Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 30

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

Текст из файла (страница 30)

Характеристики пьезоэлектрического ДЦВ очень чувствительны к стабильности параметров элементов, образующих схему. Поэтому для точных измерений нсдопустимо заменять отдельные элементы, даже на функционально подобные. Например, для.схемы с типичными значениями Сд —— = 1000 пФ, С„= 100 пФ и С„= 10 пФ увсличенне длины коаксиального кабеля всего на 1 м снизит чувствительность датчика на 10 %.

Типичным пьезоэлектрическим ДДВ, использующим усилитель с высокоомным входным сопротивлением, является акселеромстр, схема которого приведена на рис. 4.7, Надежность схемы определяется стабильностью всех се элементов, особсгню конденсатора С1, благодаря которому всс изменения заряда„вызванные действием ускорений, передаются на вход усилителя. Коэффициент преобразования этой измерительной схемы 150 4.2, Датчики динамических величии ~живых 1+ ~3 ~ ~2 '= ли.„= с, живых ~~2 ~4Х1 + 2~ ~ Ж ) + ~' см ' Сравнительная харак1сристика некоторых пьезоэлектрических ДДВ дана в табл. 43. Рис. 4.7.

Электрическая схема акселерометра с высокоомным усилителем Пьсз 'тельных ;-',-::;.:::::, Мсрсния, ':: вами тол '$::-'::;: фОрмаци оэлектрические ДДВ чрезвычайно широко используют в измерисистемах. Высокая механическая жесткость, широкий диапазон измальм габаритные размеры и масса, а также стабильность характеэтих датчиков обеспечили применение их в силовых измерительных ах. Некоторые модели датчиков стали базовыми, в частности расный на рис.

4;5 датчик силы фирмы Нсв1ей Рас1сагд с двумя пластищиной 1 мм. При механическом напряжении о = 150 МПа его дея составляет всего 2.10 ~ мкм. К недостаткам пьезоэлектрических жно отнести зависимость точности измерения от частоты входного а также чувствительность к загрязнению, температуре и влажности Щей СРЕДЫ. Усилитель необходимо размещать вблизи датчика. Мостовые измсри'гельные схемы появились в связи с разработкой технологии, позволяющей выращивать пьезоэлектрические структуры непосредственно на поверхности упругого элемента.

Широко применяемая в тензометрических измерительных системах, эта технология позволяет строить интегральные пьезоэлектрические ДЦВ по схеме раздельного преобразования ~рис. 4.8). Пьезорсзистивные ЧЭ, объединснныс в мостовую измерительную схему, располагаются па поверхности кремниевой диафрагмы, ко- тОраЯ служит упругим элементом датчика. ДЛЯ уменьшения погрсшности измерения (компенсации смещения нуля и регулировки температурной чувствительности) в схеме предусмотрены внешние навесные элементы; питание осущсствлясгся от источника тока.

Измерительная цепь датчика содержит усилигель с буферными каскадами ~см. 2.3), выходной сигнал которого определяется выражением 4. Иэмереиие скорости и дииамических факторов ~вых Рис. 4.8. Электрическая схема пьезоэлектрического датчика давления фирмы НопеуюеИ; 1 — мостовая схема; 2 — резистор балансировки нуля; 3 — резистор регулировки коэффициента усиления Таблица 4.3 Основные па раметры пьезоэлектрических ДДВ 4.2.

Датчики динамических величин 4.2.2. Магнитоуиругие датчики Магнитоунруеие ДДВ предназначены для измерения динамических факторов и основаны на обратимом преобразовании энергии магнитного поля и механических колебаний. Их используют для тех же задач, что и пьезоэлектрические ДДВ, также в генераторных и параметрических измерительных схемах. В основе работы да~чиков этого типа лежит эффект магнитоупругости, обнаруженный в .1865 г. Э. Виллари (эффект Биллари) — изменение намагниченности фсрромагнетика при его деформации.

Обратный по отношению к магнитоупругости эффект, заключающийся в изменении размеров.и формы тела при его намагничивании, был открыт Дж.П. Джоулем в ! 842 г. и называется магнитострикцией. Рис. 4.9. Изменение кривой намагниченности пермаллоя-68 (1) н никеля (2) при деформировании: сплошные линии — а = 0', штриховые линии — а = 5 МПа для никеля н а = 2О МПа лля пермаллоя-68 Эффскт магнитоупругости во многом подобен пьсзоэффскту.

В то же :::::,":,: время использование магнитоупругих ДЦВ позволяет получить существен;;:.;:., во большую (иа несколько порядков) мощность выходного сигнала, чем ;,':;:.::::::.: 'пьезоэлектрических ДДВ. При этом в отличие от последних магнитоупругие ':,: ДДВ имеют нелинейную характеристику. Изменение электрических и маг-,';„ нитных свойств материалов этих датчиков при механическом воздействии "':;:- описывает кривая гистерезиса (рис.

