автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Гидроакустические средства контроля негоризонтальности железнодорожного пути

На правах рукописи

ЕСИПОВ АЛЕКСЕЙ ВИТАЛЬЕВИЧ

ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ НЕГОРИЗОНТАЛЬНОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орел, 2004

Работа выполнена на кафедре «Приборостроение, метрология и сертификация» в Орловском государственном техническом университете (ОрелГТУ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Данилов Владимир Леонтьевич

Официальные оппоненты: — доктор технических наук, профессор

Распопов Владимир Яковлевич

кандидат технических наук Сковпень Владимир Николаевич

Ведущая организация: Российский государственный открытый

технический университет путей сообщения, г. Москва

Защита состоится 29 июня 2004 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.182.01 при Орловском государственном техническом университете по адресу: 302020, РФ, г. Орел, Наугорское шоссе, д. 29.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Орловского государственного технического университета.

Автореферат разослан 28 мая 2004 г. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.182.01 доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Датчики негоризонтальности являются одним из основных элементов систем навигации и стабилизации, широко используются при научных исследованиях, в геофизике, при контроле негоризонтальности различных объектов. Во многих как специальных, так и общепромышленных задачах указанные датчики осуществляют как статический, так и динамический контроль угла негоризонтальности. Причем требования к их техническим характеристикам все время повышаются.

Актуальной сферой применения указанных датчиков в динамическом режиме является измерение поперечной негоризонтальности железнодорожного пути. Безопасность, бесперебойность движения, уровень комфорта пассажиров в значительной мере зависят от состояния пути, поэтому задача поддержания исправного состояния пути очень важна. Для ее решения производится систематический контроль и текущее содержание железнодорожного пути, заключающееся в выправке и стабилизации пути в плане, горизонте и по направлению с помощью специальных путевых машин.

В настоящее время базовым измерителем негоризонтальности железнодорожного пути является прибор ELT-133.00 фирмы «Plasser&Theurer» (Австрия), реализующий прямой метод измерения на основе механического маятника. Основной недостаток прибора — высокая стоимость и затраты на техническое обслуживание; кроме того, он не приспособлен к российским климатическим условиям и поэтому обладает неудовлетворительными точностными характеристиками, а также имеет значительные габаритные размеры (350x145x415 мм) и вес (30 кг), фазовое запаздывание в полосе частот до 0,5 Гц около 50°.

Таким образом, у отечественной железнодорожной промышленности существует потребность в достаточно точных, малогабаритных и дешевых средствах контроля негоризонтальности.

Указанная задача может быть решена на основе перехода от механических маятников к жидкостным, что позволит улучшить динамические характеристики," уменьшить габаритные размеры и вес.

В настоящее время известны технические решения по использованию жидкостных маятников для контроля негоризонтальности. Однако используемые принципы съема информации не обеспечивают требуемых метрологических характеристик, либо для их повышения предлагались очень сложные аппаратурные реализации. В.Н. Есипов предложил для измерения угловых рассогласований между корпусом и жидкостным маятником использовать ультразвуковые методы измерений.

. Проведенный обзор технической и теоретической базы средств контроля на основе жидкостных маятников с ультразвуковым съемом информации показал, что в настоящее время не разработаны принципы построения указанных средств, отсутствует математическая проработка работы жидкостных маятников на движущемся основании и ультразвуковой измерительной части, не исследованы их метрологические характеристики.

Объектом исследования в данной работе является система, состоящая из

маятниковой механической подсистемы

заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью или одной жидкостью с размещенной в ней на торсионном подвесе или в специальных опорах пластинкой со смещенным центром масс, и ультразвуковой подсистемы съема информации. В дальнейшем эта система будет называться датчиком.

Цель диссертационной работы: улучшение технических характеристик средств контроля негоризонтальности.

Указанная цель требует решения следующих задач:

— разработка и теоретическое обоснование схем гидроакустических датчиков контроля негоризонтальности;

— разработка математической модели датчиков, установленных на основании, совершающем угловые колебания;

— исследование статических и динамических характеристик датчиков, их показателей точности;

— разработка опытных образцов датчиков и проведение их экспериментальных исследований.

Методы и средства исследований. При решении поставленных задач использовались методы математического моделирования с использованием ЭВМ, методы теоретической механики, теории колебаний, теории точности, высшей математики и теории численных методов.

Экспериментальные исследования проведены с помощью платы аналого-цифрового преобразования, подключенной к ЭВМ, стандартных электроизмерительных приборов, а также специально созданных средств: стенда угловых колебаний, амплитудного детектора и цифрового фильтра низких частот. Обработка данных выполнена на ЭВМ по оригинальным алгоритмам с использованием системы автоматизации математических расчетов MathCAD.

Научная новизна работы:

1.- Разработаны и научно обоснованы схемы гидроакустических датчиков контроля негоризонтальности.

2. Разработаны математические модели движения маятниковой подсистемы жидкостных и жидкостно-механических датчиков, установленных на основании, подверженном угловым колебаниям. Получены математические модели датчиков, связывающие их механическую и ультразвуковую подсистемы.

3. Найдены расчетные зависимости для определения их статических и динамических параметров гидроакустических датчиков, а также их характеристик точности.

Практическая ценность работы:

1. Разработана система математических моделей, позволяющих рассчитывать параметры гидроакустических датчиков контроля негоризонтальности, на основе которых разработана методика их проектирования.

2. Разработаны конструкции и техническая документация для изготовления опытных образцов гидроакустических датчиков.

3. В результате теоретических и экспериментальных исследований показано превосходство датчиков по динамическим характеристикам перед приборами ELT-133.00 (фирма «Plasser&Theuren>, Австрия).

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены на Калининградской железной дороге, используются в учебном процессе кафедры

«Приборостроение, метрология и сертификация» Орловского государственного технического университета.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на 4 научно-технических конференциях, в том числе: международного уровня — «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (Новочеркасск, 2002), «Чкаловские чтения — ИПАКТ-Ш» (Егорьевск, 1999); всероссийского уровня— «Диагностика веществ, изделий и устройств» (Орел, 1999); «Методы и средства измерений физических величин» (Нижний Новгород, 1997). По результатам исследований опубликовано 8 работ, получены два патента на изобретение. Теоретические и экспериментальные исследования проводились в рамка гранта Минобразования РФ ТОО-13.0-1128 «Научные основы создания высокоточных контрольно-измерительных систем для выправочных железнодорожных машин».

Положения, выносимые на защиту:

1. Система математических моделей, включающая уравнения движения маятникового чувствительного элемента датчиков и уравнения, описывающие подсистему ультразвукового съёма информации.

2. Теоретические зависимости для расчета статических и динамических характеристик различных типов гидроакустических датчиков.

3. Теоретические зависимости погрешностей различных типов гидроакустических датчиков.

4. Схемы и конструкции гидроакустических датчиков, в том числе защищенные патентами РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и изложена на 142 страницах. В диссертации имеется 59 рисунков, 5 таблиц, список использованных источников, содержащий 90 наименований, и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определена ее цель и задачи, кратко раскрыто научное и практическое значение работы.

В первой главе проанализированы условия эксплуатации датчиков, проведен анализ состояния практических разработок и теоретических исследований в области средств контроля негоризонтальности.

