×
10.02.2015
216.013.250f

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области пьезотехники, а конкретно к измерению параметров пьезоэлектрических акселерометров, вибродатчиков, сейсмодатчиков и других устройств, реагирующих на ускорение (вибрацию). Измерительный стенд для определения коэффициента преобразования пьезокерамических акселерометров состоит из рабочей поверхности с размещенными на ней калибруемым и калибровочным акселерометрами и источника основного внешнего воздействия - заданных ее вибраций, а также из контрольно-измерительного рабочего места, размещенного на остальной его части, для определения отношения коэффициентов преобразования калибруемого и калибровочного акселерометров, при этом калибруемый и калибровочный акселерометры размещены в рабочем объеме камеры дополнительных внешних воздействий, размещенной на рабочей поверхности стенда, а в качестве калибровочного акселерометра использован акселерометр с известной зависимостью коэффициента преобразования от дополнительных внешних воздействий. Технический результат - расширение функциональных возможностей стенда. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Устройство относится к области пьезотехники в части определения температурной зависимости основных параметров, в частности коэффициента преобразования ускорения в электрический сигнал, широкого круга изделий пьезотехники, называемых акселерометрами, и может быть использовано в изделиях пьезотехники более конкретного назначения, например сейсмодатчиках, вибродатчиках и др. [1]. Область применения может быть расширена и на другие области науки и техники, где возникает необходимость в определении изменения параметров изделий при одновременном воздействии на них температуры и вибрации или других внешних воздействий.

Для простоты изложения в рамках материалов заявки принято ограничение этих областей пьезоэлектрическими, а точнее пьезокерамическими акселерометрами, разновидностями которых являются геофоны, сейсмодатчики, вибродатчики и др. Основной физический принцип их работы одинаков, различие составляют лишь диапазоны их рабочих частот, а с ним условия эксплуатации и конструктивные особенности. Таким образом, в дальнейшем будет рассматриваться пьезокерамический акселерометр, т.е. акселерометр, в котором используется пьезокерамический чувствительный элемент, преобразующий силовое воздействие, вызванное ускорением, в электрический сигнал вследствие прямого пьезоэффекта (далее - акселерометр).

Одним из основных параметров акселерометра является коэффициент преобразования (K) как размерная величина, полученная отношением величины электрического сигнала - реакции акселерометра на ускорение к величине самого ускорения.

Существует несколько методов измерения K - абсолютный, основанный, в частности, на применении лазерного датчика перемещений, относительный, основанный на сравнении электрических сигналов - реакций на воздействие одинаковой вибрации калибровочного акселерометра, с известным K и калибруемого акселерометра, величину K которого необходимо найти, а также метод, основанный на применении калибраторов - источников вибрации с точно определенными параметрами [2].

Наиболее широкое распространение получил относительный метод как наиболее простой и доступный в реализации [2]. Именно он взят за основу в рамках материалов заявки.

По этому методу искомое K определяют по формуле [3]

где

K2 - искомое K калибруемого акселерометра;

K1-величина K калибровочного акселерометра;

X1 - выходной электрический сигнал калибровочного акселерометра как реакция на основное внешнее воздействие (ускорение);

X2 - выходной электрический сигнал калибруемого акселерометра как реакция на основное внешнее воздействие (ускорение).

Акселерометр с известной величиной K, используемый в относительном методе определения K, в разных источниках называют эталонным, калибровочным и др. В рамках материалов заявки он назван калибровочным, в соответствии с сертификатами о калибровке, выдаваемыми ВНИИФТРИ. Акселерометр, аналогично, называют датчиком вибрации и удара, преобразователем и т.д. [3]. В рамках материалов заявки за ним сохранено название - акселерометр.

Зависимость величины K от температуры как одного из дополнительных воздействий является одной из важнейших характеристик акселерометров, особенно пьезокерамических.

Техническая трудность в определении этой зависимости заключается в необходимости определения величины K при одновременном воздействии на акселерометр заданных вибраций и температуры или других внешних воздействий.

