автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.15, диссертация на тему:Исследование и разработка методов и средств лазерной интерферометрии для аттестации пьезоэлектрических датчиков переменных сил

и

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ПССЛЕДОВАТЕЛЬСКЬ] 1£ЕТРОЛОГИЧЕСКОЯ СЛУЕШ ГОССТАНДАРТ

ИНСТИТУТ РОССИИ

На правах|рукописи

Соловейчик Владимир Рахмиельёвич

Г

УДК 534; 17. 089. 6

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ЛАЗЕРНОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ ДЛЯ АТТЕСТАЦИИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ПЕРЕМЕННЫХ СИЛ

; Специальность С5.11.15 Ц?трология н метрологическое об! ^печение

Апторе^рат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических на>к

Носки*, 1992

|Г„

! .- 2 -

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологической службы.

I' '

Научный руководотель - доктор технических наук, профессор

Бараш Владимир Яковлевич Официальные оппоненты: доктор технических наук, с. Н. с.

Петрович Владимир Иванович; кандидат физико-математических наук, с.н. с. Календин Владимир Валерьянович

Ведущая организация:

с-

Институт машиноведения Российской академии наук (ИМАШ РАН)

Защита диссертации состоится "¡7 " ИО&Ъ^^» 1992 г. в часов на заседании специализированного совета

К041.04. 01 при Всероссийском научна-исследовательском институте метрологической службы по адресу:" 1179^'МоскЕа, Андреевская наб. 2, тел. 135-82-92

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИШ

*

Автореферат разослан " Е " &-к7>>Ьр^ 1992г.

Ученый секретарь совета, кандидат технических наук ^ ^ ^ О. К. Комаровский

! лпсз-!*::";^ | ' - з- ¡¡.1,

I ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ й АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ | .

Одним из важнейших аспектов современного машиностроения является стремительнре возрастание требований как к надежности и . долговечности самих машин и. механизмов, та^ у к эффективности средств контроля и диагностики их работы. Состсяние малин часто

контролируют путем измерения параметров вибрйцйи в различных их

I I

частях. Однако, в последнее время все большее|рспространение получают средства контроля и технологические процессы, предполага-пдие измерение не только линейной вибрации, но и переменных сил. Средства измерения переменных сил широко используются в практике балансировки, контроля за состоянием фундаментов машин, при исследовании и контроле таких технологических процессов, как штамповка. !ирмы "Кистлер" (Швейцария) и "Брюль и Къер" (Дания) ведут поставки в СНГ пьезоэлектрических датчиков переменных сил. Аналогичные разработки имеются и в отечественной'промышленности.

При этом отдельные работы, направленные на исследование импуль-

I

сных методов калибровки, измерение различных параметров пьезоэлектрических датчиков переменных сил в редиме нагружения синусоидальными силами, не решают полностью проблемы построения системы метрологического обеспечения в этой области измерений. Отсутствуют средства калибровки, имеющие погрешность менее ЗХ в диа-,пазоне частот от единиц до тысяч Герц. Применяемые в промышленности и научных исследованиях пьезоэлектрические датчики пере' манных сил не проходят государственных испытаний, не поверяются.

Перечисленные обстоятельства определяет ¡и<ту;1Льность диссертационной работы, направленной на разработку и исследование образцовых средств в области изм^|>енил переменных сил. даЛЬ РАБОТЫ. Цел».» работы яс.мгтел людаш'е установки на осно-

ве интерференционных средств измерения и разработка образцовых 1 средств, реализуюиих метод сличения.

Исходя из поставленной цели, определены следуйте задачи:

1. Анализ и исследование известных в настояние время методов и средств аттестации датчиков переменных сил.

2. Разработка и¡метрологическое исследование интерференционной установки и методики калибровки пьезоэлектрических датчиков силы в режиме механических колебаний. Выявление и- анализ ясновньн источников погрешности, оптимизация ре лая калибровки с целью минимизации погрешности.

3. Метрологический аиализ интерференционных методов и средств измерения параметров механических колзбаний. Выявление и анализ источников погрешности, оказывающих наибольшее-влияние на точ- ' кость калибровки датчиков силы. Разработка и исследование усовершенствованных интерференционных методов >1 средств измерения параметров механических колебаний. ■ ■ .

