49499 (588663), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Экспериментально измеренные данные:

d = (12-18)10^-12 Кл/н, на частоте 1 кГц =9,8-10;

модуль упругости (2,0-2,2)10⁹ Н/м.

Чувствительность датчиков по амплитуде на частоте 40-60 кГц была в пределах 100-300 мВ/мкм в зависимости от коэффициента усиления.

Оптический метод измерения амплитуды с помощью микроскопа широко распространен и применяется часто за эталонный, однако он дает большую погрешность при измерении малых амплитуд и неудобен в эксплуатации. Метод, основанный на интерференции лазерного излучения, абсолютный и очень точный, имеет ограничение по динамическому диапазону и является достаточно сложным и громоздким.

Оптические датчики основаны на модуляции колеблющимся объектом светового потока: отраженного от объекта или работающего «на просвет».

Существенным элементом датчика, работающего на «отражение», является световод, представляющий собой два пучка оптических волокон, собранных на одном конце в жгут, торец которого и является чувствительным элементом. На противоположном конце один из пучков совмещается источником света , а другой - подводится к фотоприемнику , преобразующий световой сигнал в электрический.

В приемник луча попадает световой поток, отраженный от поверхности. Зависимость освещенности Е приемного пучка и, следовательно, величина светового тока через фотоприемник от расстояния между чувствительным элементом и поверхностью имеет ярко выраженный максимум.

Диапазон измерительных величин А, мкм 0,1-500

Диапазон частот, кГц 0,05-100

Относительная погрешность, % 5

Диапазон компенсирующих коэффициентов 0,21

Погрешность, вызванная наклоном световода относительно поверхности 0,5

Калибровка датчика «на отражение» проводилась с помощью регенеративной лазерной интерфериционной установки.

Разработан ультразвуковой виброметр для измерения амплитуды механических колебаний объекта, например ультразвуковых преобразователей.

Сигнал с автогенератора, в состав которого входят параметрический датчик смещений и конденсатор, подается на усилитель - дискриминатор, а затем - на частотный детектор. Коммутатор периодически шунтирует конденсатор, что вызывает модуляцию сигнала на выходе частотного детектора. На выходе первого амплитудного

детектора сигнал пропорционален измеряемому колебанию, а на выходе второго амплитудного детектора - величине эквивалентного изменения зазора, определяемой емкостью конденсатора.

Недостатком рассмотренных конструкций виброметров является их сложность и ограниченная область применения.

Для контроля работы ультразвуковых преобразователей с волноводами и концентраторами целесообразнее применять ёмкостные или индуктивные датчики. Принцип одного из методов, на котором основано применение этих датчиков, заключается в ёмкости или индуктивности цепи высокочастотного генератора с частотной модуляцией амплитуды смещения концентратора. Глубина частотной модуляции пропорциональна амплитуде смещения. Другой принцип работы индуктивного датчика состоит в изменении потока в его магнитной цепи, которое происходит при колебаниях волновода. Индуцированное в обмотке датчика напряжение пропорционально смещению преобразователя. Датчики выполнены таким образом, что с их помощью можно измерять колебания на металлических деталях. Датчики устанавливают на расстоянии 0-2 мм от поверхности, что гарантирует получение оптимальных результатов. Электрический выход датчика подсоединяют к юстированному усилителю с прямым считыванием измеряемой величины. В датчиках этого типа сигнал (0,5-100 мВ) пропорционален амплитуде скорости смещения или знакопеременному напряжению в диапазоне частот 16-100 кГц. Индуктивные датчики представляют собой компактный блок, защищённый от истирания и повреждений полиэфирным покрытием, с кабелем, имеющим соответствующий вывод для соединения с измерительным прибором.

Электродинамические датчики основаны на эффекте возникновения вихревых токов в металлическом волноводе, движущемся поле постоянного магнита. Электродинамические датчики разделяются по конструкции на два типа: с накладной катушкой и с проходной. Электродвижущая сила, наводимая в измерительной катушке датчика накладного типа, обусловлена продольной составляющей колебаний стержня, а у датчика проходного типа - пуассоновскими колебаниями.