Известна испытательная установка (измерительный стенд) для определения величины K преобразователей (акселерометров), состоящая из монтажной поверхности (рабочей поверхности) с размещенными на ней эталонным преобразователем (калибровочный акселерометр) и калибруемым преобразователем (акселерометр), вибростенда (источник заданных вибраций рабочей поверхности), а также из контрольно-измерительного рабочего места, позволяющего определить отношение величины K эталонного (калибровочного) и калибруемого преобразователей (акселерометров) для определения величины K2 по формуле (1) [3].

Основными недостатками такого устройства, делающими практически не решаемой задачу - определение зависимости величины K от температуры, равно как и от других внешних воздействий, является следующее.

1. Ограничение возможностей определения температурной зависимости величины K температурой окружающей среды, изменяющейся в узком диапазоне температур неконтролируемым образом.

2. Практическая невозможность или крайне большая сложность установки термокамеры с регулируемой температурой в рабочем объеме, с размещенными в нем акселерометрами, на рабочую поверхность, которой является монтажная поверхность большинства конструкций измерительных вибростендов, например типа 4290 или 4810 (Брюль и Къерр), без практической потери или больших затруднений возможности измерения величины K при заданной температуре.

Это связано, прежде всего, с тем, что рабочая поверхность сформирована на базе монтажной платформы вибростенда, жестко связанной с его колебательной системой, т.е. с колеблющимся штоком, механически создавая дополнительную его нагрузку в виде дополнительной массы, включая и массу размещенных на ней устройств. В этом случае возникает слабоконтролируемая жесткая механическая связь между этими устройствами и колебательной системой вибростенда в виде дополнительной массы, нагружающей колебательную систему, делая процесс колебаний ненадежным, а подчас и невозможным.

3. Практическая невозможность или большая сложность установки большинства лабораторных и заводских измерительных вибростендов, с размещенными на их рабочей поверхности акселерометрами, в рабочем объеме большинства конструкций лабораторных и заводских термокамер, без практической потери или больших затруднений возможности проведения измерения величины K при заданной температуре.

Под измерительным вибростендом понимается вибростенд, предназначенный для калибровки акселерометров, по классификации фирмы Брюль и Къерр [4]. Другим типам вибростендов эта функция по ряду причин не свойственна, например, мощный испытательный вибростенд при малых ускорениях не дает надежных, повторяемых результатов измерения K. А именно, для таких ускорений предназначены акселометры-сейсмодатчики, например [5].

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство, состоящее из специально выделенной отдельной или составной части лабораторного стола (рабочей поверхности) с площадью, позволяющей разместить на ней с заданной степенью механической жесткости калибровочный, с известным K, и калибруемый акселерометры и измерительный вибростенд фирмы Брюль и Къерр типа 4290 (источник заданных вибраций рабочей поверхности), а также из контрольно-измерительного рабочего места, размещенного на остальной его части, для определения отношения коэффициентов преобразования калибровочного и калибруемого акселерометров [5].

Основным достоинством такого устройства является слабая механическая связь между устройствами, размещенными на рабочей поверхности, и колебательной системой вибростенда, что достигается его размещением как источника вибраций на рабочей поверхности, а не наоборот. В этом случае процесс колебаний источника практически не будет зависеть от дополнительных нагрузок на рабочую поверхность и будет стабильным. Ослабление амплитуды ускорений, воздействующих на акселерометры, компенсируется как их чувствительностью, так и возможностью подачи на источник вибраций более мощного электрического сигнала, преобразуемого в ускорение.

Устройство работает следующим образом. Вибрации, создаваемые источником вибраций, передаваемые от него части лабораторного стола (рабочей поверхности), воздействуют на размещенные на нем акселерометры [5], преимущественно в вертикальной ориентации. Горизонтальные составляющие не несут больших погрешностей [5]. Поверхность, на которой могут быть размещены акселометры, существенно больше монтажной поверхности вибростенда, а размещение вибростенда на рабочей поверхности позволяет сделать работу его колебательной системы независимой от устройств, размещенных на рабочей поверхности, в том числе и от деталей (например, лабораторного стола), формирующих саму рабочую поверхность. При этом снижается амплитуда колебаний, то есть возникает их трансформация при передаче от колебательной системы вибростенда к акселерометрам. Это существенно расширяет круг источников вибраций, применимых для измерения K акселерометров относительным методом.

