ACOUSTIC SENSOR FOR ASSESSING THE STATE OF PRODUCTION EQUIPMENT
DOI:
https://doi.org/10.14529/ctcr210409Keywords:
sensor, transducer, vibration, model, piezoelectric effect, distributed system, convolution, vibration mode, directional diagram, acousticsAbstract
An important trend in the development of industry is the development of digital models of industrial facilities, the work of which is based on information coming from sensors. This allows you to optimize functionality, predict the technical condition of objects, which is especially important, for example, in the field of metallurgical production, where forced stops are accompanied by huge losses. The sensors themselves are also modeling objects, because they need to adapt to rigid production conditions in which their own shortcomings are manifested, while the correct introduction of corrections for environmental conditions, diagnostics and self-diagnostics, which are impossible without building various types of sensor models, is important. The purpose of the work is to develop a universal discrete model of an acoustic sensor suitable for receiving and emitting acoustic signals. Methods. The work used methods of classical mechanics and mathematics, vibration theory, generalized functions, distributed systems, and mathematical programming methods were used to provide calculations. Results. The main result is a universal discrete model of a sensor with a working element in the form of a round plate, which by choosing parameters can be transformed into a model of a unidirectional dynamic microphone with a flat membrane or a radiator with a focusing spherical element. It is shown that on the basis of the model it is possible to synthesize narrow-directional radiation diagrams and thereby obtain the necessary spatial selectivity and noise immunity of measurements. Conclusion. Calculations made using the proposed model correspond to the known results of acoustics. Verification of the discrete model using a natural sample showed a high accuracy in determining the resonant frequencies and forms of oscillation of the sensor.
References
Джексон, Р.Г. Новейшие датчики / Р.Г. Джексон. – М.: Техносфера, 2007. – 384 с.
Патрушева, П.Н. Сенсорика: Современные технологии микро- и наноэлектроники / Т.Н. Патрушева. – М.: ИНФА-М, 2014. – 260 с.
Fraden, Jacob. Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications / Jacob Fraden. – 3rd ed. – New York: Spriger-Verlag, 2004. – 634 р. DOI: 10.1007/b97321
Бушуев, О.Ю. Исследование динамической характеристики тензопреобразователя давления с целью диагностики его состояния / О.Ю. Бушуев, А.С. Семенов, А.О. Чернявский // Датчики и системы. – 2011. – № 4. – С. 21–24.
Некрасов, С.Г. Мобильная система оценки состояния тихоходного оборудования прокатного производства / С.Г. Некрасов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». – 2012. – Т. 16, № 23. – С. 58–63.
А. с. № 830034 СССР. Способ настройки газовой виброопоры с пьезокерамическим вибратором / В.А. Биушкин, С.Г. Некрасов. – 15.05.1981.
О спектре частот свободных колебаний мембран и пластин, находящихся в контакте с жидкостью / Д.Н. Иванов, Н.В. Наумова, В.С. Сабанеев, П.Е. Товстик // Вестник СПбГУ. Сер. 1. – 2016. – Т. 3 (61), вып. 1. – С. 95–103.
Огибалов, Л.М. Оболочки и пластины / Л.М. Огибалов, М.А. Колтунов. – М.: МГУ, 1969. – 695 с.
Wang, C.M. Shear Deformable Beams and Plates: Relationships with Classical Solutions /
C.M. Wang, J.N. Reddy, K.H. Lee. – Boston: Elsevier Science, 2000. – 372 p.
Gallego-Juarez, J.A. Power Ultrasonics: Applications of High-Intensity Ultrasound / J.A. Gallego-Juarez, K.F. Graff. – Woodhead Publishing, 2015. – 486 p.
Ультразвуковые преобразователи / под. ред. Е. Кикучи. – М.: Мир, 1972. – 424 с.
Бутковский, А.Г. Структурная теория распределенных систем / А.Г. Бутковский. – М.: Наука, 1977. – 348 с.
Бутковский, А.Г. Характеристики систем с распределенными параметрами / А.Г. Бутковский. – М.: Наука, 1979. – 224 с.
Писаренко, Г.С. Вибропоглощающие свойства конструкционных материалов / Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев. – Киев: Наукова думка, 1971. – 328 с.
Писаренко, Г.С. Обобщенная нелинейная модель учета рассеяния энергии при колебаниях / Г.С. Писаренко. – Киев: Наукова думка, 1975. – 240 с.
Попова, Л.И. Физика прочности и пластичности / Л.И. Попова, Д.А. Болдырев. – Тольятти: Изд-во ТГУ, 2017. – 74 c.
Гельфанд, И.М. Обобщенные функции и действия над ними / И.М. Гельфанд, Г.Е. Шилов. – М.: Изд-во физ.-мат. лит., 1959. – 469 с.
Кеч, В. Введение в теорию обобщенных функций с приложениями в технике / В. Кеч,
П. Теодореску. – М.: Мир, 1978. – 518 с.
Жигалко, Ю.П. Пологие сферические оболочки под действием сосредоточенных сил / Ю.П. Жигалко // Исследования по теории пластин и оболочек: сб. тр. Казанского ун-та. – Казань, 1976. – № 12. – С. 58–67.
Ультразвук (маленькая энциклопедия) / под ред. И.П. Голяминой. – М.: Сов. энциклопедия, 1979. – 400 с.
Электрические измерения неэлектрических величин / А.М. Туричин, П.В. Новицкий, Е.С. Левшина и др. – Л.: Энергия, 1975. – 576 с.
Короченцев, В.И. Волновые задачи теории направленных и фокусирующих антенн / В.И. Короченцев. – Владивосток: Дальнаука, 1998. – 193 с.
