автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Высокочувствительные приборы и методы контроля параметров технологических процессов с использованием связанных колебаний в пьезорезонансных структурах

На правах рукописи

Высокочувствительные приборы и методы контроля параметров технологических процессов с использованием связанных колебаний в пьезорезонансных структурах

Специальность: 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Барнаул - 2006

Работа выполнена в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Хомутов Олег Иванович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кербель Борис Моисеевич;

доктор физико-математических наук, профессор Поляков Виктор Владимирович;

доктор технических наук, профессор Якунин Алексей Григорьевич.

Ведущая организация: Федеральный научно-производственный центр «Алтай» (г. Бийск)

Защита диссертации состоится « 3» октября 2006 г. в на заседании диссертационного совета Д 212.004.06 Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова по адресу:

656038, Алтайский край, г. Барнаул, пр. Ленина,46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.

Автореферат разослан 25 августа 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

С.П. Пронин

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Создание сложных автоматизированных производств обусловливает необходимость разработки и внедрения средств контроля, без которых невозможно получение информации о протекающих процессах, состоянии оборудования и других компонентах производственного цикла.

Современный этап автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности, строительства, энергетики характеризуется возрастающей потребностью в высокочувствительных датчиках, конструктивно простых, экономичных, способных надежно функционировать в жестких производственных условиях.

Одним из приоритетных направлений экономической политики нашей страны является развитие топливно-энергетического комплекса, сопровождающееся широкой автоматизацией и совершенствованием технологических процессов. В связи с этим появляется много задач, связанных с необходимостью контроля различных параметров (уровня, количества, плотности, расхода, границы раздела газообразных, жидких и сыпучих сред и т.п.), причем в условиях высоких температур, при наличии сильных механических воздействий. Например, существуют определенные трудности при автоматизации технологических процессов на тепловых электростанциях, связанные с отсутствием надежных устройств контроля уровня сыпучих материалов в системах топливоподачи и золоудаления, плотности водоугольной смеси, вязкости мазута и др. Низкая чувствительность, ненадежная работа или отсутствие соответствующих устройств контроля обусловливают выход из строя технологического оборудования, снижение надежности энергоснабжения, ухудшение экологической обстановки в регионе.

В связи с этим, разработка высокочувствительных приборов и методов контроля параметров технологических процессов, способных надежно функционировать в условиях сильных тепловых, механических и других дестабилизирующих воздействий, имеет большое значение для решения актуальных задач повышения надежности энергоснабжения потребителей, безопасности эксплуатации предприятий, улучшения качества выпускаемой продукции и т.п. Повышению эффективности применяемых при этом приборов и методов контроля может послужить поиск новых идей по разработке высокочувствительных, многофункциональных, надежных в эксплуатации датчиков, приборов и методов контроля на их основе.

К настоящему времени у нас в стране и за рубежом нашли широкое применение электромеханические первичные преобразователи физических величин с пьезоэлектрическим возбуждением, характеризующиеся хорошими массогабаритными, метрологическими, эксплуатационными и экономическими показателями. Анализируя принципы построения таких устройств, можно выделить два основных, принципиально отличающихся, направления в их конструировании.

В пьезорезонансных датчиках чаще всего реализуют резонансные режимы работы высокодобротных пьезоэлементов, обеспечивают акустическую развязку колебательной системы с элементами конструкции датчика. Механизм чувствительности таких устройств основан на модуляции контролируемой физической величиной параметров колебательной системы преобразователя. Пьезорезонансные приборы и методы контроля сформировались к настоящему времени в самостоятельное, интенсивно развивающееся научное направление. Большой вклад в становление этого направления внесли своими работами российские ученые В.В. Малов, A.A. Ерофеев, Э.А. Кудряшов, А.И. Трофимов, Б.М. Кербель, Р.Г. Джагупов и др.

В приборах ультразвукового контроля, наиболее пригодных для эксплуатации в жестких условиях, наоборот, чаще всего используют не резонансные режимы работы пьезоэлектрических излучателей и приемников акустических сигналов, демпфируют их колебания, принимают меры по согласованию акустических импедансов преобразователя и объекта контроля. Принцип работы таких устройств основан на управлении контролируемой физической величиной условий прохождения акустического сигнала через различные среды.

Согласно общей теории колебаний оба режима работы пьезоэлектрических преобразователей являются частными случаями связанных колебаний в системах с конечным числом степеней свободы. В связи с этим представляет интерес исследование возможности создания нового поколения приборов и методов контроля, характеризующихся высокой чувствительностью и способных надежно работать в жестких производственных условиях. В основу разработки устройств контроля данного типа может быть положено рациональное использование режимов связанных колебаний в пьезоэлектрических структурах. Создание на их базе устройств контроля связано с необходимостью разработки методов синтеза и анализа режимов работы первичных преобразователей, методик инженерных расчетов их конструкций.

Необходимо отметить, что о целесообразности использования связанных колебаний в пьезорезонансных первичных преобразователях есть сообщения в ряде научных публикаций, но до настоящего времени практически отсутствовали работы, обобщающие как теоретический, так и практический опыт создания устройств данного типа. Очевидно, одним из основных препятствий для широкого применения связанных колебаний в пьезоэлектрических датчиках является отсутствие теоретических основ разработки таких устройств. Это связано с наличием определенных трудностей аналитического описания режимов связанных колебаний в реальных устройствах. Применение упрощенных методов, используемых в настоящее время для учета связанных колебаний в механических системах или электрических цепях, может дать лишь приближенные решения, трудно применимые в инженерной практике для целей оптимизации реальных конструкций пьезорезонансных первичных преобразователей.

Таким образом, перспективность настоящей работы определяется необходимостью решения проблемы разработки и создания высокочувствительных первичных преобразователей, приборов и методов контроля на их основе, способных надежно функционировать в жестких производственных условиях, характеризующихся наличием сильных тепловых, механи; ческих и других дестабилизирующих воздействий.

Целью диссертационной работы является развитие научно-технических основ построения, разработка и внедрение высокочувствительных приборов и методов контроля параметров технологических процессов, предназначенных для жестких условий эксплуатации, с использованием связанных колебаний в пьезорезонансных первичных преобразователях.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Обосновать необходимость использования режимов связанных колебаний в пьезорезонансных структурах с целью повышения эффективности первичных преобразователей.

2. Разработать математическую модель первичных преобразователей, основанных на использовании связанных колебаний в системах с двумя степенями свободы.

3. Разработать методы анализа и исследовать особенности реализации режимов связанных колебаний в пьезоэлектрических структурах.

4. Произвести оценку эффективности амплитудных, фазовых и частотных вариантов построения пьезорезонансных датчиков, основанных на использовании связанных колебаний в пьезорезонансных структурах.

5. Исследовать механизм чувствительности пьезорезонансных первичных преобразователей, реализующих режимы связанных колебаний в системах с конечным числом степеней свободы с целью рационализации их конструкции, улучшения метрологических характеристик и расширения области практического применения.

6. Обосновать практические рекомендации по расчету и проектированию первичных преобразователей, основанных на использовании связанных колебаний в пьезорезонансных структурах.

7. Разработать действующие образцы приборов и довести их до стадии серийного изготовления.

Методы исследований

Исследования проведены с использованием метода медленно меняющихся амплитуд, теории линейных и нелинейных цепей, теории измерений, численных методов и компьютерного моделирования динамических процессов в сложных колебательных системах разработанных устройств.

Достоверность основных теоретических положений и выводов подтверждена результатами экспериментальных исследований, компьютерного моделирования и эксплуатации разработанных устройств в производственных условиях.

При этом объектом исследования являлись процессы формирования информативного сигнала в сложных колебательных системах первичных преобразователей, а предметом исследования - закономерности, описывающие механизм чувствительности разработанных первичных преобразователей, реализующих режимы связанных колебаний в пьезоэлектрических структурах.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Математические модели формирования информативного сигнала первичными преобразователями, реализующими режимы связанных колебаний в монолитных, акустически связанных и составных пьезорезонаторах.

2. Метод условных контуров, основанный на применении относительной системы координат для анализа работы первичных преобразователей, реализующих режимы связанных колебаний в пьезоэлектрических структурах.

3. Аналитические зависимости, описывающие асинхронный, синхронный и бифуркационный режимы работы первичных преобразователей.

4. Математические модели и аналитические зависимости, описывающие механизм чувствительности разработанных пьезорезонансных первичных преобразователей.

5. Критерии и условия, позволяющие реализовать высокочувствительные режимы работы пьезорезонансных первичных преобразователей, основанных на использовании связанных колебаний в системах с конечным числом степеней свободы.

6. Критерий оценки эффективности первичных преобразователей и приборов контроля на их основе.

7. Высокочувствительный метод формирования информативного сигнала первичными преобразователями с использованием слабосвязанных колебаний в пьезоэлектрических структурах.

8. Способ пространственного разделения составных частей чувствительного элемента датчика, основанный на использовании протяженного элемента акустической связи между вибратором и составным пьезорезонатором.

Научная новизна работы

1. Предложен метод формирования выходного сигнала первичного преобразователя, основанный на использовании связанных колебаний в пьезорезонансных структурах, позволяющий повысить чувствительность приборов и методов контроля.

2. Предложен способ пространственного разделения составных частей чувствительных элементов датчиков, основанный на реализации связанных колебаний в конструкциях первичных преобразователей с протяженными элементами акустической связи между взаимодействующими вибраторами и составными пьезорезонаторами, что позволило создавать высокочувствительные устройства контроля параметров технологических процессов, применимые для жестких условий эксплуатации.

3. Разработан метод условных контуров, основанный на применении относительной системы координат для анализа колебательных процессов в системах с двумя степенями свободы, что позволило разработать упрощенные методики исследования режимов работы, расчета и проектирова ния первичных преобразователей и устройств, основанных на использовании связанных колебаний в пьезорезонансных структурах.

4. Получены аналитические зависимости для определения рациональных соотношений параметров первичных преобразователей, реализующих режимы связанных колебаний в пьезорезонансных структурах, что "позволило создавать на их основе высокочувствительные приборы и методы контроля параметров технологических процессов.

5. Получены аналитические зависимости, описывающие механизм чувствительности разработанных первичных преобразователей, что позволило повысить эффективность устройств контроля на их основе.

6. Разработаны принципы построения и методы расчета высокочувствительных пьезорезонансных первичных преобразователей, приборов и методов контроля параметров технологических процессов на их основе, способных надежно функционировать в жестких производственных условиях.

Практическая значимость результатов исследований

1. Предлагаемый подход к совершенствованию приборов и методов контроля параметров технологических процессов, основанный на рациональном использовании режимов связанных колебаний в пьезоэлектрических первичных преобразователях, позволяет обеспечить комплексное решение проблемы создания высокочувствительных датчиков для жестких условий эксплуатации.

2. Разработанные модели, методы анализа и методики расчета параметров первичных преобразователей позволяют формализовать процесс проектирования устройств контроля параметров технологических процессов, основанных на использовании связанных колебаний в пьезорезонансных структурах.

3. Использование связанных колебаний в пьезорезонансных структурах позволяет реализовать новые методы контроля параметров технологических процессов, характеризующиеся высокой чувствительностью и возможностью применения в жестких условиях эксплуатации.

4. Исследование особенностей реализации связанных колебаний в монолитных и составных пьезорезонаторах, взаимосвязанных колебаний в многорезонаторных конструкциях позволило разработать новое поколение пьезорезонансных датчиков, приборов и методов контроля на их основе.

Реализация и внедрение результатов работы

Практические результаты работы и предложенные автором устройства, приборы и методы контроля внедрены на предприятиях Алтайского и Красноярского краев, Томской и Кемеровской областей.

В том числе:

• с использованием разработанных сигнализаторов уровня сыпучих материалов типа СУР-112 оснащены системы золоудаления сыпучих материалов на Барнаульской ТЭЦ — 3 (Алтайский край), Кемеровской ГРЭС — 2 , Березовской ГРЭС — 1 (г. Шарыпово, Красноярский край);

• для Ачинского глиноземного комбината (Краноярский край) разработаны устройства контроля плотности и уровня сыпучих материалов, предназначенные для жестких условий эксплуатации;

• разработано устройство контроля уровня сыпучих материалов для комплектации теплоэнергетических установок, выпускаемых научно — производственным предприятием ЗАО «Экоэнергомаш» (г. Бийск);

• устройство контроля вязкости типа ВР-1 для Томского нефтехимического комбината;

• устройства контроля уровня сыпучих материалов (цемента, зерна, муки) внедрены на ряде промышленных, агропромышленных и строительных предприятий Алтайского края;

• налажено мелкосерийное производство разработанных устройств в ООО «Сибпромприбор — Аналит» (г. Барнаул).

Внедрение результатов исследований подтверждено соответствующими актами.

Результаты исследований используются при разработке и совершенствовании кондуктометрических приборов и методов контроля удельной электропроводности жидких сред, выпускаемых ООО «Сибпромприбор -Аналит» (г. Барнаул), а также в учебном процессе в Алтайском государственном техническом университете при дипломном проектировании, учебной и научно-исследовательской работе студентов. Апробация результатов исследований

Основные положения и результаты работы докладывались на 15 конференциях и совещаниях, включая Всесоюзное совещание «Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе» (Барнаул, 1981 г.), Всесоюзные конференции «Измерения и контроль при автоматизации производственных процессов» (Барнаул, 1982, 1994, 1997 гг.), Международные конференции «Датчик-93», «Датчик-95» (Барнаул, 1993, 1995 гг.), Первую научно-техническую конференцию «Состояние и проблемы технических измерений» (Москва, 1994 г.), Международные научно-практические конференции «Пьезотехника-94» (Томск, 1994 г.), «Пьезотехника-96» (Барнаул, 1996 г.), «Методы и средства измерений» (МВТУ им. Баумана, Москва, 1998 г.), «Измерение, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях» (Бийск, 2000 г.), «Повышение качества продукции и эффективности производства» (Курган, 2006 г.). Публикации

По материалам диссертации опубликовано 66 работ, из них: 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК; 11 статей в региональных журналах; 10 авторских свидетельств и патентов РФ; 1 монография.

Структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка и приложения. Общий объем диссертации составляет 280 страниц, включая 79 рисунков и 7 таблиц, список литературы из 230 наименований и приложений с актами внедрения.

Во введении к диссертации обоснована ее актуальность, сформулированы цели, задачи и методы исследований, научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, практическая значимость работы, отражены вопросы апробации и реализации полученных научных результатов. Приводится краткое содержание каждой из глав.

В первой главе « Разработка и научное обоснование эффективности применения связанных колебаний в пьезорезонансных структурах» вводится понятие критерия эффективности процесса преобразования контролируемой физической величины, с помощью которого обосновывается целесообразность использования связанных колебаний в пьезоэлектрических структурах.

Показано, что в качестве критерия эффективности процесса первичного преобразования контролируемого параметра (х), описываемого функцией у=Р(х; 0, может использоваться параметр (Кэ):

где х — контролируемая физическая величина;

I — влияющий фактор;

(*")< > (к)х ~ коэффициенты относительной чувствительности устройства по отношению к контролируемой величине (х) и влияющему фактору (I).

Предложенный критерий характеризует степень нелинейности реализуемой функции преобразования по отношению к контролируемому параметру и влияющим, дестабилизирующим факторам. Данный критерий можно использовать также в качестве сравнительной оценки эффективности устройств контроля, методов измерения с целью рационализации выбора реализуемых режимов работы устройств, выбора материала чувствительного элемента датчика, для сравнения метрологических характеристик измерительных устройств по результатам экспериментальных исследований и т.п.

На основе анализа структурных схем устройств контроля показано, что одним из способов повышения эффективности процесса первичного преобразования контролируемого параметра может служить использование связанных колебаний в системах с конечным числом степеней свободы.

К настоящему времени режимы связанных гармонических колебаний нашли применение в различных областях науки и техники для усиления принимаемого радиосигнала, сложения генерируемых мощностей, деления частоты гармонических колебаний и т.п. На основе реализации функциональной зависимости разности фаз колебаний в синхронизированных электрических колебательных контурах реализован высокочувствительный фа-зогеиераторный метод измерения параметров радиоэлементов. На основе взаимосвязанных генераторов разработаны функциональные преобразователи и измерительные устройства. Исследования и разработки в этой области проводились А.Г. Демьянченко, К.С. Полуляхом, В.В. Болозневым и другими учеными, но, несмотря на достаточно высокие метрологические характеристики, устройства с использованием связанных колебаний до настоящего времени не нашли широко применения в контрольно-измерительной технике. Возможно, это связано с тем, что:

• недостаточно были исследованы и проанализированы режимы связанных колебаний, что не позволило реализовать оптимальные схемные и конструктивные решения при создании измерительных устройств;

• отсутствуют методики расчета и проектирования измерительных устройств данного типа;

• в качестве взаимодействующих осцилляторов применялись низкостабильные, сложные и дорогостоящие устройства (СВЧ-генераторы, электромеханические резонаторы, электрические колебательные контуры).

