Расчетно-экспериментальное исследование амплитудно-частотной характеристики тензопреобразователя

А. А. Яушев, П. А. Тараненко

Аннотация


Рычажные тензопреобразователи используют в датчиках давления для преобразования поперечного перемещения рычага в электрический сигнал. Для анализа возможности применения рычажного тензопреобразователя при определении нагруженности элементов рельсового транспорта от воздействия неровностей со стороны дорожного
полотна в статье найдена его амплитудно-частотная характеристика. Выполнено экспериментальное исследование, позволившее идентифицировать две первые собственные частоты изгибных колебаний тензопреобразователя и определить декремент колебаний на этих частотах.
Диаметр рычага датчика составляет 4,5 мм, а масса менее 5 г, поэтому контактные
методы измерения амплитуд колебаний здесь оказываются неприменимыми. Поэтому
амплитудно-частотная характеристика тензопреобразователя определена экспериментально с помощью тензочуствительной схемы самого тензопреобразователя и с помощью одноточечного трехкомпонентного лазерного виброметра Polytec 3D LV, который измеряет три линейных компоненты виброскорости в точке колеблющегося объекта.
Испытаны два тензопреобразователя. Испытания проведены методом плавного изменения частоты синусоидальных колебаний. Определены две первые резонансные частоты изгибных колебаний тензопреобразователя. Резонансным методом определен декремент колебаний. Найден допустимый уровень вибронагрузки на резонансе, превышение которого приведет к поломке тензопреобразователя.
С помощью конечно-элементной модели получена зависимость первой частоты собственных колебаний тензопреобразователя от жесткости системы. Эта зависимость позволяет прогнозировать собственную частоту колебаний тензопреобразователя по
данным, приведенным в паспорте изделия.
Экспериментально найденные резонансные частоты и декремент колебаний позволяют построить расчетную модель тензопреобразователя, верифицированную результатами испытаний. Модель можно использовать на ранних стадиях проектирования датчиков давления и датчиков, измеряющих нагруженность элементов рельсового транспорта от воздействия неровностей со стороны дорожного полотна.

Ключевые слова


тензопреобразователь, собственная частота, амплитудно- частотная характеристика, эксперимент, лазерный виброметр

Полный текст:

PDF

Литература


Fetisov A.V., Cherkashina G.V. [Pressure Transducers Development Stages in Metran Company for the Last Two Decades]. Sensors and Systems, 2012, no. 8, pp. 7–10. (in Russ.)

Bushuev O.Y., Grigoriev I.I., Korovchenko Ye.S., Semenov A.S. [Simulation of the Influence of Tensometric Pressure Transducer Diaphragm Defects on its Frequency Response]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Computer Technologies, Automatic Control, Radio Electronics, 2013, vol. 13, no. 2, pp. 74–81. (in Russ.)

Stuchebnikov V.M. [Silicon-on-Sapphire Structures as a Material for Piezoresistive Mechanical Transducers]. Radio Engineering and Electronics, 2005, vol. 50, no. 6, pp. 678–696. (in Russ.)

AGBR 408854.001 Tenzopreobrazovatel'. Rukovodstvo po ekspluatatsii [Strain Transducer. Instruction Manual]. Yekaterinburg, 2007. 23 p.

Zarnik M.S., Belavic D., Novak F. Finite-Element Model-Based Fault Diagnosis, a Case Study of a Ceramic Pressure Sensor Structure. Microelectronics Reliability, 2007, no. 47, pp. 1950–1957.

Kozlov A.I., Pirogov A.V., Stuchebnikov V.M. [Modeling SOS Structure-Based Strain Pressure Sensors. Single-Diaphragm Transducers]. Sensors and Systems, 2008, no. 1, pp. 88–97. (in Russ.)

CLV-3D Compact 3-D Laser Vibrometer. For Simultaneous 3-D Measurement of Dynamics. Polytec, 2010, 6 р.

Pirogov A.V., Stuchebnikov V.M. [Experimental Determination of Natural Frequencies Operated, Pressure Bimembrane Strain Transducers]. Sensors and Systems, 2006, no. 4, pp. 29–33. (in Russ.)

Shestakov A.L., Semenov A.S., Bushuev O.Y. [Experimental Estimation the Dynamic characteristics of the Tensometric Pressure Transducer]. Bulletin of the Bauman MSTU. Ser. Instrument, 2011, no. 1, pp. 88–97. (in Russ.)

GOST 30630.1.1–99. Metody ispytaniy na stoykost' k mekhanicheskim vneshnim vozdeystvuyushchim faktoram mashin, priborov i drugikh tekhnicheskikh izdeliy. Opredelenie dinamicheskikh kharakteristik konstruktsii [Mechanical Environment Stability Test Methods for Machines, Instruments

and Other Industrial Products. Determination of Dynamic Characteristics of Structure]. Minsk, Standartinform Publ., 2000, 25 р.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.