border=0

Prinsipes fan bou en funksjes fan it funksjonearjen fan mjittingen dy't basearre binne op it brûken fan gekoppelte oscillaasjes yn systemen mei twa graden frijheid

<== foarige artikel |

De taak om de gefoeligens fan 'e measte transducer te ferheegjen kin bepale wurde troch netlineare prosessen te brûken yn komplekse dynamyske systemen (ôfbylding 15.7). De transmissionskoeffizient fan sa'n mooglike kanaal hinget ôf fan de realisearbere moden fan gekoppelde oscillaasjes yn it systeem. As gefolch fan it feroarearrings fan it swimbadene enerzjy tusken de yntegrearjende oszillators, wurdt it messfoarriedingsproses net-linear wêze, dat kin brûkt wurde om heech sensibel sensors te meitsjen dy't brûkt wurde om lytse mjittingen te mjitten, om swakke ynfloeden te registeren, ensfh.

Bygelyks kinne de moden fan gekoppelte oscillaasjes yn systemen mei in finite oantal graden ynmeitsje yn mjittende transducers, boud op basis fan twa piezoresonators dy't ynteraksearje mei elkoar (15.7b).

a)

b)

Fig. 15.7 Blokdiagrammen fan ferskillende mjittingen fan lineêre (a) en netlinear (b) types:

G-generator; OL - konverter; IC - mjitting

Associated oscillations yn sensor fan dit type kinne direkt yn monolithyske piezoresonators realisearre wurde, tusken yndividuele resonators, en ek op grûn fan 'e ynteraksje fan wellen yn systemen mei distribuearre parameter.

It probleem foar it ferneatigjen fan de gefoelens fan converteren fan dit type yn relaasje ta destabilisearjende faktoaren kin ek bepaald wurde troch rationalem gebrûk fan de oerienkommende regimen fan gekoppelde oscillaasjes yn it systeem. Yn tsjinstelling ta it differinsjaal metoade fan it skieden fan in differinsjaal sinjaal, dat bestiet út it brûken fan in ekstra mjitkonverter en signalfernstelling (BS) (15.7a), wurdt de formaasje en amplifikaasje fan in differinsjaal sinjal by it útfieren fan gekoppelte oszillaasjemodus direkt yn 'e selskonverter, objekt fan mjitting (ôfbylding 15.7b).

Foar it earst is in gemiddelde transducer dy't de modus fan gekoppelte oscillaasjes, nammentlik de synchronous modus, yn 1932 yn 'e Feriene Steaten makke is. Oant no ta hawwe de moden fan oansletten harmonische swakingen oanfrege op ferskate gebieten fan wittenskip en technology. Bygelyks, funksjonele converters, ynklusyf mjittingen, waarden útfierd troch mikrofoane-generators. Tsjintwurdich binne benammen synchronous moden fan gekoppelte oscillaasjes fan elektryske sirkels, generators wurde brûkt om it ûntfangen fan it ûntfangen fan it ûntfangen fan it ûntfangen fan 'e ûntfangen fan' e radio-sinjaal, de gearfoegende krêften te ferheegjen, de frekwinsje fan harmonische oscillaasjes te dielen, elektryske en net-elektryske mjittingen mjitte. Der binne publikaasjes oer it gebrûk fan ynteraktive optyske kwantum-generators, mikrowavewellen, sawol yn mjitten en yn technyske ynstallaasjes. Bygelyks, op grûn fan it messen fan 'e fase-ferskil fan syngronisearre elektryske oscillator-sirkels, wurdt in heul sensitive-fase-generator-metoade foar mjitten fan parameters fan radio-eleminten ynfierd. Basearre op ynterferneare generators binne funksjonele converteren fan it analog-faze-type en analog-frekste type ûntwikkele. Mar, nettsjinsteande it realisearjen fan foldwaande hege metrologyske skaaimerken, ûntwikkele de apparaten dy't brûkt wurde mei kombinearre oscillaasjes net te wreidzjen gebrûk yn technology, mooglik op grûn fan de folgjende redenen:

- ûnfoldwaande ûndersocht en analysearre modes fan gekoppelte oscillaasjes, dy't de optimale circuit- en ûntwerp-oplossingen bymeitsje by it meitsjen fan mjittings;

- Low-Stabile, komplekse en djoere apparaten (mikrofoane-generators, elektro-mechanical resonators, elektryske oscillatorskrêften) waarden brûkt as interaktende oszillators.

