Тема 5. Применение емкостных преобразователей для измерения ускорений

Задание

1. Ознакомиться с устройством и техническими характеристиками лабораторной установки (лабораторный стенд №13), с конструкцией и принципом работы фотоэлектрического (оптопары) измерителя амплитуды колебаний вибростола и емкостным измерителем ускорения вибрации стола (акселерометром).

2. Наблюдать на экране осциллографа формы сигналов от акселерометров (D_g) и от датчиков амплитуды (D_A) при различных режимах работы генератора.

Сформулировать пояснения.

3. Измерить с помощью осциллографа параметры вибрации обеих платформ стенда в рабочем диапазоне частот при различных уровнях «раскачки» (коэффициентах задания амплитуды) от функционального генератора.

Определить диапазон подавления вибрации верхней платформы за счет амортизатора при различных нагрузках на платформу.

Сформулировать пояснения.

Методические указания

В работе исследуются параметры вибрации, такие как линейное ускорение и амплитуда колебаний отдельных элементов конструкции, в зависимости от внешних возмущающих воздействий.

Измерение линейных ускорений осуществляется с помощью акселерометров.

Физический принцип, определяющий работу этих датчиков, состоит в изменении ёмкости пластинчатого конденсатора за счёт перемещения одной из пластин.

Датчик представляет собой дифференциальный конденсатор из двух фиксированных пластин и размещённой между ними подвижной пластины. Пространство между пластинами заполнено силиконовой массой, выполняющей роль диэлектрика и одновременно упругой подвески для подвижной пластины. Подвижная пластина обладает относительно большой массой и при воздействии ускорений на датчик осуществляет перемещение от одной фиксированной пластины к другой, преодолевая упругое сопротивление силиконовой массы. В результате изменяется соотношение ёмкостей обеих половин конденсатора, что, в свою очередь, модулирует выходной сигнал датчика по амплитуде.

Собственно линейные ускорения в лабораторной работе создаются вибростендом, возвратно – поступательное движение подвижной части которого инициируется электромагнитной системой, возбуждаемой периодическими сигналами от генератора.

Мощность сигналов генератора (уровни «раскачки») регулируется вручную.

При подаче периодических сигналов синусоидальной формы движение подвижной части вибростенда как материальной точки можно описать уравнением вида

X = A sin ωt ,

где: А – амплитуда колебаний, ω – круговая частота колебаний.

Тогда, выражение для ускорения принимает вид

а=dX/dt² = -Аω² sin ωt .

Измерение амплитуды колебаний элементов конструкции осуществляется с помощью оптронного преобразователя перемещений, состоящего из пары «излучатель + фотоприемник» в общем П-образном корпусе с открытым створом и шторки, перекрывающей частично створ и жестко связанной с испытуемым конструктивным элементом (платформой). Электрический сигнал, снимаемый с фотоприемника, пропорционален площади перекрытия створа шторкой.

Оборудование, используемое в работе

Базой лабораторного стенда №13 является установка ИВ5, состоящая из электромагнитного вибростола с двумя рабочими платформами, блока питания и функционального генератора.

Для частичного гашения вибрации, вторая (верхняя) рабочая платформа соединена с нижней через резиновый амортизатор.

Параметры вибрации каждой платформы воспринимаются акселерометрами ADXL-105 и оптронными датчиками линейных перемещений.

Регистрация сигналов датчиков осуществляется через блок коммутации осциллографом электронным GOS-620 .

Нагрузки на верхнюю платформу создаются наложением гирь.

Числовые параметры:

Диапазон рабочих частот 30 - 80 Гц ;

Чувствительность датчика контроля амплитуды S_а = 0,026 В/мкм ;

Диапазон измерения ускорений 0 - 5 g ,

Чувствительность акселерометра Sg = 0,5 В/g .

Схема лабораторного стенда

УИАВ – устройство измерения амплитуды вибраций, выполненное в виде оптопары со шторкой,

ДЛУ – датчик линейных ускорений (акселерометр) типа ADXL-105.

Источник питания - 2

Методика выполнения эксперимента

1. Подключить к входу СН1 осциллографа информационный выход 1 канала, к входу осциллографа СН2 информационный выход 2 канала. Установить на осциллографе режим «DUAL» и синхронизацию от канала СН1.

Установить на генераторе :

переключатель диапазонов в положение «10»,

регулятор частоты вибраций в положение «3»,

переключатель формы сигнала возбуждения колебаний в положение «sin»,

регулятор задания коэффициента амплитуды (уровня раскачки) в положение «2».

Включить питание приборов в последовательности: осциллограф - генератор – блок питания 2 и отрегулировать синхронизацию осциллографа до получения устойчивого изображения сигналов.

Наблюдая форму сигналов от ДЛУ и УИАВ по осциллографу, сравнить полученное изображение с предполагаемым теоретическим (синусоидальные колебания и соответствующее им изменение ускорения как второй производной во времени).

Дать объяснение возможных отличий.

2. Поочерёдно устанавливая регулятор задания коэффициента амплитуды Ка в положения 2-4-6-8 и переставляя (для каждого из этих положений) регулятор частоты вибрации в позиции 3-4-5-6-7 (соответствующие заданию частоты f= 30-40-50-60-70 Гц), измерять с помощью осциллографа максимальные амплитуды сигналов от УИАВ и ДЛУ (переключая блок коммутации соответственно на измерение D_A и D_g ) для каждой платформы.

Результаты измерений занести в таблицы вида:

f, Гц

Параметр

КА=2

КА=4

КА=6

КА=8

30	ko, В/дел
	lo, дел
……	ko, В/дел
	lo, дел
70	ko, В/дел
	lo, дел

k_o – коэффициент отклонения ;

l_o –максимальная амплитуда сигнала, дел.;

3. Повторить измерения по п.2 , изменяя нагрузку на верхнюю платформу путем наложения гирь 20, (20+20), 50 г.

Построить семейства графиков.

4. Определить диапазон частот, при которых амплитуда вибрации верхней платформы за счет амортизатора минимальна, при различных нагрузках на платформу.