|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
RADYO ELEKTRONİK VE ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANSİKLOPEDİSİ Piezoelektrik sensörlerin sağlığının uzaktan izlenmesi için cihaz
Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi / Güvenlik cihazları ve nesne sinyalizasyonu Bir kazanın sonuçlarının tehlikesi, bu tesiste mevcut olan en zor koşullarda çalıştırıldığından, ölçüm kanalının ve hepsinden önemlisi sensörün güvenilirliği konusunda artan gereksinimlerin getirilmesini gerekli kılmaktadır. Periyodik (genellikle yılda bir kez) doğrulama ile yapılandan daha sık bir ölçüm aracı olarak özelliklerini kontrol etmeye ihtiyaç vardır. Sensör genellikle ulaşılması zor bir yere (örneğin, ünitenin kasasının altına) monte edildiğinden, kontrol uzaktan yapılmalıdır. Tarif edilen cihazda uygulanan ve bunu mümkün kılan kontrol yöntemi [1], sensörün piezoelektrik dönüştürücüsünün tersine çevrilebilir olması, üzerine mekanik olarak etki edildiğinde bir elektrik sinyali üretmesi ve bir elektrik devresinde mekanik deformasyon yaşanması gerçeğine dayanmaktadır. gerilim uygulanır. Her iki durumda da, darbeye tepki düzeyi, piezo modülü adı verilen aynı katsayı tarafından belirlenir. Mekanik bir sistem olarak sensörün eylemsizliği, öncelikle sensörün özelliklerine bağlı olan serbest salınımlarının frekansı ile belirlenir, aynı zamanda nesnenin sensörle temas eden kısmının mekanik özelliklerine de bağlıdır. Kurulum rezonansının frekansı (UR) olarak adlandırılır. Elektriksel atalet mekanik olanla ilgili değildir ve ilk yaklaşımda sensörün kablo ile kapasitansının ve yükünün aktif direncinin çarpımı ile belirlenir. Sensör tarafından ölçülen titreşimin frekans spektrumu her zaman SD frekansının altındadır (aksi takdirde ölçüm sonucu güvenilmez olacaktır), kural olarak değerinin sıfırdan 0,2...0,3'üne kadar olan alanı kaplar. Tanımlanan kontrol cihazına bağlanmak için sensörün birlikte çalıştığı ekipmanla bağlantısı kesilir. Üzerine sabit bir voltaj uygulanır, kapasitansını şarj eder ve piezoelektrik elemanı deforme eder. Bu işlemin süresi, tüm geçici mekanik ve elektriksel işlemlerin sona ermesi için zamana sahip olacak şekilde olmalıdır. Bundan sonra, voltaj kaynağı sensörden ayrılır ve sensör kapasitansının neredeyse tamamen boşalması için yeterli bir süre (genellikle birkaç on mikrosaniye) için ikincisinin terminallerine küçük bir aktif direnç bağlanır. Piezoelektrik elemanın mekanik deformasyonu aynı oranda değişemez, başlangıç durumuna dönüşü, SD frekansı ile sönümlü salınımlar şeklinde gerçekleşir. Piezoelektrik eleman, bu salınımları, örneğin bir depolama osiloskopu tarafından kaydedilen bir elektrik sinyaline dönüştürür. Sensörün normal durumunun bir işareti, tekrarlanan izleme sırasında sinyalin şeklinin ve seviyesinin değişmezliğidir. Kontrol cihazının ana düğümleri, kapanma ve kayıt aralıklarının süresini belirleyen iki tek vibratör ve iki anahtardır. Salınımların, devrenin sabit bir süresi ile azalmasıyla uyarılması, metrolojik işlemler için gerekli olan elektrik sinyalinin seviyesinin ve şeklinin iyi tekrarlanabilirliğini elde etmeyi mümkün kılar. Cihazın açıklanan versiyonu biraz daha karmaşıktır. Depolama osiloskopu pahalı ve nispeten nadir bir cihaz olduğundan, kontrol işlemi döngüsel yapılır, bu da geleneksel bir osiloskopun kullanılmasını mümkün kılar. SD frekansının belirlenmesinde daha fazla güvenilirlik için, yüksek frekanslı girişimi bastıran bir filtre tanıtılmıştır. Otonom bir düşük voltajlı güç kaynağı ve LED göstergeli bir UR frekans ölçer vardır.
