Александр Степанович Жданов
101000, Москва, Малый Харитоньевский пер., д. 4
Alexander S. Zhdanov
4, Maly Kharitonievsky per., Moscow, 101000
Для выявления наиболее чувствительных к вибрации структур исследуемых материалов при виброиспытаниях необходимо определить вектор вибрации в ортогональном базисе. От точности измерения вектора зависит эффективность испытаний. Применяемые при виброиспытаниях и в системах виброконтроля трехосевые датчики вибрации обладают поперечной чувствительностью, приводящей к снижению точности и ограничению частотного диапазона измерений. Ее можно практически полностью компенсировать методом электронной ортогонализации векторов чувствительности вибродатчика. Метод предполагает искусственный поворот векторов чувствительности по сигналам на канальных выходах электронного ортогонализатора до их совпадения с ортогональными направлениями. Он разработан и хорошо работает в низкочастотной области рабочего диапазона частот, в котором амплитудно-частотные характеристики линейны, а набег фазы в каналах отсутствует. В работе представлены результаты исследования влияния фазовых характеристик вибродатчиков на формирование ортогонализующих матриц, определяющих требования к электронному ортогонализатору. Приведены структура измерительной установки для их автоматической регистрации, методика и результаты экспериментального исследования амплитудно- и фазочастотных характеристик векторов чувствительности трехосевого пьезоакселерометра с единым инерционным элементом и косоугольным измерительным базисом. Показано, что конструкция измерительной системы вибродатчика позволяет проводить эффективную широкополосную ортогонализацию измерительного базиса. Полученные результаты могут быть использованы при создании ортогонализующих преобразователей, устраняющих поперечную чувствительность в широком диапазоне частот, а также при совершенствовании конструкции датчиков для улучшения их метрологических характеристик.
To identify the most vibration-sensitive structures of the materials during vibration tests, it is necessary to determine the vibration vector in an orthogonal basis The effectiveness of the tests depends on the accuracy of the vector measurement. The transverse sensitivity of tri-axial vibration transducers, which have found vast application in various vibration measuring and material testing systems, leads to increased measurement errors and limits the frequency range of measurements. The errors can be reduced to almost zero using the proposed method of electronic orthogonalization, which involves rotation of the sensitivity vectors until they coincide with the orthogonal basis, resulting in zero transverse sensitivity. This approach has been successfully developed and works rather well in the low frequency band of the vibration transducer frequency response, wherein the amplitude-characteristics are linear and there is no phase shift in the channels. An emphasis is made on the influence of the phase characteristics of vibration sensors on the formation of orthogonalizing matrices that determine the requirements for an orthogonalizer. The structure of the installation for automated recording amplitude-frequency and phase-frequency responses of the vibration transducer, methodology and results of experimental study of a tri-axial piezoelectric accelerometer (TPA) with one inertia element and oblique-angle measuring basis are presented. The results obtained under vibration activated in three mutually perpendicular directions along the measuring axes show that the transducer measuring system is properly designed to provide for effective broadband orthogonalization of the measuring basis. The results obtained can be used to develop orthogonalizing transducers that eliminate transverse sensitivity in a wide frequency range, as well as to improve the design of sensors and their metrological characteristics.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.