2.2. Основные параметры вибропреобразователей 

Основные параметры, характеризующие вибропреобразователи (виброметры) и позволяющие осуществить  их сравнение и выбор наиболее приемлемых для измерений являются следующие:

• измеряемый параметр линейной вибрации: перемещение (5), скорость (V), ускорение (а), резкость (г), частота (Г), коэффициент нелинейных искажений (р) и т.д.

• диапазон значений измеряемого параметра вибрации, для которого нормированы допускаемые  погрешности. При рассмотрении вибропреобразователя совместно с виброметром минимальное  значение измеряемого параметра определяется напряжением шума согласующего усилителя 

 

действительный  коэффициент преобразования вибропреобразователя – отношение изменения сигнала на выходе вибропреобразователя к вызывающему его изменению параметра вибрации на входе: 

 

где: АЕ – изменение величины сигнала на выходе;

AV – изменение измеряемого параметра вибрации.

При линейной зависимости  между Е и V: 

• минимальное  изменение измеряемого параметра  вибрации, вызывающее соответствующее  изменение показаний виброметра, называется порогом чувствительности.

• рабочий диапазон частот гармонических вибраций определяется диапазоном частот, в пределах которого неравномерность амплитудно-частотной  характеристики по отношению к базовой  частоте 1000 Гц не превышает установленного значения.

• основная погрешность  вибропреобразователя (виброметра) определяется:

а) при постоянном значении величины измеряемого параметра  вибрации в пределах измерения рабочего диапазона частот (неравномерность  амплитудно-частотной характеристики);

б) при различных  значениях величины измеряемого  параметра на неизменной частоте  в пределах установленного диапазона  измерений (нелинейность амплитудной  характеристики).

• коэффициент поперечного преобразования вибропреобразователя отношение изменения сигнала на выходе вибропреобразователя, установленного перпендикулярно направлению действующих колебаний, к вызывающему его изменению параметра вибрации на входе; 

 

где АЕ – изменение величины сигнала на выходе;

AV – изменено измеряемого параметра вибрации.

При линейной зависимости  между Е и V: 

где Е – максимальное значение сигнала при ряде измерений в различных положениях вибропреобразователя.

• относительный  коэффициент поперечного преобразования вибропреобразователя – отношение коэффициента поперечного преобразования к коэффициенту преобразования: 

 

• возможность  использования вибропреобразователя при температурных, влажностных  и других климатических воздействиях.

• независимость измерения от внешних электрических и магнитных полей.

• возможность использования вибропреобразователя для измерений в эксплуатационных, лабораторных и производственных условиях, а также для метрологических целей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2.3. Принципы работы.

По принципу работы пьезоэлектрические вибропреобразователи могут классифицироваться на четыре основные группы.

К первой группе относятся преобразователи с инерционной массой, прижимаемой по периферии к пьезоэлементу, что способствует повышению их чувствительности. При этом корпус выполняется достаточно легким, но с твердым основанием. Если частота вибрации гораздо меньше собственной частоты механического резонанса преобразователя, то ускорение инерционной массы будет равным ускорению места установки преобразователя на испытываемое изделие. При вибрации инерционная масса вызывает переменное сжатие пьезоэлемента, приводящее к возникновению электрического заряда пропорционального колебательному ускорению поверхности изделия, на которую. установлен вибропреобразователь. Измерение величины заряда с помощью специальной измерительной схемы, подключаемой к выходу преобразователя, позволяет определить амплитуду ускорения, частоту и форму колебаний при вибрации. Установлено, что при реализации данной конструкции обеспечивает получение наилучших амплитудных и амплитудно-частотных характеристик преобразователя. К достоинствам этого варианта конструкции также относятся простота, прочность и наличие достаточно большого коэффициента преобразования при относительно малом весе преобразователя. Основными недостатками являются:

• зависимость показаний от изменения температуры окружающей среды;
• чувствительность к акустическим шумам;
• возможность деформации корпуса и основания преобразователя, являющихся частью системы «подвес – инерционная масса», под влиянием деформации колебательной поверхности испытываемого изделия.

Ко  второй группе относятся преобразователи, у которых инерционная масса, пружина и пьезоэлемент установлены на центральном зажиме в середине твердого основания. Корпус в данной конструкции выполняет только защитные функции. Преобразователи второй группы лишены большинства указанных недостатков преобразователей первой группы.

К третьей группе относятся преобразователи, у которых устраняется влияние деформации основания на пьезоэлемент за счет того, что инерционная масса, прижатая пружиной к пьезоэлементу, перевёрнута. Недостатком преобразователей является несколько пониженная резонансная частота вследствие резонансов стенок корпуса, на которые опираются инерционная масса и пружина.

Особенностью  четвертой группы является то, что пьезоэлемент выполнен в форме цилиндра и напряжение на обкладках появляется вследствие сдвига при восприятии преобразователем механических колебаний по направлению оси поляризации, совпадающей с осью центрального зажима. Данная конструкция хорошо работает в различных условиях окружающей среды. Она отличается малыми габаритами и обеспечивает возможность измерения параметров вибрации на высоких частотах. Съем сигнала с преобразователя производится с торцевых поверхностей перпендикулярных к оси поляризации. 
 
 
 

      2.4.Принципиальная схема

                            

Рис. 11 Схемы входных цепей: 

а- полная схема; б- эквивалентная  схема вибропреобразователя, работающего в  режиме холостого  хода; ПЭ- пьезоэлемент;

- инерционная масса; - ЭДС вибропреобразователя; - сопротивление кабеля; - емкость кабеля; - входное напряжение усилителя; , - входная емкость и сопротивление усилителя; , - собственная емкость и сопротивление вибропреобразователя. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературных источников:

 

1. Учебное пособие  «Авиационные приборы и измерительно – вычислительные комплексы», УГАТУ, Уфа, 2006 г.
2. А.В. Барков, Н.А. Баркова.  Вибрационная диагностика машин и оборудования.  Учебное пособие. СП-б 2004 г.
3. Электронный конспект лекций «Методы  и способы исследования ЭС»  ЗНТУ Кафедра КПР. 2006г