4. Разработка и метрологический анализ Установки и методики калибровки пьезоэлектрических датчиков переменной силы методом сличения в отсутствии механический Колебаний.

Б. Зкспериментальное исследование установок и методик калибровки датчиков силы как в режиме механических колебаний,' так И .методом сличения в отсутствии механических колебаний.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ * .

Теоретические исследования•и анализ проведены с использованием численных методов, теории вероятностей, теории случайных провесов, математической статистики, теории рядов и преобразования йурье.

НАУЧНАЯ'НОВИЗНА Ч

1. Впервые предложена и исследована методика калибровки датчи-

б -

ков переменной [¡илына интерференционной уста

10

вке.

Позволяющая обес-

выбрать режим калибровки ( массы нагрузки и ус^рения )

печивающие мини пальнув погрепшость. .:; ¡1

ч ' ||

2. Впервые получено точное аналитическое вирдание для погрешности измерения амплитуды механических колебаний интерференционными методами о? флуктуации разности хода интерферометра, в том

числе от внешне*! вибрации. Выявлен ряд свойств

этой погрешности,

получены приближении^ аналитические выражение

3. Предложен и исследован способ учета дробных частей интерференционных полос при измерении амплитуды механических колебаний

I

методом счета полос.. Способ основан на измерении промежутков времени между пересечением сигналом фотопрео^разователя интерферометра своего среднего Ьначения. !

4. Предложен и исследован способ экспериментального определения фазовых характеристик механических колебаний, обладающий сиро ким динамическим диапазоном и позволяющий формировать синусоидальный сигнал практически постоянной амплитуды, привязанный к фазе механических! колебаний и мало зависящий о^ начальной разности хода интерферометра при амплитуде колебаний свыше 0,2 мкм.

1 5. Предложено и исследовано устройство для калибровки датчиков рилы на основе пьезоэлектрического возбудителя силы. Исследованы Частотные характеристики устройства Исследсрана зависимость коэффициента поперечных усилий и момента поперечных сил от числа

I

Керамических колец, образующих возбудитель силы. | ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫДВИГАЕМЫЕ НА ЗАЩИТУ -

| 1. При калибровке датчиков переменной силы в режиме синусои-

I

дальних механических колебаний следует выбирать значения масс нагрузки и ускорений таким образом, чтобы погрешность калибровки была минимальной. Такие значения масс и ускорений определяются

амплитудой Силы,на которой проводят калибровку, и соотношением относительных погрешностей измерения меньшей массы й большего ускорения. В наиболее часто встречающемся на практике случае,

когда погрешность ¡измерения масс много! меньше погрешности изме- л

: 1 " , '' рения ускорений, необходимо, чтобы отношение масс нагрузки (с

1 1 Л

учетом внутренней *иссы датчика) было равным 0,475.

I 2. При измерении'амплитуды колебаний методом счета интерферен-' ционных полос дробные" части полос могут быть учтены на основе измерения интервалов-времени между пересечением сигналом фотоприемника интерферометр?! своего среднего значения. При этом, время одного цикла измерений приблизительно равно половине - периода ~ колебаний. -• "

3. При наличии флуктуации разности хода интерферометра оценка " амплитуды колебаний методом счета полос является смещенной в сторону завышения результатов измерений.' Величина соответствующей погрешности определяется законом распределения скорости флуктуаций. Для приближенной оценки указанной' погрешности, если скорость флуктуаций много меньше скорости колебаний, достаточно знать соответствующее число четных моментов закона распределения скорости флуктуаций. Ассимптотически эта погрешность убывает пропорционально квадрату отношения среднеквадратической скорости флуктуаций и амплитуды скорости колебаний. .

4. Для измерения фазовых характеристик механических колебаний интерференционными методами в широком диапазоне амплитуд колебаний необходимо подвергнуть сигнал фотопреобразователя интерферометра следующей последовательности линейных и нелинейных операций: дифференцирование, двухполупериодное выпрямление, фильтрация. Полученный в результате сигнал имеет частоту, вдвое превышающею частоту механических колебаний, жестко привязан по фазе

1 '-7

к механическим колебаниям и имеет практически п туду при амплитуде механических колебаний более

б. Частотный силы методом сл.

лизущей метод максимальной зге

I

зстоянную ампли-" 0,2 мкм.