Bygelyks, foar ferskate redenen, de modus fan 'e beweeching fan oscillaasjes mei in partiel ferslepen fan frekwinsjes hat oant no ta net genôch omtinken jûn oan' e teoretyske en eksperimintele stúdzjes, en yn praktyk tapassen.

Der binne gewoane ferskillen yn 'e oanpak fan it gebrûk fan oanslutende oscillaasjes op ferskate gebieten fan yngenieursaktiviteit. Bygelyks by it brûken fan modus fan kombinearre oscillaasjes yn radio-apparaten, de problemen fan it bepalen fan de grutte fan it syngronband, de steepness fan it amplituden-frequenske karakteristyk by de grinzen fan syn syngronband, mei de mooglikheid fan it oscillating systeem om de oscillaasjes te modulearjen, en de krêft fan de syngronisearre generators binne fan be>

By it brûken fan gekleurde oscillaasjes yn in mjittech moatte jo in oantal spesifike taken opnimme mei it ferbetterjen fan de metrologyske eigenskippen fan mjittings fan dit type. Yn dit gefal is de fokus op 'e folgjende saken:

- stúdzje fan 'e mooglikheden om de sensibiliteit fan mjittings te ferheegjen troch de ymplemintaasje fan matearyske modulen;

- Wizen om de krekte rjochting fan mjittingen te ferbetterjen, basearre op it gebrûk fan gekoppelde swakingen yn komplekse systemen;

- Fagen om de prestaasjes fan IP op 'e dêrmei gearhingjende swimbaden te kontrolearjen;

- soargje foar de stabiliteit fan 'e operaasje fan komplekse oszillatoresystemen fan mjitte transducers.

As stúdzjes sjen litte en de ûnderfining fan praktyske útfiering fan mjittings fan dit type, mikroprozessor-ferwurking fan útfierparameters ferlies de metrologyske en technyske en ekonomyske skaaimerken fan piezoelektrische transducers basearre op basis fan 'e modulaasje fan gekoppelte oscillaasjes, om it gebied fan tapassing út te wreidzjen.

15.3 Mathematysk model fan 'e transducer mei twa graden frijheid

Op it stuit binne resonante messenmetoaden breed brûkt yn mjittingtechnology. Foar dat doel wurde sels oszillatorearjende prosessen yn systemen fan ferskate fysike natuer meast foarkomme. De ûntwikkeling fan de teory fan sels-oscillaasjes is ferbûn mei de nammen fan L.I. Mandelstam, N.D. Papaleksi, A.A. Andronova, N.M. Krylova, N.I. Bogolyubova, Yu.A. Mitropolsky en oaren In wichtige bydrage oan de ûntwikkeling fan de teory fan sels-oscillaasjes en syngronisearre systeeën waard makke troch K.F. Theodorchik, MI Kontorovich, I.S. Todorovsky, P.S. Landa.

Prozesjes yn sels-oszillatoryske systeeën wurde beskreaun troch netlinear-differinsjele lykwichtjes, en dus yn 'e measte gefallen is allinnich in ûngemaklike oplossing fan soksoarte lykweardigens mooglik. Yn dat gefal wurde bepaalde hypotypes ynfierd yn ôfhinklik fan de skaaimerken fan it oscillatorsysteem en de taken dy't yn 'e stúdzje ynsteld binne. Der binne in oantal metoaden fan oanpak nei de analyze fan prosessen yn sels-oszillierende apparaten. Mar mei alle ferskaat fan 'e ûndersochte stúdzjes oer dynamyske prosessen yn komplekse oscillatorsysteem, is de teoretyske basis foar it meitsjen fan piezoelektrike mjittingen dy't mei gekkupte oscillaasjes brûkt wurde, noch net ûntwikkele.

