Пристрій для дистанційного вимірювання параметрів сигналу пьезодатчика

 

Винахід відноситься до області контрольно-вимірювальної техніки і може бути використано при дослідженні швидкоплинних процесів для реєстрації амплітудно-часових характеристик сигналу, генерованого пєзодатчиком з перепадом реєстрованої величини напруги в тисячу і більше разів, на тлі сильних електромагнітних наведень, порівнянних або перевершують за величиною низкоамплитудную частина сигналу.

Відомо пристрій реєстрації сигналу пьезодатчика, що містить п'єзодатчик, з'єднаний кабелем вимірювальної лінії з віддаленим від датчика реєстратором (див. "Explosive. Gun & Impact Testing". PCB Piezotronics Inc. www.pcb.com). Вказаний пристрій використовується для випадку, коли амплітуда електромагнітної наведення на кабелі вимірювальної лінії мала порівняно з амплітудою сигналу пьезодатчика та її впливом на можливість реєстрації сигналу можна знехтувати. При цьому напруга сигналу, що надходить на реєстратор, визначається у вигляді

VКАБ(t)=I(t)·RКАБ,

де I(t) - струм пьезодатчика, RКАБ- хвильовий опір кабелю.

Недолік відомого пристрою полягає в тому, що реєстрація сигналу пьезодатчика при наявності електромагнітної наведення на до�про пристрій для дистанційного вимірювання параметрів сигналу пьезодатчика (див. C. S. Speight, L. Harper, V. S. Smeeton «Piezoelectric probe for detection of shock-induced spray and spall», Rev. Sci. Instrum. 60(12), 3802, 1989), містить п'єзодатчик з навантаженням у вигляді паралельно з'єднаних між собою ємності і резистора, підключених паралельно електродів пьезодатчика. При цьому електроди з'єднані з входом підсилювача струму, вихід якого з'єднаний кабельною лінією з реєстратором.

У відомому пристрої, вибраному в якості прототипу, підсилювачем струму є емітерний повторювач, який забезпечує узгодження імпедансів навантаження пьезодатчика і кабельної лінії, виробляючи посилення струму сигналу при збереженні незмінним його напруги.

Недолік прототипу полягає в тому, що він може бути застосований тільки для випадку, коли підсилювач струму передає без спотворень як низкоамплитудную, так і високоамплитудную частини сигналу. У разі, коли величина струму сигналу пьезодатчика змінюється в тисячі разів, а підсилювач струму пропускає без спотворень тільки сигнал, величина струму якого змінюється в сотні разів, відбудеться втрата високоамплитудной частини сигналу (див. В. П. Жеребців, «Основи електроніки», Ленінград Энергоатомиздат, 1985, стор 67-68).

Завдання, на вирішення якої спрямовано заявляється винахід, заое дозволяє без спотворення вимірювати як низкоамплитудную, так і високоамплитудную частини сигналу, що відрізняються за величиною в тисячі разів, в умовах дії на кабель вимірювальної лінії сильних електромагнітних наведень, порівнянних або перевищують за величиною низкоамплитудную частина сигналу.

Технічний результат, отриманий при здійсненні винаходу, полягає в підвищенні інформативності виконуваних вимірювань.

Це досягається тим, що в пристрої для дистанційного вимірювання параметрів сигналу пьезодатчика, що містить п'єзодатчик з навантаженням, електроди якого з'єднані з входом підсилювача струму, вихід якого з'єднаний кабельної вимірювальної лінією з реєстратором, новим є те, що навантаження пьезодатчика виконана у вигляді омічного дільника напруги, низькоомний плече якого утворено хвильовим опором кабелю додаткової вимірювальної лінії, з'єднаної з додатковим реєстратором, при цьому параметри електричної схеми вибрані з наступних умов:

де RСПРАВ- повне опір омічного дільника напруги;

RУС- вхідний опір підсилювача струму;

ПД- ємність пьезодатчика;