Приборы измерения негоризонтальноти на железнодорожном транспорте работают в условиях тепловой нагрузки, определяемой диапазоном температyp (-10 °С - +40 °С). При этом частоты колебаний, с учетом места установки прибора, не превышают 0,5 Гц для максимальной производительности, а максимальный наклон базы на которой установлен прибор, не превышает 1° (на поворотах — до 10°) при допустимой негоризонтальности ±4,6 угл. мин. Допустимая приведенная погрешность измерения негоризонтальности железнодорожного полотна составляет 0,4% при диапазоне измерения 10°. Измерение негоризонтальности осуществляется в условиях трехкомпонентной вибрации с амплитудой ускорения (5-8^ на частотах до (33-45) Гц по каждой компоненте, создаваемой рабочими органами машин.

Проведенный анализ состояния практических разработок показал, что улучшение технических характеристик приборов с прямым методом измерения возможно на основе перехода от механических маятников к жидкостным, что позволит улучшить динамические характеристики, уменьшить габаритные размеры и вес. Съем информации об угловых рассогласованиях между маятником и корпусом может быть осуществлен с помощью ультразвуковых методов измерения. Применение ультразвука позволяет с одной стороны, сканировать состояние жидкостного маятника, не оказывая существенных воздействий на него, а с другой — обеспечить высокие метрологические характеристики датчиков.

В литературе подробно освещены общие вопросы работы механических колебательных систем, в том числе в фундаментальных работах А.Н. Крылова, Л.И. Мандельштама, К. Магнуса, П.Л. Капицы. Комплексное исследование приборов с механическим маятником для измерения негоризонтальности железнодорожного пути проведено В.Я. Распоповым (ТулГУ). В работах В.Н. Есипова (ОрелГТУ) получена математическая модель движения чувствительного элемента жидкостно-механического датчика угловой скорости и исследован его угловой дрейф при круговых вибрациях корпуса. В монографии М.А Павловского, В.В. Кудрявцева, Ю.Н. Рудык (Киевский государственный университет) получено уравнение свободных колебаний пузырькового маятника. Вопросы применения ультразвуковых методов измерений для съема информации в жидкостных датчиках угловой скорости рассмотрены в статьях А.Г. Иноземцева (МГАПИ), В Л. Распопова и В.Н. Есипова.

Обзор публикаций показал, что отсутствуют аналитические описания механической подсистемы, учитывающие совместное воздействие вибраций, угловых и переносных движений основания, и ультразвуковой подсистемы съема информации гидроакустических датчиков, не проведено совместное исследование указанных подсистем, а также не исследованы точностные характеристики и не определены потенциальные метрологические возможности гидроакустических датчиков.

Во второй главе разработаны схемы гидроакустических датчиков контроля негоризонтальности и проведено их теоретическое обоснование, получены математические модели ультразвуковой подсистемы датчиков. Разработанные схемы жидкостных и жидкостно-механических датчиков представлены на рисунке 1.

Во всех схемах маятник образован двумя несмешивающимися жидкостями, с различной плотностью, находящимися в камере с цилиндрической (однокоор-динатный датчик, рисунки 1а, 16, 1е) или сферической (двухкоординатный датчик, рисунок 1в) полостью, либо в виде пластинки со смещенным центром тяжести, подвешенной на торсионах с малой угловой жесткостью или установленной в специальных опорах в корпусе с цилиндрической камерой, полностью заполненной жидкостью. Граница раздела жидкостей или пластинка применяются в качестве отражателя ультразвука, который излучается и принимается с помощью двух пьезопреобразователей. В схеме, представленной на рисунке 1г, пластинка используется «на просвет», т.е. принимается часть излучения, прошедшая через нее. При наличии негоризонтальности появляются угловые рассогласования между камерой (пьезопреобразователями) и поверхностью раздела жидкостей или пластинкой.

Рисунок 1 — Схемы гидроакустических датчиков: 1 - корпус; 2,3 -жидкости; 4,10 - излучатель ультразвука; 5, 11 - приемник ультразвука; 6 - генератор; 7,12 - амплитудный детектор; 8 -усилитель; 9 - частотомер; 13 - пластинка; 14 - подвес; 15 — дифференциальный усилитель

Ультразвуковой съем предлагается организовать путем создания бегущей (рисунки 1а, 1в, 1г, 1д, 1е) или стоячей (рисунок 16) ультразвуковых волн. В первом случае информативным параметром является амплитуда сигнала, а во втором — как амплитуда, так и частота электрического сигнала пьезоприемника.

В результате исследования ультразвуковой подсистемы съема информации гидроакустических датчиков получены аналитические зависимости, связывающие информативные параметры ультразвуковой подсистемы с углом негоризонтальности а: *

— для жидкостных датчиков (рисунки 1а, 1в), жидкостно-механического датчика, с пластинкой, работающей на отражение (рисунок 1д)

У пр ~ Кдат

(-

21а ^

тс г

(1)

(2)

— для жидкостного датчика, со стоячей волной (рисунок 16)

— для жидкостно-механического датчика с пластинкой, работающей на просвет (рисунок 1г)

Кл,

(„2.2 2 1а +ш -п I .

2П—гт31

т [п -а )

-для дифференциального датчика (рисунок 1е)

41а

и йиф — Каат

кг

(3)

(4)

где К0ат — постоянная, определяемая конструктивными параметрами датчика; Ь — длина акустического пути; г — радиус пьезопластины; /о — частота ультразвуковых колебаний; <р — угол падения; п — коэффициент преломления; т — отношение плотностей сред, И — толщина пластинки.

На основе статических характеристик получены выражения для порога чувствительности жидкостных, жидкостно-механических датчиков с амплитудным съемом и дифференциального датчика.

В третьей главе изложены результаты теоретических исследований динамических характеристик датчиков: разработана обобщенная математическая модель механической подсистемы датчиков негоризонтальности, получены зависимости для определения динамических характеристик датчиков и проведено их теоретическое исследование. Показано, что гидроакустические датчики негоризонтальности превосходят по динамическим характеристикам используемые в настоящее время приборы.

Математическая модель механической подсистемы получена в предположении, что угловые рассогласования между корпусом и жидкостью — малые величины и силы вязкого трения проявляются только в пограничном слое со стороны полости. Жидкости рассматриваются как единое твердое тело с усредненной

плотностью и вязкостью. Положение маятникового чувствительного элемента определяется системами координат, представленными на рисунке 2.

Оохоуого — инерциальная (неподвижная) СК; оси Оохо и Ооуо расположены в плоскости местного горизонта, Оого — вертикаль места.

Oxyz — СК, связанная с обьектом и развернутая относительно неподвижной на угол у, который характеризует негоризонтальность поло/ке-

0|Х1у|г| — СК, связанная с корпусом датчика; точка О1 совпадает с геометрическим центром его полости, ось 0|г] совпадает с осью Oz, а ось О1Х1 параллельна оси Ох.

01Х2уда — СК, связанная с поверхностью раздела жидкости.- Ее положение относительно СК О1Х2у222 определяется углами а " |3-

Ось Ох — ось качаний ооьекм. Центр тяжести жидкостей расположен в точке С и смещен етноситсль-? но геометрического центра датчика ^ на величину <1. Расстояние от геометрического центра датчика (оси качания маятника) до оси качаний

Хш, у«, г» — линейная вибрация.

