Способ градуировки виброакустического тракта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 15 А 1 РЕСПУБЛИ ч)5 Н 04 В 29/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКО ВИДЕТЕЛ ЬСТ в 11 ирском диапазоне частот в натурных условиях эксплуатации. Цель изобретения - расширение эксплуатационных воэможностег, за счет проведения градуировки виброакустического тракта в натурных условиях без демонтажа вибропреобразователя с объекта, Перед установкой вибропреобразователя на ббъект измеряют его присоединенную массу, а градуировку тракта проводят по найденной зависимости между чувствительностью вибропреобразователя и его электрофизическими характеристиками. 2 ил. М 862398,РОАКУ роакустииспользо" ительных на входе прикреплена кпусу 1,Устройство содержит вибропреобразователь 6, генератор 7 тока, виброэлектриче- аский тракт 8, коммутатор 9, измерительный 0вольтметр 10 и регистрирующий прибор 11.Способ градуировки виброакустического тракта состоит в следующем,гааакПеред установкой вибропреобразователя на объект определяют его присоединенную инерционную массу и), которая имеет Мвременную стабильность, превосходящуюточность градуироеки. Дая корректного определения инерционной массы и) и получе- дния функциональной связи междучувствительностью и импедансом вибропреобразователя рассмотрим его эквивалентную электромеханическую схему(фиг.1).При перемещении карпобразователя на верхнюю г одним на 2 ж ционн 4. Ста уса 1 вибропрерань пьезоэлеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к.вибческим измерениям и может бытьвано при градуировке виброизмертрактов с пьезопреобразователями Изобретение относится к виброакустическим измерениям и может быть использовано при градуировке виброизмерительных трактов с пьезопреобразователем на входе в широком диапазоне частот в натурных условиях эксплуатации,Целью изобретения является расширение эксплуатационных воэможностей эа счет проведения градуировки в натурных условиях без демонтажа вибропреобразователя с объекта.На фиг.1 представленаэквивалентная электромеханическая схема вибРопреобразователя в дорезонансной частотной области; на фиг,2 - функциональная схема устройства, реализующего способ.Схема содержит корпус 1, к которомуконцом прикреплена упругая пружиесткости.с, а другим концом - к инерой массе 3, поджатой к пьезоэлементу нина 5 вибропреобразователя жестко исследуемому объекту и кор- Ямента 4 действует усилие М, которое согласно законам Ньютона и Гука равноИ = - ау - (у - 1 с, (1) гдеи у - соответственно смещение корпуса вибропреобразователя и инерционной 5 массы.Уравнения состояния, оплсывающие работу пьезоэлемента на низких частотах в, можно представить в видео 1 Оеу = - И - ) - -1-:-1Р вР(г)О =9 - К -)-1,1,ИГ иЕгде ) - число, мнимая единица, еу- деформация пьезоэлемента,1 - ток, протекающий через пьезоэлемент; О - электрическое напряжение на обкладках пьезоэлемента; Бгибкость пьезоэлемента в режиме холостого хода; Р - площадь торца пьезоэлемен-та; р- диэлектрическая непроницаемость Свободного, пьезоэлемента; а - пьезоконСтанта давления; 1 - толщина пьезоэлементаДеформация пьезоэлемента выражает-Ся через перемещенияеХ-ж=1(4)вгде Ко, о, Оо, 1 о - амплитудные значения Соответствующих величин;35а - ускорение исследуемого объекта.Уравнения состояния пьезоэлемента (2) С учетом выражений (1), (3) и (4) преобразуют к видуг 40уо+ -- Р (пв -с)уоР, 1 о.о = - - - 1(п- о ) уо - " - , с 1 - -1 - 11 о. При измерении уровня вибрации вибропреобразователь работает как приемник,.ерпающий энергию из вибрации исследуемого объекта и выделяющий преобразованчую электрическую энергию на импедансенагрузки.Рассмотрим работу преобразователяпри нагружении его на электрической стороне генератором тока и при отсутствиивнешней вибрации (исследуемый объект чакодится в спокойном состоянии),Из требований к условиям эксплуатации вибропреобразователя исследуемая поверхность, к которой крепится вибропреобразователь, должна иметь массу ьл.жесткость, многократно превышающие значения параметров эквивалентной схемы вибропреобразователя гп и с, т.е, в этом случае := О,Имгеданс 7( и)ОоПо вибропреобразователя находят из системьь уравнений (5), полагая го =О.( ) 1 1 - в 2 Ъ 2 резв Со 1 - аР/в анЕ Б в 2 ангде Со = емкость вибро 1 ДЯ в 2 резпреобразователя на низких частотах,г, с+ РlеЯ )рз" частота резаТьнанса вибропреобразователя;с + 1=/е 51взн - ,частота антирезонанса вибрап реобразователя;Я - гибкость пьезоэлемента в оежимекороткого замыкания.Формула (6) определяет импеданс вибропреобразователя на низких частотах дочастотьь первого резонанса. Коэффициенты,входящие в формулу (6), определяются приизмерениях на электрической стороне вибропрео браза вателя.Измерение емкости Со производится нанизких частотах при отключенном измерительном тракте 8, Генератор 7 тока падаетсинусоидальн ый ток 1 о, амплитуда которогоизмеряется амперметром, а напряжение Оо .