ГОСТ ISO 16063-31-2013 Вибрация. Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 31. Определение коэффициента поперечного преобразования

     6 Определение коэффициента поперечного преобразования с использованием двух вибровозбудителей

6.1 Испытательное оборудование

Испытательная установка включает в себя как минимум два вибровозбудителя для возбуждения вибрации в плоскости (); два эталонных акселерометра, оси чувствительности которых направлены вдоль осей и ; усилитель мощности и автоматизированную систему управления и сбора данных. Два возможных варианта испытательной установки показаны на рисунках 4 (см. [8]) и 5 (см. [9]). Обе установки обеспечивают возможность воспроизведения вибрации в любом направлении в плоскости () при фиксированном положении калибруемого преобразователя. Этим данный метод отличается от изложенного в разделе 4, согласно которому, наоборот, вибрация возбуждается в фиксированном направлении, а калибруемый преобразователь поворачивают под разными углами для определения направления, в котором его коэффициент поперечного преобразования максимален.

В испытательной установке, показанной на рисунке 4, возбуждение передается через цилиндрический стержень, закрепленный на массивном основании. Калибруемый преобразователь устанавливают на свободном конце стержня таким образом, чтобы его ось чувствительности совпадала с осью стержня. Вибрация стержня, преимущественно на собственной частоте первой моды изгибных колебаний, возбуждается с помощью двух присоединенных пьезоэлектрических обратимых преобразователей. Создаваемые при этом резонансные колебания характеризуются большой амплитудой и малым коэффициентом гармоник.

Примечание - Высокая жесткость стержня в осевом направлении позволяет избежать передачи вибрации вдоль оси чувствительности калибруемого преобразователя. Однако совершаемые при изгибных колебаниях стержня небольшие угловые колебания его свободного конца приводят к появлению центростремительного ускорения в направлении оси чувствительности. Если конец стержня движется по окружности, то существует постоянное центростремительное ускорение, направленное к центру этой окружности. При незначительном отклонении траектории конца стержня от окружности такое ускорение будет почти постоянным. Кроме того, с угловыми колебаниями конца стержня связаны небольшие угловые ускорения относительно осей и на частоте возбуждаемой вибрации.

В испытательной установке, показанной на рисунке 5, возбуждение передается через плиту, возможные перемещения которой ограничены плоскостью () посредством воздушных опор. Калибруемый преобразователь устанавливают на плиту таким образам, чтобы его ось чувствительности (ось ) была перпендикулярна поверхности плиты. Вибрацию плиты обеспечивают два или более вибровозбудителей. Применяемые для соединения вибровозбудителей с плитой приспособления должны обеспечить минимальное вращательное движение плиты вокруг оси .

В обеих испытательных установках на монтажных блоках в непосредственной близости от калибруемых преобразователей закреплены по два эталонных акселерометра малых размеров, оси чувствительности которых лежат в плоскости возбуждаемой вибрации (см. рисунки 4 и 5). В испытательной установке со стержнем управляющие сигналы вибровозбудителей регулируются таким образом, чтобы получить нужную траекторию движения конца стержня.

Если колебания, возбуждаемые двумя вибровозбудителями, совпадают по фазе, то, регулируя отношение амплитуд вибрации, можно получить прямолинейное движение калибруемого преобразователя в любом направлении в плоскости (). Измерения коэффициента поперечного преобразования выполняют для разных направлений в этой плоскости.

1 - эталонный акселерометр (ось ); 2 - эталонный акселерометр (ось ); 3 - калибруемый преобразователь; 4 - направление возбуждаемой вибрации; 5 - устройство согласования сигнала; 6 - процессор с аналоговым выходом; 7 - усилитель мощности; 8 - пьезоэлектрический вибровозбудитель (ось ); 9 - пьезоэлектрический вибровозбудитель (ось )

Рисунок 4 - Испытательная установка с двумя вибровозбудителями (пример 1)

При возбуждении колебаний со сдвигом фаз 90° точка крепления калибруемого преобразователя может двигаться по окружности, а вектор центростремительного ускорения будет совершать один оборот вокруг оси калибруемого преобразователя за период колебаний. Амплитуду и фазу выходного сигнала калибруемого преобразователя анализируют и сравнивают с амплитудой и фазой сигналов с эталонных акселерометров. Коэффициент поперечного преобразования будет равен отношению выходного сигнала калибруемого преобразователя к ускорению на его входе, а изменение фазы выходного сигнала будет соответствовать изменению направления центростремительного ускорения, т.е. направления измерения этого коэффициента.

Частота резонансных колебаний стержня находится обычно в диапазоне от 350 до 500 Гц и зависит от массы крепежного приспособления и испытуемого преобразователя. Амплитуды воспроизводимого ускорения находятся в диапазоне от 10 до 200 м/с.

Для установки с плоской плитой и двумя или более вибровозбудителями характерны следующие диапазоны: от 5 до 100 Гц по частоте, от 10 до 200 м/с по ускорению и от 1 до 10 мм по перемещению.

1 - эталонный акселерометр (ось ); 2 - эталонный акселерометр (ось ); 3 - калибруемый преобразователь; 4 - воздушная опора; 5 - плоскость (); 6 - устройство согласования сигнала; 7 - процессор с аналоговым выходом; 8 - усилитель мощности; 9 - вибровозбудитель (ось ); 10 - вибровозбудитель (ось ); 11 - рама

Рисунок 5 - Испытательная установка с двумя вибровозбудителями (пример 2)

6.2 Метод калибровки и представление результатов

Суть метода может быть пояснена на примере испытательной установки, изображенной на рисунке 4. Система управления обеспечивает возбуждение круговой вибрации конца стержня в плоскости () с составляющими ускорения (измеряемыми эталонными акселерометрами):

,                                                         (3)

     
,                                                         (4)

где - составляющая ускорения вдоль оси ;

- амплитуда составляющей ускорения вдоль оси ;