Struktureel kinne soksoarte apparaten besteane út ien monolityske piezoelektrike elemint, twa of mear piezoresonators, ynklusyf compositeen, en it gemiddelde medium kinne as akoatyske koppelings elemint betinke tusken de yntegreare frijheidskleuren. It moat rekken hâlden wurde dat de elektromechanikaal resonator in systeem is mei ferparteare parameters, wêrby't ferskate oszillaasjemodi en type koppeling tusken har opnimd wurde kinne. De fertsjintwurdige skeakelike oarder fan it ferfangen fan soksoarte apparaten is komplek en kin bestean út in grut oantal sirkels mei elkoar ynteraktyf.

Troch it feit dat prosessen yn sels-oszillatoryske systemen beskreaun binne troch netlinear-differinsjaal-yntegraasjes, meie de measte gefallen allinich in ûngemaklike oplossing fan soksoarte easken fan systemen is mooglik. Tagelyk wurde bepaalde hypnotyen ynfierd yn ôfhinklik fan de skaaimerken fan 'e oscillatorsysteem en de taken dy't yn har stúdzje set wurde. Dêrom binne der in oantal oanwizen foar de analyze fan dynamyske prosessen yn sels-oszillierende apparaten.

De apparatuer fan dit type ûntwikkele foar dit type brûke syngronisaasje-modes, oscillaasje-beats mei partielfrekwinning, bifurcaasjeprosessen. As it útfieringssignal fan de sensor, bygelyks it ferhâlding of ferskil fan amplituden, fazen, frekken fan gekoppelte oscillaasjes wurde brûkt.

De stúdzje fan 'e operaasje-moden fan' e konverter fan dit type as in systeem fan rein net-linear en net konservatyf is in earder komplisearre taak. Ofhinklik fan it type netlineare eigenskippen fan it oscillating systeem, it nivo fan eksterne harmonyske effekten, it ferhâlding fan frequinsjes, sil ferskate resultate effekten wêze. De transmissionskoeffizient fan 'e akoestyske paad (akoestyske koppelingskoeffizienten) is ek in komplekse funksje en hinget ôf fan' e lûd fan lûd-absorption yn it medium, it ôfwetterjen fan 'e lûd-enerzjyfluxdensiteit dy't feroarsake is troch de divergening fan wellen by straffen en struorjen yn' e refleksje. It is ek needsaak om de ferlinging fan it sinjaal yn 'e akoestyske paad fan it kommunikativeel (ES) te rekkenjen.

Om it apparaat en it prinsipe fan 'e operaasje fan soksoarte mjittingen yn te beskriuwen, is it handich om in piezoresonensensor te prestearjen dy't de moden fan gekoppelte oscillaasjes yn' e foarm fan in ferienfâldige lykweardige ferfiersrjochting (1.4) realisearje.

a) b)

Fig. 15.8 Struktureel (a) en lykweardich elektryske (b)

converter ferfetsirkels:

AG - auto-generator; PR - piezoresonator; ES - akoestysk keppele elemint

By analysearjen fan de operaasje-moden fan de sensor is it handich om syn oscillatorsysteem yn te foarmjen yn de foarm fan twa ferbûne elektryske sirkels dy't yn 'e sels-oszillaasjemodus begeare (ôfbylding 15.8). Yn dat gefal kin de gemiddelde fysike quantiteit de paragrafen fan 'e kontoaren en it oanslutend elemint modulearje. De stúdzje fan 'e operaasje-moden fan in sensor fan dizze type is ferlege ta de analyze fan in wiskundige model fan in oszillatorsysteem mei twa graden frijheid.

Oscillaasje-lykaasjes foar twa ferbûne sirkels dy't yn 'e self-oszillaasje modus begeare kinne wurde fertsjintwurdige as:

(15.1)

dêr't x in dimensjeare fariabele is;

n is de natuerfrekwinsje fan 'e oscillating circuit;

m is in lyts parameter dy't de omstreeks fan dit systeem karakterisearret nei in lineêre;

F (x) is de funksje dy't de netlineariteit fan 'e oscillating circuit beskiedt;

g - koppelingskoeffizienten (g 1 - capacitative, g 2 - inductive en g 3 - dissipative komponinten).