В устройствах данного типа использовался в основном синхронный режим взаимодействия электрических колебательных контуров. Режим биения колебаний с частичным увлечением частот и режим бифуркации связанных колебаний характеризуются высокой чувствительностью, но до настоящего времени им не было уделено достаточного внимания ни в исследованиях, ни в практическом применении в контрольно-измерительной аппаратуре.

Идея о целесообразности использования связанных колебаний в пьезо-резонансных датчиках была впервые высказана В.В. Маловым, но устройства данного типа также не нашли широкого практического применения.

В пользу целесообразности проведения исследований по применению режимов связанных колебаний в пьезорезонансных структурах могут служить следующие доводы:

• пьезоэлектрические преобразователи являются сложными высокодобротными колебательными системами, в которых технически несложно реализовать высокочувствительные режимы связанных колебаний;

• элементом акустической связи между парциальными системами может являться непосредственно исследуемая среда или специальные

элементы конструкции датчика, что значительно расширяет область применения таких устройств;

• пьезорезонаисные датчики характеризуются хорошими массогаба-ритными показателями, низкой стоимостью и высокой надежностью. В связи с этим представляет интерес возможность использования связанных колебаний в пьезоэлектрических первичных преобразователях с целью создания устройств контроля параметров технологических процессов, характеризующихся высокой чувствительностью и расширенными условиями эксплуатации. Разработка теоретических основ таких устройств связана с необходимостью исследования особенностей реализации связанных колебаний в пьезорезонансных структурах.

Известно, что пьезорезонаторы могут быть представлены в виде электромеханических колебательных систем с конечным числом степеней свободы. При этом их физические модели должны учитывать эффекты, связанные, например, с возможностью генерации дополнительных мод и видов колебаний с взаимодействием их между собой. Также нужно учитывать наличие пьезоэффекта, тепловые и электромагнитные воздействия на пьезосреду и т.п. Исследование режимов работы таких сугубо нелинейных и неконсервативных систем является достаточно сложной задачей. В связи с этим анализ работы первичных преобразователей в зависимости от решаемой задачи производится с использованием упрощенных механических моделей и соответствующих им эквивалентных электрических схем замещения (ЭЭСЗ) (рис. 1.1). .

El,'к с, с, L,_Ra

Рисунок 1.1— Структурная и эквивалентная электрическая схемы замещения пьезорезонансного первичного преобразователя с двумя степенями свободы: АГ — автогенератор; ПР — пьезорезонатор; ЭС — элемент акустической связи

Для исследования пьезоэлектрического первичного преобразователя с двумя степенями свободы в качестве математической модели его колебательной системы согласно общей теории колебаний может быть применена система нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка вида

|21 - + "¡4 =Гп<>г +.Гч°2 + Лза2 ^

|Д - + п\аг = у1]а) + + у1ъа, '

где а — переменная величина колебательной системы; п - собственная частота колебательного контура; (1 — малый параметр, характеризующий близость данной системы к линейной;

F(a) — функция, определяющая нелинейность колебательного контура; уи; у\2\ yo — упругая (емкостная), инерционная (индуктивная) и диссипативная (резистивная) составляющие коэффициента связи колебательной системы преобразователя.

Применяя метод медленно меняющихся амплитуд для анализа режимов связанных колебаний в системах с малой диссипацией и малой нелинейностью (колебания мало отличаются от гармонических), можно получить известные решения уравнений (1.2) в виде

а, = Afíjeos [<»¡0t- f,(t)];

(1.3)

а3 = B(t)cos [a>10t- /,(*)]•

A = A0 + цл sin©,;

В = B0 - цв sin &2 ,

где А; В — медленно меняющиеся во времени амплитуды колебаний;

0,102 — медленно меняющиеся во времени фазы колебаний;

ф= (©, - 02) - разность фаз связанных колебаний;

_ + ат _ часхоха совместных колебаний; 0 2

U - частота биения колебаний.

При исследовании режимов работы разработанных первичных преобразователей использовался коэффициент взаимодействия (X), являющийся удобной для инженерной практики обобщенной характеристикой колебательной системы датчика. Данный параметр может быть достаточно легко рассчитан по известным значениям коэффициента связи (7), относительной расстройке частот (£) и амплитуд (к) связанных колебаний:

к

2{ 4

^^L; K = r = b-, (1.4)

й> 2 2{в А) ' v

где Zc; Zo — сопротивления элемента связи и колебательного контура.

Выходными параметрами амплитудных, фазовых и частотных пьезо-резонансных датчиков, основанных на использовании связанных колебаний, могут являться:

• глубина амплитудной модуляции (ш);

• относительная расстройка амплитуд синхронизированных колебаний (N);

• частота биения колебаний (Об);

• число импульсов за период биения колебаний (N5);

• разность числа синфазных и противофазных импульсов за период биения колебаний (ЛЫ6);

• число импульсов за время вхождения системы в синхронизм (Ис);

• отношение амплитуд синхронизованных колебаний (х);

• разность фаз синхронизованных колебаний(ф). Аналитические зависимости для данных параметров удобно выразить

с использованием предложенного параметра (X):

где а»- коэффициент связанности колебательной системы.

Для исследования режимов связанных колебаний в технических устройствах широко применяют классические методы анализа: метод медленно меняющихся амплитуд, укороченных символических решений; с ис-. пользованием подстановок Боголюбова-Митропольского и др. При этом рассматриваются лишь основы теории синхронизации и не затрагиваются вопросы, связанные с анализом нестабильности колебаний, перескоков фазы и частот колебаний, не исследуются особенности реальных колебательных систем датчиков, не оцениваются режимы работы таких устройств с метрологических позиций и т.д.

В связи с этим предложен и разработан метод условных эквивалентных контуров. Суть его заключается в том, что, используя относительную систему координат, колебательная система с двумя степенями свободы, например, с емкостной связью (рис. 1.2) заменяется двумя не взаимодействующими между собой эквивалентными контурами: усредненным, синхронизированным (СЭК) и разностным, дифференциальным (ДЭК) (рис. 1.3). При этом полагается, что неизменяемая во времени часть полной колебательной энергии системы сосредоточена в синхронизированном контуре (СЭК), а в дифференциальном контуре (ДЭК) — изменяемая. Асинхронному режиму связанных колебаний соответствует преобладание переменной, а синхронному режиму — постоянной составляющей энергии небаланса между взаимодействующими контурами.

Рисунок 1.2 — Эквивалентная электрическая схема замещения преобразователя при емкостной связи между контурами

(1.5)

J

а) б)

Рисунок 1.3 — Условные эквивалентные электрические схемы замещения

колебательной системы преобразователя: а - для дифференциального контура; б — для синхронизированного контура

Эквивалентная электрическая схема замещения дифференциального контура включает в себя накопительные элементы (Ьлж , Сд>«) и резистор (Ил™), характеризующий «потери» колебательного контура, обусловленные взаимодействием между парциальными системами. Для определения числовых значений параметров условных контуров могут быть использованы следующие упрощенные соотношения:

Ьп-ьА- ~

С =

ПШ" —

А 0 ¿21 С с

Д£

Ьо =Ьи> =Ьго :

_ хдэк _ V

бдэК 4

с Асо

= > £ --

®0

г-о*

=2 А&д0;

сдэк

' о +

(1-6)

(1.7)

(1.8) (1.9)

где П; о)о— собственные частоты условных контуров;

До) — абсолютная расстройка собственных частот резонаторов;

х0; хюк — реактансы условных контуров;

евж; - ЭДС контуров;

Qo; Qлж - добротность условных контуров.

Сравнительный анализ результатов математического моделирования динамических процессов в ЭЭСЗ и в эквивалентных условных контурах (СЭК) и (ДЭК) подтвердил применимость данного метода для анализа режимов работы первичных преобразователей, основанных на использовании связанных колебаний в системах с двумя степенями свободы. Предложенный метод условных контуров придает физический смысл и наглядность полученным аналитическим зависимостям, удобен для применения в инженерной практике,' так как позволяет заменить достаточно трудоемкий анализ поведения колебательной системы преобразователя с двумя степенями свободы описанием процессов в одиночном колебательном контуре.

Во второй главе «Исследование режимов работы пьезорезонанс-ных первичных преобразователей с двумя степенями свободы и вывод

основных математических соотношений» исследованы особенности реализации синхронного, асинхронного и бифуркационного (порогового) режимов связанных колебаний в сложных пьезорезонансных структурах.

При реализации дифференциального метода формирования выходного сигнала датчика, реализующего синхронный режим работы пьезоэлектрического преобразователя в качестве выходного сигнала датчика, удобно использовать отношение амплитуд (х) или разность фаз (Л.ф) связанных колебаний. Контролируемая физическая величина при этом может воздействовать как непосредственно на параметры пьезорезонаторов, модулируя их относительную расстройку частот (£), так и управлять условиями распространения механических колебаний в элементе связи, то есть воздействовать на значение коэффициента акустической связи системы (7). На рисунках 2.1-2.2 приведены соответствующие графические зависимости, представленные в относительных координатах.

О 0,2 0,4 0,6 1 у* 0 0,2 0,4 0,6 1

Рисунок 2.1 — Зависимость параметров колебаний синхронизированных резонаторов от величины коэффициентов связи (у) и относительной расстройки частот (£) парциальных систем

•

•

л,

у '■г

* — .... ... У

0 2 4 6 8 10 ег

Рисунок 2.2 — Зависимость коэффициента распределения амплитуд синфазных (хО и противофазных (хО колебаний от степени связанности

системы (а)

Режимы работы преобразователя в окрестностях точки бифуркации связанных колебаний характеризуются высокой чувствительностью. При реализации режима биения колебаний с частичным увлечением частот можно использовать следующие упрощенные математические соотношения, описывающие амплитудную, фазовую и частотную модуляции связанных колебаний в системе:

2 , л

1--

* _VI-

N.

N1

1 агс!£

- * ¡1-1 2£л/1 -ЛЧ я

, 2 . л 1 н—агс/£ , -

* Vl-лг

■IV-

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

1-Я2 "" Я1 '

где ш' - глубины амплитудной модуляции, с учетом частичного увлечения частот;

N1; N2; Ш — соответственно число синфазных и противофазных колебаний за период биения и их разность.

Установлено, что зависимость глубины амплитудной модуляции (ш') связанных колебаний от величины коэффициента взаимодействия характеризуется наличием экстремума (рис. 2.3). Данное обстоятельство необходимо учитывать при практической реализации режима биения колебаний с частичным увлечением частот.

т, т',

0,5

N т'

V

/ \

/

0,6 X» 0,8

0,2

0,4

0,6 \

Рисунок 2.3 — Зависимость глубины амплитудной модуляции связанных колебаний от уровня взаимодействия парциальных систем

По результатам проведенного анализа режимов работы устройств, реализующих режимы связанных колебаний в системах с двумя степенями свободы, сделан вывод, что с целью повышения чувствительности первич-

ного преобразования могут быть использованы следующие параметры связанных колебаний:

• числа колебаний за полупериод биения колебаний;

• разности числа синфазных и противофазных связанных колебаний за период биения;

• разности фаз синхронизированных колебаний;

• числа колебаний за время переходного процесса входа-выхода системы в синхронизм;

• глубины амплитудной модуляции при биениях колебаний с частичным увлечением частот.

Оценку эффективности реализации связанных колебаний в пьезорезо-нансных устройствах контроля можно произвести с помощью коэффициента относительной чувствительности (К). При использовании в качестве модулируемого параметра первичного преобразователя: а) глубины амплитудной модуляции (ш):

(К.)

дт /т 2 дЛ/Л л

л2 *.

(2.5)

где ш,; тг — индексы частотной и фазовой модуляции связанных колебаний;

б) частоты биения колебаний (П):

(Ки) гги ф

(К,) =

<ю Л

~дЛ~'7Т

1-Л2

в) разности фаз синхронизированных колебаний (<р)\

д<р ¡<р Л Л

- —р

дЛ /Л /7м

V 1 аг^ил ■

Л

г) отношения амплитуд синхронизированных колебаний

(2.6) (2.7)

К)'

дх!х

да/а

VI

+ а

д) числа колебаний за полупериод биения (/V):

(К.)

«ЭИ Л

~дЛ~ ТГ

л2

ТТ2

(2.8)

(2.9)

е) разности числа синфазных и противофазных колебаний за период биения (дЛ'):

дЛИ Л г т (210)

=

дЛ ДЫ

аг^т

ж) длительности переходного процесса входа (выхода) системы в синхронизм (1):

дф Л

дХ/Л 1-я

(2.11)

Анализируя графики, отражающие зависимость коэффициента относительной чувствительности преобразователя от уровня связанности в системе при использовании одного источника возбуждения автоколебаний (рис. 2.4, а) или от значения коэффициента взаимодействия парциальных систем при использовании двух автогенераторов (рис. 2.4, б), можно выделить некоторые характерные режимы связанных колебаний в системе:

• при возбуждении простых биений колебаний (х» 0) и синхронного режима в окрестностях значений коэффициента взаимодействия А » -/г реализуются квазилинейные режимы работы датчика, при этом значение коэффициента нелинейности функции преобразования близко к единице (К «1);

• при критическом уровне взаимодействия (Л=1) в колебательной системе преобразователя реализуются нелинейные высокочувствительные режимы синхронных и асинхронных колебаний, что позволяет осуществить дополнительное повышение чувствительности преобразования в К раз ( К »1);

• при возбуждении колебаний в системе с использованием одного автогенератора (ст>1) или реализации сильных взаимодействий парциальных систем при возбуждении колебаний от двух автогенераторов (Я »1) чувствительность преобразователя к рассогласованию параметров колебательной системы минимальная (К « 1).

Кг^л———————— К А

0,5

N

\

О 1 Л

а) б)

Рисунок 2.4 — Зависимость коэффициента относительной чувствительности колебательной системы преобразователя от степени связанности (а) и взаимосвязанности (б) между парциальными системами

На основе проведенных исследований сделан вывод о целесообразности использования бифуркационных режимов взаимодействия автоколебательных систем с целью повышения чувствительности пьезорезонансных первичных преобразователей и реализации режимов сильносвязанных колебаний и взаимодействий с целью пространственного разделения взаимо-

действующих вибраторов. Рациональное практическое использование особенностей режимов связанных колебаний в пьезоэлектрических датчико-вых структурах позволит создавать на их основе высокочувствительные устройства контроля параметров технологических процессов, способных надежно функционировать в тяжелых производственных условиях.

В третьей главе «Анализ особенностей практической реализации режимов связанных колебаний в пьезорезонансных структурах» рассмотрены принципы построения первичных преобразователей, основанных на использовании связанных колебаний в пьезорезонансных структурах, и способы модуляции их параметров.

Теоретической базой для разработки разнообразных типов датчиков данного типа является использование зависимости параметров связанных колебаний преобразователя от величины акустических потерь, эквивалентной жесткости и массы пьезорезонаторов, уровня акустической связи между ними и т.п.

Дана характеристика особенностей практической реализации связанных колебаний в пьезоэлектрических первичных преобразователях, рассмотрены основные разновидности их конструктивного исполнения, области возможного практического применения.

Установлено, что характер контролируемой физической величины, агрегатное состояние объекта контроля определяют конструкцию первичного преобразователя, режимы реализуемых взаимодействий в колебательной системе преобразователя, параметры элемента акустической связи и т.п.

На рис. 3.1 представлены варианты исполнения колебательной системы пьезорезонансных первичных преобразователей, определяющие три основных конструктивных типа датчиков:

• а; б — основанных на модуляции связанных колебаний в монолитных пьезорезонаторах (ПР МСК — датчики);

• в; г; д — основанных на модуляции условиями взаимодействия между отдельными пьезорезонаторами, связанными через газообразные, жидкие или твердотельные элементы акустической связи (ПР МСР — датчики);

• е; ж; з — реализующих процессы взаимодействий колебаний и волн в составных пьезорезонаторах и протяженных элементах акустической связи (ПР МСВ — датчики).

В основу классификации разработанных устройств, реализующих режимы связанных колебаний, положены многообразие физических принципов действия, механизмов чувствительности, реализуемых режимов работы, разновидностей связанных колебаний, модулируемых параметров колебательной системы датчика, конструктивных исполнений первичных преобразователей, области их применения и т.п.

О и: и.