К недостаткам устройства следует отнести ограниченность рабочей поверхности возможностью размещения на ней только источника вибраций и акселерометров и присвоение калибровочному акселерометру точного значения K только в нормальных условиях. Эти недостатки не позволяют определять величину K при одновременном воздействии на акселерометры вибраций, как основными внешними воздействиями, и другими дополнительными внешними воздействиями - температурой, влагой, атмосферным давлением и другие, или их комбинацией, одновременно.

Это крайне важно, в частности, при проведении исследований и испытаний акселерометров.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является достижение технического результата в виде создания возможности определения зависимости величины K исследуемого (калибруемого) акселерометра от температуры, как от одного из дополнительных воздействий, с учетом возможности небольших, но принципиальных доработок известного устройства [5].

Поставленная задача решается в конструкции измерительного стенда для определения величины K акселерометров, состоящего из рабочей поверхности с размещенными на ней калибруемым и калибровочным акселерометрами и источника основного внешнего воздействия заданных ее вибраций, а также из контрольно-измерительного рабочего места, размещенного вне рабочей поверхности, для определения отношения коэффициентов преобразования калибровочного и калибруемого акселерометров, отличающегося тем, что калибруемый и калибровочный акселерометры размещены в рабочем объеме камеры тепла и холода (источник дополнительного внешнего воздействия), размещенной на рабочей поверхности стенда, а в качестве калибровочного акселерометра использован акселерометр с известной зависимостью коэффициента преобразования от температуры (дополнительного внешнего воздействия).

Увеличение рабочей поверхности и установка на ней термокамеры влечет за собой снижение амплитуды ускорений, воздействующих на акселерометры. Оно компенсируется как их чувствительностью, так и возможностью подачи на источник вибраций более мощного электрического сигнала, преобразуемого в ускорение, при наличии технического запаса по этим параметрам. Сама величина такого запаса, определяемая диапазоном измеряемых величин K, снижается, но она может быть скомпенсирована расширением номенклатуры применяемых источников вибраций и оправдана появлением самой возможности определения зависимости K от температуры в лабораторных и заводских условиях без дорогостоящих и трудоемких методов и устройств.

Возможность расширения номенклатуры применяемых источников вибраций оправдана тем, что при слабой механической связи рабочей поверхности, с размещенными на ней приборами, с колебательной системой источника вибраций ее наличие практически не влияет на процесс колебаний, но снижает амплитуду ускорений, воздействующих на акселерометры. В этом случае ограничение, налагаемое на допустимые виды источников вибраций [2], теряет смысл, что дает возможность использовать более мощные вибростенды и другие типы источников вибраций.

Таким образом, отличительными признаками заявляемого устройства является то, что калибровочный и калибруемый акселерометры установлены в рабочем объеме камеры тепла и холода (источник дополнительного внешнего воздействия), размещенной на рабочей поверхности стенда, а в качестве калибровочного акселерометра использован акселерометр с известной зависимостью коэффициента преобразования от температуры (дополнительное внешнее воздействие).

Устройство опробовано на предприятии. На фиг. 1 и фиг. 2 приведен лабораторный макет устройства. Он состоит из рабочей поверхности - части лабораторного стола - 1, калибровочного акселерометра фирмы Брюль и Къерр типа 4514-002 с известной зависимостью К от температуры и калибруемого акселерометра МА1Э (ОАО «НИИ «Элпа») - 2, установленные на специальной подставке - 3, позволяющей максимально идентично передать им колебания рабочей поверхности 1, источник вибраций - вибростенд фирмы Брюль и Къерр типа 4290-4, размещенный на рабочей поверхности 1, причем подставка 3 установлена в рабочем объеме макета камеры тепла и холода, сформированной частью рабочей поверхности 1, теплоизолирующих прокладок 5 и теплоизолирующего колпака 6, причем в рабочем объеме макета камеры тепла и холода с помощью источника тепла и холода, например электронагревателя или сухого льда, а также вентилятора, создана заданная температура.

Определение величины K калибруемого акселерометра 3 осуществилось с помощью формулы (1) при разных температурах. На фиг. 3 приведена кривая зависимости величины К от температуры для акселерометра МА1Э, полученная таким способом в диапазоне температур -40°C ÷ +65°C, что позволило указать эту характеристику в документации на изделие.