диапазон калибровки пьезоэлектрических датчиков

пенни ограничен из-за парами1 колебаний образцового и калибруемого датчиков.

пик механических В установке, реа-сличения 'необходимо, чтобы, датчик, обладающий

ткостыо, располагался у непрдримюй станины, а на него устанавливались датчик с минимальной! массой и взбудитель силы. Выполнение возбудителя силы в виде ст[шы пьезоэлектрических колец позволяет добиться снижения коо^ициента поперечных усилий и моментов поперечных сил пропорцион;аьро корню квадратному иэ числа колец При этом, поперечные усилия и моменты сил" распределены по закону ¡Редея.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ ' 1

Практическим результатом работы явилось создание интерференционной установки и разработка методики калибройки датчиков пере- . менной силы в режиме механических колебаний. Установка и методика внедрены и используются для аттестации образцовых средств измерений и научных исследований в Институте машиноведения Российской академии наук С ИМАШ РАН ), Всероссийском научно-исследовательском институте метрологической службы ( В11ИИМС ) Госстандарта России, Клинском центре стандартизации и метрологии ( КлЦСМ ) Госстандарта России. Создана установка для калибровки датчиков переменной силы методом сличения на основе пьезоэлектрического возбудителя силы. Установка внедрена и используется во ВНИИМС.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные результаты работы докладывались на Всесоюзном семинаре "Метрология в .прецизионном машиностроении" (Саратов, 21-26

(Л

8 - '

мая 1990г.), н^'беминаре Ш ( Мэсквк, 4-7 марта 1991г.), на

I

Всесоюзном научном семинаре "Мэтрология лазерных измерительных систем" ( Волгоград, 20-26 мая 1991г.), а также 3 раза на семинарах в Московской ¡доме научно-технической пропаганды. .

ПУБЛИКАЦИИ |

По результатам выполненных исследований опубликовано 14 печатных работ, в том числе получены 2 авторских свидетельства и 1 положительное решение по заявке на изобретение.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из Введения, пяти глав и Заключения, изложенных на 151 странице, а также шести приложений. Список литературы включает 104 наименования. Диссертация содержит 28 рисунков и 9 таблиц. Общий объем работы 184 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обосновывается актуальность темы, формулируется цель и основные задачи исследований, определяется научная новизна и практическая ценность полученных результатов, дается краткое содержание диссертации.

В ГЛАВЕ 1 проводится анализ используемых в настоящее время методов и средств калибровки Датчиков переменных сил. Обосновывается актуальность разработки и создания как методов и средств, обеспечивающих достижение минимальной погрешности и» применяемых для калибровки образцовых датчиков, так и дешевых и производительных средств калибровки рабочих датчиков силы. Обосновывается применение методов лазерной интерферометрии.

В настоящее время имеется развитая система метрологического обеспечения средств измерения постоянных усилий, включающая Государственный первичный эталон и Государственную поверочную схему. КЬявление и широкое распространение тензорезистивных и пье-

зоэлектрических ременных сил. гического обес ГОСТы не охваты'

датчиков силы, предназначенных ¡для измерения це-:тавит вопрос о необходимости.разработки метроло-

лечения таких средств измерения. Существующие

■ II,

заот средства измерения перемнн|юй силы. В настоящее время для аттестации средств измерения переменной

силы используют

:я, главным образом, три режим*: ударное и сину-

! !

соидальное возбуждение, а такж воздействие скачкообразным изменением силы. Разработчиками этих средств | измерений уделяется особое внимание соверпенствованию способов Ш конструктивных решений. организующих выбранный режим. Однтю автоколебательные системы не позволяют производить измерения я: рироком частотном диапазоне, а устройства,для ударной и квазистатической калибровки не обеспечивают приемлемой точности измерения АЧХ датчиков.

Показано, что для создания исходных образцовых средств в области измерения переменных сил наиболее перспективным является двухмассовый метод с использованием вынужденных механических колебаний, воспроизводимых вибростендом, и применением интерференционных средств измерения параметров колебаний. Этод метод является косвенным и снижение его погрешности может быть достиг: нуто путем тщательного анализа составляющих погрешности и совер-| шенствованием интерференционных методов, , а также оптимизацией 1 режима измерений, определяемого массами нагрузки и ускорениями. I Показало также, что лля аттестации рабочих средств измерения ; наиболее целесообразным является применение метода сличения в I отсутствии механических перемещений (колебаний) датчиков с использованием силовозбудителя, работающего на принципе обратного пьезоэлектрического эффекта.

