RU2538034C2 - Бездемонтажный способ поверки виброакустических приемников - Google Patents
Бездемонтажный способ поверки виброакустических приемников Download PDFInfo
- Publication number
- RU2538034C2 RU2538034C2 RU2013108143/28A RU2013108143A RU2538034C2 RU 2538034 C2 RU2538034 C2 RU 2538034C2 RU 2013108143/28 A RU2013108143/28 A RU 2013108143/28A RU 2013108143 A RU2013108143 A RU 2013108143A RU 2538034 C2 RU2538034 C2 RU 2538034C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receiver
- verified
- coefficient
- amplifier
- determined
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для дистанционной поверки пьезоэлектрических приемников. Способ контроля заключается в подаче на дистанционные приемники, состоящие из инерционной массы, пьезоэлемента и усилителя заряда, от генератора синусоидальных колебаний тестовых сигналов различной частоты и определении отклика приемника. Затем осуществляется определение резонансной и антирезонансной частот, при которых выходной сигнал приемника достигает соответственно максимального и минимального значений. По величинам измеренных частот и коэффициента передачи усилителя определяют коэффициент преобразования приемника, динамический коэффициент электромеханической связи и коэффициент механической добротности поверяемого приемника. При этом тестовый сигнал имеет монотонно изменяющуюся частоту, а постоянная приемника определяется основе инерционной массы поверяемого приемника и емкости отрицательной связи усилителя заряда поверяемого приемника. После определения коэффициента механической добротности приемники отбраковывают при условии, что величина добротности меньше 30. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения дистанционного контроля пьезоприемников. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и метрологии и может быть использовано для дистанционной поверки пьезоэлектрических приемников, состоящих из инерционной массы и электрически соединенных пьезоэлемента и усилителя, в натурных условиях.
Известен способ аналогичного назначения, согласно которому возбуждают пьезоэлектрический гидрофон нормированным электрическим сигналом последовательно на частотах, составляющих рабочий диапазон гидрофона, путем подачи от внешнего генератора синусоидального напряжения замещения гидроакустического давления гидрофона, полученного в результате измерения падения напряжения на резисторе, включенном относительно пьезоэлектрической части гидрофона на землю и находящемся во векторном усилителе, возбужденного при первичной поверке заданным значением гидроакустического давления на заданной частоте. (Патент РФ №2439841, кл. H04R 29/00, 2012 г.)
Недостатком аналога является ограниченность его применения лишь случаем контроля состояния электрического тракта пьезоэлектрических приемников без определения других важнейших характеристик приемника, например, коэффициента преобразователя поверяемого приемника, коэффициент передачи усилителя, коэффициента добротности поверяемого приемника и т.д.
Известны способы аналогичного назначения, реализуемые в гидрофонах и векторном приемнике, заключающиеся в подаче тестового сигнала на усилитель через пьезоэлемент поверяемого приемника, расположенного на своем штатном месте, и измерении отклика этого приемника на подаваемый тестовый сигнал, по величине которого судят о значении коэффициента преобразования поверяемого приемника. /Патент РФ №88236, кл. H04R 1/44, 2009; Патент РФ №2393643, кл. H04R 1/44, 2010; Патент РФ №88237, кл. H04R 1/44, 2009/
В прототипе в качестве испытуемого приемника выступает векторный приемник, состоящий из инерционной массы (ИМ) и электрически соединенных пьезоэлемента и усилителя. Причем в качестве ИМ в прототипе выступает непосредственно биморфный элемент (если бы в качестве прототипа выступал сферический гидрофон, то в качестве ИМ в нем выступал бы сферический корпус).
В состав поверяемого приемника также входит конденсатор с емкостью, равной электрической емкости пьезоэлемента. Конденсатор может дистанционно подсоединяться ко входу усилителя вместо пьезоэлемента. Это позволяет периодически контролировать целостность и герметичность приемника без его демонтажа непосредственно в натурных условиях и всего лишь судить о значении коэффициента преобразования его предусилителя.
Недостатком прототипа является невозможность дистанционного определения коэффициента М преобразования приемника и других его метрологических характеристик для проведения периодической поверки виброакустических преобразователей непосредственно в натурных условиях.
Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение недостатка прототипа, т.е. получение возможности определения основных метрологических характеристик поверяемого приемника дистанционно в натурных условиях.
