Акселерометр с управляемой амплитудно-частотной характеристикой
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к средствам измерения вибраций и может быть использована в акселерометрах с жидкостным демпфированием для повышения температурной стабильности их амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик в расширенном диапазоне рабочих температур. Акселерометр с управляемой АЧХ, содержащий последовательно соединенные акселерометрический чувствительный элемент с жидкостным демпфированием усилитель, фильтр нижних частот и прецизионный источник питания чувствительного элемента снабжен термочувствительным элементом, подключенным к фильтру низких частот, с возможностью управления его частотными характеристиками, что повышает точность измерения вибрации.
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, в частности, К средствам измерения вибраций и может быть использована в акселерометрах с жидкостным демпфированием для повышения температурной стабильности их амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик В расширенном диапазоне рабочих температур.
Известны акселерометры. содержащие герметичный корпус, внутри которого закреплен упругий чувствительный элемент с инерционной массой. для демпфирования которой использована вязкая рабочая жидкость (силиконовое масло), заполняющая внутренний объем корпуса.
Акселерометрами такого тила являются, например, акселерометры моделей 7265А 7265A-HS, 2262-1000, 2262С-1000 - GENERAL CATALOG COPYMGHT ***** ENDEVCO 1986, а также акселерометр J212-100g фирмы JPB - Ж. АШ С СОАВТОРАМИ. ДАТЧИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ, М.: «МИР», 1992.
За счет использования масла соответствующей вязкости, а также выбора величины инерционной массы и жесткости упругого ЧЭ в таких акселерометрах доститается оптимальное значение демпфирования, при котором амплитудно-частотная характеристика линейна в наиболее широком диапазоне рабочих частот, а фаза выходного сигнала акселерометра связана с частотой линейной зависимостью.
Недостатком таких акселерометров является существенная зависимость
величины их демпфирования от температуры, что обусловленно изменением
вязкости демпфирующей жидкости при изменении температуры. Это приводит к снижению точности измерений и сокращению диапазона рабочих
частот акселерометров при их использовании в широком диапозоне температур
Известна конструкция акселерометра с жидкостным демпфированием, обеспечивающая температурную стабилизацию его показателя демпфирования за, счет использования демпфирующего устройства, геометрические размеры которого изменяются при изменении температуры -БРЕХОВ Р.С. «АКСЕЛЕРОМЕТР» ПАТЕНТ РФ №2091797
Недостатком этого акселерометра является сложностъ конструкции и технологии изготовления.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является акселерометр типа ДВЗ-025, содержащий пьезорезистивный чувствительный элемент балочного типа с жидкостным демпфированием, усилитель переменного тока, выполненный на презиционных усилителях, нормирующий усилитель с переменным коэффициентом усиления, фильтр нижних частот и прецизионный источник питания мостовой схемы
акселерометра - ОТЧЕТ № 237-97-VI РАЗРАБОТКА МОДУЛЕЙ ЛМ1-2 СИСТЕМЫ АСВЧ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИЙ. ЭТАП 3.11 РАЗРАБОТКА МАЛОГАБАРИТНЫХ ПЬЕЗОРЕЗИСТИВНЫХ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ ТИПА ДВ3.
ЛЕТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ, 1997.
Недостатком акселерометра типа ДВЗ-025 является существенная зависимость величины его демпфирования от температуры, что приводит к
снижению точности измерения вибраций в широком температурном диапазонe из-за температурной нестабильности его АЧХ и ФЧХ. Полезная модель направлена на повышение точности измерения вибрации в широком диапазоне температур при сохранении простоты конструкции и технологии изготовления атсселерометра с жидкостным демпфирорваннем за счет повышения температурной стабильности амплитудно-частотных; и фазо-частотных характеристик В расширенном диапазоне рабочих
Сущность технического решения акселерометра с управляемой АЧХ, содержащий последовательно соединенные акселерометрический
чувствительный ЭЛЕМЕНТ сжидкостным демпфированием, измерительный усилитель, фильтр нижних частот и прецизионный источник питания чувствительного элемента, согласно полезной модели снабжен
термочувствительным элементом, подключенным к фильтру нижних частот. с возможностью управления его частотными характеристиками, что
позволяет управлять, АЧХ и ФЧХ фильтра при изменении температуры таким образом, чтобы существенно снизить термозависимость частотных характеристик акселерометра. Такое ВЫПОЛНЕНИЕ акселерометра с управляемой АЧХ позволит повысить точность и достоверность измерения вибрации в широком диапозоне температур.