Рисунок 2 — Системы координат, определяющие положение маятникового чувствительного элемента

При указанных условиях обобщенные дифференциальные уравнения движения маятникового чувствительного элемента жидкостных и жидкостно-механических датчиков по координатам при условии малости этих углов,

для случая совместного действия угловых колебаний площадки, на которой установлен датчик, и трехкомпонентной линейной вибрации имеют вид:

Ы2а + (кд-2т^№)а + \^[уув + 2уу, +ге + 8-{1-гв)у2}+к}а-

-2тЛ2у№-тс1[(1 + г,-с1)у-ув+2у2в+у2ув-&]=0; (5)

т^ р + Кд |3 + т<^ув + 2 ууе + гв + (<йх ■+ 2^)а + {с!- Ь - гв )у2 + я] Р -

-тс!хв = 0.

где т — масса маятникового чувствительного элемента; ¿1—смещение центра масс; у — угол отклонения от горизонта площадки, на которой установлен датчик; х„, ув, 2в — виброперемещения; Ь — высота установки датчика (расстояние от геометрического центра датчика (оси качания маятника) до оси колебаний площадки); К6 — коэффициент демпфирования; К— жесткость торсиона.

Дифференциальные уравнения движения механической подсистемы датчика соответствующего типа могут быть получены как частный случай уравнений (5).

Динамика датчиков определяется особенностями колебаний маятникового элемента по координате а в зависимости от параметров внешних возмущений. Колебания маятника являются малыми (например, при выправке железнодорожного пути в предельных случаях не превышают 10°). Следовательно при исследовании уравнений движения маятникового элемента можно воспользоваться линеаризованными представлениями и при учете внешних возмущений считать, что их суммарное воздействие равно сумме отдельных возмущений — угловых колебаний основания и линейной вибрации.

Для исследования динамики гидроакустических датчиков негоризонтальности было выполнено численное интегрирование уравнений (5) для различных вариантов возмущений. Интегрирование выполнено для жидкостного датчика с цилиндрической камерой радиусом 30 мм, заполненной в равных частях ртутью и турбинным маслом Т57, а также для жидкостно-механического датчика радиусом 12 мм, заполненного турбинным маслом Т57, установленных на высоте Ь = 40 мм. Результаты интегрирования показали что:

1. При действии угловых колебаний площадки

— колебания поверхности раздела жидкостей или пластины повторяют без искажений формы входное возмущение;

— в колебаниях поверхности раздела жидкостей или пластины присутствуют амплитудные и фазовые искажения входного возмущения.

2. При действии линейной вибрации

— колебания поверхности раздела жидкостей или пластинки имеют гармоническую форму;

— при воздействии однокомпонентной вибрации после затухания свободных колебаний маятник совершает колебания на частоте внешней вибрации;

— воздействие двухкомпонентной вибрации приводит к появлению вибрационного сдвига нуля, относительно которого происходят колебания на частоте вибрации.

Для оценки амплитудных и фазовых искажений получены частные динамические характеристики: коэффициент динамичности V, определяющий во сколько раз амплитуда колебаний маятника отличается от амплитуды уо колебаний площадки, и фазовое запаздывание ц/ колебаний маятника от колебаний площадки.

Выражения для коэффициента динамичности и фазового запаздывания имеют вид

— для жидкостного датчика

V

2Щ

(6)

для жидкостно-механического датчика

mdg +К тс1г®1

т<1 со;

20х\

где $ — относительный (безразмерный) коэффициент демпфирования; т] — относительная (безразмерная) частота; (Во — частота собственных колебаний.

Анализ коэффициента динамичности и фазового запаздывания датчиков, для которых выполнялось численное решение дифференциальных уравнений, показал следующее:

— в рабочем диапазоне частот коэффициент динамичности фактически одинаков для различных исполнений датчиков (различие составляет 0,2 %);

— в рабочем диапазоне частот амплитуда колебаний практически не зависит от частоты (для максимальной частоты в амплитуда увеличивается в 1,04 раза);

— фазовое запаздывание датчиков мало (для максимальной частоты достигает 0,012° у жидкостныхдатчиков и 0,06° у жидкостно-механических).

Таким образом, предлагаемые гидроакустические датчики при меньших габаритных размерах превосходят по динамическим характеристикам применяемый настоящее время прибор EL.T-133.00.

В четвертой главе проведено теоретическое исследование точностных характеристик ультразвуковых датчиков негоризонтальности, дана общая характеристика погрешностей, получены теоретические зависимости для оценки отдельных составляющих статической и динамической погрешности, предложен алгоритм уменьшения статической погрешности датчиков.

Ультразвуковая подсистема съема информации имеет следующие источники и отдельные составляющие основной погрешности. Инструментальная составляющая погрешности обусловлена тем, что принятые значения постоянных, например пьезокерамики, определяющих функцию преобразования датчика, будут отличаться от реальных. Кроме того несоответствие конструктивных параметров датчика в целом и отдельных элементов конструкции номинальным значениям, а также нестабильность параметров ультразвука, связанная с нестабильностью параметров генератора колебаний — частоты колебаний и амплитуды напряжения колебаний, будут составлять основную погрешность. Одним из источников дополнительной погрешности датчика является отклонение температуры от нормальной. Следствием изменения температуры будут флуктуации параметров жидкостного наполнителя датчика — плотности жидкости и скорости'ультрачв)-ка, а также вертикальное смещение границы раздела жидкостей, в следствии теплового расширения.

Точность механической подсистемы ограничивается собственными динамическими погрешностями, вызванными ее инерционными свойствами и представляющими собой амплитудные и фазовые искажения.

В результате анализа указанных составляющих основной и дополнительной погрешности ультразвуковой подсистемы получены теоретические зависимости для их оценки.

Погрешность от нестабильности колебаний генератора ДСо: — для жидкостного датчика, жидкостно-механического датчика с пластинкой-отражателем

где Цо — амплитуда колебаний генератора.

Погрешность от несоответствия угла падения номинальному значению Аф: — для жидкостного датчика, жидкостно-механического датчика с пластинкой-отражателем, дифференциального датчика

У = "

Аф

-100%;

(10) (П)

— для датчика с частотным съемом

у = 2а(ипф+«ши соБфХзшф + а^ соэф)^ 1()0% ^ (втф+асоэф^а^ -ат1П)зт2ф Погрешность от теплового смещения границы раздела жидкостей:

— для жидкостного датчика с цилиндрической полостью, дифференциального датчика

ТСрД*

У=:

г 100%;

8созф(апш -агап) —для жидкостного датчика со сферической полостью

агссо5(-РА*)+4гс

100%;

соэ-

у =----ж ^

созф(а1гах -ашп) _ • для датчика с частотным съемом

7 =

(4+тф А/) -У 16- л2р2 А/2 ф ^16^л2р2Д/2мЁ2ф - ярАг

. (зтф+Отах созфХмпф-!- атп СОБф)

(12)

(13)

(14)

100%

(а™, -ат,„)5Шфсо$ф

где Р — коэффициент объемного расширения; А< — отклонение температуры от нормальной.