ПР

а)

ПР1 ПР2

В)

Д)

е)

1Г

ПР1 ПР2

Ж)

Рисунок 3.1 — Принципы построения первичных преобразователей с использованием связанных колебаний в пьезорезонансных структурах:

АГ - автогенератор; ПР - пьезорезонатор; В - вибратор; ЭС - элемент акустической связи; 11|; и2 - выходные напряжения преобразователя

П ьезорезонансные приборы контроля с использованием связанных колебаний

Конструктивные особенности преобразователя

_ однорезонаторный

По режиму работы

_ асинхронные

__ бифуркационные

и синхронные

Агрегатное состояние материала элемента связи

газообразный

двухрезонаторный

на составных пьеэо-реэонаторах

Модулируемый параметр преобразователя

_ коэффициент связи

ЖИДКОСТНЫЙ

твердотельный

_ расстройка парциальных частот

разность фаз связанных колебаний

4 акустические потери |

Применение связанных колебаний I

Функциональное преобразование^^

Формирование вы» ходного сигнала преобразователя

В ысокочу вствител ь-ный режим работы

Способ передачи измерительной ннфор-_мации_

Рисунок 3.2 — Классификация устройств контроля параметров технологических процессов, реализующих режимы связанных колебаний

в пьезострукгурах

Согласно предложенной классификации пьезорезонансных устройств контроля с использованием связанных колебаний предусматривается три основных варианта конструктивного исполнения первичных преобразователей, отличающиеся по степени защищенности датчика от воздействия внешних дестабилизирующих факторов:

1. Для менее жестких условий эксплуатации применима конструкция первичного преобразователя на базе монолитного пьезоэлемента, реализующего режимы связанных колебании в объеме резонатора и имеющего систему дополнительных обкладок на своей поверхности. Механизм чувствительности устройств данного типа основан на модуляции контроли-

руемой физической величиной параметров колебательной системы монолитного пьезорезонатора.

2. С целью изоляции пьезоэлектрического преобразователя от непосредственного контакта с контролируемой средой могут использоваться конструкции, состоящие из взаимодействующих пьезорезонаторов. Элементом акустической связи между ними может служить контролируемая среда.

3. Для экстремальных условий эксплуатации с целью изоляции пье-зоэлементов не только от непосредственного контакта с контролируемой средой, но и от дестабилизирующих воздействий полями различной физической природы (тепловых, механических и др.) более пригодны конструкции первичных преобразователей на базе составных пьезорезонаторов с протяженными элементами акустической связи.

В четвертой главе «Разработка и практическая реализация первичных преобразователей, основанных на использовании связанных колебаний в монолитных пьезорезонаторах» рассмотрены принципы построения дифференциальных первичных преобразователей с амплитудным и частотным выходами.

Исследование режимов работы устройств данного типа осуществлено на примере обобщенной модели дискового пьезорезонансного преобразователя (рис. 4.1). Колебательная система пьезопреобразователя характеризуется наличием как минимум двух степеней свободы, обусловленных резонансными формами колебаний: продольной (радиальной) с парциальной частотой (<«,„) и поперечной (по толщине) с парциальной частотой (£у2о )• Для отношения напряжений и относительной разности выходных напряжений с дифференциальных обкладок пьезоэлемента получены следующие упрощенные формулы:

Ц „ Ы1+02

и,

А У

и

1

2гЛ лР

2 Г

2>*10И21

2 у.

ё

1 + У 1-У У

1 -С^-у

2т Л хО

1-у'

(4.1)

(4.2)

где

V - коэффициент Пуассона; Б; Ь — соответственно диаметр и толщина пьезоэлемента; Пю; П20 - парциальные частоты колебательной системы; т — параметр, характеризующий спектр частот колебаний резонатора; В - параметр, характеризующий неидентичность свойств материала в различных областях пьезоэлемента.

На рис. 4.1 приведен график, отражающий зависимость коэффициента связанности колебательной системы дискового пьезорезонатора от соотношения его геометрических размеров. При соблюдении условия

(^«1,3... 1,5), обеспечивающего согласование резонансных размеров пьезорезонатора, связанность колебательной системы преобразователя достигает максимума (ст»1), тензочувствительность датчика усилий при этом минимальная.

Для определения рациональных соотношений размеров дифференциальных обкладок на поверхности пьезорезонатора, обеспечивающих эффективность процесса электромеханического преобразования, может использоваться математическая зависимость, полученная на основе анализа картины деформаций в объеме дискового пьезоэлемента и распределения энергии колебаний между степенями свободы:

2 у 11+У

— «-агсс<«(--, ), (4.3)

О я ,2. \г, яО _.2ч ,2гА„г . , + ^

2га ко \ 2тк я£> 1-у

где — соотношение диаметров границ разделения дифференциальных обкладок на поверхности пьезоэлемента.

о 5

3

1

О 1 2 £>/А и-2-J

Рисунок 4.1 — Зависимость коэффициента связанности колебательной системы преобразователя от соотношения геометрических размеров

пьезорезонатора

Например, для дискового дифференциального пьезотрансформаторно-го преобразователя статических усилий могут быть рекомендованы следующие рациональные соотношения геометрических размеров пьезоэлемента и обкладок на его поверхности:

— = 2-1-3; (1, «0,8 Б; й2 «0,6 Б. к

На основе анализа особенностей реализации связанных колебаний в монолитных пьезорезонаторах дано описание принципа работы диффе-

ренциального пьезотрансформаторного датчика статических усилий.

Теоретически и экспериментально обоснованы конкретные рекомендации по разработке конструкции датчиков данного типа. Показано, что механизм силочувствительности преобразователя на базе монолитного пьезоре-зонатора обусловлен реализацией функциональной зависимости относительной расстройки парциальных частот пьезорезонатора (£) от контролируемого усилия (Б). Изменение коэффициента связанности (а) колебательной системы преобразователя сопровождается соответствующим приращением выходных напряжений на дифференциальных обкладках пьезорезонатора (Ли):

(4.4)

и сг у где а — конструктивный параметр.

Существенную роль в механизме силочувствительности таких устройств играют также дополнительные факторы, связанные с неидентичностью акустических потерь и контактной жесткостью пьезорезонатора с силопередаю-щими элементами конструкции датчика, что является причиной низкой стабильности и воспроизводимости его нагрузочных характеристик.

Высокочувствительный бифуркационный режим работы колебательной системы первичного преобразователя на базе монолитного пьезоэле-мента был реализован в дифференциальном датчике усилий с частотным выходом. Силовоспринимающим устройством преобразователя является пьезоэлемент с системой обкладок, обеспечивающий электромеханическую связь между взаимодействующими электрическими контурами (рис. 4.2). Такое техническое решение позволило улучшить акустическую развязку колебательной системы преобразователя за счет того, что рабочая частота устройства существенно отличается от частоты механического резонанса пьезоэлемента. В связи с этим величина акустических потерь колебательной системы преобразователя через силопередающие элементы датчика незначительна по сравнению с энергией, запасаемой взаимодействующими электрическими контурами.

а) б)

Рисунок 4.2 - Структурные схемы датчиков усилий, реализующих механизм диэлектрической тензочувствительности пьезоэлементов

Принцип работы устройств данного типа основан на реализации нелинейной функциональной зависимости диэлектрической проницаемости

пьезоматериала (с) от величины механических напряжений, создаваемых контролируемым усилием (Б) в теле пьезоэлемента.

Для характеристики преобразователей данного типа можно использовать понятие коэффициента относительной диэлектрической тензочувст-вительности (Ке пьезокерамики:

(4-5)

Чувствительность преобразователя данного типа зависит не только от механической, но и от электрической составляющей напряженности поля в объеме пьезоэлемента. На основе управления тензочувствительностью пьезокерамики электрическим полем (Иу) реализован компенсационный метод контроля статических усилий (рис. 4.2, б).

Теоретически обоснован и практически реализован вариант построения на базе монолитного многоэлектродного дискового пьезоэлемента дифференциального пьезотрансформаторного первичного преобразователя, предназначенного для контроля вязкости жидких сред.

Выходной сигнал такого датчика пропорционален отношению напряжений, снимаемых с центральной и периферийной обкладок пьезорезонатора, помещенного в контролируемую среду. Механическая добротность пьезорезонатора (£?) определяется величиной акустических потерь, обусловленных на периферии пьезоэлемента в основном сдвиговой составляющей вязкости (т/с), а в центральной части пьезоэлемента — объемной составляющей вязкости (77об.) контролируемой среды:

в__рт«____(4-6)

1+ ■•^гр^.ю+Ач. Чсо.

е>тй

где т0 — масса резонатора;

5 — площадь рабочей части поверхности резонатора;

со — частота колебаний резонатора;

р - плотность среды.

При этом отношение выходных напряжений, снимаемых с центральной и периферийной обкладок пьезоэлемента, зависит от вязкости контактирующей с ним среды. При возбуждении колебаний пьезорезонатора на частотах СО] и со2, обеспечивающих максимальные уровни выходных напряжений на центральной (и*]) и периферийной (1Л*г) обкладках пьезоэлемента, для отношения выходных напряжений преобразователя можно использовать следующие упрощенные функциональные зависимости: ги\ и,

М 1 "о ; (4.7)

''г)щ .Ы) Ар.) р.к1.-а

где Ь - толщина пьезорезонатора.

30 40 50 60 П.Па*о

Рисунок 4.3 — Нагрузочные характеристики дискового пьезотрансформаторного датчика вязкости

Сравнительная оценка различных вариантов построения пьезоэлектрических датчиков вязкости показала, что дифференциальные преобразователи на базе монолитных пьезорезонаторов характеризуются наилучшим показателем коэффициента эффективности процесса первичного преобразования (Кэ) контролируемой физической величины. Например, при контроле вязкости (г;) в пределах от 0 до 20 Па-с и изменении температуры окружающей среды (1) от 20 до 60 °С значения коэффициентов эффективности для дифференциального пьезотрансформаторного (а), амплитудного (б) и частотного (с) вариантов датчика составили, соответственно:

а)

б)

в)

25,5;

№

т

ли и

),о

тл

АаЛ

0,5 ' 0,093 '

0,0084

■5,4;

>2,9.

0,0029

В результате проведенных исследований разработаны и нашли практическое применение первичные преобразователи на базе монолитных пьезорезонаторов с системой дополнительных электродов. К достоинствам таких устройств можно отнести простоту конструкции, низкую стоимость,

технологичность изготовления, малые габариты, высокую надежность при эксплуатации в тяжелых производственных условиях, характеризующихся наличием сильных механических, тепловых и других воздействий.

В пятой главе «Разработка и основные направления практической реализации первичных преобразователей на базе акустически связанных пьезорезонаторов» проанализированы основные характеристики и принципы построения первичных преобразователей, разработанных на базе акустически связанных пьезорезонаторов.

Механизм чувствительности устройств данного типа основан на реализации функциональной зависимости процессов взаимодействия пьезорезонаторов от особенностей распространения акустических волн в контролируемых средах, модуляции параметров взаимодействующих пьезорезонаторов и элемента связи между ними.

Проведено теоретическое, экспериментальное обоснование и предложен ряд конструктивных решений пьезоэлектрических первичных преобразователей различного функционального назначения. В том числе, предложены конструкции высокочувствительных пьезопреобразователей с газообразными, жидкостными и твердотельными элементами акустической связи, предназначенными для контроля различных параметров технологических процессов: давлений; микроперемещений; деформаций; усилий; плотности и скорости газообразных и жидких сред и т.п.

При конструировании первичных преобразователей с использованием дополнительного элемента акустической связи между взаимодействующими пьезорезонаторами необходимо обеспечить выполнение следующих условий:

а) величина площади акустического контакта (5* ) пьезорезонатора с контролируемой средой должна обеспечивать значение коэффициента связи, близкое к оптимальному (/„„„), которое, в свою очередь, зависит от добротности применяемых пьезорезонаторов (<3):

где — эквивалентная излучающая поверхность пьезорезонатора;

г,; г2 — акустические импедансы пьезорезонатора и контролируемой среды;

б) относительная расстройка собственных частот пьезорезонаторов должна находиться в пределах

в) соотношение уровней напряжений автогенераторов ( х) необходимо выбирать из условия обеспечения допустимого температурного режима работы пьезопреобразователя.

(5.1)

2

(5.2)

На базе акустически связанных пьезокварцевых резонаторов реализован высокочувствительный датчик давления газовых сред. В отличие от известного устройства, включающего в себя пьезоэлектрические излучатель и приемник ультразвука, реализуется бифуркационный режим взаимодействия пьезорезонаторов, возбуждаемых в режиме автоколебаний, что позволяет существенно повысить чувствительность датчика. Модулируемым параметром колебательной системы преобразователя при этом является коэффициент акустической связи между взаимодействующими пьезокварцевыми резонаторами. Достоинством датчиков такого типа является высокая чувствительность и отсутствие дополнительных механических элементов.

Ультразвуковой одноканальный способ контроля скорости потока газообразных и жидких сред основан на реализации функциональной зависимости от скорости потока (V) параметров связанных колебаний пьезорезонаторов, взаимодействующих через контролируемую среду. Модулируемым параметром колебательной системы преобразователя является время запаздывания сигнала в канале связи. Функция измерительного

где N — число колебаний за полупериод биения;

к — число длин волн в канале связи;

с — скорость звука в среде.

Максимальная чувствительность устройства достигается при реализации бифуркационного режима работы преобразователя. Применение компенсационного принципа управления процессом первичного преобразования, например, путем регулирования напряжения возбуждения пьезорезонаторов, позволяет расширить диапазон контролируемых значений скорости потока.

В датчиках иммерсионного типа взаимодействие пьезорезонаторов осуществляется через жидкость и характеризуется существенно большим значением акустического импеданса по сравнению с газообразным элементом связи. Это позволяет применять для создания первичных преобразователей данного типа низкодобротные пьезокерамические материалы. Например, дифференциальный пьезотрансформаторный датчик давления иммерсионного типа, состоящий из двух соединенных по периметру дисковых пьезорезонаторов, характеризуется высокой чувствительностью, конструктивно прост и обеспечивает достаточно высокую стабильность контроля давления газовых сред.

Высокочувствительный дифференциальный пьезотрансформаторный датчик уровня раздела жидких сред предназначен для контроля границы раздела сред, отличающихся по плотности и скорости звука. В устройствах данного типа с целью формирования дифференциального вы-

преобразования при этом имеет вид:

(5.3)

ходного сигнала датчика удобно в качестве резонаторов использовать пье-зотрансформаторы.

Конструктивно датчик может состоять из двух герметичных полостей, внутри которых размещены пьезоэлементы. Акустический контакт резонаторов со средой осуществляется через промежуточные согласующие элементы.

В основу разработки дифференциального пьезотрансформаторного датчика плотности раствора положена реализация функциональной зависимости от свойств контролируемой среды коэффициента акустической связи между взаимодействующими пьезорезонаторами. Получены экспериментальные зависимости ширины полосы синхронизации, частоты биения и глубины амплитудных модуляций связанных колебаний в функции плотности (концентрации) раствора. В результате проведенных исследований выработаны рекомендации по разработке амплитудных, частотных и фазовых датчиков иммерсионного типа.

Элементом акустической связи между взаимодействующими пьезорезонаторами могут являться не только газообразные, жидкие среды, но и твердые тела. В силу своих упругих и инерционных свойств они могут оказывать влияние на параметры взаимодействующих вибраторов. Применение твердотельных элементов акустической связи между взаимодействующими резонаторами характеризуется достаточно большим разнообразием возможных конструктивных решений построения первичных преобразователей.

Механическое соединение резонаторов с твердотельным элементом связи может быть шарнирным или жестким. Соотношение геометрических размеров элементов конструкции первичного преобразователя, способы их соединения являются важными вопросами конструирования датчиков такого типа, определяющими механизм чувствительности, особенности режимов работы устройств.

Одной из важных задач, связанных с повышением эффективности пьезорезонансных датчиков усилий, является решение проблемы акустической развязки колебательной системы преобразователя с элементами конструкции датчика. Реализация режимов связанных колебаний в двухре-зонаторных конструкциях преобразователей позволяет не только повысить их чувствительность, но и существенно снизить влияние на метрологические характеристики датчиков нестабильности акустических потерь колебательной системы преобразователя, изменения температуры окружающей среды, а также влияние других дестабилизирующих факторов.

Например, в двухрезонаторном датчике статических усилий (рис. 5.1), состоящем из двух жестко соединенных по периметру пьезоэле ментов, при возбуждении радиальной моды колебаний в центрах дисковых пьезорезонаторов образуются узлы колебаний, что обеспечивает акустическую развязку преобразователя с силопередающими элементами.

м

У^ЖГ

и,

Ко| Ш| ГГ>к Ш1 Ко2 .