Литература

1. Датчики теплофизических и механических параметров. Справочник. Том II, М., «Радиотехника», 2000.

2. Методы калибровки акселерометров: www.zetlab.ru/support/analysers/metodi_kalibrovki.

3. ГОСТ Р ИСО 16063-21-2009.

4. www.bruel.ru/pages/4.html

5. Зинченко В.Н., Каширин Н.А. и др. «Методика измерения коэффициента преобразования пьезокерамического микроакселерометра для информационно-управляющих систем». Журнал Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России, вып.4 (120) г. Москва, 2013 г.


ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 12 items.
10.09.2013
№216.012.68dc

Способ определения параметров изделий пьезотехники

Изобретение относится к области пьезотехники. Сущность: способ включает в себя измерение емкости свободных пьезоэлементов, непосредственно входящих в состав изделия, и емкости пьезоэлементов, частично зажатых путем склеивания в ходе изготовления изделия. Определяют различие емкостей свободных и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492491
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.12.2013
№216.012.91c0

Способ диагностики туберкулеза легких

Изобретение относится к медицине, а именно к фтизиатрии и иммунологии, и может быть использовано для определения активности туберкулезного процесса. Для этого проводят инкубацию цельной крови пациента крови с микобактериальными антигенами, представляющими собой смесь белков ESAT-6, CFP-10, ТВ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503005
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.91c1

Способ диагностики туберкулезного инфицирования

Изобретение относится к клинической медицине, а именно к способу диагностики туберкулезного инфицирования. Сущность способа состоит в том, что осуществляют взятие периферической крови пациента, проводят инкубацию цельной крови с микобактериальными антигенами, представляющими собой смесь белков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503006
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.04.2014
№216.012.bde5

Пьезокерамический материал

Изобретение относится к области сегнетомягких пьезокерамических материалов широкого применения, предназначенных для изготовления ультразвуковых устройств, работающих в режиме приема, пьезодатчиков различного назначения, а также для изготовления многослойных пьезокерамических элементов:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514353
Дата охранного документа: 27.04.2014
27.09.2014
№216.012.f8d9

Полимерная композиция для герметизации пьезокерамических приемоизлучающих гидроакустических устройств

Изобретение относится к химической технологии герметиков и заливочных компаундов и предназначено для использования в производстве пьезокерамических приемоизлучающих гидроакустических устройств, используемых для ультразвуковых систем визуализации подводных объектов и акустической микроскопии и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529542
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.02.2015
№216.013.231b

Способ изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов-столбиков

Изобретение относится к пьезоэлектронике, к технологии изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов для электромеханических преобразователей и актюаторов. Сущность изобретения: способ включает операции приготовления шликера на основе порошка пьезокерамического материала и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540440
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.04.2015
№216.013.38e7

Способ изготовления высокотемпературных композиционных пьезокерамических материалов и пьезоэлементов из них

Изобретение относится к технологии изготовления высокотемпературных композиционных пьезокерамических материалов и пьезоэлементов из титаната-скандата висмута-свинца (ТСВС). Технический результат: получение высоких пьезопараметров и высокой анизотропии пьезопараметров при низкой механической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546055
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.06.2015
№216.013.52e3

Полимерная композиция для заливки пьезокерамических приемоизлучающих модулей

Изобретение относится к химической технологии получения герметиков и заливочных компаундов и предназначено для использования в производстве пьезокерамического приборостроения, в частности при изготовлении ультразвуковых приемоизлучающих модулей для бесконтактных датчиков уровня топлива....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552740
Дата охранного документа: 10.06.2015
20.06.2015
№216.013.56cc

Способ измерения коэффициента преобразования пьезокерамических акселерометров

Изобретение относится к области пьезотехники и используется для измерения коэффициента преобразования акселерометров методом сравнения с калибровочным акселерометром. Предложен способ измерения коэффициента преобразования пьезокерамических акселерометров, в котором тестовое ускорение,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553750
Дата охранного документа: 20.06.2015
20.08.2016
№216.015.4f3d