В ГЛАВЕ 2 проведено теоретическое обоснование методики калиб-. ровки датчиков силы в режиме механических колебаний. Проведена

- ю -

оптимизация режима калибровки с целью 'минимизации погрешности. Оптимизация выполнена как для калибровки при заданной амплитуде силы, так и без учета урезанного требования.

Коэффициент преобразования К и эквивалентная внутренняя масса ! ! т датчика при использовании двухмассового метода определяется

выражениями:

т -

± Л. \ и

)

а, Яг I

м, а, - мг

где М,, М2, <Я, , аг - массы нагрузку и ускорения на первом и втором измерениях при постоянном выходном напряжении и.

Минимальная погрешность калибровки достигается, если первое измерение проводят на максимальном" ускорении," а параметр х, определяющий ускорение для второго измерения, находят из уравнения:

(^гр*)/' + г.*

где г . С/ .' , _ ¿2?

р ' -а? ' Л"

См , - дисперсии погрешностей измерения масв и ускорений соответственно. Показано, что неудачный выбор параметра х может привести к увеличению погрешности в 1. 5 и более раз. В работе получены выражения, учитывающие граничные условия, определяемые техническими параметрами установки: минимальными и максимальными значениями масс нагрузки и ускорений.

Показано,что основными источниками погрешности являются: погрешность измерения ускорения колебаний, погрешность измерения

I - и - •

масс нагрузки, погрешность измерения напряжения на ыаиде датчи-

I1

ка, погрешность от поперечных ускорений, погрешность от смещения центра тязгвсти кассы нагрузки. Получено выражение для погрешности калибровки с учетом перечисленных составляющих.

В ГЛАВЕ 3 проведен метрологический анализ ]интерференционных методов и средств измерения параметров механических колебаний. Подробно рассмотрена погрешность дискретнортй метода счета интерференционных полок и его модификаций. Выполнен анализ погрешности метода счета полос от Флуктуации разнести хода интерферометра, в том числе от внешней вибрации. Для этой погрешности по: I

лучено точное соотношение: ,

где

| I

• ^ - амплитуда скорости вибрации, р(х) - плотность распределения скорости флуктуации разности хода интерферометра. Получены приближенные выражения для этой погрешности ири малых флуктуаци-ях разности хода. Точное выражение для флуктуации - нормального случайного процесса - имеет вид:

о

где (Г - СКО скорости флуктуации. Результаты расчетов по точной и приближенной формулам приведены

М; ~12" 1

в приложении к диссертационной работе.

Разработан быстродействующий способ учета дробных частей интерференционных полос, проведен анализ его погрешности. Показано, что при измерении амплитуды колебаний дробные части интерфе-

I I

ренционных полос могут быть учтены на ¡основе измерения интервалов времени меяду пересечением интерференционным сигналом своего среднего значения. 'Соответствующая поправка определяется выражением .-

» ¿«-'¡Л'

где £ - количество интерференционных- импульсов -ва тюкав ину периода механических колебаний, А - длина ¡волны ¡источника света! ^ , Т£ - измеренные интервалы времени, тзключащие 'моменты дости,пения колебаниями амплитудных значений, Т - период колебаний. Проведено исследование погрешностей, связанных с неточ-

!

ностью фиксации среднего уровня интерференционного сигнала и с погрешностью измерения временных интервалов.

Рассмотрены методы и средства измерения фазовых характеристик механических колебаний методами лазерной интерферометрии. Разработано устройство для измерения фазовых характеристик механически колебаний в широком диапазоне амплитуд.' Последовательное применение к интерференционному сигналу операций дифференцирования, двухполупериодного выпрямления и фильтрации позволило выделить синусоидальный сигнал двойной частоты, жестко привязанный по ф;»е к механическим колебаниям и обладающий практически пос-

тоянной амплитудой. Покачано, что при амплитуде механических колебаний свыига-О.2 Л погрешность способа определяется погреа-ностыо используемого фазометра.