Данный технический результат достигается за счет того, что в известном бездемонтажном способе поверки виброакустических приемников, состоящих из инерционной массы и электрически соединенных пьезоэлемента и усилителя, заключающемся в подаче тестового сигнала на усилитель через пьезоэлемент поверяемого приемника, расположенного на своем штатном месте, и измерении отклика этого приемника на подаваемый тестовый сигнал, по величине которого судят о значении коэффициента преобразования поверяемого приемника, в качестве усилителя поверяемого приемника применяют усилитель заряда, а в качестве тестового сигнала задают синусоидальный сигнал с монотонно изменяющейся частотой f, при этом последовательно определяют значения резонансной fp и антирезонансной fa частот поверяемого приемника, а коэффициент М преобразования поверяемого приемника определяют из формулы:
- динамический коэффициент электромеханической связи поверяемого приемника; A - постоянная приемника; N - коэффициент передачи усилителя поверяемого приемника через его пьезоэлемент.
Коэффициент N передачи усилителя поверяемого приемника через его пьезоэлемент определяют путем подачи на усилитель заряда через пьезоэлемент напряжения Uвх и измерения выходного напряжения Uвых приемника, при этом коэффициент N определяют по формуле:
Постоянная A приемника определяется по формуле:
где m - инерционная масса поверяемого приемника; Cос - емкость отрицательной обратной связи усилителя заряда поверяемого приемника.
Постоянная приемника A определяется предварительно в лабораторных условиях по формуле:
где M - коэффициент преобразования приемника на частоте f, определенный на эталонной виброустановке при первичной поверке.
Дополнительно измеряют напряжения Umax и Umin, соответствующие значениям резонансной fp и антирезонансной fa, частот и определяют коэффициент QM механической добротности поверяемого приемника по формуле:
После определения коэффициента QM механической добротности поверяемого приемника отбраковывают как не прошедшие поверку приемники со значением QM<30.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена схема устройства для реализации способа; на фиг.2 - частотная диаграмма для пояснения работы устройства.
Устройство содержит электрически соединенные пьезоэлемент 1, представленный в виде последовательно соединенных генератора и конденсатора, и усилитель 2 заряда (или предусилитель 2 заряда), представленный в виде операционного усилителя ОУ, охваченного отрицательной обратной связью посредством конденсатора емкости Сос.
Пьезооэлемент 1 выполнен с возможностью дистанционной подачи на него через кабель синусоидального тестового сигнала от генератора 3 через тумблер 4.
При этом на входе пьезоэлемента возникает синусоидальный тестовый сигнал Uвх(f), а на выходе усилителя 2 заряда - сигнал отклика Uвых(f) поверяемого приемника.
Принцип реализации способа описывается моделью высокодобротной колебательной системы с одной степенью свободы, представляющей собой инерционную массу m на пружине жесткостью k, опертой на основание, на которое действует ускорение
.
Возникающая при этом сила инерции деформирует пьезоэлемент (на модели - пружину), в результате чего на обкладках пьезоэлемента, электрическая емкость которого -C, возникает электрическое напряжение U.
Для рассматриваемой модели справедливы соотношения / [1] Механика связанных полей в элементах конструкций. Т5. Электроупругость. Гришина В.Т. и др. Ин-т механики. Киев. Наукова думка. 1989. ISBN-5-12-000378-8, стр, 135-137/.
где x - деформация пружины; EM - потенциальная энергия.
где Eэ - энергия конденсатора.
где ω0 - собственная частота.
где Fu - сила инерции.
- закон Гука,
где Fn - сила реакции пружины.
- закон Ньютона,
- динамический коэффициент электромеханической связи по определению [1].
- формула У. Мэзона.
- коэффициент преобразования пьезоэлемента при разомкнутых электродах.
- имеет место при разомкнутых электродах пьезоэлемента.
где сос - емкость обратной связи ОУ, UГ - напряжение генератора на частоте f, Uвых - напряжение на выходе приемника.
Характер зависимости N=N(f) от частоты приведен на рис.2 [2].
где М - коэффициент преобразования приемника.
откуда
Для случая распределенной массы и неоднородной деформации пьезоэлемента постоянная приемника А определяется при первичной поверке из (22)
где M - коэффициент преобразования приемника на частоте f, определяемый на эталонной виброустановке при первичной поверке.