^—тт—•—• у нгг-1

/ +£*. с, С3 г н > 2

П_1

См

Рисунок 5.1 — Структурная и эквивалентные схемы замещения двухрезонаторного датчика усилий

Амплитудно-частотная характеристика такого устройства содержит спектр частот, отражающих наличие различных типов колебаний в системе, в том числе и комбинированных. В таблице приведены теоретически и экспериментально полученные соотношения резонансных частот преобразователя.

Таблица значений резонансных частот колебаний преобразователя

Теоретически Экспериментально

-^ = ¡=2,76 «>10 4 = 2,78

^ = + «2,94 «10 4 «3,0

- , «0,94 <°1 VI+/2 ^-«0,93 /а

г, =—Ц-« 0,0616 Гг 1 + И г2 - 77-^1-0,0747

При возбуждении противофазных колебаний пьезорезонаторов в колебательной системе датчика устанавливается режим связанных радиаль-но-изгибных колебаний. При этом акустическая связь между резонаторами

характеризуется коэффициентом инерционно-упругой связи (7) и зависит от степени согласования геометрических размеров пьезорезонаторов и элемента связи, а также и от величины контролируемого усилия (Б):

_1_ _1_ . Р ....

" 1 + ^АГо+^Г + С'^^" | 1 + 2?+АР + '

2(й, + *,)'

где Б; 111 - диаметр и толщина пьезоэлемента; Ь2 - толщина элемента связи; А; С - коэффициенты пропорциональности;

Ко; К„ - коэффициенты упругости для радиальной и изгибной мод колебаний пьезорезонаторов;

ш — коэффициент, характеризующий качество акустического контакта между пьезорезонаторами и элементом связи.

У 0,06

0,05

0,04

0,03

\

\

\

\

160 Р,Н

20 40 60 80 100 120 Р,Н

Рисунок 5.2 — Нагрузочные характеристики двухрезонаторного датчика усилий

Аналитическая зависимость для отношения выходных напряжений, снимаемых с дополнительных обкладок пьезорезонаторов, может быть представлена в виде

+ + . (5.5)

Чувствительность датчика и линейность рабочей характеристики зависят от многих факторов, в том числе от топологии и схем соединения секционированных обкладок пьезорезонаторов:

где р — коэффициент, характеризующий уровень электрической связи между взаимодействующими пьезорезонаторами и зависящий от соотношения площадей соединяемых обкладок и топологии расположения их на поверхности пьезоэлементов;

В - коэффициент, характеризующий неидентичность параметров пьезорезонаторов.

Устройства данного типа, основанные на модуляции контролируемым воздействием параметров связанных основных и комбинированных колебаний в многорезонаторных конструкциях первичных преобразователей, характеризуются высокой чувствительностью, реализуя при этом дифференциальный принцип формирования выходного сигнала датчика, что позволяет использовать их в тяжелых условиях эксплуатации.

В шестой главе «Первичные преобразователи с использованием связанных колебаний в составных пьезорезонаторах, их разработка и практическая реализация» рассмотрены вопросы использования связанных колебаний в составных пьезорезонаторах, в том числе и с протяженными элементами акустической связи.

Показаны преимущества использования в качестве чувствительных элементов составных пьезорезонансных датчиков специальных вибраторов, представляющих собой колебательные системы с распределенными параметрами, по длине которых устанавливаются режимы стоячих волн. Создание сложных конструкций чувствительных элементов датчиков с применением составных пьезорезонаторов, дополнительных вибраторов, протяженных элементов акустической связи и с реализацией в них режимов связанных колебаний позволяет создавать на их основе высокочувствительные устройства контроля параметров технологических процессов, способные надежно функционировать в жестких производственных условиях. Это достигается за счет пространственного разделения составных частей колебательной системы первичного преобразователя: пьезорезона-тора и дополнительного вибратора, являющегося чувствительным элементом датчика.

Устройства данного типа применимы для контроля параметров агрессивных, абразивных, пожаро- и взрывоопасных рабочих сред при экстремальных условиях эксплуатации, характеризующихся наличием сильных тепловых, механических воздействий на чувствительные элементы первичных преобразователей. В качестве вибраторов использовались протяженные металлические пластины, стержни и т.п. Для возбуждения колебаний и генерации выходного электрического сигнала датчика удобно ис-

(5.6)

пользовать монолитные пьезоэлементы с еистемои секционированных электродов.

Можно выделить три основные группы преобразователей такого типа (рис. 6.1), отличающиеся соотношением уровней запасаемой колебательной энергии в пьезорезонаторе и вибраторе.

В первом случае (рис. 6.1, а) доминирующим элементом в колебательной системе преобразователя является пьезорезонатор (ПР), при этом вибратор (В) контактирует с контролируемой средой и является чувствительным элементом датчика. Режимы связанных колебаний в таких конструкциях первичных преобразователей реализуются непосредственно в теле пьезорезонатора, имеющего систему входных и выходных обкладок. Устройства данного типа могут быть отнесены к классу акусточувствительных преобразователей импедансного типа. Принцип работы и теоретические основы таких преобразователей аналогичны устройствам, рассмотренным в четвертой главе.

Существенного повышения чувствительности процесса первичного преобразования позволяют достичь два других варианта построения составных пьезорезонаторов. При согласовании резонансных размеров вибратора и пьезорезонатора (рис. 6.1, б) преобразователи могут рассматриваться как двухрезонаторные колебательные системы, реализующие синхронный режим связанных колебаний. В конструкции преобразователя, представленной на рис. 6.1 в, масса вибратора значительно превышает массу пьезоэлемента, режимы связанных колебаний реализуются в теле вибратора, являющегося при этом чувствительным элементом датчика. Наибольший практический интерес представляет последний вариант построения преобразователя с вибратором, имеющим согласованные размеры.

Пр в

-шПР

«н^

б)

11

ПР

в)

Рисунок 6.1 — Варианты построения составных пьезорезонаторов

В конструкции первичного преобразователя с металлическим вибратором пластинчатого типа, имеющим согласованные размеры (рис. 6.2), чувствительным элементом датчика является вибратор, выполненный в виде тонкой протяженной металлической пластины с закрепленным на ее поверхности пьезоэлементом. Пластина имеет геометрические размеры,

при которых обеспечивается согласование поперечной моды колебаний с одним из обертонов ее продольной моды колебаний. Профилирование пластины по её длине (рис. 6.2) позволяет повысить стабильность автоколебательного режима возбуждения составного пьезорезонатора при изменении температуры окружающей среды. Отверстие в месте крепления пьезоэле-мента предназначено для исключения возможности возбуждения изгибной моды колебаний вибратора.

Рисунок 6.2 — Общий вид чувствительного элемента датчика: 1 - вибратор; 2 — пьезоэлемент; 3 — обкладки пьезоэлемента

При конструировании датчиков вибрационного типа приходится решать проблему акустической развязки колебательной системы преобразователя с элементами конструкции датчика. Для этой цели крепление пластины в корпусе датчика осуществляется в точках, соответствующих узлам колебаний вибратора.

Особенностью разработанной конструкции чувствительного элемента датчика является согласование резонансной частоты поперечных колебаний в теле вибратора с одним из обертонов продольной моды колебаний пластины. Для определения значений коэффициентов связи (7) и связанности (а) колебательной системы преобразователя с использованием методики, изложенной в четвертой главе, можно получить следующие математические соотношения:

в V

(6.1)

Высокочувствительному режиму работы преобразователя, принцип работы которого основан на управлении коэффициентом связанности колебательной системы вибратора, соответствуют определенные, критические соотношения резонансных размеров вибратора-

¡7

о

2у

(6.2)

где а; в — ширина и длина вибратора;

1 - номер обертона продольной моды колебаний.

Согласование геометрических размеров вибратора

(!) <«>

обусловливает повышение связанности парциальных колебательных систем вибратора, что, в свою очередь, обеспечивает повышение чувствительности датчиков, принцип работы которых основан на управлении добротностью колебательной системы преобразователя. Параметр (/) соответствует числу «стоячих полуволн» по длине вибратора и не должен превышать значения механической добротности колебательной системы преобразователя (г < <3).

На базе составного пьезорезонансного первичного преобразователя такого типа разработаны высокочувствительные датчики контроля уровня сыпучих материалов, вязкости жидких сред и др.

Режим сильносвязанных колебаний между взаимодействующими резонаторами ^сг » ^ »1 ^ может использоваться с целью создания специальных конструкций первичных преобразователей с протяженными элементами связи и как способ передачи измерительной информации по каналам акустической связи. Теоретической предпосылкой разработки таких устройств является возможность реализации режима сильной связанности между удаленными вибраторами и составными пьезорезонаторами. В результате пропорционального перераспределения колебательной энергии между сильносвязанными парциальными системами амплитуды их колебаний выравниваются, поэтому при изменении механической добротности вибратора, являющегося удаленным чувствительным элементом датчика, происходит пропорциональное изменение напряжения на генераторной обкладке составного пьезотрансформатора.

На рис. 6.3 показаны зависимости напряжения, снимаемого с выходной обкладки составного пьезотрансформатора (ивых) и частоты его колебаний от соотношения геометрических размеров вибратора.

Достоинством первичных преобразователей с протяженными элементами акустической связи между взаимодействующими резонаторами является возможность применения их для экстремальных условий эксплуатации, например, при высоких и сверхнизких температурах, наличии сильных механических воздействий на чувствительный элемент, в пожаро- и взрывоопасных средах и т.п. Датчики данного типа нашли практическое применение в устройствах контроля уровня сыпучих материалов, вязкости и плотности жидких сред.

а)

б)

и' .1

1 м А .л V«

--1

4 в/а

Рисунок 6.3 — Зависимость выходного напряжения (а) и частоты колебаний (б) от соотношения геометрических размеров пьезопреобразователя

В основу работы датчика уровня сыпучих материалов положен механизм акусточувствительности, заключающийся в реализации функциональной зависимости величины акустических потерь резонатора от фактической площади контакта между частицами вещества и поверхностью чувствительного элемента датчика, которая, в свою очередь, зависит от статического давления, создаваемого контролируемой средой. При этом изменение амплитуды электрического напряжения на генераторной обкладке пьезорезонатора, закрепленного на поверхности вибратора, пропорционально величине акустических потерь колебательной системы датчика. Чувствительность преобразователей данного типа зависит от многих факторов, в том числе от физико-механических свойств контролируемой среды, степени согласования геометрических размеров вибратора, соотношения расстройки парциальных частот и уровня акустической связи между вибратором и составным пьезорезонатором.

Устройства данного типа могут найти применение на предприятиях энергетики, строительной промышленности, агропромышленного комплекса и др. К настоящему времени налажен серийный выпуск устройств контроля уровня сыпучих материалов в системах золоудаления котлов тепловых электростанций (СУР — 112). Необходимость в разработке для этой цели датчиков специальной конструкции обусловлена экстремальными условиями их эксплуатации, характеризующимися высокой температурой, абра-зивностью, химической активностью контролируемой среды, наличием сильных механических воздействий на чувствительный элемент датчика.

На рис. 6.4 представлено устройство с использованием связанных колебаний в составном пьезорезонаторе с протяженным элементом акустической связи, предназначенное для контроля уровня сыпучих материалов в жестких условиях эксплуатации. Аналитическую зависимость выходного сигнала датчика (и) от значения контролируемого уровня (Н) можно представить упрощенной формулой

где и<) — напряжение на обкладке возбуждения пьезорезонатора;

а, Ь — параметры, характеризующие конструктивные особенности преобразователя.

Рисунок 6.4 — Общий вид датчика уровня и способ его установки: 1 — вибратор; 2 — элемент акустической связи; 3 — составной пьезорезона-тор; 4 — электронный блок; 5 — контролируемая среда

Реализованный в данном устройстве механизм чувствительности позволяет использовать его не только для дискретного, но и для непрерывного контроля уровня сыпучих материалов.

На базе составных пьезорезонансных первичных преобразователей с согласованными размерами разработаны устройства контроля вязкости (ВР-1) и плотности жидких сред, предназначенные для эксплуатации в жестких условиях.

Принцип работы датчика вязкости основан на способности контролируемой среды демпфировать колебания вибратора, выполненного в виде тонкой металлической пластины с согласованными размерами, по длине которого устанавливается режим стоячей волны. Чувствительность датчика зависит от толщины вибратора, степени согласования резонансной частоты пьезоэлемента с частотами продольных и поперечных колебаний вибратора.

К эксплуатационным достоинствам разработанного устройства можно отнести простоту конструкции датчика, сохранение работоспособности при сильных внешних воздействиях различной физической природы, отсутствие движущихся частей, возможность широкого выбора используемых в конструкции датчика материалов. Прибор предназначен для контроля динамики технологического процесса, обеспечивает высокую чувствительность к изменению вязкости коагулирующих, пожаро- и взрывоопасных сред и высокую помехозащищенность по отношению к внешним дестабилизирующим факторам.

Высокочувствительный датчик плотности жидких сред конструктивно состоит из двух акустически связанных через контролируемую среду составных пьезорезонаторов. Устройство применимо для жестких условий эксплуатации.

Основные выводы и результаты исследований

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований обоснована целесообразность применения связанных колебаний в пьезоэлектрических структурах, что позволило развить научно-технические основы построения, осуществить разработку и внедрение высокочувствительных пьезорезонансных первичных преобразователей, приборов и методов контроля параметров технологических процессов на их основе, предназначенных для эксплуатации в жестких условиях.

2. Произведена оценка эффективности применения режимов связанных колебаний в пьезорезонансных первичных преобразователях, определены области их рационального использования в устройствах контроля параметров технологических процессов. Установлено, что:

• для повышения чувствительности пьезорезонансных первичных преобразователей необходимо обеспечить реализацию режимов слабосвязанных взаимодействий в колебательных системах с конечным числом степеней свободы;

• использование синхронного режима сильносвязанных колебаний в пьезорезонансных структурах с протяженными элементами акустической связи позволяет осуществить пространственное разделение взаимодействующих между собой вибраторов и составных пьезорезонаторов;

• рациональное использование режимов сильно- и слабосвязанных взаимодействий в пьезорезонансных структурах позволяет создавать на их основе высокочувствительные датчики, применимые для жестких условий эксплуатации.

3. Разработаны упрощенные математические модели и метод условных эквивалентных контуров, применимые для инженерной практики, адекватно отражающие режимы работы первичных преобразователей, осно-

ванных на использовании связанных колебаний в пьезорезонансных структурах.

4. Теоретически исследованы и экспериментально подтверждены особенности практической реализации режимов связанных колебаний в пьезорезонансных структурах. При этом установлено, что режим биения колебаний с частичным увлечением частот характеризуется наличием критического значения коэффициента взаимодействия (Я4 »0,63), определяющего условие максимальной чувствительности первичных преобразователей с амплитудным выходом. Синхронный режим работы преобразователя в окрестностях значения коэффициента взаимодействия (Л »1,4) характеризуется линейностью функции первичного преобразования и может быть рекомендован для реализации в датчиках с дифференциальным выходом.

5. Разработаны принципы построения и методики расчета параметров первичных преобразователей с использованием связанных колебаний в пьезорезонансных структурах, позволяющие осуществлять проектирование высокочувствительных устройств контроля параметров технологических процессов, применимых для жестких условий эксплуатации. Рассмотрены особенности конструктивного исполнения первичных преобразователей с использованием взаимосвязанных колебаний в пьезорезонансных структурах, что позволило выработать конкретные рекомендации по реализации высокочувствительных режимов работы и возможность применения устройств контроля на их основе для жестких условий эксплуатации.

6. С использованием связанных колебаний в пьезоэлектрических структурах разработаны новые методы контроля параметров технологических процессов, в том числе: акусточувствительный метод и устройство контроля уровня сыпучих материалов; одноканальный способ и устройство контроля скорости потока жидких и газообразных сред; способ и устройство контроля объёмной и сдвиговой составляющих вязкости жидких сред; способ преобразования неэлектрической величины в цифровой код и др., что позволило создать на их основе высокочувствительные приборы, применимые для контроля параметров технологических процессов в условиях, характеризующихся наличием сильных механических и тепловых воздействий на чувствительный элемент датчика.

7. На основе проведенных исследований разработаны и доведены до стадии мелкосерийного производства: устройства контроля уровня жидких сред и сыпучих материалов; вязкости и плотности жидких сред; датчики неэлектрических величин (усилий, давлений, скорости потока и плотности жидких сред и др.). Главным отличием разработанных устройств от существующих отечественных и зарубежных аналогов является повышенная (на порядок и более) чувствительность к контролируемым параметрам и применение для эксплуатации в жестких производственных условиях, характеризующихся наличием сильных тепловых (до 1000 К), механических

и других воздействий на чувствительные элементы первичных преобразователей.

