Метрология: средства и способы измерения (теория и практика)

ДАТЧИКИ УСКОРЕНИЯ, ВИБРАЦИИ И УДАРА

Согласно фундаментальным законам механики, ускорение входит в соотношение между силой и массой. Поэтому в датчиках ускорения используются физические явления, позволяющие получить на основе этого соотношения электрический сигнал или визуальную информацию для оператора.

Датчики ускорения можно классифицировать в зависимости от используемого физического явления, которое позволяет либо непосредственно измерить силу (пьезоэлектрические датчики, датчики с уравновешиванием момента или силы), либо измерить ее косвенным путем по перемещению или деформации чувствительного элемента.

Можно также классифицировать эти датчики по явлениям, для анализа которых они предназначены. Рабочая полоса частот этих явлений определяет в таком случае тип соответствующего датчика с учетом требуемой точности. Различные диапазоны ускорения

Условия экспериментов различают по уровню ускорений и диапазону частот.

1. Измерения ускорения движущихся объектов — самолетов, ракет, наземных или морских транспортных средств, движение центра масс которых происходит с относительно малыми частотами (от 0 до нескольких десятков герц) и малыми ускорениями. В соответствующих акселерометрах используются физические явления, позволяющие точно измерить величину ускорения при «нулевой» частоте: это — следящие акселерометры, датчики перемещения (индуктивные, емкостные, потенциометрические, оптические), акселерометры с тензометрическими датчиками, измеряющими напряжения. Точность этих датчиков зависит от технологии ;их изготовления и изменяется от нескольких единиц Ю-4 до (1-5-2)- Ю-2. К этому первому классу датчиков относятся также контактные или пороговые акселерометры с умеренной точностью.

2. Измерения вибрационного ускорения жестких конструкций или больших масс в диапазоне частот, достигающем нескольких сотен герц, а также постоянного или псевдопостоянного ускорения со значительным демпфированием. Для таких задач используются акселерометры с переменной индуктивностью, с металлическими тензометрическими или, чаще, пьезорезистивными датчиками. Точность этих датчиков — несколько единиц 10~2, но область их применения очень широка, ибо они позволяют одновременно измерять статическую и динамическую составляющие ускорения.

3. Измерения вибрационного ускорения средней величины, обычно в диапазоне высоких частот (несколько десятков кило герц). Такие вибрации часто действуют на легкие конструкции, требующие применения высокочувствительных датчиков. В по добных случаях используются главным образом пьезорезистивные или пьезоэлектрические датчики. Принцип действия пьезо электрических акселерометров исключает возможность измере ния постоянного ускорения, но они могут применяться для измерений вибраций или шума очень высоких частот, недоступных датчикам ускорения любого другого типа. Класс их точности — несколько единиц 10~2 — достаточен для таких измерений.

4. Измерения ударов, представляющих собой импульсные ус корения высоких уровней, требующие применения датчиков с широкой полосой пропускания, от низких до высоких частот (до сотен килогерц).