В ГЛАВЕ 4 проведена ' разработка и исследование установки для калибровки пьезоэлектрических датчиков си.гкг методом сличения на Основе использования пьезоэлектрического возбудителя сила Покл-зано, что важнейшим источником погрешности в области высоких частот являются механические колебания датчиков. Выполнен расчет соответствующей колебательной системы. Покатано,-что несмотря на достаточно сложное выражение, описывающее колебательную систему, состоящую из двух датчиков и силовозбудителя,,- 'обладающих своими 'массами и жесткостями, относительная погрешность воспроизвел«: ннл равных усилий, воздействующих на образцовый и гадибруемкй датчики определяется простым соотношением:

Ь ' т: 1 = тс м •

гйе К - яесткость датчика, прилежащего к станине ( рис.2), М-"ЯЗееа Датчика, имеющего верхнее расположение, сд - круговая час-

I

тота сигнала силовозбудителя.

Проведен анализ формирования сдвиговых усилий и моментов поперечных сил при использовании пьезоэлектрического возбудителя силы, представляющего собой стопу пьезокерамических колец, снаб-генних электродами. Сформулированы требования к конструкции установки позволяющие минимизировать соответствутбкие погрешности. Показано, что если поперечные усилия и углы,, определяющие их направления, для пьезокерамических колец, составляющих стопу, -независимые случайные величины, причем углы имеют равномерный закон распределения в интервале [0,2л ] ,то результирующее усилие распределено по закону Релея: •

I

Р(Ч ) = е~гсг , сг= { ^СРп!

где п - число коддец в стопе, МГ ] - математическое ожидание , квадратр поперечного усилия в _ каждом кольце. При этом коэффициент поперечной составляющей усилия, развиваемого пакетом колец,определяется выражением:

. к° ~ 2Тп ¡—рТ-.

где Г| - продольное усилие, развиваемое одним кольцом. Таким образом, упомянутый коэффициент убывает пропорционально корню квадратному из числа колец. Для уменьшения погрешности калибровки от воздействия поперечного момента сил следует принимать специальные меры при конструировании устройства: обеспечить строгую соосность датчиков и силовозбудителя, причем совместно их следует стягивать при помощи болта, имеющего сферическую головку и расположенного строго по оси конструкции. Для некоторых типов датчиков смещение оси приложения силы относительно осей датчиков всего на 1 мм приводит к погрешности калибровки 2. 5 7..

В ГЛАВЕ 5 приведены описания установок для калибровки датчиков силы как интерференционны«! методами в режиме механических колебаний,. так к ыетодом сличения на основе применения пьезоэлектрического возбудителя силы. Проведено экспериментальное исследовавши этих установок. Приведены их технические характеристики.'

&

•ХУнкциональная схема интерференционной установки приведена на рис.1. Установка обеспечивает калибровку пьезоэлектрических дат-.

Рис. 1

1-оптический квантовый генератор; 2,4-светоделительние кубики, 3-уголковый отражатель в оправке, 5-фотодиод,б-измеритель впбро-перемещений, 7-масса нагрузки, 8-калибруемый датчик силы, 9-уси-литель заряда, 10-вольтметр. И-иэмеритель нелинейных искажений, К-электродинамическиИ вибратор,- 13-усилитель мощности, 14-генератор синусоидального напряжения, 15-осциллограф.

/////

/////////// / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

//////////

///// /

7 . 8

ю

и

и

\\\\\\\\\\\\\\\\Ч\\\\\\\\\\\\\\\\\\\Ч\\\ 3 \\\

Рис. 2 «

1-образцовый датчик, 2-калибруемый датчик, 3-станина, 4-корпус, Л-иагг са сферической головкой, 6- пьезовозбудитель силы, 7-ге-

Е^агор,. 8-усилитель, 9,10-усилители заряда, 11-вольтметр.

• »

чиков силы в диапазоне, частот 10 5000 Гц и диапазоне амплитуд сил 0.1 - 10 Я Экспериментально полученная оценка СТО случайной составляющей погрешности ла частоте 160 Гц не превосходит 0.3 7.. Систематическая погрешность калибровки, рассчитанная теоретически и по результатам сличения с данными изготовителя датчиков (8200, 8201 фирмы Брюль и Къер, Лания) не превосходит 1 X. функциональная схема установки, реализующей метод сличения в отсутствии механических колебаний, представлена на рис. 2. ■-основные параметры установки: '

Диапазон статических нагрузок, Н 10 - 200

Максимальное амплитудное значение -""

переменных усилий, Н 20

Частотный диапазон, Гц 5 - 2000

Погрешность калибровки, X, не более 3

Масса установки, кг, не более ■ __ 3

Систематическая погрешность калибровки, рассчитанная теоретически и полученная экспериментально в результате сличения с дшшыми интерференционной установки не превосходит 3 X в диапазоне частот 10 - 2000 Гц.