8. Разработанное устройство (СУР-112) является альтернативой применяемым в настоящее время для жестких условий эксплуатации экологически не безопасным, дорогим и зачастую не эффективным в эксплуатации и обслуживании радиоизотопным устройствам контроля уровня сыпучих материалов.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

Монография:

1. Седалищев В.Н. Высокочувствительные пьезорезонансные датчики с использованием связанных колебаний для экстремальных условий эксплуатации: монография / В.Н. Седалищев, О.И. Хомутов; Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006. - 184 с.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

2. Седалищев В.Н. Пьезорезонансные датчики на связанных колебаниях // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2005. - № 11.-С. 41 -43.

3. Седалищев В.Н. Использование связанных колебаний в пьезоре-зонансных датчиковых структурах // Измерительная техника. — 2006. — № 3. - С. 59-61.

4. Седалищев В.Н. Особенности конструирования пьезоэлектрических измерительных устройств на связанных колебаниях // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика.— 2006. - № 4. - С. 44 - 46.

5. Седалищев В.Н. Устройство для измерения уровня сыпучих материалов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. -2006.-№6.-С. 49-50.

6. Седалищев В.Н. Дифференциальные пьезотрансформаторные измерительные преобразователи / В.Н. Седалищев, П.И. Госьков // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика - 2006. — № 7 - С. 42 - 43.

7. Седалищев В.Н. Оценка эффективности использования связанных колебаний в пьезорезонансных измерительных устройствах // Измерительная техника. — 2006. — № 8 — С. 57 — 59.

8. Седалищев В.Н. Измерительные устройства, основанные на реализации режимов связанных колебаний в пьезорезонансных датчиковых структурах // Ползуновский вестник. — 2006. — № 2. — С. 264 — 270.

Авторские свидетельства и патенты:

9. A.C. МКИ G OIL 1/16. Устройство для измерения усилий / Седалищев В.Н., Госьков П.И. - №1164562. Опубл. 30.06.85. Бюлл. № 24.

10. Пат. 2082121 Российская Федерация МКИ G OIL 1/16. Устройство для измерения усилий / Седалищев В.Н., Госьков П.И., Назарен-ко В.Л. - Заявл. 20.05.94. Опубл. 20.06.97. Бюлл. № 17.

11. Пат. 2082120 Российская Федерация МКИ G OIL 1/16. Устройство для измерения усилий / Седалищев В.Н., Госьков П.И., Назарен-ко В.Л. - Заявл. 20.05.94. Опубл. 20.06.97. Бюлл. № 17.

12. Пат. 2083963 Российская Федерация МКИ G OIL 1/16. Устройство для измерения усилий / Седалищев В.Н., Антюфеев А.Н., Госьков П.И. - Заявл. 04.01.95. Опубл. 10.07.97. Бюлл. № 19.

13. Пат. 2140062 Российская Федерация МКИ G OIL 1/16. Устройство для измерения усилий / Седалищев В.Н., Госьков П.И., Керим A.A., Кривобоков Д.Е. - Заявл. 07.04.98. Опубл. 20.10.99. Бюлл. № 29.

14. Пат. 2145411 Российская Федерация МКИ. Ультразвуковой одно-канальный способ измерения расхода сред / Седалищев В.Н., Госьков П.И., Антюфеев А.Н., Тамбовцев A.M. - Заявл. 22.09.97. Опубл. 10.02.2000. Бюлл. № 4.

15. Пат. 2177206 Российская Федерация МКИ Н 03 М 1/60. Преобразователь неэлектрических величин в цифровой код / Седалищев В.Н., Госьков П.И., Патрушев Е.М., Коряковцев С.Г. - Заявл. 21.12.99. Опубл. 27. 09.2001. Бюлл. № 27., 20.12.2001. Бюлл. № 35.

16. Пат. 2193764 Российская Федерация МКИ G OIL Шб.Устройство для измерения усилий / Седалищев В.Н., Коряковцев С.Г., Патрушев Е.М., Первухин Б.С. - Заявл. 05.04.2001. Опубл. 27.11.2002. Бюлл. №33.

17. Пат. 2192626 Российская Федерация МКИ G OIL 1/16. Устройство для измерения усилий / Седалищев В.Н., Коряковцев С.Г., Патрушев Е.М., Первухин Б.С., Русляков М.М. - Заявл. 05.04.2001. Опубл. 27.11.2002. Бюлл. № 33.

18. Пат. 2209421 Российская Федерация МКИ G 01 N 27/02. Устройство для измерения электропроводности жидких сред / Седалищев В.Н., Кривобоков Д.Е., Мациевский В.А., Первухин Б.С. - Заявл. 05.04.01. Опубл. 27.07.2003. Бюлл. № 21.

Статьи в журналах, доклады и тезисы докладов на конференциях:

19. Седалищев В.Н. Пьезоэлектрический датчик усилий // Межвузовский сборник научных трудов АлтПИ. - Барнаул, 1992. - С. 169.

20. Седалищев В.Н. Датчик на основе акустически связанных пьезо-резонаторов / Седалищев В.Н., Госьков П.И. // Труды АлтГТУ. - Барнаул, 1993.-Вып. 1.-С. 155-162.

21. Седалищев В.Н. Анализ колебательной системы преобразователя на основе связанных пьезорезонаторов // Датчик-93: тез. докл. Первой Международной конф. — Барнаул, 1993. 4.1. в кн. «Датчики электрических и неэлектрических величин». - С. 55 - 57.

22. Седалищев В.Н. Математическое моделирование измерительного преобразователя на основе акустически связанных пьезорезонаторов // Датчик-93: тез. докл. Первой Международной конф. — Барнаул, 1993. 4.1. в кн. «Датчики электрических и неэлектрических величин». — С. 74 — 76.

23. Седалищев В.Н. Механизм силочувствительности датчика на основе акустически связанных резонаторов // Датчик-93: тез. докл. Первой Международной конф. — Барнаул, 1993. 4.1. в кн. «Датчики электрических и неэлектрических величин». — С. 89 — 91.

24. Седалищев В.Н. Способы управления нагрузочными характеристиками датчиков и усилий на основе связанных пьезорезонаторов // Датчик-93: тез. докл. Первой Международной конф. — Барнаул, 1993. 4.2. в кн. «Датчики электрических и неэлектрических величин». — С. 17 — 19.

25. Седалищев В.Н. Пьезорезонансные датчиковые структуры на основе модуляции связанных колебаний / Седалищев В.Н., Госьков П.И. // Пьезотехника-94: тез. докл. Международной научн.-практич. конф. — Томск, 1994.-С. 87-89.

26. Седалищев В.Н. Измерительный преобразователь статических усилий на основе акустически связанных ПЭТ II Пьезотехника-94: тез. докл. Международной научн.-практич. конф. — Томск, 1994. — С. 90 — 92.

27. Седалищев В.Н. К вопросу разработки теоретических основ МСК-датчиков // Измерение, контроль и автоматизация производственных процессов: докл. 3-й Международной конф. — Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1994. 4.2.-С. 173- 177.

28. Седалищев В.Н. Экспериментальные исследования МСК - датчиков давления, концентрации и уровня раздела сред // Измерение, контроль и автоматизация производственных процессов: докл. 3-й Международной конф. - Барнаул: АлтГТУ, 1994. 4. 1. - С. 60 - 61.

29. Седалищев В.Н. Ультразвуковой расходомер на основе модуляции связанных колебаний пьезорезонаторов / Седалищев В.Н., Антюфе-ев А.Н., Тамбовцев А.М. // Пьезотехника-96: докл. 5-й Международной конф. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1996. - С. 79.

30. Седалищев В.Н. К вопросу разработки теоретических основ МСК-датчиков. Пьезотехника-96: докл. 5-й Международной конф. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1996. - С. 67- 69.

31. Седалищев В.Н. Разработка ультразвуковых приборов и методов контроля на основе связанных колебаний пьезорезонаторов / Седалищев В.Н., Госьков П.И. // Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов: докл. 4-й Международной конф. — Барнаул: АлтГТУ, 1997. Т.4.

- С. 25 - 40.

32. Седалищев В.Н. Метод модуляции связанных колебаний в пье-зорезонансных измерительных устройствах // Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов: докл. 4-й Международной конф.

- Барнаул: АлтГТУ, 1997. - Т. 1. - С. 64 - 66.

33. Седапищев В.Н. Ультразвуковые приборы и методы контроля в шинном производстве / Седапищев В.Н., Госьков П.И., Бобков Ю.М. // Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов: докл. 4-й Международной конф. - Барнаул: АлтГТУ, 1997. - Т. 4. - С. 3-11.

34. Седапищев В.Н. Теоретические основы и принципы построения пьезорезонансных МСК-датчиков // Вестник АлтГТУ. — 1998. — № 1. — С. 34-40.

35. Седапищев В.Н. Теоретические основы нелинейных дифференциальных измерительных преобразователей на связанных колебаниях // Труды СО АИН РФ. Вып. № 1. - Барнаул, 2000. - С. 35 - 42.

36. Седапищев В.Н. Практическая реализация режимов связанных колебаний в пьезорезонансных датчиках // Труды СО АИН РФ. Вып. № 1 .— Барнаул, 2000. - С. 43 - 49.

37. Седалищев В.Н. Пьезорезонансный датчик с акустической связью для контроля уровня сыпучих материалов /Седалищев В.Н., Дорен-ский A.A., Кандауров A.A. // Вестник Курганского государственного университета^" 1 (05), 2006. Вып. №2., часть 1,-Курган, 2006.-С. 160-16".

38. Седалищев В.Н. Пьезорезонансный вискозиметр с использованием связанных колебаний / Седалищев В.Н., Доренский A.A., Кандауров A.A. // Вестник Курганского государственного университета № 1 (05), 2006. Вып. №2, часть 1.-Курган, 2006.-С. 159-160.

39. Седалищев В.Н. Пьезорезонансный вискозиметр для экстремальных условий эксплуатации / Седапищев В.Н., Доренский А.А // Вестник АлтГТУ. Вып. № 2. - Барнаул, 2006. - С. 77 - 78.

40. Седалищев В.Н. Пьезорезонансный датчик уровня сыпучих материалов для экстремальных условий эксплуатации / Седалищев В.Н., Доренский A.A. // Вестник АлтГТУ. Вып. № 2. - Барнаул, 2006. - С. 75 - 76.

Печать - ризография. Формат 60x84 1/16 Усл.п.л. 2,56. Тираж 100 экз. Заказ 2006 - 9 &

Отпечатано в типографии АлтГТУ 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46 Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД № 28-35 от 15.07.1997 г.

Введение.

Глава 1 Разработка и научное обоснование эффективности применения связанных колебаний в пьезорезонаторных структурах.

1.1 Вывод критерия оценки эффективности приборов и методов контроля

1.20боснование целесообразности использования связанных колебаний в пьезорезонансных датчиковых структурах.

1.3Состояние вопроса использования связанных колебаний в пьезоэлектрических первичных преобразователях.

1.4Физическая и математическая модели колебательной системы пьезоэлектрического первичного преобразователя с двумя степенями свободы.

1.5Разработка метода условных эквивалентных контуров.

1.6Применение метода условных контуров для анализа режимов работы преобразователя с двумя степенями свободы.

Выводы по главе 1.

Глава 2 Исследование режимов работы пьезорезонансных первичных преобразователей с двумя степенями свободы и вывод основных математических соотношений.

2.1 Вывод математических соотношений для первичных пьезопреобразователей синхронного типа.

2.2Вывод математических соотношений для преобразователей асинхронного типа с частотным выходом.

2.3Вывод математических соотношений для амплитудного варианта пьезопреобразователя асинхронного типа.

2.40бщая характеристика принципов построения пьезорезонансных преобразователей синхронного и асинхронного типов.

2.50ценка эффективности использования колебаний в первичных преобразователях.

Выводы по главе 2. режимов связанных

Глава 3 Анализ особенностей практической реализации режимов связанных колебаний в пьезорезонансных структурах.

3.1 Особенности конструктивного исполнения пьезоэлектрических первичных преобразователей с двумя степенями свободы.

3.2Классификация приборов и методов контроля, основанных на использовании связанных колебаний в пьезоструктурах.

З.ЗОбщая характеристика особенностей расчета и проектирования преобразователей, реализующих режимы связанных колебаний в пьезорезонансных структурах.

3.40собенности метрологии первичных преобразователей, реализующих режимы связанных колебаний в пьезорезонансных структурах.

Выводы по главе 3.

Глава 4 Разработка и практическая реализация первичных преобразователей, основанных на использовании связанных колебаний в монолитных пьезоэлементах.

4.1 Особенности реализации связанных колебаний в монолитных пьезопреобразователях.

4.20сновы расчета и проектирования преобразователей на базе монолитных пьезоэлементов.

4.3 Рационализация секционирования обкладок дифференциального монолитного пьезопреобразователя.

4.4Физические основы дифференциальных пьезопреобразователей статических усилий на базе монолитных пьезоэлементов с амплитудным и частотным выходами.

4.5Разработка и исследование монолитного дифференциального пьезотрансформаторного датчика вязкости жидких сред.

4.60собенности метрологии дифференциальных первичных преобразователей, реализованных на базе монолитных пьезорезонаторов.

Выводы по главе 4.

Глава 5 Разработка и основные направления практической реализации первичных преобразователей на базе акустически связанных пьезорезонаторов.

5.1 Физические основы разработки первичных преобразователей на базе акустически связанных пьезорезонаторов.

5.2Разработка приборов и методов контроля с использованием пьезорезонансных преобразователей с газообразным элементом связи.

5.3 Разработка и исследование пьезоэлектрических первичных преобразователей с жидкостным элементом акустической связи.

5.40собенности реализации режимов связанных колебаний в пьезорезонансных преобразователях с твердотельным элементом акустической связи.

Выводы по главе 5.

Глава 6 Первичные преобразователи с использованием связанных колебаний в составных пьезорезонаторах, их разработка и практическая реализация.

6.1 Особенности конструирования первичных преобразователей, основанных на использовании связанных колебаний в составных пьезорезонаторах.

6.20сновы расчета и проектирования первичных преобразователей с использованием связанных колебаний в составных пьезорезонаторах. б.ЗРазработка устройств контроля уровня сыпучих сред, основанных на использовании связанных колебаний в составных пьезорезонаторах.

6.4Разработка устройства контроля вязкости и плотности жидких сред с использованием связанных колебаний в составных пьезорезонаторах.237 Выводы по главе 6.

Актуальность темы

Создание сложных автоматизированных производств обусловливает необходимость разработки и внедрения средств контроля, без которых невозможно получение информации о протекающих процессах, состоянии оборудования и других компонентах производственного цикла.

Современный этап автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности, строительства, энергетики характеризуется возрастающей потребностью в высокочувствительных датчиках, конструктивно простых, экономичных, способных надежно функционировать в жестких производственных условиях [4, 7, 41, 55, 59, 71, 89,99, 101,117, 201].

Одним из приоритетных направлений экономической политики нашей страны является развитие топливно-энергетического комплекса, сопровождающееся широкой автоматизацией и совершенствованием технологических процессов. В связи с этим появляется много задач, связанных с необходимостью контроля различных параметров (уровня, количества, плотности, расхода, границы раздела газообразных, жидких и сыпучих сред и т.п.), причем в условиях высоких температур, при наличии сильных механических воздействий. Например, существуют определенные трудности при автоматизации технологических процессов на тепловых электростанциях, связанные с отсутствием надежных устройств контроля уровня сыпучих материалов в системах топливоподачи и золоудаления, плотности водоугольной смеси, вязкости мазута и др. [26, 29, 64, 66, 67, 114, 207, 218, 223]. Низкая чувствительность, ненадежная работа или отсутствие соответствующих устройств контроля обусловливают выход из строя технологического оборудования, снижение надежности энергоснабжения, ухудшение экологической обстановки в регионе.

В связи с этим, разработка высокочувствительных приборов и методов контроля параметров технологических процессов, способных надежно функционировать в условиях сильных тепловых, механических и других дестабилизирующих воздействий, имеет большое значение для решения актуальных задач повышения надежности энергоснабжения потребителей, безопасности эксплуатации предприятий, улучшения качества выпускаемой продукции и т.п. Повышению эффективности применяемых при этом приборов и методов контроля может послужить поиск новых идей по разработке высокочувствительных, многофункциональных, надежных в эксплуатации датчиков, приборов и методов контроля на их основе.