Om de moden fan gekoppelte oscillaasjes te analysearjen yn in systeem mei lege dissipaasje en lytse netlineariteit (oscillaasjes ferskille net min fan harmony), wurdt de metoade fan stadichfâldige amplituden brûkt. Om't de eigenfrekwinsjes fan 'e resonators ticht binne, hawwe de oplossingen fan' e gelegenheden de foarm:

(15.2)

dêr't in; B - oscillaasjes amplituden stadichfâldigje yn 'e tiid;

- faze fan oscillaasjes stadich feroarlik yn 'e tiid;

- frekwinsje fan gemyske oscillaasjes.

Yn 'e asynchrone ynteraksje-modus komt de anty-fase-modulaasje fan de amplituden fan gekoppelte oscillaasjes mei in beatfrequenze (W) en modulaasje djipte (m), ôfhinklik fan it ferhâlding fan koppelingskoefficiënten ( ), relative frekwinsing fan 'e kontoaren (x) en amplituden (χ) fan oscillaasjes:

(15.3)

wêr - relative frekwinsjeoffset;

- relative amplitude fertsjinjen;

- koeffizienten fan ferdieling fan swibbel-amplituden;

F is de faze-ferskil fan 'e oanbe>

By analysearjen fan oszillatoryske systeeën, fergelykber yn fysike begripen wurde brûkt, bygelyks foar it analysearjen fan synchrone gekoppelte-oszillaasjemodi - de koppelende koeffizient (σ), it ferhâlding fan 'e healbreedte fan' e synka-bân oan 'e relaasje fan' e fêste frekwinsje, of it ferhâlding fan stringen yn ynteraktive circums.

Yn 'e synchronous modus binne twa stabile moden fan synchronous oscillaasjes mooglik: yn-faze (a = 0) en antyfaasje (a = p). Yn dit gefal kinne de formule foar it ferhâlding fan de amplituden fan oscillaasjes fertsjintwurdige wurde as:

. (15.4)

De koeffizienten fan ferbinings (s) kinne bepaald wurde troch partielfrekwinsjes ( ) systemen:

. (15.5)

In fig. 15.9 presintearret it frekwinsjende reaksje fan in syngronisearre systeem. Frequencies ω en ω meidwaan oan 'e moden fan yn-faze en anty-faze-oszillaasjes en kinne fûn wurde út' e ekspresje:

. (15.6)

Fig. 15.9 Frequency response fan it oscillating systeem mei twa graden

fan 'e frijheid

Mei in sterke ferbining ( ) foar it ferhâlding fan de amplituden fan de oscillaasjes by de frekwinsjes (ω 1 ) en (ω ) kinne jo skriuwe

.

Mei de foarsjenning fan 'e elastyske komponint yn' e koppelingskoeffiziening is de frekwinsje fan gemiddelde-oszillaasjes (ω 1 ), lykas bekend, heger as de frekwinsje fan anti-faze-oszillaasjes (ω ):

.

Mei de prevalens fan 'e ynertiale komponint, yn' e oar, is de frekwinsje fan gemiddelde-oszillaasjes (ω ) minder dan de frekwinsje fan antifasjese-oscillaasjes (ω ):

.

Sa kinne, lykas folget út 'e hjirboppe formulas en grafiken, as it útfieren fan synchonous moden fan ynteraksje fan oszillierjende sirkels, kin wêze dat it proportionaat of it ferskil fan frequinsjes, fazen of amplituden fan gekoppelte oscillaasjes brûkt wurde as útfierparameter fan' e mjittapparaat.

By it útfieren fan in asynchrone rezjym fan oansletten oscillaasjes hat it faze portret fan in systeem mei twa frijheid fan 'e frijheid it ferskynsel fan in episekwide of hypocycloid, ôfhinklik fan oft de master of de oanrinnende krêft beskôge wurdt.

Yn 'e modus fan ienfâldige beats is de ynteraksje tusken de kontrassen praktysk fennal, dus binne de beats fan oscillaasjes praktysk neffens in harmonikaasjestreek. De oscillaasje-beat-modus mei partielfrekwinning is karakterisearre troch in kompleet type oscillaasje-ynklap fan ynteraktive oszillators.

