Исследование фазовых характеристик вибродатчиков и условий ортогонализации их измерительного базиса для систем виброконтроля и виброиспытаний материалов

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.

1. Ганиев Р. Ф. Нелинейные резонансы и катастрофы. Надежность, безопасность и бесшумность. — М.: Регулярная и хаотическая динамика, 2013.

2. Ганиев Р. Ф., Ковальчук П. С. Динамика систем твердых и упругих тел (резонансные явления при нелинейных колебаниях). — М.: Машиностроение, 1980. — 208 с.

3. Ганиев Р. Ф., Балакшин О. Б., Кухаренко Б. Г. Бифуркация резонанса при флаттере лопаток ротора турбокомпрессора / Доклады Академии наук. 2012. Т. 444. № 1. С. 35 – 37.

4. Асташев В. К., Пичугин К. А., Семенова Е. Б. Нелинейная динамика вибрационной машины с электродинамическим возбудителем колебаний / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2021. Т. 50. № 1. С. 15 – 24. DOI: 10.31857/S0235711921010065

5. Махутов Н. А., Гаденин М. М. Анализ и управление параметрами прочности, ресурса и рисками безопасной эксплуатации энергоустановок с различными видами энергоресурсов / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2022. Т. 51. № 1. С. 47 – 56. DOI: 10.31857/S0235711922010060

6. Лепов В. В. Надежность и ресурс технических систем в экстремальных условиях эксплуатации / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 6. С. 36 – 39. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-6-36-39

7. Мовенко Д. А., Морозова Л. В., Шуртаков С. В. Исследование характера и причин разрушения карданного вала винтового двигателя / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 12. С. 43 – 50. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-12-43-50

8. Пустовой В. Н., Гришин С. А., Дука В. В., Федосов В. В. Установка для исследования кинетики развития трещины при испытаниях на циклический изгиб / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 7. С. 59 – 64. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-7-59-64

9. Махутов Н. А., Коссов В. С., Оганьян Э. С. и др. Прогнозирование контактно-усталостных повреждений рельсов расчетно-экспериментальными методами / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 4. С. 46 – 55. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-4-46-55

10. Черепанцев А. С., Салтыков В. А. Широкополосный акселерометр для исследования высокочастотных собственных шумов Земли / Приборы и техника эксперимента. 2020. ¹ 1. С. 130 – 135. DOI: 10.31857/S0032816220010115

11. IEPE Triaxial Accelerometer. Kistler. Product catalogue. https:// kistler.cdn.celum.cloud/SAPCommerce_Download_original/ 000-841e.pdf (accessed 17.05.2023).

12. Test and Measurement Sensor Catalog. Endevco. http://endevco. com/contentStore/MktgContent/Endevco/uploads/2019/08/ EDV-Catalog Lowres.pdf (accessed 17.05.2023).

13. Zhdanov A. S., Morozov K. D. A new technology for improving vibration measurement accuracy with 3D piezoelectric transducers / Proceedings of the 10th International Congress on sound and vibration. — Stockholm, 2003. P. 943 – 950.

14. Жданов А. С. Повышение точности измерения пространственной вибрации трехкомпонентными пьезодатчиками на основе электронной ортогонализации векторов чувствительности / Вестник науч.-техн. развития. 2011. № 5. С. 13 – 19.

15. Жданов А. С. Влияние поперечной чувствительности пьезоакселерометров на точность измерения вибрации / Приборы. 2017. № 4(202). С. 1 – 6.

16. Жданов А. С. Помехоустойчивый трехкомпонентный пьезоакселерометр на основе монолитного пьезоэлемента / Приборы. 2014. № 7(169). С. 1 – 5.

17. Жданов А. С. Ортогонализация измерительного базиса трехосевых вибродатчиков методом последовательных приближений / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 4. С. 29 – 37. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-4-29-37

18. Жданов А. С. Предусилитель-компенсатор для трехкомпонентных вибродатчиков / Приборы. 2015. ¹ 4(178). С. 19 – 24.

19. Piezoelectric transducers DeltaShear, Uni-Gain, DeltaTron and special types. https://kiptm.com/wp-content/uploads/2021/05/ 26/bryul-i-ker-datchik-vibracii-4321-4374-4375.pdf (access 17.05.2023).