности (исключены систематические по грешности прототипа), так как рабочаяформула (4) выведена из (2) с учетом всех нелинейностей (без приближенных допущений), что повышает точность в среднем 3,5 раза.55 Расширен динамический диапазон измерений, так как в предлагаемом способе соотношения точные, в то время как в прототипе из-за принятого допущения линейности ограничивают динамический диапазон измеЗаказ 2760 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4(5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород гарина, 101 рений, чтобы не возросли систематические ошибки.По сравнению с известными способами, например измерений с помощью индуктивных датчиков, предлагаемый способ имеет преимущества, связанные с линеаризацией измерений, широким динамическим диапазоном и компактностью.Ф о р мул а и зоб рете н и я Способ измерения вибраций, заключающийся в том, что на контролируемый объект устанавливают пьезодатчик, регистрируют выходной электрический сигнал пьезодатчика, по которому судят об амплитуре вибраций объекта, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности путем учета нелинейности сигнала пьезодатчика, электрический выходной сигнал пьезодатчика дифференцируют по времени,определяют временной интервал 61 междулюбым из экстремумов полученного сигнала, который принимают за первый, и и-мэкстремумом этого сигнала, считая и - 2 к,5 где к = 1,2,3, измеряют временной интервал Ь 1 между первым и (и+1)-м экстремумами сигнала, а амплитуду колебаний объектаопределяют по формулеэ 2А10 2 д п Юзз сов (ач й /й - 1)/2) Г Жгде А "стцлп(ЛИИЗА -1)/23;эзз - упругая постоянная пьезометрическая пьезодатчика;15 8 - площадь поверхности пьезоэлемента пьезодатчика;гп - масса инерционного элемента пьезодатчика,