Способ измерения относительного коэффициента поперечного преобразования акселерометра

Д О П ИС -А-и-"-ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик.И. 1(онско нчич товский ордена Трудового Красного Знам государственный университет 1) Заявител) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО ПОПЕРЕЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОЭФФИЦИЕНТ1 ЕРОМЕТРА исключе ющих ко но опас ия вл ебани ых вд кселе й акс личин и аемогобраэцовмалой в 10 2ительКПП 2) авторы изобретения в,в, Козлов 1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использованопри нахождении относительного коэффициента поперечного преобразования(ОКПП) акселерометров, в частностипьезоэлектрических.Известен способ измерения ОКПП приповороте акселерометра относительнонаправления действия ускорения, заключающийся в том, что ОКПП измеряютпоследовательно в четырех направлениях, из которых первое выбирают произвольно, а другое - подуглом 90;30 фи 210 к первому соответственно,после чего расчетным или графическимпутем определяют вектор максимальнойвеличины ОКПП как среднегеометрическое результатов первых двух измерений (1),Указанный способ применим толькотогда, когда используемые при измерении вибростенды не имеют поперечныхсоставляющих колебаний. На практикевсе вибростенды в большей или меньшей степени обладают поперечнымисоставляющими колебаний, что значно искажает идеальную диаграмму Ов виде восьмерки и практически непозволяет проводить измерение малыхвеличин ОКПП. С целью учета и н иян я поперечных составля л й вибростенда (особен н оль рабочей оси испытыв а рометра) используют о ы елерометр с предельно е ой ОКПП (21.Образцовый акселерометр устанавливают на восьмиугольный блок так, чтобы он своим основанием находился напротив основания испытываемого акселерометра и мог измерять ускорениеблока 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 ф ), так и на составляющие колебаний вибростенда. Последнее является наиболее трудным, так как в вибростенде отсутству5 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 измеряемых величин ОКПП, повторяемость результатов, не дает возможности быстро переходить при измерениях от одних типов акселерометров к другим и в конце кон цов приводит к снижению точности измерений. Кроме того, образцовый акселерометр должен иметь минимальную величину ОКПП, которую Тоже надо определить. 20Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ,.по которому акселерометр устанавливают на вИбростенд так, чтобы направление колебаний вибростенда было 25 перпендикулярно рабочей оси акселерометра З.Вибростенд приводят в колебательное движение и акселерометр вращают вокруг рабоче 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 управле ния поперечными составляющими колебаний вибростенда, поэтому для измерения акселерометров с малой величиной ОКПП требуются тщательно сбалансированные вибростенды с низким уровнем попереч ных составляющих, что ограничивает, снизу диапазон измеряемых ОКПП.Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измеряемых величин ОКПП, 5Достигается это тем, что предлагаемыйакселерометр 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 вибра ций в двух взаимно перпендикулярных направлениях и измеряют угол сдвига по фазе между выходным сигналом акселерометра и сигналом, синфазным гар- монической вибрации, воздействующей вдоль рабочей оси акселерЬметра. Величину ОКПП в направлении вибрации, перпендикулярной рабочей оси акселерометра, определяют по формуле:1 уАгде К - относительный коэффициент поперечного преобразования;А 1 - амплитуда вибрации, воздействующей вдоль рабочей оси акселерометра;А - амплитуда вибрации, воздействующей перпендикулярно рабочей оси акселерометра 1- 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.едвижение акселерометра происходит по кругу и при малых опДля доказательства расчетных формул рассмотрим воздействие на акселерометр в рабочем направлении вибрации Л,вп ж Т, а в поперечном направлении- Л соз и 1 (т, е. вибрации имеют одну и ту же часТоту, но сдвинуты по фазе на 90 а),Выходной сигнал акселерометра в этом случае равен Ы ф КаА, Ып ы +1 а Кап Асов и 1 С,соз ю аК "- - Т уЬ"ал, синфазный гармоническойвоздействующей на акселеро ль рабочего направления, отно которого измеряется угол о фазе, можно выделить как и возбуждения вибростенда, так ть с помощью дополнительного ю Сигна вибрации метр вдо носитель сдвига п системы и получи где Кэ - коэффициент преобразования акселерометра. Проведя преобразования, получим К АьыаЬ.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= (О" маркс ф " яп,)гДе Коя, - величина ОКПП, измеРеннаЯ в первоначальном положении;Коз - величина ОКПП, измеренная при повороте акселерометра на 9 С вокруг рабочей оси.Повышение точности в предлагаемом способе достигается за счет того, что измерение величины ОКПП происхо дит сразу, за один прием. В случае равенства амплитуд вибраций получаетсязначение фазы, равное величине ОКПП (если Ф мало) .При малых значениях ОКПП акселеро метра величина сдвига фазтоже мала. Поэтому, чтобы не работать на пределе чувствительности фазометра, а также иметь возможность измерять пре-, дельно малые величины ОКПП, специадь- З 0 ным образом выбирают соотношение амплитуд вибраций - 1-,уменьшая указанное отношение, добиваются увеличения сдвига фаз Ч . 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 точности 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 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 8 - в поперечном направлении. Электронный блок 5 позвоl 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 изобретенксСпособ измерения относительного коэффициента поперечного преобразования акселерометра, заключающийся в том, что акселерометр годвергают воздействию вибрации и измеряют фазу выходных сигналов, при различных по" ложениях акселерометра относительно оси чувствительности, о т л и ч а ющ и й с я 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 й 1 рАагде к - относительный коэффициентпоперечного преобразования;ейфиц Тираж 1112 осударственного комитета Сопо делам изобретений и о д Москва ЖРаушская на ПП Патент, г. Ужгород,Подписноевеха Министров СССткрытийбде 45 1303 илиал ул. Проектн А 1 - амплитуда вибрации, воздействующей вдоль рабочей оси акселерометра 1Ае - амплитуда вибрации, воздействующей перпендикулярно рабочей оси акселврометра 1У - 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 СССРМ 359597, кл. Я 01 Р 15/08, 1971. Ь. Рл 11 еу Т.2, А Сотерагаот 1 3 ПеИ 1 оЬ8 Ъо Меааоге АсеИеготйе 1 ег Тгавчегае 1 ец 11Мирау, ЛсЬеноее О 3 М,гцтепЕаМоа.: 1969 р ч,29, раг 1 4 рббб (1-7),3. Измерение относительной попереч 0 ной чувствительности акселерометра.Экспресс-Информация Испытательныеприборы и стенды, 1968, М 34, реф. 226,с. 14-30.