τсигн- характерна длительприводит до генерування на його електродах електричного напруги, пропорційного за величиною опору навантаження, оскільки п'єзодатчик за своєю природою є генератором струму, величина якого не залежить від величини навантаження датчика. При цьому форма сигналу пьезодатчика практично не залежатиме від величини опору навантаження при виконанні умови RСПРАВ<<RУСі умови короткозамкнутости ланцюга датчика - RСПРАВПД<<τсигн. Це властивість пьезодатчика дозволяє здійснити посилення напруги низкоамплитудной частини генерується датчиком сигналу до величини, що перевищує амплітуду діючої на вимірювальний кабель електромагнітної наводки. У свою чергу, виконання навантаження пьезодатчика у вигляді омічного дільника, низькоомний плече якого утворено хвильовим опором кабелю додаткової вимірювальної лінії з урахуванням умови (1), дозволяє передавати на додатковий реєстратор, не побоюючись електромагнітної наводки, високоамплитудную частина сигналу, що перевершує низкоамплитудную його частина в тисячі разів.

Таким чином, заявляється пристрій дозволяє реєструвати як низкоамплитудную, так і високоамплитудную частини сигналу.

На наведеній фігурі представлена ѷкой і підсилювач струму 2, у якості якого може бути використаний, наприклад, емітерний повторювач. Електроди пьезодатчика 1 з'єднані з входом підсилювача струму 2, вихід якого з'єднаний кабельної вимірювальної лінією 3 з реєстратором 4. Навантаження пьезодатчика 1 виконана у вигляді омічного дільника, високоомним плечем якого є резистор 5 опором R, а низькоомним - хвильовий опір кабелю RКАБдодаткової вимірювальної лінії 6, з'єднаної з додатковим реєстратором 7. Тут величина навантаження (RСПРАВ=R+RКАБ), що використовується для посилення низкоамплитудной частини сигналу, підбирається за рахунок величини опору R так, щоб посилення низкоамплитудной частини сигналу відбулося до рівня, що перевищує величину електромагнітної наведення на кабель вимірювальної лінії 3 хоча б на порядок. Параметри електричної схеми заявляється пристрою обрані також з умови (1). При цьому тривалість τсигнє заданою величиною і визначається часом реєструється процесу.

Заявляемое пристрій працює наступним чином. Струм пьезодатчика 1-I(t) надходить через навантаження пьезодатчика, опір якої дорівнює RСПРАВ=R+RКАБ, і створює на ній і (R+RКАБ), що складається з низкоамплитудной і високоамплитудной частин. Низкоамплитудная частина сигналу проходить через підсилювач струму 2 і кабельну вимірювальну лінію 3 до реєстратора 4 без спотворень, а його високоамплитудная частину, величина якої виходить за межі робочого діапазону підсилювача струму 2, втрачається.

Цей же струм I(t), протікаючи через хвильовий опір кабелю RКАБдодаткової вимірювальної лінії 6, утворює низькоомний плече омічного дільника, створює на ньому напруга VКАБ(t)=I(t)·RКАБ(подібне за формою напрузі VПД(t)=I(t)·(R+RКАБ)), яке далі надходить на вхід додаткового реєстратора 7. Частина цієї напруги, відповідна низкоамплитудной частини сигналу пьезодатчика 1, втрачається через діє на вимірювальну лінію 6 електромагнітної наведення, а інша його частина, відповідна високоамплитудной частини сигналу пьезодатчика 1, буде зареєстрована додатковим реєстратором 7. Після цього, з урахуванням коефіцієнта ділення омічного дільникаR+RДоАБRДоАБ(VДоАБ(t)R+RДоАБRДоАБ), яка була втрачена при проходженні по ланцюзі підсилювача струму 2.

Далі зареєстровані реєстраторами 4 і 7 низкоамплитудная і високоамплитудная частини сигналу будуть «зшиті» між собою в одній з часових точок інтервалу значень сигналу, в якому значення напруг низкоамплитудной і високоамплитудной частин сигналу збігаються. Таким чином, буде отримано повний сигнал пьезодатчика, що містить як низкоамплитудную, так і високоамплитудную частини.