Cihazın şeması, Şek. 1. DD1.1 ve DD1.2 elemanlarındaki multivibratör dikdörtgen darbeler üretir. DD1.2 elemanının çıkışından, DA1.3 anahtarının kontrol girişine bir süre t darbesi beslenir. Çalışması sırasında, R1R14HL15 devresi aracılığıyla X3 konektörüne bağlı sensörün girişine kapalı bir anahtar aracılığıyla +12 V'luk bir şarj voltajı sağlanır (Şekil 3'deki U2 eğrisi).
Sensörün kapasitansı bu voltaja kadar şarj edilir. HL3 LED'i, sensör devresinde bir kısa devre sinyali vermek üzere tasarlanmıştır. Dikkate alınana göre ters olan darbe, DD1.1 elemanının girişlerine farklılaştırıcı (C2R6) ve entegre edici (C4R11) devreler yoluyla DD1.3 elemanının çıkışından gelir. Çıkışında, şarj darbeleri arasındaki duraklamada bulunan, ancak duraklamadan daha kısa bir t2 süresine sahip olan düşük bir mantık seviyesi darbesi oluşturulur. Farklılaştırıcı devre C6R18 aracılığıyla, bu darbenin düşen kenarı, darbesi R6C21 devresinin parametreleri tarafından belirlenen bir süre (Şekil 7'de t3 aralığı) ile DA2 zamanlayıcısında tek bir vibratör başlatır. DA2 mikro devresinin alt (devreye göre) anahtarının kontrol girişi. Bu durumda, sensör çıkışı (X3 konektörünün 1 numaralı pimi), anahtar ve direnç R12 aracılığıyla ortak bir kabloya bağlanır ve sensör kapasitansını boşaltır. Sensör üzerindeki voltaj (Şekil 2'deki U eğrisi) sıfıra düşer. Zamanlayıcı darbesinin düşen kenarı, DD6.1 ve DD6.3 elemanları üzerinde tek bir vibratör başlatır ve t4 süreli bir darbe üretir (C13R31R53 devresinin parametreleri tarafından belirlenir) şimdi doğada salınımlı, C6.2R2 farklılaştırıcı devre aracılığıyla beslenir op-amp DA5 üzerindeki amplifikatörün girişine, çıkışına, direnç R16 aracılığıyla SA4 anahtarı ya kapasitör C25'i ("Gösterge" modu) veya direnç R3'yi ("Teşhis" modu) bağlar. İlk durumda, ikincisinde - frekanstan bağımsız bir voltaj bölücüsü olan bir yumuşatma filtresi oluşturulur. Ardından sinyal, bir osiloskop veya başka bir kaydedicinin bağlı olduğu X8 konektörüne gider. Aynı konektöre, zaman içinde t27 aralığının başlangıcına denk gelen bir senkronizasyon darbesi gönderilir. Cihazın kalan düğümleri UR frekans ölçeri oluşturur. Amplifikatör DA3 ve voltaj karşılaştırıcı DA5 yardımıyla sensör sinyali, bir dizi standart genlik darbesine dönüştürülür. Kazanç (10 veya 20), durumu HL2 ve HL1 LED'leri ile gösterilen SA2 anahtarı tarafından seçilir. Karşılaştırıcının çıkışından gelen darbeleri 1 ms için saymak, kilohertz cinsinden SD frekansının değerini verecektir. Bununla birlikte, modern piezoelektrik sensörlerin doğal salınımları çok daha hızlı bozulduğu için bu yöntemin kabul edilemez olduğu ortaya çıktı. Bu nedenle, toplam süresi 1 ms olan birkaç kısa aralık için darbeleri saymak gerekliydi. Deney, 500 μs'lik iki aralığın oldukça yeterli olduğunu gösterdi. Hesap şu şekilde ilerler. SB2 "Ayar 0" düğmesine bastıktan sonra, DD2.1 sayacı, HL4 "Hazır" LED'i ile gösterilen sayıma hazır durumuna ayarlanır ve DD4 ve DD5 sayaçları sıfıra ayarlanır. SB1 "Başlat" düğmesine uzun basıldığında DA1.1 anahtarı açılır ve DD1.2 