Коэффициент QМ механической добротности определяется по формуле (6) /[2] «Справочник по гидроакустике». А.П. Евтюков, А.Е. Колесников и др. 2-е изд. -Л.: Судостроение, 1988, стр. 296-299/.
При реализации способа с помощью генератора 3 через тумблер 4 на пьезоэлемент 1 подают синусоидальный тестовый сигнал в диапазоне рабочих частот f при неизменной амплитуде, например, 0,5 В.
Находят резонансную fp и антирезонансную fa частоты, при которых напряжения на выходе Uвых приемника достигают соответственно значений Umax и Umin.
Затем определяются динамический коэффициент Kd электромеханической связи, коэффициент M преобразования и коэффициент QM механической добротности по математическим соотношениям (2), (1), (6).
При этом если определенный по формуле (6) коэффициент qm механической добротности будет меньше 30, то поверяемый приемник отбраковывается несмотря на результаты, полученные при определении М. Поскольку в этом случае формулы (1), (2) будут некорректны с погрешностью 2% из-за несовершенства принятой модели.
Таким образом, бездемонтажный способ поверки виброакустических приемников позволяет в натурных условиях определить коэффициент М преобразования в зависимости от частоты, динамический коэффициент Kd электромеханической связи и коэффициент QM механической добротности поверяемого приемника и по найденным значениям М, Kd, и QM судить о его метрологическом и техническом состоянии.
Claims (6)
1. Бездемонтажный способ поверки виброакустических приемников, состоящих из инерционной массы и электрически соединенных пьезоэлемента и усилителя, заключающийся в подаче тестового сигнала на усилитель через пьезоэлемент поверяемого приемника, расположенного на своем штатном месте, и измерении отклика этого приемника на подаваемый тестовый сигнал, по величине которого судят о значении коэффициента преобразования поверяемого приемника, отличающийся тем, что в качестве усилителя поверяемого приемника применяют усилитель заряда, а в качестве тестового сигнала задают синусоидальный сигнал с монотонно изменяющейся частотой f, при этом последовательно определяют значения резонансной fp и антирезонансной fa частот поверяемого приемника, а коэффициент М преобразования поверяемого приемника определяют из формулы:
,
где - динамический коэффициент электромеханической связи поверяемого приемника; A - постоянная приемника; N - коэффициент передачи усилителя поверяемого приемника через его пьезоэлемент.
,
где - динамический коэффициент электромеханической связи поверяемого приемника; A - постоянная приемника; N - коэффициент передачи усилителя поверяемого приемника через его пьезоэлемент.
2. Бездемонтажный способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент N передачи усилителя поверяемого приемника через его пьезоэлемент определяют путем подачи на усилитель заряда через пьезоэлемент напряжения Uвх и измерения выходного напряжения Uвых приемника, при этом коэффициент N определяют по формуле:
.
6. Бездемонтажный способ по п.5, отличающийся тем, что после определения коэффициента QM механической добротности поверяемого приемника отбраковывают как не прошедшие поверку приемники со значением QM<30.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013108143/28A RU2538034C9 (ru) | 2013-02-25 | 2013-02-25 | Бездемонтажный способ поверки виброакустических приемников |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013108143/28A RU2538034C9 (ru) | 2013-02-25 | 2013-02-25 | Бездемонтажный способ поверки виброакустических приемников |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013108143A RU2013108143A (ru) | 2014-08-27 |
RU2538034C2 true RU2538034C2 (ru) | 2015-01-10 |
RU2538034C9 RU2538034C9 (ru) | 2015-07-20 |
Family
ID=51456122
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013108143/28A RU2538034C9 (ru) | 2013-02-25 | 2013-02-25 | Бездемонтажный способ поверки виброакустических приемников |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2538034C9 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH569263A5 (ru) * | 1972-05-17 | 1975-11-14 | Snecma | |
