ГОСТ Р 59368.1-2021 Вибрация и удар. Экспериментальное определение механической подвижности. Часть 1. Общее руководство и требования к преобразователям

     6 Основные требования к преобразователям силы и вибрации

6.1 Общие требования

Для получения надежных данных, позволяющих определить подвижность конструкции с необходимой точностью, преобразователи силы и вибрации должны удовлетворять следующим общим требованиям:

- коэффициент преобразования преобразователя должен быть достаточно большим, а уровень собственных шумов преобразователя малым, чтобы охватить весь динамический диапазон изменения подвижности. Требование к низкому уровню собственных шумов особенно критично при измерениях подвижности конструкций с малым демпфированием, для которых характерно изменение подвижности в широком диапазоне значений;

- собственная частота преобразователя должна значительно отстоять (быть выше или ниже) от диапазона частот измерений, чтобы не вносить существенных фазовых искажений в сигнал вибрации. При необходимости данное требование может быть смягчено за счет соответствующей обработки сигнала, позволяющей компенсировать фазовые искажения;

- коэффициент преобразования преобразователя должен быть стабильным во времени и иметь незначительный дрейф нуля;

- преобразователи должны обладать малой чувствительностью к изменениям внешних условий, таким как температура, влажность, электромагнитные и акустические поля, деформация основания, влияние соседних измерительных каналов и внешние помехи (например, от петель заземления);

- масса и момент инерции преобразователя должны быть малыми, чтобы можно было пренебречь создаваемой ими динамической нагрузкой на конструкцию или допустить внесение поправки на эту нагрузку.

Требования, специфичные для преобразователей вибрации, силы и импедансных головок, рассмотрены в 6.2-6.4 соответственно.

Конкретные требования в виде допусков на соответствующие метрологические характеристики преобразователей устанавливают в зависимости от целей измерений подвижности конструкции. Соблюдение этих требований проверяют во время поверочных испытаний. Кроме того, пригодность преобразователей оценивают в рамках проверки работоспособности измерительной системы в целом каждый раз до и после проведения серии измерений (см. 5.2).

6.2 Требования к преобразователям вибрации

Чтобы свести нагрузку преобразователя на конструкцию к минимуму, желательно применять бесконтактные (например, лазерные) преобразователи. Однако в настоящее время наиболее употребительными остаются пьезоэлектрические преобразователи, поэтому нижеперечисленные требования относятся в основном к преобразователям данного типа.

Крепление преобразователя должно быть жестким в направлении его измерительной оси (см. [7]). Площадь контакта в месте крепления должна быть достаточно мала, чтобы избежать влияния преобразователя или крепежного устройства на конструкцию.

В пьезоэлектрическом кристалле в случае приложения импульсного возбуждения возможен пироэлектрический эффект, способный привести к дрейфу нуля и, как следствие, понижению точности измерений на низких частотах. Чтобы избежать этого, следует рассмотреть возможность применения в испытаниях с таким возбуждением конструкции преобразователей другого типа, например пьезорезистивного или электродинамического акселерометра.

6.3 Требования к преобразователям силы

Поскольку желаемые характеристики преобразователя силы могут противоречить друг другу, при выборе конструкции преобразователя приходится прибегать к компромиссным решениям. В целом требования, установленные в настоящем подразделе, имеют приоритет перед общими требованиями, указанными в 6.1.

Эффективная инерционная масса (масса между чувствительным элементом преобразователя, реагирующим на прилагаемую силу, и его монтажной поверхностью) должна быть мала, чтобы минимизировать ее влияние на сигнал силы. Обычно эта характеристика указывается изготовителем преобразователя, однако следует учитывать, что эффективная инерционная масса увеличивается при использовании приспособлений для крепления преобразователя. Таким образом, полная эффективная инерционная масса представляет собой сумму эффективной инерционной массы, указанной изготовителем, и массы присоединяемых приспособлений.

Жесткость преобразователя силы и его элементов должна быть такой, чтобы исключить появление резонансов в диапазоне частот измерений. Если достичь этого не удается, то в качестве компромисса допускается компенсировать влияние этих резонансов на сигнал преобразователя за счет соответствующей обработки сигнала.

Предварительная статическая нагрузка чувствительного элемента преобразователя должна соответствовать диапазону вынуждающих сил, требуемых для испытаний. Оптимальным решением будет использование преобразователей с предварительно нагруженным чувствительным элементом.

6.4 Требования к импедансным головкам и их креплению к испытуемой конструкции

Поскольку импедансная головка объединяет в себе акселерометр и преобразователь силы, она должна удовлетворять всем требованиям 6.2 и 6.3.

Полная податливость элементов крепления и импедансной головки, находящихся между поверхностью испытуемой конструкции и чувствительным элементом акселерометра, должна быть мала, чтобы не допустить искажения сигнала акселерометра. При этом при определении податливости крепления необходимо учитывать локальное влияние поверхности конструкции. Способ измерения податливости приведен в приложении В.

Эффективная инерционная масса части импедансной головки и крепления между чувствительным элементом преобразователя силы и испытуемой конструкцией должна быть мала по сравнению с эффективной массой испытуемой конструкции.

Момент инерции импедансной головки относительно оси, лежащей в плоскости крепления, должен быть достаточно малым, чтобы свести к минимуму нагрузку на конструкцию от угловых перемещений относительно этой оси.

Конструкция импедансной головки должна обеспечивать малый коэффициент преобразования силы, действующей в направлении, перпендикулярном к заданному, в измеряемое ускорение.