4.9). Механические напряжения а в 153 4. Измерение скорости и динамических факторов фсрромагнетике приводят к изменению его кривой намагниченности ~магнитной проницаемости и., остаточной индукции В т). Различают линейную и объемную магнитострикцию. В первом случае относительная линейная деформация составляет 10 ...10,во втором — относительная объемная -2 -б деформация достигает 1О ~у инварных сплавов). В качестве материала для совмещенных ЧЭ магнитоупругих ДЦВ можно использовать любой ферромагнетик со значительной магнитострикцисй насыщения.

Чаще всего применяют трансформаторные стали (желсзокрсмнисвые сплавы), отличающиеся низкой стоимостью и невысокой чувствительностью; термообработанныс железоникслевые сплавы (пермаллои), обладающие высокой чувствительностью и высокой стоимостью, а также специальные магннтоупругие материалы, например железо-алюминиевые сплавы, имеющие такую же чувствительность, как и пермаллои„но в пять раз большее удельнос сопротивление.

Классический магнитоупругий ДЦВ представляет собой совмещенный ЧЭ в виде катушки с сердечником из никеля или пермаллоя. Как и пьезоэлектрические ДДВ, магнитоупругис ДДВ бывают двух типов: генераторныс и параметрические. Генераторный магнитоупругий ДДВ (рис. 4.10, а) по своим характеристикам подобен пьезоэлектрическому ДЦВ из сегнетоэлектрика, Под действием механической нагрузки сердечник датчика ~постоянный магнит) деформируется, вызывая изменение.наведенной в нем индукции В, .

Величина с/Во,т/Ис~ характеризует чувствительность датчика и составляет 1,5 10 9 Вб/Н. При этом в выходной обмотке индуцируется ЭДС, пропорциональная с/В„с„Лй. Таким образом, функцию преобразования гснсраторного магнитоупругого ДДБ можно представить так: В, д~ вых г где А — коэффициент пропорциональности, значение которого зависит от числа витков катушки и площади ее сечения; А„— коэффициент преобразования генераторного датчика. Генераторные магнитоупругие датчики наиболее просты и миниатюрны, по работают только в динамическом режиме. Принцип действия наиболее распространенного параметрического магнитоупругого ДЦВ основан на измерении вариаций магнитной проницаемости р под действием механической нагрузки на сердечник Параметрические датчики подразделяют на дроссельныс (рис.

4.10, б) и трансформаторные (рис. 4.10, в). Относительное изменение магнитной проницаемости сердечника Лр/р вызывает соответствующее изменение импеданса датчика, а следовательно, выходного напряжения. Функция преобразования такого датчика имеет вид 4.2. Датчики динамических величин Ф й где А„— коэффициент преобразования параметрического магнитоупругого датчика. Основной характеристикой параметрического датчика является магнитоупругая чувствительность Бм: ~~ =~И~!и~. В железоалюминиевых сплавах максимальное значение Ям = 2 10 м /Н 9 2 достигается при отношении Ь!.! /р.

= 40 %. Максимальное мсханичсское напряжение о,„, в материале датчика составляет 50...80 МПа; оно соответствует относительной линейной деформации (2 — 4).10 Рве. 4.10. Схемы генераториога (а), параметрического дроссельного (6) и параметр рического трансформаторного ~в) магвитоунругого ДДВ; 1 — сердечник; 2 — выходная обмотка; 3 — обмотка нозбужденвя ть магнитоуг ~тоупругой ч жсний и част оупругим ДД висимость о ют размеры до 50 % от погрешность тельная характ ,4 4 оупругие ях техники.

сме двухсто того типа пр ~а задающее модействии Точное рами: магш ~.::; ских напри Магнит '",.;;;.:::,.: также их за ~,':,'::::.: увсличива параметров обеспечить Сравни ".::::;:::,'-: дана в табл Магнит '!' них облает :.::=:::::. чика в сист -':;.'; Системы э '., рах, когда| ;':::-;:-ловом взаи других ДЦВ определяется тремя основными фактоувствительностью, уровнем допустимых мсханичеотными характеристиками материала ЧЗ. В свойственна изотропия магнитных свойств„а т нагрузки.

Для уменьшения влияния этих факгоров сердечника и ограничивают значения измеряемых максимально возможных. В этом случае удастся измерения менее ! %. сристика некоторых моделей магнитоупругих ДДВ ДДВ нашли довольно широкое применение в специальНа рис. 4. ! ! представлен пример. непользования датроннсго действия с пассивным отражением нагрузки. имсняют в дистанционно-управлясмых манипулятоустройство необходимо передать информацию о сиисполнителыюго механизма с объектом работ. 4. Измерение скорости и динамических факторов Основные параметры магнитоупругих ДДВ Для этого служит. обратный канал, который имитирует нагрузки, действующие на исполнительный механизм.

В канал отражения входят имитатор нагрузки (загружатель), бесконтактный магнитоупругий ДДВ (тордуктор) и усилитель. В данной схеме применен пассивный загружатель, который развивает момент только при приложении усилия со стороны оператора.

Характеристики

Список файлов книги