Электродинамические датчики пригодны для измерения амплитуд смещений и деформаций по длине волноводов, изготовленных из неферромагнитных материалов. В ферромагнитных материалах наряду с электродвижущей силой, обусловленной вихревыми токами, в катушке датчика возникает электродвижущая сила из-за обратного магнитострикционного эффекта, что искажает показания датчика.

Недостатком датчиков такого типа также является то, что их чувствительность сильно зависит от величины зазора. Всё это в некотором отношении ограничивает применение электродинамических датчиков.

Для измерения амплитуд смещений и деформаций с успехом могут быть использованы специальные тензодатчики. Эти датчики размером 33 мм² изготавливали из проволоки сплава ТД-ИМ23ХЮ диаметром 40 мкм в виде плоской пружины. Пружину помещали между двумя листами бумаги размером 55 мм². Изготовленные таким образом тензодатчики наклеивали на поверхность волновода клеем БФ и отжигали в печи по следующему режиму: через каждые два часа температуру отжига от 90C повышали на 20С. Сопротивление тензодатчика измеряли по мостовой схеме.

При измерениях тензодатчики наклеивали в середине полуволнового стержня, где амплитуда деформаций определяется согласно выражению

. (1.8)

Градуировка датчиков была линейной вплоть до амплитуд _m0= 40 мкм, т.е. они, могут быть использованы для измерений _m при больших мощностях звука.

Разработан лазерный доплеровский измеритель (ЛДИ-01) , который позволяет проводить регистрацию и измерение параметров механических колебаний (вибраций) самых разнообразных объектов, деталей и поверхностей:

- измерение осевых и поперечных механических колебаний вращающихся объектов (валов двигателей, станков и т.д.);

- определение и контроль амплитуд колебаний ультразвуковых излучателей различного назначения;

- исследование механических колебаний хрупких и легких конструкций (мембраны, зеркала, оптика);

- изучение вибраций весьма малых участков поверхности в различных направлениях и получение поточечного вибропортрета.

Дистанционный бесконтактный метод измерения механических колебаний, используемый в ЛДИ-01, удовлетворяет требованиям современной промышленности, предъявляемым к данного рода измерениям.

Прибор не требует специальных знаний и дополнительного оборудования при работе с лазерным излучателем, что обеспечивает удобство и надежность в эксплуатации.

В ЛДИ-01 предусмотрен аналоговый выход для подключения осциллографа, анализатора спектра и других приборов, позволяющих получить дополнительную информацию об объекте (тип и устойчивость колебаний, паразитные биения и т.п.).

Достоинством данного прибора является высокая точность измерений, которая гарантируется сравнением вибрационного перемещения с длинной световой волны когерентного источника. Прибор, при необходимости, может измерять колебания сверхмалых амплитуд (от 10 нм до 0,3 мкм).

Недостатком является сложность конструкции прибора и высокая стоимость.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.

Измерение на расстоянии:

- при использовании световозвращающего элемента (покрытия), м 0,1-10

- от диффузно отражающей поверхности, м 0,1-3

Максимальная виброскорость, м/с 1,0

Диапазон амплитуд, мкм 0,3-10

Частотный диапазон, Гц 10-10

Мощность лазерного излучателя, мВт 0,5

Абсолютная погрешность измерения, мкм 0,1

2 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Для разработки конструкции и технологии изготовления, какого-либо устройства необходимо проанализировать основные требования к нему и условиям его эксплуатации. По результатам этого анализа можно определить порядок проектирования, перечень необходимых расчетов, заранее предусмотреть наиболее существенные конструктивные решения.

Анализ пунктов технического задания может быть произведен в следующей последовательности:

1) анализ возможности применения той или иной элементной базы для построения устройства с целью обеспечения выполнения им заданных функций;

2) определение основных составных частей проектируемого изделия и их основных конструктивных особенностей;

3) определение необходимости проведения различных конструкторских расчетов;

4) анализ необходимости применения в конструкции решений для уменьшения влияния дестабилизирующих факторов;

5) определение перечня вопросов, которые должны быть рассмотрены при разработке технологической инструкции к устройству;

6) определение методики расчета технико-экономических показателей проектируемого устройства;

7) определение основных мероприятий по защите обслуживающего персонала.