Погрешность от теплового изменения плотности жидкости: — для жидкостного датчика, жидкостно-механического датчика с пластинкой-отражателем

Иа-пг РДг

У 21(атах-атт)1 + РА/ — для дифференциального датчика

а РД/

100%;

7 = "

100%.

(15)

(16)

1 + рД/

Погрешность от теплового изменения скорости ультразвука в жидкости: — для жидкостного датчика, жидкостно-механического датчика с пластинкой отражателем

21а -яг

7 =

1 йс

-—ДП00%;

—.для датчика с частотным съемом

(апф+а,,, со$фХзшф+ат1п соэф) 1 .

(а™-«ит)япф«»ф с 81 — для дифференциального датчика

у = .

1 дс --—ДН00%, сд!

(17)

(18)

(19)

дс

где с — скорость ультразвуковых колебаний в жидкости;--градиент скорода

сти ультразвука вследствие изменения температуры.

Численная оценка составляющих погрешности ультразвуковой подсистемы показала необходимость их снижения для достижения требуемой точности контроля негоризонтальности железнодорожного пути. В связи с этим в диссертационной работе предложен и теоретически обоснован алгоритм уменьшения сост ав-ляющих основной и дополнительной погрешности, позволяющий уменьшить предельную приведенную погрешность до допустимого значения 0,4 % в диапазоне рабочих температур (-10 °С - +40 °С).

Собственные динамические частотные погрешности механической подсистемы, представляющие собой амплитудные и фазовые искажения, определяются следующими выражениями: — для жидкостных датчиков

(20)

— для жидкостно-механических датчиков

(23)

Анализ собственных динамических частотных погрешностей показал, что амплитудная частотная погрешность в сильной степени зависит от высоты установки датчика, причем с уменьшением высоты установки она уменьшается и при ¿—»0 также стремится к нулю. Уменьшение фазовой частотной погрешности возможно подбором размеров полости и жидкостей, ее заполняющих.

В пятой главе изложены результаты экспериментальных исследований гидроакустических датчиков, проанализированы их результаты, доказана адекватность предложенных математических моделей.

Для проведения экспериментальных исследований был создан экспериментальный комплекс, включающий в себя опытные образцы датчиков, стандартные электроизмерительные приборы, а также специально созданные средства: стенд угловых колебаний, амплитудный детектор и цифровой фильтр низких частот. Экспериментальные исследования проведены с помощью серийно-выпускаемой платы аналого-цифрового преобразования, подключенной к ЭВМ. Обработка данных выполнена на ЭВМ по унифицированным и оригинальным алгоритмам с использованием системы автоматизации математических расчетов MathCAD. Опытные образцы реализованы в виде однокоординатного и двухкоординатного гидроакустических датчиков, соответственно с цилиндрической и сферической полостями. Кроме того, при экспериментальных исследованиях использовался стенд угловых колебаний, разработанный на кафедре «Приборы управления» ТулГУ.

На рисунках 3 и 4 представлены экспериментальные и теоретические статические характеристики, полученные для различных входных напряжений, а на рисунках 5 и 6 экспериментальные и теоретические АЧХ, полученные для различных высот установки датчика Ь.

Отклонение экспериментальных функций преобразования от теоретических составляет в среднем 11 %, что позволяет сделать вывод об адекватности математической модели ультразвуковой подсистемы. Максимальное отклонение экспериментальных АЧХ от теоретических не превышает 5 %, следовательно математическая модель механической подсистемы также адекватна.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

1.2 — В"--

и 0,8 —

^0,6 — 0,4 — 0,2 —

0.5

1,5

град

-теоретическая кривая

а □ а экспериментальные точки

Рисунок 3 — Экспериментальная и теоретическая функции преобразования датчика, заполненного ртутью и трансформаторным маслом (С/о = 1,8В)

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Гц 0,9 /-

— теоретическая кривая о экспериментальные точки

Рисунок 5 — Экспериментальная и теоретическая АЧХ датчика, заполненного ртутью и турбинным маслом (Ь = 40мм)

0,5

1,5

град

-теоретическая кривая

а а о экспериментальные точки

Рисунок 4 — Экспериментальная и теоретическая функции преобразования датчика, заполненного ртутью и трансформаторным маслом (СЛ> = 1,4В)

0,75

0,5

0,25

0,1

0,2

0,3 /-

0,4

0,5

Гц

0,7

-теоретическая кривая

о а а экспериментальные точки

Рисунок 6 — Экспериментальная и теоретическая АЧХ датчика, заполненного ртутью и трансформаторным маслом (Ь = -75мм)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны, теоретически обоснованы и проанализированы различные схемы гидроакустических датчиков контроля негоризонтальности.

2. Получены математические модели ультразвуковой подсистемы датчиков, позволяющие определить ее статические характеристики.

3. Разработана обобщенная математическая модель движения маятниковой механической подсистемы жидкостных и жидкостно-механических датчиков, установленных на вибрирующем основании, подверженном угловым колебаниям.

4. Проанализированы особенности динамики механической подсистемы датчиков на вибрирующем основании, учитывающие линейную и угловую составляющие движения основания. Получены аналитические выражения для динамических характеристик датчиков, анализ которых показал, что разработанные гидроакустические датчики при меньших габаритных размерах превосходят известные образцы по частным динамическим характеристикам.

5. На основе исследований отдельных подсистем датчиков, получены математические модели, связывающие их механическую и ультразвуковую подсистемы и позволяющие осуществлять расчет конкретных образцов датчиков.

6. Получены и проанализированы аналитические выражения для определения составляющих статической и динамической погрешности. Предложен и теоретически обоснован алгоритм уменьшения составляющих основной и дополнительной статической погрешности, позволяющий уменьшить суммарную приведенную погрешность до допустимого значения 0,4 % в диапазоне рабочих температур (-10 °С - +40 °С). Даны рекомендации по уменьшению динамических погрешностей.

7. Разработанная система аналитических моделей позволяет рассчитывать статические, динамические и точностные характеристики гидроакустических датчиков и является основой для создания методик их проектирования.

8. Разработан и создан экспериментальный комплекс, включающий опытные образцы датчиков, стандартные электроизмерительные приборы, а также специально реализованные средства измерений и испытаний. Анализ результатов, проведенных на его базе экспериментальных исследований, показал адекватность разработанных математических моделей.

9. Результаты работы внедрены на Калининградской железной дороге, используются в учебном процессе кафедры «Приборостроение, метрология и сертификация» Орловского государственного технического университета.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Есипов В.Н., Есипов А.В. Ультразвуковые методы измерения углов и угловых скоростей// Методы и средства измерений физических величин: Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции. В 2 частях. Ч. 2.— Нижний Новгород: Нижегородский ГТУ, 1997.— С. 4-5.

2. Есипов В.Н., Есипов А.В. Ультразвуковые датчики угла отклонения от вертикали// Чкаловские чтения — ИПАКТ-Ш: Тезисы докл. Третьей междунар. науч.-техн. конф.— Егорьевск: Изд-во ЕАТК ГА, 1999.— С. 80-81.