К настоящему времени у нас в стране и за рубежом нашли широкое применение электромеханические первичные преобразователи физических величин с пьезоэлектрическим возбуждением, характеризующиеся хорошими массогабаритными, метрологическими, эксплуатационными и экономическими показателями [2, 8, 34, 35, 41, 44, 47, 55, 59, 63, 64, 66, 67, 70, 71, 85, 91, 95, 117, 200, 205, 206]. Анализируя принципы построения таких устройств, можно выделить два основных, принципиально отличающихся, направления в их конструировании.

В пьезорезонансных датчиках чаще всего реализуют резонансные режимы работы высокодобротных пьезоэлементов, обеспечивают акустическую развязку колебательной системы с элементами конструкции датчика. Механизм чувствительности таких устройств основан на модуляции контролируемой физической величиной параметров колебательной системы преобразователя. Пьезорезонансные приборы и методы контроля сформировались к настоящему времени в самостоятельное, интенсивно развивающееся научное направление. Большой вклад в становление этого направления внесли своими работами российские ученые: В.В. Малов, А.А. Ерофеев, Э.А. Кудряшов, А.И. Трофимов, Б.М. Кербель, Р.Г. Джагупов и др. [10 -14, 52, 53, 54, 82, 94, 95,206].

В приборах ультразвукового контроля [19, 30, 35, 75, 209, 212], наиболее пригодных для эксплуатации в жестких условиях, наоборот, чаще всего используют не резонансные режимы работы пьезоэлектрических излучателей и приемников акустических сигналов, демпфируют их колебания, принимают меры по согласованию акустических импедансов преобразователя и объекта контроля. Принцип работы таких устройств основан на управлении контролируемой физической величиной условий прохождения акустического сигнала через различные среды.

Согласно общей теории колебаний оба режима работы пьезоэлектрических преобразователей являются частными случаями связанных колебаний в системах с конечным числом степеней свободы. В связи с этим представляет интерес исследование возможности создания нового поколения приборов и методов контроля, характеризующихся высокой чувствительностью и способных надежно работать в жестких производственных условиях. В основу разработки устройств контроля данного типа может быть положено рациональное использование режимов связанных колебаний в пьезоэлектрических структурах. Создание на их базе устройств контроля связано с необходимостью разработки методов синтеза и анализа режимов работы первичных преобразователей, методик инженерных расчетов их конструкций.

Необходимо отметить, что о целесообразности использования связанных колебаний в пьезорезонансных первичных преобразователях есть сообщения в ряде научных публикаций [8, 94, 212, 224-229], но до настоящего времени практически отсутствовали работы, обобщающие как теоретический, так и практический опыт создания устройств данного типа. Очевидно, одним из основных препятствий для широкого применения связанных колебаний в пьезоэлектрических датчиках является отсутствие теоретических основ разработки таких устройств. Это связано с наличием определенных трудностей аналитического описания режимов связанных колебаний в реальных устройствах. Применение упрощенных методов, используемых в настоящее время для учета связанных колебаний в механических системах или электрических цепях, могут дать лишь приближенные решения, трудно применимые в инженерной практике для целей оптимизации реальных конструкций пьезорезонансных первичных преобразователей.

Таким образом, перспективность настоящей работы определяется необходимостью решения проблемы разработки и создания высокочувствительных первичных преобразователей, приборов и методов контроля на их основе, способных надежно функционировать в тяжелых производственных условиях, характеризующихся наличием сильных тепловых, механических и других дестабилизирующих воздействий.

Целью диссертационной работы является развитие научно-технических основ построения, разработка и внедрение высокочувствительных приборов и методов контроля параметров технологических процессов, предназначенных для жестких условий эксплуатации, с использованием связанных колебаний в пьезорезонансных первичных преобразователях.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Обосновать необходимость использования режимов связанных колебаний в пьезорезонансных структурах с целью повышения эффективности первичных преобразователей.

2. Разработать математическую модель первичных преобразователей, основанных на использовании связанных колебаний в системах с двумя степенями свободы.

3. Разработать методы анализа и исследовать особенности реализации режимов связанных колебаний в пьезоэлектрических структурах.

4. Произвести оценку эффективности амплитудных, фазовых и частотных вариантов построения пьезорезонансных датчиков, основанных на использовании связанных колебаний в пьезорезонансных структурах.

5. Исследовать механизм чувствительности пьзорезонансных первичных преобразователей, реализующих режимы связанных колебаний в системах с конечным числом степеней свободы с целью рационализации их конструкции, улучшения метрологических характеристик и расширения области практического применения.

6. Обосновать практические рекомендации по расчету и проектированию первичных преобразователей, основанных на использовании связанных колебаний в пьезорезонансных структурах.

7. Разработать действующие образцы приборов и довести их до стадии серийного изготовления.

Методы исследований

Исследования проведены с использованием метода медленно меняющихся амплитуд, теории линейных и нелинейных цепей, теории измерений, численных методов и компьютерного моделирования динамических процессов в сложных колебательных системах разработанных устройств.

Достоверность основных теоретических положений и выводов подтверждена результатами экспериментальных исследований, компьютерного моделирования и эксплуатации разработанных устройств в производственных условиях.

При этом объектом исследования являлись процессы формирования информативного сигнала в сложных колебательных системах первичных преобразователей, а предметом исследования - закономерности, описывающие механизм чувствительности разработанных первичных преобразователей, реализующих режимы связанных колебаний в пьезоэлектрических структурах.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Математические модели формирования информативного сигнала первичными преобразователями, реализующими режимы связанных колебаний в монолитных, акустически связанных и составных пьезорезонаторах.

2. Метод условных контуров, основанный на применении относительной системы координат для анализа работы первичных преобразователей, реализующих режимы связанных колебаний в пьезоэлектрических структурах.

3. Аналитические зависимости, описывающие асинхронный, синхронный и бифуркационный режимы работы первичных преобразователей.

4. Математические модели и аналитические зависимости, описывающие механизм чувствительности разработанных пьезорезонансных первичных преобразователей.

5. Критерии и условия, позволяющие реализовать высокочувствительные режимы работы пьезорезонансных первичных преобразователей, основанных на использовании связанных колебаний в системах с конечным числом степеней свободы.

6. Критерий оценки эффективности первичных преобразователей и приборов контроля на их основе.

7. Высокочувствительный метод формирования информативного сигнала первичными преобразователями с использованием слабосвязанных колебаний в пьезоэлектрических структурах.

8. Способ пространственного разделения составных частей чувствительного элемента датчика, основанный на использовании протяженного элемента акустической связи между вибратором и составным пьезорезонато-ром.

Научная новизна работы

1. Предложен метод формирования выходного сигнала первичного преобразователя, основанный на использовании связанных колебаний в пьезорезонансных структурах, позволяющий повысить чувствительность приборов и методов контроля.

2. Предложен способ пространственного разделения составных частей чувствительных элементов датчиков, основанный на реализации связанных колебаний в конструкциях первичных преобразователей с протяженными элементами акустической связи между взаимодействующими вибраторами и составными пьезорезонаторами, что позволило создавать высокочувствительные устройства контроля параметров технологических процессов, применимые для жестких условий эксплуатации.

3. Разработан метод условных контуров, основанный на применении относительной системы координат для анализа колебательных процессов в системах с двумя степенями свободы, что позволило разработать упрощенные методики исследования режимов работы, расчета и проектирования первичных преобразователей и устройств, основанных на использовании связанных колебаний в пьезорезонансных структурах.

4. Получены аналитические зависимости для определения рациональных соотношений параметров первичных преобразователей, реализующих режимы связанных колебаний в пьезорезонансных структурах, что позволило создавать на их основе высокочувствительные приборы и методы контроля параметров технологических процессов.

5. Получены аналитические зависимости, описывающие механизм чувствительности разработанных первичных преобразователей, что позволило повысить эффективность устройств контроля на их основе.

6. Разработаны принципы построения и методы расчета высокочувствительных пьезорезонансных первичных преобразователей, приборов и методов контроля параметров технологических процессов на их основе, способных надежно функционировать в тяжелых производственных условиях.

Практическая значимость результатов исследований

1. Предлагаемый подход к совершенствованию приборов и методов контроля параметров технологических процессов, основанный на рациональном использовании режимов связанных колебаний в пьезоэлектрических первичных преобразователей, позволяет обеспечить комплексное решение проблемы создания высокочувствительных датчиков для жестких условий эксплуатации.

2. Разработанные модели, методы анализа и методики расчета параметров первичных преобразователей позволяют формализовать процесс проектирования устройств контроля параметров технологических процессов, основанных на использовании связанных колебаний в пьезорезонансных структурах.

3. Использование связанных колебаний в пьезорезонансных структурах позволяет реализовать новые методы контроля параметров технологических процессов, характеризующиеся высокой чувствительностью и возможностью применения в жестких условиях эксплуатации.

4. Исследование особенностей реализации связанных колебаний в монолитных и составных пьезорезонаторах, взаимосвязанных колебаний в многорезонаторных конструкциях позволило разработать новое поколение пьезорезонансных датчиков, приборов и методов контроля на их основе.

Реализация и внедрение результатов работы

Практические результаты работы и предложенные автором устройства, приборы и методы контроля внедрены на предприятиях Алтайского и Красноярского края, Томской и Кемеровской области.

В том числе:

- с использованием разработанных сигнализаторов уровня сыпучих материалов типа СУР-112 оснащены системы золоудаления сыпучих материалов на Барнаульской ТЭЦ - 3 (Алтайский край), Кемеровской ГРЭС - 2 , Березовской ГРЭС - 1 (г. Шарыпово, Красноярский край);

- для Ачинского глиноземного комбината (Краноярский край) разработаны устройства контроля плотности и уровня сыпучих материалов, предназначенные для жестких условий эксплуатации;

- разработано устройство контроля уровня сыпучих материалов для комплектации теплоэнергетических установок, выпускаемых научно-производственным предприятием ЗАО «Экоэнергомаш» (г. Бийск);

- устройство контроля вязкости типа ВР-1 для Томского нефтехимического комбината;

- устройства контроля уровня сыпучих материалов (цемента, зерна, муки) внедрены на ряде промышленных, агропромышленных и строительных предприятий Алтайского края;

- налажено мелкосерийное производство разработанных устройств в ООО «Сибпромприбор - Аналит» (г. Барнаул).

Внедрение результатов исследований подтверждено соответствующими актами.

Результаты исследований используются при разработке и совершенствовании кондуктометрических приборов и методов контроля удельной электропроводности жидких сред, выпускаемых ООО «Сибпромприбор - Аналит» (г. Барнаул), а также в учебном процессе в Алтайском государственном техническом университете при дипломном проектировании, учебной и научно-исследовательской работе студентов.

Апробация результатов исследований

Основные положения и результаты работы докладывались на 15 конференциях и совещаниях, включая Всесоюзное совещание «Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе» (Барнаул, 1981 г.), Всесоюзные конференции «Измерения и контроль при автоматизации производственных процессов» (Барнаул, 1982, 1994, 1997 гг.), Международные конференции «Датчик-93», «Датчик-95» (Барнаул, 1993, 1995 гг.), Первую научно-техническую конференцию «Состояние и проблемы технических измерений» (Москва, 1994 г.), Международные научно-практические конференции «Пьезотехника-94» (Томск, 1994 г.), «Пьезо-техника-96» (Барнаул, 1996 г.), «Методы и средства измерений» (МВТУ им. Баумана, Москва, 1998 г.), «Измерение, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях» (Бийск, 2000 г.), «Повышение качества продукции и эффективности производства» (Курган, 2006 г.).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 66 работ, из них: 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК; 11 статей в региональных журналах; 10 авторских свидетельств и патентов РФ; 1 монография.

Структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка и приложения. Общий объем диссертации составляет 280 страниц, включая 79 рисунков и 7 таблиц, список литературы из 230 наименований и приложений с актами внедрения.

Выводы по главе 6

1. Рациональное использование режимов связанных колебаний в конструкциях первичных преобразователей, созданных на базе составных пьезорезонаторов, позволяет повысить чувствительность датчиков вибрационного типа, а также решить при необходимости проблему пространственного разделения чувствительного элемента датчика (вибратора) с элементами возбуждения механических колебаний и формирования выходного электрического сигнала датчика.

2. В основу механизма чувствительности датчиков с использованием связанных колебаний в составных пьезорезонаторах может быть положено управление в функции контролируемой физической величины добротностью, коэффициентом акустической связи и разностью парциальных частот колебательной системы преобразователя.

3. Чувствительность датчиков, принцип работы которых основан на управлении условиями излучения колебательной энергии преобразователя с поверхности вибратора, пропорциональна числу стоячих волн по длине вибратора, площади его рабочей поверхности и обратно пропорциональна толщине чувствительного элемента.

4. Для повышения стабильности возбуждения автоколебаний составного пьезорезонатора, предназначенного для жестких условий эксплуатации, необходимо предусмотреть ряд технических решений, исключающих генерацию паразитных мод колебаний в теле вибратора, снижающих влияние температурной зависимости скорости распространения механических колебаний в теле вибратора и т.п.

5. С целью повышения чувствительности датчиков на базе составных пьезорезонаторов, принцип работы которых основан на модуляции механической добротностью колебательной системы преобразователя, необходимо обеспечить согласование геометрических размеров вибратора. Для повышения чувствительности устройств, реализующих модуляцию коэффициента связанности колебательной системы преобразователя, необходимо наоборот обеспечить рассогласование резонансных размеров вибратора.

Заключение

1. В результате проведенных исследований разработаны теоретические основы построения пьезоэлектрических первичных преобразователей нового поколения, приборов и методов контроля на их основе. Обоснована целесообразность использования режимов связанных колебаний в пьезорезонансных датчиковых структурах с целью повышения эффективности приборов контроля. Показано, что реализация нелинейных процессов взаимодействия парциальных колебательных систем в первичных преобразователях позволяет повысить чувствительность приборов и методов контроля на их основе, а также существенно расширить условия их эксплуатации.

2. Разработана математическая модель колебательной системы пьезоэлектрического первичного преобразователя с двумя степенями свободы с использованием предложенного коэффициента взаимодействия, учитывающего уровень связи между парциальными системами, относительную расстройку частот и амплитуд связанных колебаний. Исследованы режимы работы преобразователей с использованием разработанного метода условных контуров, позволяющего существенно упростить анализ работы пьезорезонансных датчиков с двумя степенями свободы.

3. Дано теоретическое обоснование возможных вариантов построения первичных преобразователей, основанных на реализации режимов взаимодействий в пьезоэлектрических структурах. Рассмотрены особенности реализации режимов связанных колебаний в монолитных, многорезонаторных конструкциях датчиков с газообразным, жидкостным и твердотельным элементами связи.

4. Получены аналитические зависимости, позволяющие оптимизировать конструкции преобразователей, реализующих режимы связанных колебаний в пьезоэлектрических структурах. Теоретически и экспериментально исследованы механизмы чувствительности разработанных устройств. Выработаны конкретные рекомендации, позволяющие оптимизировать конструкцию и режим работы разработанных устройств, повысить их метрологические и эксплуатационные характеристики.

5. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования режима сильносвязанных колебаний резонаторов для создания специальных конструкций датчиков с протяженными элементами связи, которые позволяют реализовать функции не только первичного преобразования, но и передачи измерительной информации, что может послужить основой для создания специальных акустических контрольно-измерительных систем.

6. Результаты проведенных исследований позволили развить научно-технические основы построения высокочувствительных пьезоэлектрических первичных преобразователей, применяемых для эксплуатации в жестких условиях, разработать и внедрить новые приборы и методы контроля параметров технологических процессов на их основе.

7. Таким образом, выполненная работа заключается в разработке новых положений в теории построения пьезоэлектрических первичных преобразователей, совокупность которых позволила решить важную научно-техническую проблему создания высокочувствительных приборов и методов контроля параметров технологических процессов, способных надежно функционировать в жестких условиях эксплуатации.

1. Агапов В.П. Метод конечных элементов в статике, динамике и устойчивости конструкций. М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2004.-248 с.

2. Агейкин Д.И., Костина Е.Н., Кузнецова Н.Н. Датчики контроля и регулирования: Справочные материалы. 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1965. - 928 с.

3. Азизов A.M., Гордов А.Н. Точность измерительных преобразователей: -Л.: Энергия, 1975.-256 с.

4. Алейников А.Ф., Цапенко М.П. Многофункциональные датчики // Измерение, контроль, автоматизация. 1990. - № 2. - С. 50-58.

5. Аменадзе Ю.А. Теория упругости. М.: Высшая школа, 1976. - 360 с.

6. Андронов А.А., Хайкин С.Э., Витт А.А. Теория колебаний. М.: Наука, 1981.-563 с.

7. Аниканова М.И. Современные методы контроля уровня. М.: Машиностроение, 1978. - 55 с.