Полезная модель поясняется следующими фигурами: На фиг, 1 показана блок-схема акселерометра с управляемой АЧХ, На фиг. 2 В качестве примера, приведены амплитудно-частотные характеристики ЧЭ акселерометра.
На фиг. 3 показаны те же характеристики при пониженной температуре
(ТН***-40**С);
На фиг. 4 представлены фазо-частотные характеристики ЧЭ
акселерометра 1. ФНЧ 2 и результирующая ФЧХ акселерометра 3 для случая повышенной температуры, а на фиг. 5 - для случая пониженной температуры.
Акселерометр с управляемой АЧХ содержит последовательно соединенные акселерометрический чувствительный элемент с жидкостным демпфированием 1, измерительный усилитель 2, корректрующий перестраиваемый ФНЧ второго порядка 3, к которому подключен гермочувствительный элемент 4 Прецизионный источник питания ЧЭ5 подключен К входу акселерометрического чувтвительного элемента с жидкостным демпфированнем (см. блок-схему 1).
Акселерометр с управляемой АЧХ работает следующим образом.
Воздействующее на акселерометр измеряемое виброускорение преобразуется чувствительным элементом В электрический сигнал, который усиливается измерительным усилителем и поступает на вход корректирующего ФНЧ.
При этом АЧХ акселерометра определяется произведением АЧХ чувствительного элемента и АЧХ корректирующего фильтра, а ФЧХ акселерометра определяется суммой ФЧХ чувствительного элемента и фильтра. Благодаря термочувствительному (термозависимому) элементу можно изменять АЧХ н ФЧХ ФНЧ, ТАКИМ образом, чтобы результирующие частотные характеристики акселерометра оставались близкими К оптимальным в широком диапозоне температур.
В частности, в качестве термозависимого элемента может быть использован терморезистор, шунтированный термонезависимым резистором для получения необходимой температурной зависимости сопротивления резистора от температуры. Этот резистивный элемент включается В схему ФНЧ вместо одного из резисторов и позволяет обеспечить необходимую ЗАВИСИМОСТЬ частотных характеристик фильтра от температуры.
При этом, желательно, чтобы АЧХ акселерометра в диапазоне частот от 0 до 0.5 собственной резонансной частоты ЧЭ (fp ) при изменений температуры сохраняла неравномерность близкую к нулю, а ФЧХ акселерометра при -этом оставалась близкой к линейной.
Коррекция работает следующим образом. При увеличении температуры уменьшается вязкость демпфирующей жидкости чувствительного элемента что приводит к уменьшению его показателя демпфирования и соответственно увеличению максимального подъема АЧХ-При этом сопротивление термоуправляемого резистивного элемента изменяется таким образом, что добротность фильтра уменьшается и результирующая АЧХ в диапазоне частот от 0 до 0,5 f р остается неизменной.
На фиг. 2 в качестве примера приведены амплитудно-частотные характеристики ЧЭ акселерометра 1- ФНЧ второго порядка 2 и
результирующая АЧХ акселерометра 3, соответствыющие повышенной температуре (ТВ ****60 °С). При этом относительный показатель демпфирования
ЧЭ равен 0,2. ФНЧ имеет показатель затухания >1, что обеспечивает равномерность результирующей АЧХ акселерометра в диапазоне частот до 0,5fp.
На фиг. 3 показаны те же характеристики при пониженной температуре (ТН ***40****С). При этом за счет увеличения вязкости демпфирующей жидкости относительный показатель демпфирования увеличивается до значения 0,85. а показатель затухания ФНЧ за счет изменения сопротивления терморезистора уменьшается до 0.46 и результирующая АЧХ акселерометра остается равномерной в диапазоне частот до 0,5 Гр.
При обеспечении равномерности результирующей АЧХ акселерометра в заданном интервале частот, ФЧХ в этом интервале частот будет иметь линейный характер. На фиг. 4 представлены фазо-частотные характеристики ЧЭ акселерометра 1, ФНЧ 2 и результирующая ФЧХ акселерометра 3 для случая поввшенной температуры, а на фиг. 5 - для случая пониженной температуры. Таким образом, (как показано на фигурах 2-5) заявленный акселерометр с управляемой АЧХ обладает повышенной точностью за счет повышения температурной стабильности и фазо-частотных характеристик в расширенном диапазоне рабочих температур .
Акселерометр с управляемой амплитудно-частотной характеристикой, содержащий последовательно соединенные акселерометрический чувствительный элемент с жидкостным демпфированием, измерительный усилитель, фильтр нижних частот и прецизионный источник питания чувствительного элемента, отличающийся тем, что дополнительно снабжен термочувствительным элементом, подключенным к фильтру нижних частот с возможностью управления его частотными характеристиками.