US4467271A (en) * | 1981-02-10 | 1984-08-21 | Hans List | Test apparatus for determination of vibration characteristics of piezoelectric transducers |
US6698269B2 (en) * | 2001-04-27 | 2004-03-02 | Oceana Sensor Technologies, Inc. | Transducer in-situ testing apparatus and method |
UA15261U (en) * | 2006-01-03 | 2006-06-15 | Univ Donetsk Nat Technical | Method for testing continuity of the rods of a short-circuited winding of an asynchronous motor |
RU2358244C1 (ru) * | 2007-09-26 | 2009-06-10 | Закрытое акционерное общество "МЕРА" | Способ поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа с объекта контроля |
RU2450479C1 (ru) * | 2010-10-18 | 2012-05-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Способ определения коэффициента передачи гидрофонного тракта в натурных условиях и гидрофонный тракт для его реализации |
-
2013
- 2013-02-25 RU RU2013108143/28A patent/RU2538034C9/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH569263A5 (ru) * | 1972-05-17 | 1975-11-14 | Snecma | |
US4467271A (en) * | 1981-02-10 | 1984-08-21 | Hans List | Test apparatus for determination of vibration characteristics of piezoelectric transducers |
US6698269B2 (en) * | 2001-04-27 | 2004-03-02 | Oceana Sensor Technologies, Inc. | Transducer in-situ testing apparatus and method |
UA15261U (en) * | 2006-01-03 | 2006-06-15 | Univ Donetsk Nat Technical | Method for testing continuity of the rods of a short-circuited winding of an asynchronous motor |
RU2358244C1 (ru) * | 2007-09-26 | 2009-06-10 | Закрытое акционерное общество "МЕРА" | Способ поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя без демонтажа с объекта контроля |
RU2450479C1 (ru) * | 2010-10-18 | 2012-05-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Способ определения коэффициента передачи гидрофонного тракта в натурных условиях и гидрофонный тракт для его реализации |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2538034C9 (ru) | 2015-07-20 |
RU2013108143A (ru) | 2014-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TW201833578A (zh) | 用於判定電池物理情況之非線性聲音共振頻譜(nars) | |
McLaskey et al. | Acoustic emission sensor calibration for absolute source measurements | |
US9403671B2 (en) | Calibration of MEMS sensor | |
CN105571612B (zh) | 一种mems陀螺结构关键参数自动测试方法 | |
RU2558678C1 (ru) | Стенд для исследования ударных нагрузок систем виброизоляции | |
CN104462695A (zh) | 双耦合Duffing振子与变尺度相结合的微弱信号检测方法 | |
Ruan et al. | An automatic test bench for complete characterization of vibration-energy harvesters | |
KR101030325B1 (ko) | 다이나믹 댐퍼용 고유진동수 측정장치 | |
RU121070U1 (ru) | Стенд для вибродиагностики упругой системы станка | |
RU2524743C2 (ru) | Способ бездемонтажной поверки пьезоэлектрического вибропреобразователя на месте эксплуатации | |
CN112964242B (zh) | 一种石英音叉陀螺表头机械耦合误差测试***及测试方法 | |
RU2538034C2 (ru) | Бездемонтажный способ поверки виброакустических приемников | |
CN106771366B (zh) | 一种mems加速度计健康状态监测装置及监测方法 | |
JP6806329B2 (ja) | 検査装置および検査方法 | |
RU2605503C1 (ru) | Стенд для испытаний упругих элементов виброизоляторов с пьезовибратором | |
Longbiao et al. | Comparison between Methods for the Measurement of the d33 Constant of Piezoelectric Materials | |
Zhang et al. | A measuring method for the resonant frequency of flexural horn-type transducer using non-contacting piezoelectric sensor | |
JP2008185345A (ja) | 振動測定方法、および装置 | |
DK2707730T3 (en) | Calibration of rotational accelerometers | |
WO2015138485A2 (en) | Hydrophone response compensation filter derivation, design and application | |
KR101842350B1 (ko) | 멤브레인의 기계적 공진 특성을 이용한 컨덴서형 멤브레인 센서용 측정 장치 및 방법 | |
Tommasino et al. | Identification of the Piezoelectric properties of materials from impulsive tests on cantilever harvesters | |
RU2643193C1 (ru) | Стенд для испытаний упругих элементов виброизоляторов с пьезовибратором | |
RU2492431C1 (ru) | Способ измерения мощности гидроакустического излучателя и устройство для осуществления способа | |
RU2643685C1 (ru) | Пьезоэлектрический измерительный преобразователь вибрации с внутренним возбуждением деформации и способы его калибровки |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TH4A | Reissue of patent specification |