Способ лечения подострых венозных тромбозов различной локализации

Изобретение относится к медицине, а именно к коагулогии, и касается лечения подострых венозных тромбозов различной локализации. Для этого вводят препарат дабигатрана «Парадакса» в индивидуально подобранной дозе, которую определяют как обеспечивающую через 2 часа после введения уровень...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595238
Дата охранного документа: 20.08.2016
Showing 1-10 of 14 items.
10.09.2013
№216.012.68dc

Способ определения параметров изделий пьезотехники

Изобретение относится к области пьезотехники. Сущность: способ включает в себя измерение емкости свободных пьезоэлементов, непосредственно входящих в состав изделия, и емкости пьезоэлементов, частично зажатых путем склеивания в ходе изготовления изделия. Определяют различие емкостей свободных и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492491
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.12.2013
№216.012.91c0

Способ диагностики туберкулеза легких

Изобретение относится к медицине, а именно к фтизиатрии и иммунологии, и может быть использовано для определения активности туберкулезного процесса. Для этого проводят инкубацию цельной крови пациента крови с микобактериальными антигенами, представляющими собой смесь белков ESAT-6, CFP-10, ТВ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503005
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.91c1

Способ диагностики туберкулезного инфицирования

Изобретение относится к клинической медицине, а именно к способу диагностики туберкулезного инфицирования. Сущность способа состоит в том, что осуществляют взятие периферической крови пациента, проводят инкубацию цельной крови с микобактериальными антигенами, представляющими собой смесь белков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503006
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.04.2014
№216.012.bde5

Пьезокерамический материал

Изобретение относится к области сегнетомягких пьезокерамических материалов широкого применения, предназначенных для изготовления ультразвуковых устройств, работающих в режиме приема, пьезодатчиков различного назначения, а также для изготовления многослойных пьезокерамических элементов:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514353
Дата охранного документа: 27.04.2014
27.09.2014
№216.012.f8d9

Полимерная композиция для герметизации пьезокерамических приемоизлучающих гидроакустических устройств

Изобретение относится к химической технологии герметиков и заливочных компаундов и предназначено для использования в производстве пьезокерамических приемоизлучающих гидроакустических устройств, используемых для ультразвуковых систем визуализации подводных объектов и акустической микроскопии и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529542
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.02.2015
№216.013.231b

Способ изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов-столбиков

Изобретение относится к пьезоэлектронике, к технологии изготовления монолитных многослойных пьезокерамических элементов для электромеханических преобразователей и актюаторов. Сущность изобретения: способ включает операции приготовления шликера на основе порошка пьезокерамического материала и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540440
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.04.2015
№216.013.38e7

Способ изготовления высокотемпературных композиционных пьезокерамических материалов и пьезоэлементов из них

Изобретение относится к технологии изготовления высокотемпературных композиционных пьезокерамических материалов и пьезоэлементов из титаната-скандата висмута-свинца (ТСВС). Технический результат: получение высоких пьезопараметров и высокой анизотропии пьезопараметров при низкой механической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546055
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.06.2015
№216.013.52e3

Полимерная композиция для заливки пьезокерамических приемоизлучающих модулей

Изобретение относится к химической технологии получения герметиков и заливочных компаундов и предназначено для использования в производстве пьезокерамического приборостроения, в частности при изготовлении ультразвуковых приемоизлучающих модулей для бесконтактных датчиков уровня топлива....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552740
Дата охранного документа: 10.06.2015
20.06.2015
№216.013.56cc

Способ измерения коэффициента преобразования пьезокерамических акселерометров

Изобретение относится к области пьезотехники и используется для измерения коэффициента преобразования акселерометров методом сравнения с калибровочным акселерометром. Предложен способ измерения коэффициента преобразования пьезокерамических акселерометров, в котором тестовое ускорение,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553750
Дата охранного документа: 20.06.2015
20.08.2016
№216.015.4f3d

Способ лечения подострых венозных тромбозов различной локализации

Изобретение относится к медицине, а именно к коагулогии, и касается лечения подострых венозных тромбозов различной локализации. Для этого вводят препарат дабигатрана «Парадакса» в индивидуально подобранной дозе, которую определяют как обеспечивающую через 2 часа после введения уровень...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595238
Дата охранного документа: 20.08.2016
+ добавить свой РИД