вольтметром 10, Емость вольтметра намного меньше емкости пьезоэлемента, а сопротивление намного большесопротивления пьезоэлемента, Емкостьпьезоэлемента определяется по формулео1Оо вогде во - частота подаваемого тока.Для измерения частоты резонанса отгенератора 7 тока подается ток, амплитудакоторого прямо пропорциональна частоте в(1=1 о в, 1 о - некоторый постоянный коэффициент), и частота резонанса определяетсяпри достижении максимального значениянапряжения Опах (врез ) на измерительномвольтметре 10, При дальнейшем увеличениичастоты определяется частота антирезонэнса йЪ, при которой измеряемое вольтметром напряжение достигает минимума Оппа ),Определяют чувствительность вибропреобразователя по напряжению в режимеизмерения вибраций. Учитывая, что большинство виброизмерительных каналов имеет входное сопротивление намного большее собственного импеданса вибропреобразователя, в уравнениях (5) можно пренебречь членами, содержащими переменную о, Решая систему уравнений (5), получают выражение чувствительности Виб ропреобразователя в видеМ(и) -Я 04 н 1 йР/юан где сан - частота антирезонанса вибропреобразователя.Сравнивая выражение импеданса вибропреобразователя (6) с найденным значением чувствительности (В), находят имеющуюся между ними функциональную связьМ (в) =(и)1 в1 - О lйрез(8)Соугде К 1 -- . статический коэффициУ о 4.ент пропорциональности.Можно определять коэффициент К 1, проводя измерение только электрических характеристик преобразователя. Учитывая выражение резонансных и антирезонансных частот (6), а также зависимость между гибкостью пьезоэлемента в режиме холостого хода Я и короткого замыкания Я2Е 0+ Я (10) определяют разность2а 3 н - иез =- Я - и ин ез -С учетом выражения (11) статический коэффициент пропорциональности К 1 равенК 1 Я Со (Сан Мрез )1Ефез Юзн(12)Если коэффициент К 1 известен, то можно осуществить градуировку виброизмерительного тракта, проводя только одни электрические измерения.: Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) А (а) виброизмерительного тракта, который содержит вибропреобразователь и измерительный канал, равна) - 2Огде Ор - уровень э выходе измерител а - уровень ви на вибропреобразМ(в) К(в),лектрического сигнала наьного тракта;брации, воздействующийователь,К( в) - передаточная функция электрического измерительного тракта.Модуль электрического импеданса виб ропресбразователя 2(в) определяют(фиг.2), подавая генератором 7 ток 1(а) прямо пропорционально зависящий от частоты( (и) = в Ь,), и регистрируя измерительнымприбором 11 напряжение Ор на выходеэлектрического. тракта10, О Ог(с 1), - (Г( в) К г) ш 10 К ш14)Используя связь между чувствительностью и импедансом (9), получают значениечувствительности вибропреобразователя ввидео К (гО ) 1 - у./офСледовательно, АЧХ виброизмерительного тракта можно определить, учитывая соотнсшение (13), по следующей формуле:Д(гд -1 - аР/в 2 25 где значение статического коэффициентапропорциональности К 1 дано выражением(12).В выражении (12) все величины, кромезначения корня квадратного из массы по движной части вибропреобразователя, определены путем измерения электрическиххарактеристик вибропреобразователя.Для измерения массы подвижной частивиброп реобразователь перед установкой на 35 обьект устанавливают на вибростенд и измеряют на низкой опорной частоте его чувствительность Ме, на этой же частотеизмеряют емкость виброп реобразователяСоа также измеряют частоту резонанса 40 й) оо и антирезонанса в сан.После этого корень квадратный из присоединенной массы подвижной части находят по формулеФормула изобретения Способ градуировки виброакустическо го тракта, заключающийся в воздействии навибропреобразователь электрического тока, амплитуда которого пропорциональная его частоте, и регистрации выходного электрического сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я 55 тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей за счет обеспечения возможности градуировки в натурных условиях без демонтажа вибропреобразователя с обьекта, предварительно определяют приА(в) = - О 11 о, К- /ф Рог Составитель СщЮдинор М. Янкович Техред М.Моргентал Корректор Э, Лончако Подписноеетениям и открытиям при ГКНТ С ская наб 4/5 каэ 3015 Тираж 362 ВНИИПИ осударственного комитета по изо 113035, Москва, Ж, Рароизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 7 167 веденную инерционную массу вибропреобразователя, а при воздействии электрического тока измеряют на низкой частоте емкость вибропреобразователя, частоту резонанс и частоту антирезонанса и чувствительность виброакустического тракта определяют из выражения где в- круговая частота;Ор - напряжение на выходе виброакустического тракта; 6115 8) О - козфФициент пропорциональностиподаваемого на вибропреобразователь токао 1.е уо";вр - частота резонанса вибропреобразователя;сК,: щщ -щщ,.рактеристика чувствительности вибропреобразователя тракта;Со - емкость вибропреобразователя нанизких частотах;иЪн - частота антирезонанса вибропреобразователя;п - инерционная масса вибропреобразователя.