Как правило, достаточно сложное изделие электронной техники содержит в своем составе широкий набор различных электронных элементов, выполняющих различные функции. В то же время они могут существенно отличаться по своим основным характеристикам, таким, как быстродействие, потребляемая мощность, совместимость по уровням сигналов и др. Поэтому при проектировании должно быть уделено внимание тому, что в составе устройства могут работать элементы с более или менее одинаковыми значениями основных параметров.

Целесообразность применения различных типов печатных плат (двусторонних, многослойных) может быть определена на основании проведения конструкторских расчетов (расчета трассировочной способности плат, элементов печатного монтажа, паразитных связей) с обязательным учетом технико-экономических показателей. Исходя из этого, предлагается использовать в проектируемом устройстве двустороннюю печатную плату. В соответствии с техническим заданием проектируемое устройство предполагается использовать в специально оборудованном помещении, в котором стабильно поддерживаются температура окружающей среды и относительная влажность воздуха. Поэтому специальные методы защиты от климатических факторов не предусмотрены.

При рассмотрении вопросов технологии изготовления аппаратуры обязательным является расчет частных и комплексного показателей технологичности. На основании его можно судить о правильности принятых конструктивных решений и своевременно внести изменения в конструкцию устройства. В связи с тем, что годовая программа выпуска проектируемого устройства невелика (100 штук), и тип производства для данного случая может быть мелкосерийным или, в крайнем случае, серийным, критерием оптимальности технологического процесса может считаться его трудоемкость.

Целесообразность проектирования, и в дальнейшем производства новой техники может быть оценена при расчете годового экономического эффекта при производстве новых средств труда. На основе результатов данного расчета может быть сделано заключение о возможности внедрения в производство разработанного устройства.

Особое внимание при использовании средств вычислительной техники следует уделять рассмотрению вопросов обеспечения безопасности работы обслуживающего персонала. Наиболее неблагоприятным фактором при работе с измерителем вибраций является влияние ультразвуковых излучений. Поэтому в дипломном проекте предполагается введение специального раздела, посвященного расчету необходимых средств защиты обслуживающего персонала от воздействия неблагоприятных факторов.

Техническим заданием на дипломный проект является разработка конструкции малогабаритного цифрового виброметра с использованием жидкокристаллического индикатора. Цель проекта создание более удобной и компактной модели измерителя в сравнении с предыдущей.

Масса его не должна превышать 0.3 кг, габаритные размеры не должны превышать 150х75х35 мм. Питание должно осуществляться от внутреннего источника тока напряжением 9В10%. Время наработки на отказ - не мене 1000 часов.

Исходя из вышеизложенного виброметр, должен представлять собой малогабаритный измерительный прибор с автономным источником питания, на передней панели которого расположены цифровой жидкокристаллический индикатор, выключатель питания и переключатель пределов.

Необходимо предусмотреть разъем для подключения вибродатчика.

3. ВЫБОР ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, МАТЕРИАЛОВ И ДЕТАЛЕЙ, РАСЧЕТ КОМПАНОВОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

3.1 Выбор функциональных элементов

При разработке схемы электрической принципиальной используем следующие виды элементов:

• микросхемы;

• резисторы;

• конденсаторы;

• индикатор;

• переключатели.

Разрабатываемый прибор должен быть переносным и малогабаритным. Отсюда можно сделать вывод о применении в блоке электрорадиоэлементов, обладающих минимальной потребляемой мощностью.

Выбор типа диодов проводим, исходя из следующих соображений:

диоды должны быть высокочастотными или универсальными;

должно соблюдаться соответствие электрических параметров диодов схеме электрической принципиальной;

применение диодов по возможности с минимальными типоразмерами.

Характеристики

Список файлов ВКР