3. Есипов В.Н., Есипов А.В. О возможности контроля состояния железнодорожного пути ультразвуковыми датчиками негоризонтальности// Диагностика веществ, изделий и устройств: Материалы Всероссийской научно-технической конференции.— Орел: Изд-во Орл. Гос. техн. ун-та, 1999.— С. 127-128.

4. Есипов В.Н., Есипов А.В. Ультразвуковые датчики угла отклонения от вертикали с частотным выходом// Сборник трудов «Известия ОрелГТУ. Машиностроение и приборостроение».— Орел: ОрелГТУ.— 2000.— № 4.— С. 21-25.

5. Патент 2175755 РФ, МКИ G 01 С 9/18. Двухкоординатный датчик угла датчик угла отклонения от вертикали/ В.Н. Есипов, А.В. Есипов."— Опубл. 11.10.2001, Бюл. №31.

6. Есипов А.В. Динамические характеристики ультразвуковых датчиков негоризонтальности// Теория, методы и средства измерений, контроля и диа! но-стики: Материалы III Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 20 сентября 2002 г.: В 4 ч./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).— Новочеркасск, ООО НПО «Темп», 2002.— Ч. 1.— С. 53-56.

7. Есипов В.Н., Есипов А.В. Гидроакустические маятниковые датчики негоризонтальности// Датчики и системы.— 2003.— №5. — С. 27-30.

8. Патент 2212631 РФ, МКИ G 01 С 9/06,9/18. Ультразвуковой датчик угла отклонения от вертикали с частотным выходом/ В.Н. Есипов, А.В. Есипов.— Опубл. 20.09.2003, Бюл. №26.

9. Есипов А.В. Гидроакустический дифференциальный датчик негоризонтальности// Известия ОрелГТУ. Машиностроение и приборостроение.— Орел: ОрелГТУ.— 2003.— №4.— С. 98-100.

10. Есипов В.Н., Есипов А.В. Математическое моделирование гидроакустических датчиков негоризонтальности// Датчики и системы.— 2004.— №1.— С. 15-17.

Подписано к печати « Щ » О5~_2004 г.

Тираж 100 экз. Объем 1 пл.

_Заказ № ////5"_

Типография ОрелГТУ 302030, г. Орел, ул. Московская, 65

* 119 6 3

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ НЕГОРИЗОНТАЛЬНОСТИ

1.1 Условия эксплуатации средств контроля негоризонтальности

1.2 Анализ существующих методов и средств измерения и контроля негоризонтальности

1.3 Обзор публикаций по теме исследования

1.4 Выводы и задачи исследования

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ НЕГОРИЗОНТАЛЬНОСТИ И ПРИНЦИПОВ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ

2.1 Принципы построения и теоретическое описание жидкостных датчиков негоризонтальности с ультразвуковым амплитудным съемом информации

2.2 Принципы построения и теоретическое описание жидкостно-меха-нических датчиков негоризонтальности с ультразвуковым амплитудным съемом информации

2.3 Принципы построения и теоретическое описание жидкостных датчиков негоризонтальности с ультразвуковым частотным съемом информации

2.4 Принципы построения и теоретическое описание жидкостных датчиков негоризонтальности с ультразвуковым дифференциальным съемом информации

2.5 Выводы

ГЛАВА 3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ КОНТРОЛЯ НЕГОРИЗОНТАЛЬНОСТИ

3.1 Разработка обобщенной математической модели механической подсистемы датчиков негоризонтальности

3.2 Анализ динамических характеристик датчиков

3.3 Уменьшение вредного воздействия вибрации на датчики негоризонтальности

3.3.1 Амортизация гидроакустических датчиков

3.3.2 Фильтрация выходного сигнала гидроакустических датчиков

3.4 Общая математическая модель датчиков негоризонтальности

3.5 Выводы

ГЛАВА 4 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ КОНТРОЛЯ НЕГОРИЗОНТАЛЬНОСТИ

4.1 Общая характеристика погрешностей

4.2 Исследование погрешностей ультразвуковой подсистемы

4.2.1 Погрешности жидкостных и жидкостно-механических датчиков с амплитудным съемом

4.2.2 Погрешности жидкостных датчиков с частотным съемом

4.2.3 Погрешности жидкостных датчиков с дифференциальным съемом

4.3 Исследование погрешностей механической подсистемы

4.4 Нормирование погрешностей и рекомендации по повышению точности датчиков

4.5 Выводы

ГЛАВА 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ КОНТРОЛЯ НЕГОРИЗОНТАЛЬНОСТИ

5.1 Конструкции экспериментальных датчиков

5.2 Методика проведения и аппаратурная реализация экспериментальных исследований

5.3 Исследование адекватности математических моделей гидроакустических датчиков

5.4 Выводы 132 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 133 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 135 ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность работы. Сфера применения средств контроля негоризонтальности весьма широка. Они являются основным элементом систем навигации и стабилизации, широко используются при научных исследованиях, в геодезии, геофизике и пр. Причем требования к их техническим характеристикам все время возрастают. В первую очередь это относится к точности и порогу чувствительности, поскольку точность их работы определяет точность систем, в которых они применяются, или точность проводимых исследований. Естественно, что улучшение их характеристик не должно сопровождаться большими аппаратными затратами.

Во многих как специальных, так и общепромышленных приложениях возникает гораздо более сложная задача динамических измерений углов негоризонтальности. Так одной из актуальных задач является измерение поперечной негоризонтальности уложенного железнодорожного пути. Безопасность, бесперебойность движения, уровень комфорта пассажиров в значительной мере зависят от состояния пути. Неисправный путь может создать аварийную ситуацию, вызвать задержки и сбои в движении поездов. Отрицательное воздействие неровностей пути на поездные бригады и пассажиров выражается в существенном повышении уровней шума и вибрации в подвижном составе. При прохождении колесными парами неровностей пути возникают значительные динамические нагрузки, следствием чего является преждевременный износ ходовых частей. Таким образом, задача поддержания исправного состояния пути очень важна, для ее решения необходимо производить систематический контроль и текущее содержание железнодорожного пути.

Непрерывный контроль пути под нагрузками, близкими к нагрузкам поездов со скоростями 100 км/ч и более, осуществляется измерительными комплексами, размещаемыми в вагонах-лабораториях.

Задача текущего содержания пути заключается в обеспечении требуемых геометрических параметров железнодорожного пути. Для решения поставленной задачи с помощью специальных путевых машин производится выправка и стабилизация пути в плане, горизонте и по направлению. При этом допускаемая поперечная негоризонтальность составляет ±4,6 угл. мин., что соответствует превышению одного рельса над другим ±2 мм на базе колеи 1520 мм [1, 2]. Скорость выправки достигает 2 км/ч. Допустимая приведенная погрешность измерения негоризонтальности железнодорожного полотна составляет 0,4 % при диапазоне измерения 10° [3]. Измерение осуществляется в условиях трех-компонентной вибрации с амплитудой ускорения (5-8) g на частотах (33-45) Гц по каждой компоненте, создаваемой рабочими органами путевых машин. Приборы работают в условиях тепловой нагрузки, определяемой диапазоном температур (-10 °С - +40 °С) [1].

Качество исправления железнодорожного пути в значительной степени зависит от работы системы управления органами машины. Одним из приборов, формирующим информацию о железнодорожном пути является измеритель поперечной негоризонтальности.