В ПРИЛОЖЕНИЯХ приведены"результаты расчетов на ЭВМ, результаты калибровок датчиков, методика калибровки на интерференционной установке, акты внедрения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ^ / 1. Результатом настоящей работы'явилось создание комплекса методов и средств метрологического обеспечения пьезоэлектрических датчиков переменных сил. Интерференционная.установка, обладая высокой точностью, требует больших затрат времени, более высокой квалификации персонала и рекомендуется для калибровки образцовых средств измерений.. Установка, реализуищя метод сличения, обла-

■ • --- - ■ • I

- 18 -

дает меньшей точностью, но проста в использовании, требует мень-ыих затрат времени, имеет малые габариты и вес и рекомендуется для калибровки рабочих средств измерений.

2. Основными источниками погрешности калибровки датчиков силы на интерференционной установке в режиме синусоидальных колебаний являются: погрешность измерения ускорения колебаний, погрешность измерения масс нагрузки, погрешность измерения напряжения на вы- • ходе датчика, погрешность от поперечных ускорений, погрешность от смещения центра тяжести массы нагрузки.

Разработанная методика выбора значений масс нагрузки и ускорений обеспечивает минимизацию погрешности калибровки. Оптимальные значения масс и ускорений определяются соотношением погрешностей измерения масс и ускорений.

Получены соотношения для погрешности калибровки от поперечных ускоркний вибростенда, и от смещения центра тяжести масс нагрузки с учетом воздействия поперечных сил и моментов сил.

3. Разработан быстродействующий способ учета дробных частей интерференционных полос, . основанный на измерении промежутков времени между пересечением интерференционным сигналом своего среднего значения. Способ применим для колебаний с амплитудой свыше 0.5Л и требует для одного цикла измерений время порядка половины периода механических колебаний.

Основными источниками погрешности измерений предложенным способом является погрешность измерения временных интервалов и погрешность выявления среднего уровня интерференционного сигна-га, Пзказаао, что диапазон измеряемых промежутков времени прак-тянесюе ье зависит от амплитуды, а определяется ускорением меха-шгзгских колебаний. Крслз того,механизм формирования погрешности измерений от неточности установки среднего значения таков, что

- 19 -

способ мало чувствителен к этому источнику погрешности.

4. Разработана методика, ^получены точное и приближенные выражения, позволяющие рассчитать погрешность измерения амплитуды вибрации от воздействия возмущений начальной разности хода интерферометра и, при необходимости, внести поправку в результаты измерений.

5. Разработан интерференционный способ измерения фаэо-частотных характеристик механических колебаний, обладающий широким ди-

-- " намическим диапазоном. Способ применим для колебаний с амплиту-/ дой свыше О. 2 Л- Предложенный-алгоритм обработки интерФ»ренцион-.ного сигнала позволяет выделить ' гармонический сигнал, жестко

а

связанный по фазе с механическими колебаниями и обладающий практически постоянной амплитудой во всем диапазоне амплитуд механических колебаний.

6. ^Применение пьезоэлектрического возбудителя силы, основанного на использовании обратного пьезоэлектрического эффекта, позволяет построить сравнительно простые средства калибровки датчиков переменных сил методом сличения > в отсутствии механических колебаний.

Для минимизации, погрешности, связанной с неравенством сил, воздействующих на образцовый и калибруемый датчики, их следует располагать соосно о возбудителем силы, причем таким образом, чтобы к неподвижной станине прилегал датчик с наибольшей жесткостью, а между ним и силовозбудителем находился датчик с наименьшей массой. Получена оценка частотного диапазона такого устройства

Погрешности калибровки, связанные с воздействием поперечных усилий и моментов сил убывают пропорционально корн(Ь квадратному из числа, пьеэокерамическия, колец, образующих стопу силовозбуди-

села. Угол, под крторым направлена равнйдействукшш каждого из упомянуты* воздействий, имеет равномерное распределение в интервале (0.2Л), а величина воздействия распределена по закону Ре-леа. Для уменьшения погрешности калибровки от воздействия поперечного момента»сил следует принимать специальные меры при конс-• труировании устройства: обеспечить строгую соосность датчиков и силовозбудителя, причем совместно их следует стягивать при помогал болта, имевшего сферически головку и расположенного строго по оси конструкции.