8. Аронов Б.С. Электромеханические преобразователи из пьезоэлектрической пьезокерамики. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. -272 с.

9. А.С. МКИ G OIL 1/16 Устройство для измерения усилий / Седали-щев В.Н., Госьков П.И. №1164562. Опубл. 30.06.85. Бюлл. № 24.

10. А.С. 533276 СССР. Пьезоэлектрическое устройство для измерения усилий / Трофимов А.И., Кербель Б.М. // 1976.

11. А.С. 336540 СССР. Пьезодатчик усилий. Малов В.В., Алексеев А.Н., Козловский В.Д., Плужников В.Н.

12. А.С. 581393 СССР. Устройство измерения усилий / Трофимов А.И., Попов В.В. // 1977.

13. А.С. 315936 СССР. Устройство для измерения механических давлений / Минаев И. Г., Трофимов А.И. //1971.

14. А.С. 533276 СССР. Пьезоэлектрическое устройство для измерения усилий / Трофимов А.И., Кербель Б.М. // 1976.

15. А.С. 1551971 СССР. МКИ G 01 В 7/00/ Автогенераторный дифференциально-трансформаторный преобразователь перемещений / Кирю-шин Т.Н. Опубл. 23.03.90 Бюл. №11.

16. А.С. 1428960 СССР. Устройство для измерения давлений / Гось-ков П.И., Ситников А.П., Лежнев А.П. // 1988.

17. А.С. П36045 СССР. Устройство для измерения давлений / Лежнев А.П., Госьков П.И., Госькова Г.С. // 1985.

18. А.С. 1045023 СССР. Устройство для измерения давления / Лежнев П.И., Госьков П.И., Масленников С.В., Ситников А. П. // 1983.

19. Балин Н., Демченко А. Акустические измерители, сигнализаторы уровня жидкости и системы на их основе // Современные технологии автоматизации. 1999. - № 2. - С. 28-36.

20. Бауман Э. Измерение сил электрическими методами / Пер. с нем. М.: Мир, 1978.- 430 с.

21. Белецкий А.Ф. Теория линейных электрических цепей. М.: Радио и связь, 1986.-542 с.

22. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике / Пер. с нем.; под ред. B.C. Григорьева и Л.Д. Розенберга. М., 1957. - 726 с.

23. Бидерман В.Л. Прикладная теория механических колебаний. М.: Высшая школа, 1972. - 412 с.

24. Блехман И.И. Синхронизация в природе и технике. М.: Наука, 1981351 с.

25. Блехман И.И. Синхронизация динамических систем М.: Наука, 1971312 с.

26. Бобровников Г.Н., Катков А.Г. Методы измерения уровня. М.: Машиностроение, 1977. -168 с.

27. Болознев В.В. Функциональные преобразователи на основе связанных генераторов. М.: Радио и связь, 1982. - 88 с.

28. Болотин Ю.И. Об одном решении пространственной задачи теории цилиндрических пьезокерамических преобразователей // Акустический журнал. 1984. - Т. 30. - Вып. 4. - С. 432 - 437.

29. Большаков В.П., Ермаков В.В., Кунгуров Б.М. Результаты исследования метода пневмотранспорта золы из бункеров золоулавливателей в импульсном режиме // Теплоэнергетика. 2006. - № 5. - С. 41-44.

30. Бражников Н.И. Ультразвуковая фазометрия. М.: Энергия, 1968. - 272 с.

31. Браславский Д.А. Точность измерительных устройств. М.: Машиностроение, 1976. - 311 с.

32. Бутенин Н. В., Неймарк Ю. И., Фуфаев Н. А. Введение в теорию нелинейных колебаний. М.: Наука, 1976.

33. Бхатнагар П. Нелинейные волны в одномерных дисперсных системах. -М.: Мир, 1981.

34. Варданян В.В., Варданян Р.В. Дифференциальный точнорегулируемый ПРД абсолютного давления с многократным увеличением чувствительности // Измерительная техника. 2005. - № 12. - С. 34.

35. Викторов И.А. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея Лэмба в технике. М.: Наука, 1966.

36. Виноградов М.А., Малов В.В. Пьезорезонансный датчик давлений // Приборы и системы управления. 1981. - № 12. - С. 24.

37. Виноградова М.Б., Руденко О.А., Сухоруков А.П. Теория волн. М.: Наука, 1990.

38. Виноградов Ю.Д. и др. Электронные измерительные системы для контроля малых перемещений. -М.: Машиностроение, 1976. 142 с.

39. Вовк И.В., Гринченко В.Т. Об одном методе построения механической колебательной системы стержневого электроакустического преобразователя // Акустический журнал. 1991. - Т. 37. - Вып. 6. - С. 11061115.

40. Вольмир А.С. Нелинейная динамика пластинок и оболочек. М.: Наука, 1972.

41. Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах / Пер. с англ. М.: Энерго-атомиздат, 1981. - 195 с.

42. Горденблатт И.И. Нелинейные проблемы теории упругости. М.: Наука, 1969.

43. Горяченко В.Д. Элементы теории колебаний. Издательство КГУ, 1995.

44. Госькова Г.С. Разработка и исследование грунтовых плотномеров на основе дифференциальных пьезокерамических трансформаторов: автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Москва, 1981.-16 с.

45. Гринченко В.Т., Мелешко В.В. Гармонические колебания и волны в упругих телах. Киев: Наукова думка, 1981.

46. Гладышев В.Н. О собственных частотах составного резонатора // Акустический журнал. 1984. - Т. 30. - Вып. 3. - С. 391-392.

47. Глозман И.А. Пьезокерамика. М.: Энергия, 1977. - 288 с.

48. Гоноровский И.С. Основы радиотехники. М.: Связьиздат, 1957. - 78 с.

49. Грибовский П.О. Керамические твердые схемы. М: Энергия, 1971. -448 с.

50. Демьянченко А.Г. Синхронизация генераторов гармонических колебаний. М.: Энергия, 1976. - 240 с.

51. Ден Гартог Дж. Механические колебания / Пер. с англ. М.: Физмат-гиз, 1960.

52. Джагупов Р.Г., Вайсман Г.С. Из опыта производства биморфных пластинок пьезоэлектрических преобразователей // Приборостроение и системы управления. 1969. - № 2. - С. 36-37.

53. Джагупов Р.Г., Ерофеев А.А. Пьезокерамические элементы в приборостроении и автоматике. М.: Машиностроение, 1986. - 252 с.

54. Джагупов Р.Г., Иванов С.Б. Пьезоэлектрический измерительный преобразователь // Известия ВУЗ. Приборостроение. 1991. -№ I. - С. 36-41.

55. Дж. Фрейден. Современные датчики: справочник. М.: Техносфера, 2005. - 592 с.

56. Дубовой Н.Д. Автоматизированные многофункциональные измерительные преобразователи. М.: Радио и связь, 1989. - 256 с.

57. Екимов А.Э., Лебедев А.В. О колебаниях сложных механических систем с сосредоточенными неоднородностями // Акустический журнал. -1989. Т. 35. - Вып. 5. - С. 841-844.

58. Ерофеев В.И., Кажаев В.В., Семерикова Н.П. Волны в стержнях. Дисперсия. Диссипация. Нелинейность. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 208 с.

59. Измерения в промышленности: справочник. Кн. 2. / Под ред. П.М. Профоса. -М.: Металлургия, 1990.

60. Ивина Н.Ф. Численный анализ собственных колебаний круглых пьезо-керамических пластин конечных размеров // Акустический журнал. -1989. Т. 35. - Вып. 4. - С. 667-673.

61. Ивина Н.Ф. Анализ собственных колебаний круглых пьезокерамиче-ских пластин переменной толщины // Акустический журнал. 2002. -Т. 48.-№ 1.-С. 120-122.

62. Интерферометр для измерения длин и перемещений. Interferometr: Пат. 41039149 ФРГ.

63. Иориш Ю.И. Виброметрия. М.: Машгиз, 1963. - 772 с.

64. И. Крауткремер, Г. Крауткремер. Ультразвуковой контроль материалов: справ, изд / Пер. с нем. М.: Металлургия, 1991. - 752 с.

65. Жданкин В. Приборы для измерения уровня // Современные технологии автоматизации. 2002. - № 3. - С. 6-20.

66. Жданкин В. Сигнализаторы изменения уровня // Современные технологии автоматизации. 2002. - № 2. - С. 6-20.

67. Жданкин В. Ультразвуковые датчики для систем управления // Современные технологии автоматизации. 2003. - № 4. - С. 66 -74.

68. Завадовский Н.Ю., Левневский Ю.Л., Чекалова Ю.С. Излучение сложной колебательной системы под влиянием сил взаимодействия со средой // Акустический журнал. 1990. - Т. 36. - Вып. 6. - С. 1025-1031.

69. Зарембо Л.А., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику. -М.: Наука, 1966.

70. Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объемных и поверхностных акустических волнах. М.: Мир, 1990. - 583 с.

71. Како Н., Ямане. Датчики и микроЭВМ Л.: Энергоатомиздат, 1986. -142 с.

72. Карновский A.M., Лейко А.Г., Супрун А.Д. К определению звукового поля акустического источника конечных размеров в присутствии границы раздела сред // Акустический журнал. 1990. - Т. 36. - Вып. 5. -С. 880-887.

73. Кириленко В.Г., Пирогов В.А. Излучатели малых волновых размеров на основе колебательных систем с двумя степенями свободы // Акустический журнал.-1991.-Т. 37.-Вып. 1.-С. 110-116.

74. Ковинская С.И., Никифоров А.С. Об излучении пластин с распределенным по поверхности импедансным воздействием // Акустический журнал. 1990. - Т. 36. - Вып. 6. - С. 11038-1041.

75. Колесников А.Е. Ультразвуковые измерения. М.: Издательство стандартов, 1970. - 238 с.

76. Конюхов Н.Е., Курицкий А.А., Кучин В.М. Двухканальные преобразователи время-импульсного типа // Измерительная техника. 1988. -№7.-С. 17.

77. Конторович М.И. Нелинейные колебания в радиотехнике. М.: Советское радио, 1973. - 320 с.

78. Косевич A.M., Ковалев А.С. Введение в нелинейную физическую механику. -Киев: Наукова думка, 1989. 304 с.

79. Кочумовцев Ю.В., Крячко В.М., Тихомиров Н.П. Электропроводность нагруженного пьезоэлектрического диска // Акустический журнал. -1994. Т. 40. - Вып. 4. - С. 623-625.

80. Крачко В.М., Тихомиров Н.П. Измерение механических импедансов нагрузки стержневого пьезорезонатора // Акустический журнал. 1993. -Т. 39.-Вып. 2.-С. 377-380.

81. Кудряшов В.А., Магер В.Е., Рафиков Ш.М. Поперечные пьезоэлемента для датчиков силы и давления // Приборы и системы управлений. -1989. -№ 9. -С. 9-11.

82. Кулиев Ю.Н., Усов В.А. К теории связанных колебаний толстых пьезо-керамических пластин // Физика микроэлектронных приборов. М., 1981.-С. 20-40.

83. Лавриненко В.В. Пьезоэлектрические трансформаторы. М.: Энергия, 1975.- 112 с.

84. Ладик А.И., Сташкевич А.И. Изделия электронной техники. Пьезоэлектрические и электромеханические приборы: справочник. М.: Радио и связь, 1993.- 104 с.

85. Ланда П.С. Автоколебания в распределенных системах. М.: Наука, 1973.-320 с.

86. Ланда П.С. Автоколебания в системах с конечным числом степеней свободы. М.: Наука, 1980. - 359 с.

87. Лапин А.Д. Рассеяние волн Лэмба в пластине от резонаторов, присоединенных к ней // Акустический журнал. 1990. - Т. 36. - Вып. 1. -С. 64-68.

88. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин. Л: Энергоатомиздат, 1983.-320 с.

89. Лежнев А.П. Автогенераторные схемы возбуждения ПЭТ // Элементы оптоэлектронных устройств. Барнаул, 1981. - С. 102-107.

90. Логинов В.И. Электрические измерения механических величин. М.: Энергия, 1976.-87 с.

91. Лосев А.К. Теория и расчет электромеханических фильтров. М.: Радио и связь, 1970. - 160 с.

92. Магнус К. Колебания. Введение в исследование колебательных систем. -М.: Мир, 1982.-303 с.

93. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М.: Энергия, 1978. - 197 с.

94. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М: Энергоатомиздат, 1989. -272 с.

95. Мандельштам Л.И. Лекции по теории колебаний. М.: Наука, 1972. -470 с.

96. Мигулин В.В., Медведев В.И., Мустель Е.Р., Парыгин В.Н. Основы теории колебаний.-М.: Наука, 1988. -329 с.

97. Милосердова И.В., Потапов А.И. Нелинейные стоячие волны в стержнях конечной длины // Акустический журнал, 1983. Т. 29. - С. 515520.

98. Нуберт Г.П. Измерительные преобразователи неэлектрических величин.-Л.: Энергия, 1970.-360 с.

99. Осадчий А.И., Николаев А.Н. К анализу методов преобразования в датчиках механических величин // Приборы и системы управления. -1989. -№ 7. -С. 16-18.

100. Осипович Л.А. Датчики физических величин. -М.: Машиностроение, 1979.-159 с.

101. Основы прикладной теории колебаний и удара / Я.Г. Пановко. 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Политехника, 1990. - 272 с.

102. Островский Jl.А. Основы общей теории электрических измерительных устройств- Л.: Энергия, 1971. -534 с.

103. Пат. 2082121 Российская Федерация МКИ G OIL 1/16 Устройство для измерения усилий / Седалищев В.Н., Госьков П.И., Назаренко В.Л. -Заявл. 20.05.94, Опубл. 20.06.97, Бюлл. № 17.

104. Пат. 2082120 Российская Федерация МКИ G OIL 1/16. Устройство для измерения усилий / Седалищев В.Н., Госьков П.И., Назаренко В.Л. Заявл. 20.05.94, Опубл. 20.06.97. Бюлл. № 17.

105. Пат. 2083963 Российская Федерация МКИ G OIL 1/16.Устройство для измерения усилий / Седалищев В.Н., Антюфеев А. Н., Госьков П.И. -Заявл. 04.01.95, Опубл. 10.07.97. Бюлл. № 19.

106. Пат. 2140062 Российская Федерация МКИ G OIL 1/16 Устройство для измерения усилий / Седалищев В.Н., Госьков П.И., Керим А.А. Криво-боков Д. Е.- Заявл. 07.04.98, Опубл. 20.10.99. Бюлл. № 29

107. Пат. 2145411 Российская Федерация МКИ Ультразвуковой однока-нальный способ измерения расхода сред / Седалищев В.Н., Госьков П.И., Антюфеев А.Н., Тамбовцев A.M., Заявл. 22.09.97, Опубл. 10.02.2000. Бюлл.№ 4.

108. Пат. 2177206 Российская Федерация МКИ Н 03 М 1/60 Преобразователь неэлектрических величин в цифровой код / Седалищев В.Н., Госьков П.И., Патрушев Е.М., Коряковцев С.Г. Заявл. 21.12.99, Опубл. 27. 09.2001. Бюлл. № 27., 20.12.2001. Бюлл. № 35.

109. Пат. 2193764 Российская Федерация МКИ G OIL 1/16.Устройство для измерения усилий / Седалищев В.Н., Коряковцев С.Г., Патрушев Е.М., Первухин Б.С. Заявл. 05.04.2001, Опубл. 27.11.2002. Бюлл. №33.

110. Пат. 2192626 Российская Федерация МКИ G OIL 1/16. Устройство для измерения усилий / Седалищев В.Н., Коряковцев С.Г., Патрушев Е.М., Первухин Б.С., Русляков М.М., Заявл. 05.04.2001, Опубл. 27.11.2002. Бюлл. № 33.

111. Пат. 2209421 Российская Федерация МКИ G 01 N 27/02. Устройство для измерения электропроводности жидких сред / Седалищев В.Н., Кривобоков Д.Е., Мациевский В.А., Первухин Б.С. Заявл. 05.04.01, Опубл. 27. 07. 2003. Бюлл. № 21.

112. Павленко О.Ф., Щербак Н.И. Измерение девиации частоты ЧМ-сигналов с помощью счетчиков импульсов // Измерительная техника. -1988.-№5.-С. 48-50.

113. Парамонов A.M. К вопросу о параметрической оптимизации сжигания мазута в нагревательных печах // Промышленная энергетика. 2004. -№5.-С. 29-31.

114. Перфильева Н.В. Динамическая модель упругого механического контакта в пределах трения покоя. Новосибирск: Наука, 2003. - 152 с.

115. Плужников В.М., Семенов B.C. Пьезокерамические твердые схемы. -М.: Энергия, 1971. 168 с.

