Влияние внешних факторов

и указания по эксплуатации вибродатчиков и акселерометров

Для правильной эксплуатации и получения правильных результатов измерений необходимо учитывать следующие внешние факторы и придерживаться указаний по эксплуатации:

  • влияние температуры окружающей среды;
  • влияние переменного магнитного поля;
  • акустическая чувствительность;
  • влияние деформации объекта испытаний;
  • поперечная чувствительность;
  • влияние кабельного эффекта;
  • влияние контуров заземления;
  • смещение нулевой линии;
  • требование к электропитанию вибропреобразователей со встроенной электроникой.

Влияние температуры окружающей среды

Акселерометры работоспособны в широком диапазоне температур. При отклонении температуры от нормальной изменяются как осевая чувствительность, так и электрическая ёмкость вибропреобразователей. Эти изменения носят обратимый характер и при установлении нормальной температуры восстанавливаются.

Характерные для акселерометра температурные зависимости чувствительности и ёмкости приведены ниже.

Влияние температуры окружающей среды на работоспособность акселерометров

Влияние переменного магнитного поля

Точное определение чувствительности акселерометров к магнитным полям связано с существенными затруднениями.

Основную роль в формировании чувствительности акселерометра к переменному магнитному полю играет магнитная восприимчивость материалов основных элементов конструкции. В связи с этим основные элементы конструкции вибропреобразователей выполнены из неферромагнитных материалов, магнитная восприимчивость которых близка к нулю. Чувствительность вибропреобразователей ВС к переменному магнитному полю не превышает 10-5 g/A·м-1 и заметное влияние её возможно лишь при измерении ускорений низкого уровня.

Акустическая чувствительность акселерометров

Акустическая чувствительность акселерометров является весьма сложной задачей, связанных с исключением механических воздействий создающего акустическое поле источников. Для проведения таких исследований используется акустическая камера, в которой создается высокий уровень звукового давления. В камере располагается проверяемый акселерометр. Установка гарантирует минимальную передачу механических усилий и колебаний на находящийся внутри камеры акселерометр.

Отдаваемый акселерометром электрический сигнал усиливается и формируется соответствующим предусилителем и затем подается на анализатор спектра. Создающий звуковое поле источник работает от генератора анализатора спектра. На генераторе задается линейно-частотномодулированный сигнал, т.е. синусоидальный сигнал с постоянно увеличивающейся частотой. На основе частотного анализа сигнала от акселерометра (корреляционным и взаимоспектральным анализом с программируемой линией задержки) можно выделить составляющие, соответствующие акустическому воздействию на акселерометр. При анализе сигнала используется тот факт, что скорость звука в воздухе и скорость распространения вибрации по элементам акустической камеры разные, а значит и разные задержки прихода сигналов различной природы.

Акустические поля высокого давления оказывают незначительное влияние на выходной сигнал вибропреобразователей ВС. При уровнях звукового давления около 140 дБ на частоте 250 Гц акустическая чувствительность вибропреобразователей ВС составляет десятые доли «g».

Влияние деформации объекта испытаний

При установке вибропреобразователей на сильно деформирующуюся в процессе удара или вибрации поверхность возможно появление паразитного сигнала, вследствие передачи деформации через основание корпуса чувствительному элементу.

Вибропреобразователи ВС отличаются малой деформационной чувствительностью, которая не превышает величины 5·10-4 g/м·мкм при деформации 300 мкм/м.

Влияние деформации при эксплуатации акселерометров

Поперечная чувствительность

Поперечная чувствительность вибропреобразователей ВС не превышает 5% от осевой чувствительности. В паспорте на каждый вибропреобразователь приводится только максимальное значение поперечной чувствительности. С целью снижения влияния поперечной чувствительности на результаты измерения необходимо по возможности точно совместить ожидаемое направление действия ускорения с рабочей осью чувствительности вибропреобразователя. Оптимальным следует считать отклонение в направлении рабочей оси чувствительности от направления ускорения в пределах ±15°.

