Разработка и исследование приборов и методов контроля, основанных на реализации режима биения колебаний с частичным увлечением частот в системах с двумя степенями свободы

• Автор: Патрушев, Егор Михайлович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 190 с.

Содержание
Содержание
Введение
Глава 1.Выбор и основные направления разработки и исследований высокочувствительных ультразвуковых датчиков
1.1 .Классификация и сравнительный анализ существующих датчиков с электрическим выходным сигналом
1.2.0пределение основных направлений совершенствования ультразвуковых датчиков
1.3.Обоснование целесообразности создания датчика на основе связанных колебаний пьезорезонаторов
1.4.Выводы
Глава 2.Теоретическое исследование ультразвукового датчика на основе связанных пьезорезонаторов
2.1 .Анализ датчика как системы связанных автогенераторов
2.1.1.Свободные автоколебания
2.1.2. Автогенератор при внешнем гармоническом воздействии. Синхронный режим
2.1.3 .Баланс фаз в автогенераторе при внешнем гармоническом воздействии в режиме биений с частичным увлечением частот
2.2.Численное моделирование системы связанных автогенераторов
2.2.1 .Сравнение теоретических формул с численной моделью
2.3.Акустическая связь пьезоэлектрических резонаторов
2.4.Синтез возможных путей построения измерительных преобразователей на основе связанных генераторов
2.4.1 .Частотные варианты МСК- датчиков
2.4.2.Амплитудные варианты МСК- датчиков

2.4.3.Фазовые варианты МСК- датчиков
2.4.4.Синхронные варианты МСК- датчиков
2.5.Синтез способов регулирования чувствительности МСК-датчиков и повышения линейности выходной характеристики измерительных устройств на их основе
2.6. Анализ составляющих погрешности датчика
2.7.Выводы
Г лава 3 .Экспериментальное исследование датчиков на основе связанных колебаний пьезорезонаторов
3.1 .Экспериментальное определение параметров эквивалентной схемы замещения кварцевых резонаторов
3.2.Экспериментальное исследование работы электрически связанных автогенераторов. Сравнение эксперимента с теорией
3.3.Экспериментальное исследование параметров акустической связи пьезоэлектрических резонаторов
3.4.Практическая реализация разработанного преобразователя в датчике
3.4.1 .Инженерный расчет разрабатываемого датчика пере
мещений.
3.4.2.Конструкция датчика и узлов обработки
3.4.3.Экспериментальное исследование реализованного
МСК-датчика перемещений
3.5.Выводы
Заключение
Список литературы
Приложения
Приложение А. Синхронизация генераторов гармонических колебаний с разрывной характеристикой нелинейного элемента теоретической модели датчика

A. 1 .Автогенератор при внешнем гармоническом воздействии. Асинхронный режим
А.2.Взаимная связь автогенераторов. Синхронный режим
А.З.Взаимная связь автогенераторов. Асинхронный режим
Приложение Б. Теоретическое описание акустической связи пьезоэлектрических резонаторов
Б. 1.Основные теоретические положения по пьезоэлектрическому эффекту.и вынужденным колебания пьезокристалла
Б.2. Поле на оси прямоугольного плоского излучателя
Б. 3 .Импеданс излучения
Б.4.Дальнее поле плоского прямоугольного излучателя
Б.5. Потенциал скорости в падающей на приемник волне
Б.б.Реверберация в канале акустической связи
Б.7.0пределения параметров акустической связи численными методами
Б.7.1 .Расчет импеданса излучения численным методом
Б.7.2.Расчет численным методом давления в падающей на приемник волне
Приложение В. Программы
Приложение Г. Принципиальные схемы
Приложение Д. Акт внедрения

Так как относительная чувствительность системы связанных генераторов при приближении к синхронизму становится большей единицы, то это указывает на возможность создания устройств для измерения малых относительных приращений входного параметра.
Для того, чтобы сделать измерительный преобразователь с относительной чувствительностью отличной от единицы, необходима нелинейность. Нелинейность в ультразвуке можно получить, используя нелинейные элементы, например сегнетоэлектрики при значительном возбуждении. Метод МСК позволяет создать нелинейность режимом, когда две квазилинейные системы, будучи связанными, превращаются в сугубо нелинейную колебательную систему [59].
В режиме биений с частичным увлечением частот амплитудная модуляция сопровождается частотной и фазовой модуляцией, что предполагает возможность создания частотных и фазовых измерительных преобразователей, чувствительность которых выше, чем при простых биениях.
Из выражения (1.17) следует, что наибольшая чувствительность по частоте биений может быть достигнута при выполнении условия р—> 1, а также желательно у—»0 (что достигается достаточно просто: коэффициент связи через воздух порядка 1x10"6). Из этого следует, что в случае применения пьезокерамики из титаната бария (низкая добротность и невозможность получения £,<1x10"3 из-за значительной нестабильности) для достижения условия р-»1 необходимо увеличивать соотношение амплитуд, применяя значительные напряжения возбуждения с излучающей стороны. Здесь следует упомянуть, что действующая пьезоэлектрическая константа для керамики примерно в 50 раз больше чем для кварца (в случае колебаний по длине [9]), и сила звука, излучаемого в среду при прочих равных условиях, для керамики будет примерно в 500 раз меньше чем для кварца. Далее, большие напряжения возбуждения требуют использования толстых пьезоэлементов, что усложняет узлы крепления и демпфирования, при