116. Подлепецкий Б.И. Состояние разработок датчиков в Европе // Измерительная техника. 1991. - № 5. - С. 65-70.

117. Полищук А. Полупроводниковые материалы и приборы для жестких условий эксплуатации // Современная электроника. 2006. - № 4 -С. 20-24.

118. Полулях К.С. Резонансные методы измерений. М.: Энергия, 1980. -120 с.

119. Попов В.П. Основы теории цепей. М.: Высшая школа, 1985. - 496 с.

120. Попов И. Ю. Расчет собственных частот резонаторов, связанных через малые отверстия, с использованием расширенных операторов // Акустический журнал. 1991. - Т. 37. - Вып. 2. - С. 380 - 385.

121. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Под ред. Е.П. Осадчего. М: Машиностроение, 1979. - 480 с.

122. Пчельников Ю.Н., Елизаров А.А. Радиоволновые методы измерений с использованием замедляющих систем // Метрология. 1994. - № 8. -С. 20-28.

123. Пьезоэлектрические материалы и преобразователи / Сб. Универсистета г. Ростов-на-Дону. 1989. - Вып. 8.

124. Рабинович М.И., Трубецков Д.И. Введение в теорию колебаний и волн. М.: Наука, 1992. - 387 с.

125. Рубаник В.П. Колебания квазилинейных систем с запаздыванием. -М.: Наука, 1969.-287 с.

126. Речинский В.И. Акустоэлектронные радиокомпоненты. М.: Радио и связь, 1987.-192 с.

127. Седалищев В.Н., Хомутов О.И. Высокочувствительные пьезорезо-нансные датчики с использованием связанных колебаний для экстремальных условий эксплуатации: монография. Барнаул: Изд-во АлтГ-ТУ, 2006.- 184 с.

128. Седалищев В.Н. Пьезорезонансные датчики на связанных колебаниях // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2005. -№ И.-С. 41-43.

129. Седалищев В.Н. Использование связанных колебаний в пьезорезонансных датчиковых структурах // Измерительная техника. 2006. -№ 3. - С. 59-61.

130. Седалищев В.Н. Особенности конструирования пьезоэлектрических измерительных устройств на связанных колебаниях // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика.- 2006. № 4. - С. 44-46.

131. Седалищев В.Н. Устройство для измерения уровня сыпучих материалов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2006. - № 6. - С. 49-50.

132. Седалищев В.Н., Госьков П.И. Дифференциальные пьезотрансформа-торные измерительные преобразователи // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2006. - № 7. - С. 42-43.

133. Седалищев В.Н. Измерительные устройства, основанные на реализации режимов связанных колебаний в пьезорезонансных датчиковых структурах // Ползуновский вестник. 2006. - № 2. - С. 264-270.

134. Седалищев В.Н. Оценка эффективности использования режимов связанных колебаний в пьезорезонансных измерительных устройствах // Измерительная техника. 2006. - № 8 - С. 57-59.

135. Седалищев В.Н. Ультразвуковой расходомер / Седалищев В.Н., Гось-ков П.И., Макаль A.M., Светлов А.Н., Тамбовцев А.Н, / Положительно-ле решение по заявке № 97115913 1998 г.

136. Седалищев В.Н. Акустическое соединение пьезоэлектрических трансформаторов // Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе: тез. докл. Всесоюз. совещ. -Барнаул: АлтПИ, 1981. Ч. 2. - С. 147-149.

137. Седалищев В.Н. Амплитудно-частотная характеристика колебательной системы, состоящей из двух акустически связанных ПЭТ // Межвузовский сборник «Элементы оптико-электронных, устройств». Барнаул: АлтПИ, 1981.-С. 107-109.

138. Седалищев В.Н. Пьезоэлектрический датчик усилий // Межвузовский сборник научных трудов АлтПИ. Барнаул, 1992. - С. 169.

139. Седалищев В.Н., Госьков П.И. Датчик на основе акустически связанных пьезорезонаторов // Труды АлтГТУ. Барнаул, 1993. - Выпуск 1. -С. 155-162.

140. Седалищев В.Н., Использование связанных колебаний резонаторов в датчиковых структурах // «Датчик-93»: тез. докл. Первой Международной конф. Барнаул, 1993. - Ч. 1. в кн. «Датчики электрических и неэлектрических величин». - С. 36-38.

141. Седалищев В.Н. Анализ колебательной системы преобразователя на основе связанных резонаторов // «Датчик-93»: тез. докл. Первой Международной конф. Барнаул, 1993. - Ч. 1. в кн. «Датчики электрических и неэлектрических величин». - С. 55-57.

142. Седалищев В.Н. Механизм силочувствительности датчика на основе акустически связанных резонаторов // «Датчик-93»: тез. докл. Первой Международной конф. Барнаул, 1993. - Ч. 1. в кн. «Датчики электрических и неэлектрических величин». - С. 89-91.

143. Седалищев В.Н. Пути совершенствования амплитудных пьезорезона-торных датчиков усилий // «Датчик-93»: тез. докл. Первой Международной конф. Барнаул, 1993. - Ч. 1. в кн. «Датчики электрических и неэлектрических величин». - С. 147-148.

144. Седалищев В.Н. Классификация и сравнительный анализ датчиков усилий с электрическим выходным сигналом // «Датчик-93»: тез. докл. Первой Международной конф. Барнаул, 1993. - Ч. 1. в кн. «Датчики электрических и неэлектрических величин». - С. 185-186.

145. Седалищев В.Н. Датчик усилий с логометрическим выходом // «Дат-чик-93»: тез. докл. Первой Международной конф. Барнаул, 1993- Ч. 1. в кн. «Датчики электрических и неэлектрических величин». - С. 190191.

146. Седалищев В.Н., Госьков П. И. Пьезорезонансные датчиковые структуры на основе модуляции связанных колебаний // «Пьезотехника-94»: тез. докл. Международной научно-практич. конф. Томск, 1994. -С. 87-89.

147. Седалищев В.Н., Измерительный преобразователь статистических усилий на основе акустически связанных ПЭТ // «Пьезотехника-94»: тез. докл. Международной научно-практич. конф. Томск, 1994. -С. 90-92.

148. Седалищев В.Н. Экспериментальные исследования МСК-датчиков давления, концентрация и уровня раздела сред // Измерение, контроль и автоматизация производственных процессов: докл. 3-й Международ, конф. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1994. - Ч. 1. - С. 60-61.

149. Седалищев В.Н. К вопросу разработки теоретических основ МСК-датчиков // Измерение, контроль и автоматизация производственныхпроцессов: докл. 3-й Международ, конф. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1994.-Ч. 2.-С. 173-177.

150. Седалищев В.Н., Госьков П.И. МСК-датчики на основе акустически связанных пьезорезонаторов // Состояние и проблемы технических измерений. докл. 1-й научно-технической конференции. Москва, 1994.

151. Седалищев В.Н., Антюфеев А.А. МСК-датчик давления газовых сред. // «Датчик-95»: тез. докл. 2-й Международ, конф. Барнаул, 1995., в кн. «Датчики электрических и неэлектрических величин». - С. 38-39.

152. Седалищев В.Н. Перспективы разработки и применения пьезорезона-торных МСК-датчиков / Седалищев В.Н., Госьков П.И. // Пьезотехника-96, докл. 5-й Международ, конф. Барнаул: АлтГТУ, 1996. - С. 70.

153. Седалищев В.Н. К вопросу разработки теоретических основ МСК-датчиков // Пьезотехника-96, докл. 5-й Международ, конф. Барнаул: АлтГТУ, 1996. -С. 67-69.

154. Седалищев В.Н. Пьезорезонансный МСК-датчик уровня раздела сред / Седалищев В.Н., Егоров Д.В. Ячин А.В. // Пьезотехника-96, докл. 5-й Международ, конф. Барнаул: АлтГТУ, 1996. - С. 71.

155. Седалищев В.Н., Антюфеев А.Н., Дурновцев С.И. Иммерсионный вариант МСК-датчика давления // Пьезотехника-96, докл. 5-й Международ. конф. Барнаул: АлтГТУ, 1996. - С. 72.

156. Седалищев В.Н. Разработка и исследование пьезорезонансного МСК-датчика концентрации раствора / Седалищев В.Н., Бочаров Е.В. // Пьезотехника-96, докл. 5-й Международ, конф. Барнаул: АлтГТУ, 1996. С. 73.

157. Седалищев В.Н., Чепуштанов А.А Пьезоэлектрический однорезона-торный МСК-датчик усилий // Пьезотехника-96, докл. 5-й Международ, конф. Барнаул: АлтГТУ, 1996. - С. 78.

158. Седалищев В.Н. Ультразвуковой расходомер на основе модуляции связанных колебаний пьезорезонаторов / Седалищев В.Н., Антюфе-ев А.Н., Тамбовцев A.M. // Пьезотехника-96, докл. 5-й Международ, конф. Барнаул: АлтГТУ, 1996. - С. 79.

159. Седалищев В.Н. Фазовый вариант МСК-датчика / Седалищев В.Н., Патрушев Е.М // Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов: докл. 4-й Международ, конф. Барнаул: АлтГТУ, 1997. -Т.1.-С. 3-6.

160. Седалищев В.Н. Метод модуляции связанных колебаний в пьезорезонансных измерительных устройствах // Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов: докл. 4-й Международ, конф. -Барнаул: АлтГТУ, 1997. Т.1. - С. 64-66.

161. Седалищев В.Н. Теоретические основы и принципы построения пьезорезонансных МСК-датчиков // Вестник АлтГТУ. 1998. - № 1. - С. 34-40.

162. Седалищев В.Н. Теоретические основы асинхронных МСК-датчиков сверхслабых излучений // Вестник АСТО МАЭН. 1998. - № 1. -С. 38-47.

163. Седалищев В.Н. Дифференциальный датчик усилий на одном пьезоре-зонаторе / Седалищев В.Н., Госьков П.И., Лежнев А.П. // Методы и средства измерений: тез. докл. конф. Москва: МВТУ им. Баумана, 1998.

164. Седалищев В.Н. Теоретические основы нелинейных дифференциальных измерительных преобразователей на связанных колебаниях // Труды СО АИН РФ. Вып. № 1. - Барнаул, 2000. - С. 35-42.

165. Седалищев В.Н. Практическая реализация режимов связанных колебаний в пьезорезонансных датчиках // Труды СО АИН РФ. Вып. №1. -Барнаул, 2000. - С. 43-49.

166. Седалищев В.Н. Исследование пьезоэлектрического датчика усилий на основе связанных резонаторов: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Барнаул, 1992. - 16 с.

167. Седалищев В.Н., Кривобоков Д.Е. Приборы бесконтактного контроля удельной электропроводности жидких сред. Барнаул: АлтГТУ, 2001. — 40 с.

168. Седалищев В.Н. Физические основы пьезорезонансных МСК-датчиков. Барнаул: АлтГТУ, 1997. - 44 с.

169. Седалищев В.Н. Пьезорезонансный вискозиметр с использованием связанных колебаний / Седалищев В.Н., Доренский А.А., Кандауров А.А. // Вестник Курганского государственного университета. № 1 (05), 2006.-Вып.№2.-4. 1.-Курган, 2006.-С. 159-160.

170. Седалищев В.Н. Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Разработка и исследование пьезоэлектрического датчика статических усилий с логометрическим выходом» Барнаул: АлтГТУ, 1992. - 214 с.

171. Седалищев В.Н. Пьезорезонансный вискозиметр для экстремальных условий эксплуатации / Седалищев В.Н., Доренский А.А // Вестник АлтГТУ. Барнаул, 2006. - Вып. № 2. -С. 11- 78.

172. Седалищев В.Н. Пьезорезонансный датчик уровня сыпучих материалов для экстремальных условий эксплуатации / Седалищев В.Н., Доренский А.А // Вестник АлтГТУ. Барнаул, 2006. - Вып. № 2. - С. 75 - 76.

173. Семиглазов A.M. Кварцевые генераторы. М.: Радио и связь, 1982. -88 с.

174. Симеон Э.А., Тарануха А.А. Оптимизация формы кварцевого резонатора // Акустический журнал. 1993. - Т. 39. - Вып. 5. - С. 896-903.

175. Скучик Е. Основы акустики. М.: Изд-во иностр. лит., 1958. - Т. 1. -620 с.

176. Скучик Е. Простые и сложные колебательные системы. М.: Мир, 1971.-558 с.

177. Смагин А.Г., Ярославский М.И. Пьезоэлектричество кварца и кварцевые резонаторы. М: Энергия, 1970. - 488 с.

178. Смажевская Е.О., Фельдман Н.Б. Пьезоэлектрическая керамика. М.: Энергия, Сов. радио, 1971. - 197 с.

179. Смоленский Г.А., Крайник Б.М. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлек-трики. Л.: Наука. - 476 с.

180. Соловьев А.Н., Каплун А.Б. Вибрационный метод измерения вязкости жидкостей. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1970. - 140 с.

181. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин. Л.: Энергоатомиздат, 1987.-315 с.

182. Справочник по кварцевым резонатором / Под ред. Позднякова П.Г. -М.: Связь, 1978.-287 с.

183. Стрелков С. П. Введение в теорию колебаний. М.: Наука, 1964. - 437 с.

184. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. -М.: Машиностроение, 1985. 472 с.

185. Трофимов А.И. Пьезоэлектрические преобразователи статистических нагрузок. -М.: Энергоатомиздат, 1979. -95 с.

186. Трофимов А.И. Пьезоэлектрические измерительные преобразователи в атомной технике. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 86 с.

187. Тондл А. Нелинейные колебания механических систем. М.: Мир, 1973.-334 с.

188. Тюлин В.Н. Введение в теорию излучения и рассеяния звука. М.: Наука, 1976.-254 с.

189. Ультразвук. Малая энциклопедия / Под ред. И.П. Голяминой. М.: Советская энциклопедия, 1979.

190. Ультразвуковые преобразователи / Под ред. Е. Кикучи. М.: Мир, 1972.-424 с.

191. Фесенко Е.Г., Данцигер А.Я., Разумовская О.Н. Новые пьезокерамиче-ские материалы. Ростов-на-Дону. 1983. - 160 с.

192. Физическая акустика. Т.1. Методы и приборы ультразвуковых исследований. Часть А / Под ред. У. Мэзона. М.: Мир, 1960.

193. Филатов Г.А., Баев Е.Ф., Цимбалюк B.C. Малогабаритные низкочастотные фильтры. -М.: Связь, 1974. 264 с.

194. Филатов И.А., Болгов А.Т. Прибор для измерения микроперемещений при дилатометрических исследования // Измерительная техника. 1987. -№ 8 - С. 21.

195. Фрид Е.А., Азарх С.Х. Пьезокерамические фильтры. М.: Энергия, 1967.-40 с.

196. Харкевич А.А. Избранные труды. 4.1. Теория электроакустических преобразователей. - М.: Наука, 1973. - 400 с.

197. Цифровые системы фазовой синхронизации / Под ред. М.И. Жодзин-ского. М.: Советское радио, 1980. - 208 с.

198. Чекалов Л.В., Ткаченко В.М., Громов Ю.И. Современные требования к очистке газов от золы на ТЭС // Электрические станции. 2006. - № 5. -С. 51-55.

199. Шенке И. Датчики и приборы для измерения статических механических усилий и масс // Приборы и системы управления. 1988. - № 12. -С. 22-26.

200. Шляхтер Л.М. Новый прецизионный метод измерения размеров и микроперемещений // Измерительная техника. 1968. - № 2. - С. 25-27.

201. Электрические измерения неэлектрических величин / Под ред. П.В. Новицкого. Л.: Энергия, Ленинградское отд., 1975. - 576 с.

202. Яффе Б., Кук У., Яффе Г. Пьезоэлектрическая керамика. М.: Мир, 1974.-228 с.

203. Яковлев Л.Г. Уровнемеры. М.: Машиностроение, 1964. - 192 с.

204. Beukema C.J., Melema J. Measuring system for complex shear modulus of liguids using torsionally vibrating quartz crystals // J. Sci. Instrum. 1981.Vol. 14- P. 418-420.

205. Acoustically Coupled Resonators and Pressure Tranducer / J. Detaint e.a. // Proc. 37 AFCS. 1983. P. 239-247.

206. Langdon R.M. Vibratory process control transducers // The Marconi re-view.1980. Vol. 43. N 218. P. 156-175.

207. Benes, E. Groschi M., Burger W., and Schmid M. Sensors based on piezoelectric resonators. Sensors Actuators A 48, 1-21,1995.

208. Kirman, R. G. and Langdon, R. M. Force sensors. U. S. Patent 4,594,898. 1986.