Проведені лабораторні дослідження підтвердили, що пристрій, що пропонується для реєстрації сигналу пьезодатчика, величина напруги якого змінюється в тисячі разів, що дозволяє проводити його реєстрацію в умовах дії на кабелі вимірювальних ліній сильних електромагнітних наведень.

Пристрій для дистанційного вимірювання параметрів сигналу пьезодатчика, що містить п'єзодатчик з навантаженням, електрод�стратором, відрізняється тим, що навантаження пьезодатчика виконана у вигляді омічного дільника напруги, низькоомний плече якого утворено хвильовим опором кабелю додаткової вимірювальної лінії, з'єднаної з додатковим реєстратором, при цьому параметри електричної схеми вибрані з наступних умов:
RСПРАВ<<RУС;
RСПРАВCПД<<τсигн,
де RСПРАВ- повне опір омічного дільника;
RУС- вхідний опір підсилювача струму;
CПД- ємність пьезодатчика;
τсигн- характерна тривалість сигналу пьезодатчика.



 

Схожі патенти:

Запальна свічка з можливістю вимірювання тиску

Винахід може бути використаний у двигунах внутрішнього згорання (ДВС) із запалюванням від стиснення. Штифтові запальна свічка містить корпус з нагрівальним елементом 3 (НЕ), виконаним у формі стрижня. НЄ одним кінцем видається за межі корпусу свічки і розміщується всередині камери згоряння (КС) ДВЗ. У корпусі свічки розміщено також вимірювальний елемент (ВЕ) 7. ИЭ призначений для вимірювання тиску в КС ДВС. ИЭ виконаний з п'єзоелектричного матеріалу. НЄ і ІЕ з'єднані неразъемно, причому ИЭ приєднаний до торця НЄ. Технічний результат полягає в підвищенні точності вимірювання тиску за рахунок усунення впливу теплового розширення на результати вимірювань. 11 з.п. ф-ли, 3 іл.

Датчик повітряних ударних хвиль

Винахід відноситься до галузі вимірювальної техніки і призначене для вимірювання параметрів імпульсного тиску, створюваного в повітрі вибуховим джерелом ударних хвиль

Автономний вимірювач тиску

Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використано для вимірювання тиску ударної хвилі

Пристрій і спосіб для вимірювання гемодинамічних параметрів

Винахід відноситься до медичної техніки, а саме до пристроїв і способів для комплексного обстеження серцево-судинної системи

П'єзоелектричний елемент і перетворювач коливань з п'єзоелектричним елементом

Винахід відноситься до пристроїв для перетворення сигналів тиску в електричні сигнали і навпаки

Пристрій для вимірювання параметрів імпульсного тиску

Винахід відноситься до вимірювальної техніки, конкретніше до області електричних і оптичних вимірювань параметрів імпульсних механічних навантажень виброакустике і фізики ударних хвиль, у тому числі при электровзриве провідників і впливі на речовину інтенсивного випромінювання або корпускулярних пучків

Датчик ударних хвиль

Винахід відноситься до галузі вимірювальної техніки і призначене для реєстрації моментів виходу ударних та детонаційних хвиль на поверхнях елементів досліджуваного об'єкта, а також для вимірювання параметрів ударних та детонаційних хвиль

Датчик детонації

Винахід відноситься до контролю вібрації двигунів внутрішнього згоряння, а саме до датчиків детонації нерезонансного типу, що застосовуються в системах гасіння детонації у двигунах внутрішнього згоряння

Датчик бистропеременного тиску (варіанти)

Винахід відноситься до засобів перетворення бистропеременного та імпульсного тиску в електричний сигнал і може бути використане у первинних перетворювачах швидкості потоку вихрових витратомірів води, газу, пари та інших однорідних середовищ

Хвилеводних датчик імпульсних тисків

Винахід відноситься до вимірювальної техніки, зокрема до вимірювання імпульсних і швидкозмінних тисків, і може бути використано для вимірювання імпульсного тиску гідродинамічного обурення великої потужності при застосуванні розрядно-імпульсної технології
Up!