Влияние кабельного эффекта

Применение ненадежных соединительных кабелей, неправильная проводка и ненадежное крепление последних могут привести к существенному увеличению погрешности результатов измерений механических колебаний с помощью акселерометров и анализаторов спектра.

Главные причины это:

  • Динамические изгиб, сжатие и растяжение коаксиального кабеля могут привести к местным потерям контакта между используемым экраном и диэлектриком. Возникающие таким образом местные изменения емкости приводят к созданию паразитного электрического заряда. Этот эффект, называемый трибоэлектрическим эффектом, является причиной затруднений при исследованиях механических колебаний, в особенности механических колебаний с малыми амплитудами.
  • Присутствие интенсивных электромагнитных помех может быть причиной создания паразитного электрического напряжения, в виде наложенного на исследуемый сигнал шума.
  • Механические колебания ненадежно закрепленного соединительного кабеля могут привести к нежелательному воздействию изгибающих усилий на соединенные с выходным гнездом пьезоэлементы акселерометра и, следовательно, к созданию паразитного электрического сигнала. Соответствующие помехи серьезны именно при применении акселерометров, устройство которых содержит работающие при сжатии пьезоэлементы.

Влияние кабельного эффекта при эксплуатации акселерометров

Шум трибоэлектрического происхождения уменьшается до минимума при применении специальных малошумных коаксиальных кабелей.

Даже при использовании антивибрационного малошумящего кабеля при измерении ускорений низкого уровня (единицы «g»), могут появляться эффекты, связанные с трибоэлектрическими явлениями в кабеле. При ударных нагружениях данный эффект пропорционален длине колеблющейся (незакреплённой) части кабеля и длительности ударного нагружения. При длительностях ударного нагружения до 10-20 мс его влияние на результат измерений незначительно. В то же время при низкочастотных колебаниях влияние трибоэлектричества на результат измерения может оказаться решающим. Поэтому при измерениях пьезоэлектрическими вибропреобразователями ускорений низкого уровня целесообразно:

  • уменьшать длину участков кабеля, подвергающихся вибрационным или ударным возмущениям;
  • уменьшать длину участка кабеля, расположенного между последней точкой крепления его на подвижном объекте и первой неподвижной точкой (рисунок 1);
  • производить крепление кабеля на объекте испытаний без натяжения и провисания при помощи хомутов, скоб, мастик и т.д. с шагом 200–300 мм и первой точкой крепления, отстоящей на 30-50 мм от вибропреобразователя;
  • перед испытаниями (если возможно) определять уровень сигнала, обусловленного трибоэлектричеством в кабельных линиях вибропреобразователь — регистрирующая аппаратура, используя в процессе испытаний «фоновые» линии связи (или фоновые вибропреобразователи).

Влияние контуров заземления

Значительные затруднения при измерении ускорений вибропреобразователями могут быть вызваны образованием электрических контуров вследствие неверного заземления объекта испытаний и согласующей аппаратуры. При этом к выходному сигналу вибропреобразователя добавляется дополнительное напряжение, которое при низких уровнях измеряемых ускорений может существенно исказить результат измерения. Необходимым требованием, с целью исключения образования контуров заземления, является заземление объекта испытаний, с установленными на нём вибропреобразователями, и аппаратуры в одной точке. Предпочтительным при этом является заземление на регистрирующей аппаратуре.

Заземление объекта и аппаратуры


а) неправильное;

б) правильное

На рисунках: 1 — объект испытаний; 2, 3 — согласующая и регистрирующая аппаратура; 4 — электрическая изоляция.

Смещение нулевой линии

Смещение нулевой линии в вибропреобразователях может проявляться в виде смещения постоянной составляющей, которая возвращается к нулевой линии по экспоненте.

Причиной появления смещения нулевой линии может быть влияние кабельного эффекта, нерациональное заземление объекта испытаний и регистрирующей аппаратуры, а также конструктивные особенности вибропреобразователей.

Вибропреобразователи с чувствительным элементом, работающим на сдвиг, наименее подвержены явлению смещения нулевой линии и в этом отношении превосходят вибропреобразователи других конструкций.