Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Характеристики акселерометров



Вибрации — это динамическое механическое явление, заключающееся в периоди­ческих колебательных движениях вокруг заданного положения. В некоторых слу­чаях, например, при проведении ударных испытаний, измерении линейных уско­рений и т.д., вибрации могут отсутствовать, но это не меняет конструкции датчи­ков. Акселерометры считаются устройствами с одной степенью свободы, в состав которых входят: эталонная масса, упругая поддерживающая система (пружина) и рама, обладающая демпфирующими свойствами (см. рис. 3.48А главы 3).

Математическая модель акселерометра представлена в уравнении (3.156) гла­вы 3. Для решения этого уравнения удобно воспользоваться преобразованиями Лапласа, применив которые, получим выражение:

(8.1)

где X(s) и A(s) — преобразования Лапласа для перемещения x(t) и ускорения на входе акселерометра d2y/dt2. Решая его относительно X(s), получим:



(8.2)


Введем удобную переменную со = (k/ М)1/2, а также обозначим 2 xw0 = b/M. Тог­да уравнение (8.2) примет вид:



(8.3)


Значение w0 — это собственная угловая частота акселерометра, а x — нормализо­ванный коэффициент затухания. Считаем, что



(8.4)


тогда уравнение (8.3) принимает вид:



 


Его решение может быть выражено при помощи операторов обратного преобра­зования Лапласа:

(8.5)

Применяя к нему теорему о свертке преобразований Лапласа, получим:



(8.6)


где а — зависимость амплитуды сигнала акселерометра от времени, a g(t) — обрат­ное преобразование Лапласа L-1 {G(s)}.


При w =w0 (1 - x2)1/2 уравнение (8.6) имеет два решения. Одно для затухания ниже критического (x<1):



 


а другое — для затухания выше критического (x>1):



 


Во втором уравнении w = w0(x2 – 1)1/2 . По этим выражениям можно определить выходной сигнал акселерометра при разных входных сигналах [1].

Правильно рассчитанный, изготовленный и откалиброванный акселерометр должен иметь одну резонансную (собственную) частоту и плоскую частотную ха­рактеристику, обеспечивающую получение точных измерений (рис. 8.2). В преде­лах плоской зоны датчик корректно реагирует на изменения входного сигнала. Для расширения динамического диапазона акселерометра, ограниченного резо­нансной частотой, применяют вязкое демпфирование. В качестве демпфирую­щей среды чаще всего используется силиконовая смазка.



Рис. 8.2. Частотная харак­теристика акселерометра. f — собственная частота, f — эталонная частота


При калибровке датчика определяются следующие характеристики: 1. Чувствительность — отношение электрического выходного сигнала к механи­ческому входному. Она обычно выражается в вольтах на единицу измерения ускорения, соответствующую определенным условиям. Например, чувствитель­ность может быть выражена как 1 B/g (единица ускорения g=9.80665 м/с2 при проведении измерений на уровне моря на широте 45°). Чувствительность обычно определяется для синусоидального сигнала с эталонной частотой.


В США эта частота равна 100 Гц, а в Европе — 160 Гц (эти частоты выбраны такими потому, что они не совпадают ни с частотой сети, ни с ее гармониками)

2. Частотная характеристика — поведение выходного сигнала в рабочем частот­
ном диапазоне акселерометра.

3. Резонансная частота недемпфированного датчика — четко детектируемый пик,
который на 3-4 дБ выше выходного сигнала датчика на эталонной частоте.
Для датчика с коэффициентом демпфирования близким к критическому этот
пик может быть не очень отчетливым, в этом случае измеряется сдвиг фаз. На
резонансной частоте он будет равен 180° относительно фазы сигнала на эта­
лонный частоте.

4. Уровень выходного сигнала при нулевом внешнем воздействии (для емкост­
ных и пьезорезистивных датчиков). Этот параметр определяется для положе­
ния датчика, в котором его чувствительная (активная) ось перпендикулярна
направлению силы гравитации Земли. В датчиках, имеющих постоянную со­
ставляющую выходного сигнала, влияние гравитации необходимо устранять,
иначе она может быть ошибочно воспринята как механическое воздействие.

5. Линейность акселерометра. Данный параметр определяется во всем динами­
ческом диапазоне входных сигналов.

При выборе акселерометра для конкретного применения желательно ответить на следующие вопросы:

1. Что необходимо измерять: амплитуду вибраций или линейное ускорение?

2. При какой температуре окружающей среды должен работать датчик, и как
быстро эта температура может меняться?

3. Каким должен быть частотный диапазон?

4. Какие требования предъявляются к линейности и точности?

5. Какие должны быть размеры датчика?

6. Каким должен быть источник питания?

7. Не придется ли датчику работать в агрессивной среде: в присутствии корро­
зионных реагентов и повышенной влажности?

8. Какой должна быть механическая прочность устройства?

9. Какая интенсивность существующих акустических, электромагнитных и элек­
тростатических полей?

10. Требуется ли заземление устройства?




©2015 studenchik.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.