В настоящее время базовым измерителем негоризонтальности железнодорожного пути является прибор ELT-133.00 австрийской фирмы «Plasser&Theurer», реализующий прямой метод измерения на основе механического маятника [2]. Основной недостаток прибора — высокая стоимость и затраты на техническое обслуживание, кроме того, он не приспособлен к российским климатическим условиям, и поэтому обладает неудовлетворительной точностью, а также имеет значительные габаритные размеры (350x145x415 мм) и вес (30 кг), фазовое запаздывание в полосе частот до 0,5 Гц около 50°.

Другой важной сферой применения датчиков негоризонтальности является измерение морского волнения для целей гидростроительства, океанологии, морской геологии, судостроения и мореплавания. Следует отметить, что на сегодняшний день известно значительное количество методов и средств измерения волнения моря, однако наибольшее распространение получили волномер-ные буи. В волномерных буях определение двухмерного спектра осуществляется на основе измерения углов волнового склона [4].

При измерении морского волнения возникают две задачи: измерение развитого волнения значительной интенсивности и измерение малого волнения» Причем при измерении развитого волнения максимальная частота измеряемых углов имеет порядок единиц герц, а при измерении малого волнения частоты лежат в диапазоне от нескольких сотых до 0,5 Гц [4].

Таким образом, у отечественной промышленности существует потребность в достаточно точных, дешевых и малогабаритных средствах контроля негоризонтальности.

Указанная задача может быть решена на основе перехода от механических маятников к жидкостным, что позволит улучшить динамические характеристики, уменьшить габаритные размеры и вес.

В настоящее время известны технические решения по использованию жидкостных маятников для контроля негоризонтальности. Однако используемые принципы съема информации не обеспечивают требуемых метрологических характеристик, либо для их повышения предлагались очень сложные аппаратурные реализации. В.Н. Есипов предложил для измерения угловых рассогласований между корпусом и жидкостным маятником использовать ультразвуковые методы измерений [5].

Проведенный обзор технической и теоретической базы средств контроля > негоризонтальности на основе жидкостных маятников с ультразвуковым съемом информации показал, что в настоящее время не разработаны принципы построения указанных средств, отсутствует математическая проработка работы жидкостных маятников на движущемся основании и ультразвуковой измерительной части, не исследованы их метрологические характеристики.

Объектом исследования в данной работе является система, состоящая из маятниковой механической подсистемы б виде корпуса, с полостью, полностью заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью или одной жидкостью с размещенной в ней на торсионном подвесе или в специальных опорах пластинкой со смещенным центром масс, и ультразвуковой подсистемы съема информации. В дальнейшем эта система будет называться датчиком.

Цель диссертационной работы: улучшение технических характеристик средств контроля негоризонтальности.

Указанная цель требует решения следующих задач: разработка и теоретическое обоснование схем гидроакустических датчиков контроля негоризонтальности; разработка математической модели датчиков, установленных на основании, совершающем угловые колебания; исследование статических и динамических характеристик датчиков, их показателей точности; разработка опытных образцов датчиков и проведение их экспериментальных исследований.

Практической разработке сформулированных задач посвящена данная работа, состоящая из введения, пяти глав и заключения.

В первой главе проанализированы условия эксплуатации датчиков, проведен обзор состояния практических разработок и теоретических исследований в области средств контроля негоризонтальности. Показано, что разработка таких приборов требует проведения теоретических и экспериментальных исследований, направленных на разработку принципов построения и теоретическое обоснование гидроакустических датчиков негоризонтальности, получение адекватных математических моделей для соответствующих условий эксплуатации, исследование точностных характеристик датчиков.

Во второй главе разработаны различные схемы гидроакустических датчиков контроля негоризонтальности, проведено их теоретическое обоснование, получены и проанализированы математические модели ультразвуковой подсистемы датчиков.

В третьей главе проведено теоретическое исследование датчиков контроля негоризонтальности, разработана обобщенная математическая модель механической подсистемы датчиков негоризонтальности, получены зависимости для определения и проведено теоретическое исследование динамических характеристик датчиков, получена общая математическая модель датчиков негоризонтальности. Показано, что гидроакустические датчики негоризонтальности превосходят по динамическим характеристикам используемые в настоящее время приборы.

В четвертой главе проведено теоретическое исследование точностных характеристик ультразвуковых датчиков негоризонтальности, дана общая характеристика погрешностей, получены теоретические зависимости для оценки отдельных составляющих статической и динамической погрешности, предложен алгоритм уменьшения статической погрешности датчиков. Показана возможность обеспечения требуемой при измерении поперечной негоризонтальности железнодорожного пути точности.

В пятой главе описаны конструкции экспериментальных датчиков, рассмотрена методика и аппаратурная реализация экспериментальных исследований, проанализированы их результаты и доказана адекватность математических моделей.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

Методы и средства исследований. При решении поставленных задач использовались методы математического моделирования с использованием ЭВМ, методы теоретической механики, теории колебаний, теории точности и теории численных методов.

Экспериментальные исследования проведены с помощью платы аналого-цифрового преобразования, подключенной к ЭВМ, стандартных электроизмерительных приборов, а также специально созданных средств: стенда угловых колебаний, амплитудного детектора и цифрового фильтра нижних частот. Обработка данных выполнена на ЭВМ по унифицированным и оригинальным алгоритмам с использованием системы автоматизации математических расчетов MathCAD.

Научная новизна работы:

1. Разработаны и научно обоснованы схемы гидроакустических датчиков контроля негоризонтальности.

2. Разработаны математические модели движения маятниковой подсистемы жидкостных и жидкостно-механических датчиков, установленных на основании, подверженном угловым колебаниям. Получены математические модели датчиков, связывающие их механическую и ультразвуковую подсистемы.

3. Найдены расчетные зависимости для определения их статических и динамических параметров гидроакустических датчиков, а также их характеристик точности.

Практическая ценность работы:

1. Разработана система математических моделей, позволяющих рассчитывать параметры гидроакустических датчиков контроля негоризонтальности, на основе которых разработана методика их проектирования.

2. Разработаны конструкции и техническая документация для изготовления опытных образцов гидроакустических датчиков.

3. В результате экспериментальных исследований показано превосходство датчиков по динамическим характеристикам перед приборами ELT-133.00 (фирма «Plasser&Thurer», Австрия).

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в Калининградском отделении железной дороги, используются в учебном процессе кафедры «Приборостроение, метрология и сертификация» Орловского государственного технического университета.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на 4 научно-технических конференциях, в том числе: международного уровня — «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (Новочеркасск, 2002), «Чкаловские чтения — ИПАКТ-Ш» (Егорьевск, 1999); всероссийского уровня — «Диагностика веществ, изделий и устройств» (Орел, 1999); «Методы и средства измерений физических величин» (Нижний Новгород, 1997). По результатам исследований опубликовано 8 работ, получены два патента на изобретение. Теоретические и экспериментальные исследования проводились в рамках гранта Минобразования РФ ТОО-13.0-1128 «Научные основы создания высокоточных контрольно-измерительных систем для выправоч-ных железнодорожных машин».

Положения, выносимые на защиту:

1. Система математических моделей, включающая уравнения движения маятникового чувствительного элемента датчиков и уравнения, описывающие подсистему ультразвукового съема информации.