7. Теоретически и экспериментально определены метрологические характеристики интерференционной установки. Экспериментально полученная оцелка СКО случайной составлявшей п9грешности на частоте 160 Гц не превосходит 0.3 2. Систематическая погрешность ка-либроЕки, рассчитанная теоретически й по результатам сличения с данными изготовителя датчиков не превосходит 1 X.

8. Теоретически и экспериментально определены метрологические характеристики установки для калибровки датчиков силы методом сличения. Систематическая погрешность калибровки, рассчитанная теоретически и полученная экспериментально в результате сличения с данными интерференционной установки не превосходит 3 I в диапазоне частот 10 - 2000 Гц. ' ■

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:.

1. ЕасааЕа, Соловейчик Е Р. Интерференционные методы и саздггва. измерения параметров механических колебаний / Сб. на-3?ш. тр. ВНИИ Метрологической службы. Исследования в- области .метрологии качества обработанных поверхностей, II 1988, С117-133

2. Бараш Е Я , Соловейчик Е Р. Пресняков Г. С. Метод градуировки датчиков переменной силы / Сб. Вибрационная техника, ЦДНГП,

' li 1990, с. 114-117.

3. Бараа В. Я , Соловейчик П. Р, Пресняков Г. С. Цетод градуировки датчиков переменной силы*/ Тезисы доклада. Всесоюзный семинар "Цгтрология в пргцизионном маттостроении", Саратов, 1990г. с. 1БЗ-1Б4.

4. Бараз Е Я , Соловейчик В. Р. l'-зтоди и средства калибровки средств из)-(ерения динамических сил / Тезисы докладов конференции П семинара VERA, 4-7 карта 1991г. Москва, с. 121-122."

Б. Вараш В. Я, Соловейчик В. Р, Пресняков Г. С.:.' Применение лазерной тггерферометрии для к&шйровкл датчикоз переменных сил / Тез. докл. Всесошн. научн. семинара петрология лазерных измерительных систем, 20-26 пая 1991г., Вэлглг^эд, Часть 1, с. 89-91.

6. Бараз ЕД, Соловейчик В. Р, Пресняков Г. С. Лазерная интер. ференцнонная установка для калибровют пьезоэлектрических датчиков переменной силы / 1{дНШ, li 1991, с. 43-46.

7. Борги R Я , Пресняков Г. С., Соловейчик ЕР. Применение ин-тзрфзрекц)!Онищ ютодоз для калибровкй датчиков вибрации в диапазоне частот до 32 кГц / Тез. докд, конф. !ERA (4-7 марта 1991Г.) Москва, с. 123-124.

а Бараз ЕЯ, ПреснЯ!®а Г. С., Соловейчик Е Р. Использование лазерной интерферометрии для для определения амплитудно-частот-• ных характеристик виброизкерителыюй аппаратуры / Тез. .докл. Всесоюэн. научн. семинара Метрология лазерных измерительных систем ( 20-26 мая 1991г. ) Волгоград, с. 87-89.

9. Соловейчик Е Р. Оценка влияния гневней вибрации на погрешность интерференционных виброметров / Измерительная техника N 6, 1990г.

10. А. С. 1663425 Способ измерения амплитуд синусоидальных механических колебаний / В. Р. Соловейчик / Б. И. 1991, N 26.

11. Соловейчик Е Р. Способ учета дробных частей полос в интерференционной зийрометрии / Измерительная техника N 1, 1091г.

12. Соловейчик Е Р. Устройство для измерения фаао-частотных характеристик механических' колебаний. Положительное решение по ваявке N 47460&1/28.

13. А. С.' 1665228 Измеритель вибропере медений / Е Р. Соловейчик /ЕИ. 1991. N 27. •

14. Бараи ЕЯ., Соловейчик'В. Р. Калибровка датчиков переменных сил в динамическом режиме / Измерительная техника N 4, 1392г.

Соискатель

о