Yn 'e oscillaasje-beat-modus mei in partiel ferslepen fan' e pulsaasjefrekken, wurde de frekwinsjes en amplituden fan de oscillaasjes trochinoarst troch / 2 en hawwe in asymmetriske uterlik. As de syngronband oanwêzich is, nimt de asymmetry te ferheegjen. Dit liedt ta in tanimming fan 'e ûnbalâns fan it oantal yn-faze-en-faze-oszillaasjes oer in perioade fan oszillaasje, dy't op' e hân troch begelaat wurdt troch in tanimming fan 'e amplitudenmodulaasje djipte oan in kritysk nivo, en mei in fierdere tanimming fan' e ynteraksjekoaktifikaasje wurdt de amplitudenmodulaasje nei nul ôfnommen en it systeem wurdt syngronisearre.

Yn dit gefal neamt de beetsfrekwinsje nul en de beatperioade en it oantal swalkingen yn 'e tiid fan' e beatsperioade at unlimitearre ferheging:

. (15.7)

Partial subsystems fan piezoresonens MSC-sensors kinne ynteraksje frijheid fan monolithyske piezoeleminten, yndividuele piezoresonators, komposite piezoresonators en vibrators, elektryske circuits dy't ynterakt binne troch in piezoelektrike keppelsel. Dit beskiedt in breed ferskaat oan mooglik types fan piezoresonensensors. De moden fan ynteraksje fan oszillators binne ôfhinklik fan ferskate fariabelen: de ferbiningskoeffizient ( ); relative frequency offset ( ); oscillaasje amplitude ratios ( ). Yn dit ferbân binne der trije wichtige manieren foar it modulearjen fan de ynteraksjekoeffizient, dy't de trije haadprinsipes fan 'e ymplemintaasje fan' e sensibiliteitmeganisme fan piezoresonensensors bestimme. Ien fan harren is de ynfloed fan 'e gemiddelde parameter (x) op it keppele elemint: .

Ferskate soarten fan sensoren op ynteraktive piezoresonators mei floeibere, gasfaze of fêste-akustyske akku-eleminten kinne oan dizze groep mjittingen oanwêzich wurde. De foardiel fan sa'n prinsipe fan bouwsensors is dat de gemoedige effekt net direkt oan kwalitêre oszillators tapast wurdt, wat liedt ta in tanimming fan de metrologyske en operative eigenskippen fan resonante converteren.

It twadde prinsipe fan de bou fan OL-sensoren is dat de gemoedige fysike quantiteit direkteur de lykweardige parameter fan 'e ynteraktive frijwearden fan' e frijheid sa feroaret dat har relatief fertsjinjen fan frekwinsjes as resultaat feroaret: .

Dizze sensibiliteitmeganisme kin oanbean wurde om te mjitten, bygelyks de parameters fan meganyske, thermyske en oare effekten.

Modulaasje fan 'e gemiddelde parameter fan' e faze-ferskillende assosjearre oscillaasjes kin ynfierd wurde, bygelyks by it brûken fan in keppele elemint as in kontrolbere mjitwearde fan 'e ferriearrige line fan akoestyske sinjalen.

Foar beskaat be> . Magnitude modulation kinne op 'e folgjende manieren dien wurde:

- ynfloed op de kwaliteitfaktor fan oszillators;

- regeling fan it stimulearringnivo op 'e generator side;

- yntroduksje nei it oszillatorsysteem fan in ekstra oszillator.

By it ûntwerpen fan sifers is ien fan 'e wichtichste problemen om de ynfloed fan destabilisearjende faktors op mjitresultaten te ferleegjen.

Foar it soarte fan saken dy't ûnder betingst binne, kin in tanimming fan de krekte en stabiliteit fan mjittings berikt wurde troch:

a) it brûken fan stabile en heechweardige piezoresonators;

b) de ymplemintaasje fan de oerienkommende modus fan operaasje fan MSC-sensor;

c) it gebrûk fan ferskate sirkwy-oplossingen om kompensearje te kinnen foar de ynfloed fan destabilisearjende faktoaren.

By it ûntwikkeljen fan PR-sensors is it nedich om de optimale wearden fan 'e parameters fan' e resonators en it koppelingsselskip te bepalen, wêrtroch de operaasje modus fan it oscillating systeem fan 'e converter is. De wichtichste kritearraten foar dit kinne, lykas earder te sjen binne, de folgjende relaasjes:

(15.8)