2. Теоретические зависимости для расчета статических и динамических характеристик различных типов гидроакустических датчиков.

3. Теоретические зависимости погрешностей различных типов гидроакустических датчиков.

4. Схемы и конструкции гидроакустических датчиков, в том числе защищенные патентами РФ на изобретения.

9. Результаты работы внедрены на Калининградской железной дороге, используются в учебном процессе кафедры «Приборостроение, метрология и сертификация» Орловского государственного технического университета.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Распопов В.Я., Иванов Ю.В. Датчики уровня систем управления железнодорожных машин: Монография.— Тула: Тул. гос. ун-т, 2000.

2. Распопов В.Я., Иванов Ю.В., Зотов С.А. Датчики уровня систем управления выправочных железнодорожных машин// Датчики и системы.— 1999.—№4.—С. 40-43.

3. Насибулин Р.Н., Распопов В.Я. Научные основы разработки маятниковых измерителей негоризонтальности железнодорожного пути// Оборонная техника.— 1996.— №10-11.— С. 7-11.

4. Грязин Д.Г. Расчет и проектирование буев для измерения морского волнения.—СПб: СПбГИТМО(ТУ), 2000.

5. Есипов В.Н. Метрологические характеристики акустических жидкостных гироскопов// Диагностика, информатика и метрология — ДИМ-95: Тез. науч.-техн. конф.— СПб, 1995.—С. 199-200.

6. Захаров А.И. Геодезические приборы: Справочник.— М.: Недра, 1989.

7. Назаров Н.А. Геодезия: 4-е изд., перераб. и доп.— М.: Сельхозиздат,1962.

8. Закатов П.С., Багратуни Г.В., Величко В.А. Хейфец Б.С., Данилевич Б.Б., Киселев М.И. Инженерная геодезия/ Под ред. П.С. Закатова: Изд. 2-е, перераб. и доп.— М.: Недра, 1976.

9. Амелин С.В., Андреев Г.Е. Устройство и эксплуатация пути.— М.: Траснпорт, 1986.

10. Кудряшов Э.А. Моделирование частотных характеристик емкостных интегральных акселерометров// Датчики и сиситемы.— 1999.— № 1.

11. Есипов В.Н., Есипов А.В. Гидроакустические маятниковые датчики негоризонтальности// Датчики и системы.— 2003.— №5.— С. 27-30.

12. Проектирование и производство электролитических преобразователей угла/ М.А. Павловский, В.В. Кудрявцев, Ю.Н. Рудык, А.В. Яковенко.— Киев: Изд-во при Киев, ун-те, 1983.

13. АС 1597551 СССР, МКИ G 01 С 9/16. Устройство для измерения угла наклона/ Н.П. Волков, Н.И. Данников, М.Ф. Киселев, А.В. Космачев.— Опубл.0710.90, Бюл. №37.

14. АС 1610276 СССР, МКИ G 01 С 9/06. Устройство для пространственного определения угла наклона объекта/ Е.В. Гриняева, Н.И. Данников, В.Е. Луценко, В.В. Шапкарин.— Опубл. 30.11.90, Бюл. №44.

15. АС 1597550 СССР, МКИ G 01 С 9/16. Дифференциальный емкостной преобразователь угла наклона/ Н.П. Волков, Н.И. Даников, А.В. Космачев, А.В. Соловьев — Опубл. 10.06.88, Бюл. №37.

16. АС 1543228 СССР, МКИ G 01 С 9/10. Устройство определения угла наклона/ В.В. Никулин, В.Ф. Мозговой.— Опубл. 10.03.88, Бюл. №6.

17. АС 757849 СССР, МКИ G 01 С 9/00. Датчик угла наклона/ Г.Б. Доб-ронадеждин.— Опубл. 08.06.78, Бюл. №31.

18. АС 354261 СССР, МКИ G 01 С 9/06. Устройство для измерения углов наклона/ Н.В. Кузьмин, Ю.И. Степанов и др.— Опубл. 9.10.72, Бюл. №30.

19. АС 1328671 СССР, МКИ G 01 С 9/06. Устройство для измерения угла наклона/ А.Л. Пайлах.— Опубл. 7.08.87, Бюл. №29.

20. АС 1615545 СССР, МКИ G 01 С 9/18. Устройство для определения угла наклона/ В.В. Богарев, В.Б. Николаев, A.M. Мижко, П.Д. Панов.— Опубл. 09.11.87, Бюл. №47.

21. АС 1673831 СССР, МКИ G 01 С 9/06. Ультразвуковой измеритель наклона/ Р.Г. Джагупов, Хамид Абдалла Джалаб, Д.П. Яковлев.— Опубл.3008.91, Бюл. №32.

22. АС 1439405 СССР, МКИ G 01 С 9/18. Измеритель наклона/ А.Ф. Пшеничников, А.В. Лебедев.— Опубл. 01.04.87, Бюл. №43.

23. AC 1420370 СССР, МКИ G 01 С 9/24. Способ измерения угла наклона объекта относительно горизонта и устройство для его осуществления/ В.В. Минин, В.Н. Меренков. — Опубл. 22.12.86, Бюл. №32.

24. АС 881522 СССР, МКИ G 01 С 9/06. Ультразвуковой устройство для измерения углов наклона/ А.А. Шпак, АЛ. Немов.— Опубл. 15.11.81, Бюл. №42.

25. АС 1525460 СССР, МКИ G 01 С 9/06. Датчик угла отклонения от вертикали/ В.А. Котляровский.— Опубл. 30.11.89, Бюл. №44.

26. АС 787895 СССР, МКИ G 01 С 9/20. Устройство для определения угла наклона/ В.И. Бузанов.— Опубл. 15.12.80, Бюл. №46.

27. Патент 2093791 РФ, МКИ G 01 С 9/18, 9/20, 9/06. Датчик угла отклонения от вертикали/ В.Н. Есипов.— Опубл. 20.10.97, Бюл. №29.

28. Есипов В.Н., Есипов А.В. Ультразвуковые датчики угла отклонения от вертикали// Чкаловские чтения — ИПАКТ-Ш: Тезисы докл. Третьей между-нар. науч.-техн. конф.— Егорьевск: Изд-во ЕАТК ГА, 1999.— С. 80-81.

29. Крылов А.Н. О некоторых дифференциальных уравнениях математической физики, имеющих приложения в технических вопросах.— M-JL: Гос-техиздат, 1950.

30. Мандельштам Л.И. Лекции по теории колебаний.— М.: Наука, 1972.

31. Кудревич Б.И. Дополнительные вопросы теории гирокомпасов и гировертикалей.— Л.: Военмориздат, 1945.

32. Магнус К. Колебания: Введение в исследование колебательных систем. Пер. с нем.— М.: Мир, 1982.

33. Пановко Я.Г., Губанова И.И, Устойчивость и колебания упругих систем.— М.: Наука, 1964.

34. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории упругих колебаний.— М.: Машиностроение, 1967.

35. Лунц Я. Л. Ошибки гироскопических приборов.— Л.: Судостроение,1968.

36. Боднер В.А., Алферов А.В. Измерительные приборы. Т. 1.— М.: Изд-во стандартов, 1986.

