Ударные воздействия и виды испытаний. Условия испытаний на воздействие ударов и применяемое оборудование. Средства измерений значений параметров удара, страница 6

3. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ УДАРА

Простейшая схема установки для измерения значений параметров механических ударов состоит из измерительного преобразователя (ИП), согласующего устройства (предусилителя), осциллографа, импульсного вольтметра или маг­нитофона.

Особенностью измерения параметров ударов является необходимость правильного воспроизведения звеньями измерительного тракта всех спект­ральных составляющих в широком диапазоне частот как по амплитуде, так и по фазе, а также линейность амплитудной характеристики в широком динамическом диапазоне.

Источником сигнала измерительной информации о значении измеряемых параметров ударных воздействий являются специальные ИП, классифицируемые в основном по тем же признакам, что и преобразователи для измерений значений параметров вибрации

К особенностям следует отнести их специальное назначение для измерений: пиковых значений ударных ускорений; скорости или перемещения; времени достижения заданного ускорения (предельный, пороговый ударный преоб­разователь); мгновенных значений параметров удара для анализа и регист­рации. Кроме того, в основу метода измерений значений параметров ударного движения может быть положено ограниченное число физических явлений по сравнению с ВИП.

Основными параметрами, характеризующими ИП удара, позволяющими осуществлять их сравнение и выбор наиболее целесообразных для измерений, являются следующие.

1; Измеряемый параметр ударного движения: перемещение 5, скорость vи ускорение а. Чаще всего в качестве измеряемого параметра указывается максимальное пиковое ускорение при ударе в направлении главной оси.

2. Диапазон значений измеряемого параметра ударного движения, огра­ничиваемый областью, для которой нормированы допускаемые погрешности. Определяется амплитудной характеристикой ИП и всего измерительного тракта (аналогично с ВИП).

3. Коэффициент преобразования, или чувствительность по напряжению (возможна оценка чувствительности по заряду)*. В зависимости от назначения преобразователя рассматривают три вида коэффициентов преобразования: коэффициенты преобразования в статическом (K_ic) и ударном (K_vy) режимах Для предельных акселерометров, а также коэффициенты преобразования в вибрационном (А^/_в) или ударном (K_vy) режимах, характеризующихся отношением измерения сигнала на выходе преобразователя к соответствующему изменению параметра вибрации или удара на входе:

где U_m — амплитудное значение выходного напряжения поверяемого ИП, мВ; а_т — амплитуда ускорения, воспроизводимого вибрационной установкой, м/с²; U_тах — типовое значение выходного напряжения поверяемого ИП, мВ; а_тах — пиковое значение ударного ускорения, м/с².

4. Низшая собственная резонансная частота /_Он закрепленного преоб­разователя. Конструкция преобразователя — это сложная связанная механичес­кая система, обладающая рядом собственных резонансных частот, причем рабочий диапазон в области высших частот ограничивается низшей из них.

5. Рабочий частотный диапазон преобразователя, т. е. диапазон, в пределах которого частотная характеристика равномерна. В области высших частот характеристика ограничена низшей собственной резонансной частотой. Рекомен­дуется верхним пределом рабочего частотного диапазона считать частоту /max» равную */з низшей собственной резонансной частоты /_Он. Низшая частота рабочего частотного диапазона во многих случаях ограничивается параметрами согласующего устройства (СУ). Следует отметить, что для ряда преобразова­телей характерна чувствительность к температурным воздействиям, которые при указанных воздействиях генерируют паразитные электрические сигналы в области низших частот.

6. Фазовая характеристика. Фазовые искажения, вносимые преобразова­телем, возникают в случае, когда время задержки между воздействующими на него механическими колебаниями и снимаемым с его выхода электрическим сигналом не имеет фиксированного значения на всех частотах, а произвольно изменяется с изменением частоты. При этом электрический сигнал искажается и дает ошибочное представление о форме воздействующих на преобразователь механических колебаний. В связи с этим при измерении, анализе и (или) регистрации механических ударов необходимо уделять особое внимание линейности фазовой характеристики измерительного тракта. Так, например, вследствие нелинейности фазовой характеристики СУ (предусилителя) низкочастотные составляющие исследуемого процесса претерпевают опережение фазы относительно его основной составляющей, в резуль­тате чего полусинусоидальный ударный импульс искажается и возникает так называемый «сдвиг нуля» (рис. 12).

Для контактных инерционных преобразователей причиной фазо­вых искажений могут быть резонансы на высоких частотах, обус­ловливающие запаздывание движе­ния инерционной массы относи­тельно движения преобразователя. Следует иметь в виду, что интегрирование сигналов ударных импульсов электронными интеграторами измерительных приборов для определения ско­рости или перемещения приводит к фазовым искажениям, поскольку интег­раторы имеют нелинейную фазовую характеристику.

7. Коэффициент поперечного преобразования (максимальная поперечная чувствительность) определяется по аналогии с определением К_п для ВИП.

Рассмотрим основные виды ИП, применяемых для измерений значений параметров ударного воздействия.

Механические ИП—автономные контактные инерционные преобразова­тели. Они предназначены для дискретной регистрации пикового значения импульса сил инерции ударного ускорения, действующего на испытуемое изделие. Регистрируется единственная точка a(t) = a_n, поэтому их иногда называют пиковыми акселерометрами. Автономные механические ИП основаны на принципе пластической и упругой деформации чувствительного элемента, представляющего собой небольшой цилиндрический столбик.