Измерение параметров механических колебаний, вибрации

Механические колебания, вибрации (прямолинейные, вращательные) подразделяются на детерминированные и стохастические, полезные и вредные. При этом измеряют амплитуду, частоту, фазу колебаний, статистические оценки для стохастических процессов.

Используют два способа крепления вибродатчиков:

• жесткое крепление к объекту;
• силовой контакт.

При силовом контакте щупа с объектом измерения необходимо учитывать частоту колебаний, жесткость и инерционные характеристики щупа, усилие придавливания.

• виброметр – измеряет амплитуду вибраций;
• велосиметр – скорость;
• акселерометр – ускорение.

Ускорение является динамической характеристикой объекта. Акселерометры используют для измерения параметров взрыва, удара в строительстве и в машиностроении. Для этой цели широко применяют пьезоэлектрические преобразователи.

Правильно рассчитанный, изготовленный и откалиброванный акселерометр должен иметь одну резонансную частоту и плоскую частотную характеристику, обеспечивающую точность измерения параметров колебаний в достаточно широком диапазоне частот. Для расширения частотного диапазона используют демпфирование колебательной системы преобразователя.

Рис. 7.3 Частотная характеристика акселерометра.

При калибровке таких датчиков определяют следующие характеристики:

• Чувствительность – отношение выходного электрического сигнала к входному механическому. Чувствительность обычно определяется для синусоидального сигнала эталонной частоты (160 Гц – в Европе, 100 Гц – в США).
• Частотная характеристика – поведение выходного сигнала в рабочем частотном диапазоне акселерометра.
• Резонансная частота недемпфированного датчика.
• Уровень выходного сигнала при нулевом внешнем воздействии. Этот параметр определяется для положения датчика, в котором его чувствительная ось перпендикулярна направлению силы гравитации. В датчиках, имеющих постоянную составляющую выходного сигнала, влияние гравитации необходимо устранять.
• Линейность акселерометра. Данный параметр определяется во всем динамическом диапазоне входных сигналов.

При выборе акселерометра для конкретного применения необходимо учитывать следующие факторы:

• Что необходимо измерять: амплитуду вибраций или линейное ускорение.
• При какой температуре среды должен работать датчик, и как быстро эта температура меняется.
• Частотный диапазон.
• Требования предъявляются к линейности и точности.
• Требования к массгабаритным показателям.
• Требования к источнику питания.
• Условия эксплуатации.
• Требования к механической прочности.
• Наличие акустических и электромагнитных полей и др.

Рис. 7.4 Схема дат­чика ускорения с реостатным пре­образователем