37. Капица П.Л. Маятник с вибрирующим подвесом.— Успехи физ. наук, т. 44., в. 1, 1951.

38. Синельников А.Е. Уходы маятника на вибрирующем основании в случае действия эллиптической вибрации// Изв. АН СССР. Механика, 1965.— №6.

39. Есипов В.Н. Исследование колебаний чувствительного элемента при вращении резонансного гидроультраакустического датчика// Флуктуационные методы измерений и контроля: Межвузовский сборник научных трудов/ ВЗМИ.— М.: ВЗМИ, 1985.— С. 66-73.

40. Кудрявцева Л.А., Павловский М.А., Рудык Ю.Н. и др. О виброустойчивости жидкостных маятниковых переключателей.— Вестн. Киев, политехи, ин-та. Приборостроение, 1977, вып. 7.

41. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа.— М.: Наука, 1970.

42. Свердлин Г.М. Прикладная гидроакустика.— Л.: Судостроение, 1976.

43. Колесников А.Е. Ультразвуковые измерения.— 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Изд-во стандартов, 1982.

44. Домаркас В.И., Кажис Р.-И. Ю. Контрольно-измерительные преобразователи.— Вильнюс: Минтис, 1975.

45. Иноземцев А.Г. Ультраакустические инерциальные датчики// Вопросы теории и методики гравитационных измерений на подвижном основании/ ИФЗ АН СССР.— М: Наука, 1976.—С. 145-158.

46. Есипов В.Н. О выделении информации в гидроакустических датчиках с нарушением изотропности свойств жидкости// Орловщина: прошлое и настоящее: Материалы научной конференции // Секция технических наук/ Орловский региональный центр АТН РФ.— Орел, 1993.

47. Ярнете А., Илгунас В., Баршускас К. Влияние непараллельности на кривую реакции интерферометра// Вопросы методики ультразвуковой интерферометрии/ Труды Всесоюзной конф. по вопросам ультразвуковой интерферометрии.— Вильнюс, 1965.— С.35-45.

48. Краснушкин П.Е. О дифракционных эффектах при измерении скорости и поглощения ультразвука// Доклады АН СССР.— 1968.— Т. 181, №6.— С.213-216.

49. Химунин А.С. Исследование дифракционных эффектов в ультразвуковых измерениях// Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата ф.-м. наук.— М., 1974.

50. Иноземцев А.Г. Оценка точностных характеристик инерционных ультраакустических элементов/ ИФЗ АН СССР.— М., 1978.— С. 151-161.

51. Иноземцев А.Г. Термодинамический анализ гравитационной конвекции в замкнутых полостях// Приборы точной механики: Межвузовский сб. науч. тр./ ВЗМИ.— М., 1977.— Т.2.— С.58-62.

52. Иноземцев А.Г., Есипов В.Н. Учет некоторых погрешностей трехстепенного ультраакустического датчика угловых вращений// Флуктуационные методы измерений и контроля: Межвузовский сб. науч. тр./ ВЗМИ.— М., 1985.—С.87-95.

53. Патент 2175755 РФ, МКИ G 01 С 9/18. Двухкоординатный датчик угла датчик угла отклонения от вертикали / В.Н. Есипов, А.В. Есипов.— Опубл. 11.10.2001, Бюл. №31.

54. Патент 2212631 РФ, МКИ G01 С 9/06, 9/18. Ультразвуковой датчик угла отклонения от вертикали с частотным выходом/ В.Н. Есипов, А.В. Есипов.— Опубл. 20.09.2003, Бюл. №26.

55. Исакович М.А. Общая акустика.— М.: Наука, 1973.

56. Бергман JI. Ультразвук.— М.: Изд-во иностр. литературы, 1957.

57. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов.— 13-е изд., исправленное.— М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.

58. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы.— М.: Наука, 1978.

59. Основы метрологии и электрические измерения/ Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.М. Душин и др.; Под ред. Е.М. Душина.— 6-е изд., перераб. и доп.— Л.: Энергоатомиздат, 1987.

60. Есипов В.Н., Есипов А.В. Ультразвуковые датчики угла отклонения от вертикали с частотным выходом// Сборник трудов «Известия ОрелГТУ. Машиностроение и приборостроение».— Орел: ОрелГТУ.— 2000.— № 4.— С. 2125.

61. Есипов А.В. Гидроакустический дифференциальный датчик негоризонтальности// Известия ОрелГТУ. Машиностроение и приборостроение.— Орел: ОрелГТУ.— 2003.— №4.— С. 98-100.

62. Есипов В.Н., Есипов А.В. Математическое моделирование гидроакустических датчиков негоризонтальности// Датчики и системы.— 2004.— №1.— С. 15-17.

63. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т.— Т. 6. Защита от вибрации и ударов/ Под ред. К.В. Фролова.— М.: Машиностроение, 1981.

64. Круглов Ю.А., Туманов Ю.А. Ударовиброзащита машин, оборудования и аппартуры.— Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986.

65. Ильинский B.C. Защита РЭА и прецизионного оборудования от динамических воздействий. М.: Радио и связь, 1982.

66. Джонсон Д. и др. Справочник по активным фильтрам: Пер. с англ./ Д. Джонсон, Дж. Джонсон, Г. Мур.— М.: Энергоатомиздат, 1983.

67. Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства.— М.: Высшая школа, 1981.

68. Браславский Д.А., Петров В.В. Точность измерительных устройств.— М.: Машиностроение, 1976.

69. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений.— Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1985.

70. Рабинович С.Г. Погрешности измерений.— Л.: Энергия, 1978.

71. Генератор сигналов низкочастотный ГЗ-121. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.— 1989.

72. Допуски и посадки: Справочник/ В.Д. Мягков и др.— Л.: Машиностроение, 1983.— Ч. 2.

73. Кухлинг X. Справочник по физике: Пер. с нем.— М.: Мир, 1982.

74. Фаворин М.В. Моменты инерции тел. Справочник./ Под ред. М.М. Гернета.— Изд. 2-е, перераб. и доп.— М.: Машиностроение, 1977.

75. Физические величины: Справочник./ Под ред. И.С. Григорьева, И.З. Мейлихова.— М.: Энергоатомиздат, 1991.

76. Справочник конструктора точного приборостроения/ Под. общ. ред. К.Н. Явленского, Б.П. Тимофеева, Е.Е. Чаадаевой.— JL: Машиностроение. Ле-нингр. отде-ние, 1989.

77. ГОСТ 8.401-80. Классы точности СИ.— М.: Изд-во стандартов, 1981.

78. Шишкин И.Ф. Метрология, стандартизация и технические измерения/ Под ред. акад. Н.С. Соломенко.— М.: Изд-во стандартов, 1990.

79. Журавин Л.Г., Маринченко М.А., Семенов Е.И., Цветков Э.И. Методы электрических измерений/ Под ред. Э.И. Цветкова.— Л.: Энергоатомиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1990.

80. Бромберг Э.М., Куликовский К.Л. Тестовые методы повышения точности измерений.— М.: Энергия, 1978.

81. Земельман М.А. Автоматическая коррекция погрешностей измерительных устройств автоматики.— М.: Энергоатомиздат, 1986.

82. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений.— М.: Энергоатомиздат, 1986.143