elemanının çıkışından gelen saat darbeleri DA1.2 açık anahtarından DD2.1 sayacına geçer. DD3.2 öğesinin iki girişi, sayacın 2 ve 4 numaralı çıkışlarından ve üçüncü girişi - DD6.2 öğesinin çıkışından gelir. Sonuç olarak, DD3.3 elemanının çıkışında yüksek bir seviye, yalnızca altıncı ve yedinci şarj darbelerini takip eden çalışma döngüleri sırasında mevcuttur (SB1 düğmesine basıldığı andan itibaren sayılır). Sekizinci darbe, inverter DD8 aracılığıyla DA2.1 anahtarını kapatan DD3.1 sayacının 1.2 çıkışında yüksek bir seviye ayarlar. DD2.1 sayacının girişinde darbelerin alınması durur ve HL4 LED'i söner. Şimdi SB1 düğmesi serbest bırakılabilir. DD3.3 elemanının çıkışı, DA1.4 karşılaştırıcısının çıkışı ile DD5 sayacının girişi arasına bağlanan DA4 anahtarının kontrol girişine bağlanır. DD4 ve DD5 sayaçlarının durumunun göstergesi oldukça normal değil - iki on günlük LED HL5-HL24 hattı kullanılarak. Bu, mevcut tüketimi azaltmak için yapıldı: tüm bu LED'lerin toplam tüketimi hiçbir durumda 8 mA'yı geçmez. Ne yazık ki, yetersiz çalışma sıcaklığı aralığı nedeniyle daha ekonomik LCD'ler bile uygun değildir. Karışmayı azaltmak için VD1-VD3 diyotları tanıtıldı. Cihazdaki tüm kapasitörler seramiktir ve C7 ve C13'ün küçük bir TKE'ye sahip olması gerekir, örneğin mika gibi farklı olabilirler. Termostabil (örneğin, C2-31) ayrıca R21 ve R31 dirençleri olmalıdır. Anahtarlar - sürgülü küçük boyutlu B1561. Bununla birlikte, SA3 yerine, örneğin PS580N gibi anahtarlamalı kontaklara sahip bir düğme kullanmak daha iyidir. Düğme bırakıldığında kontakların konumu, Şekil 1'deki şemada gösterilenle eşleşmelidir. bir. X1 konektörünün tipi, hangi sensörlerin en sık kontrol edilmesi gerektiğine bağlıdır. Yazar, RS-4TV blok fişini kullandı, çünkü ev tipi endüstriyel titreşim sensörlerinin büyük kısmı, kontakların ataması Şek. 4. Bu durumda ayrılabilir bir bağlantıdan titreşim direnci gerekli olmadığından, sensörleri bağlama ve ayırma işlemini kolaylaştıracak ve hızlandıracak olan fiş gövdesindeki dış vida dişinin dikkatli bir şekilde çıkarılması tavsiye edilir. Diğer tipteki sensörler, uygun adaptörler aracılığıyla cihaza bağlanabilir. Konektör X1 herhangi biri olabilir, örneğin ONTS-VG-2-2/3-p. Kendisine bağlanan kablodaki sinyal kablosu blendajlı olmalıdır, saat sinyal kablosu blendaj gerektirmez.
Cihaz, voltajı, Şekil 12'de gösterilen devreye göre bağlanmış bir TMR0522 dönüştürücü [2] kullanılarak bipolar stabilize +/-3 V'a dönüştürülen, AA boyutunda beş ila altı galvanik hücreden oluşan bir pil ile çalışır. 1. GB7,5 pil voltajı 130 V olduğunda, "Teşhis" ve "Gösterge" modlarında ondan tüketilen akım sırasıyla 145 ve XNUMX mA'dır. Cihaz, birbiri üzerine iki pano üzerine monte edilir ve şerit kablolarla bağlanır. Kontroller ve LED'ler üst panoya monte edilmiştir ve ayrı bir köşe panelinde bulunan konektörler hariç diğer elemanlar alt panoya monte edilmiştir. Gövde hazır olarak seçilir. Çoğu aktif öğe, harici düzeltme içermeyen mantık kapıları ve op amp'ler olduğundan, düzgün şekilde bağlanmış bir aygıtın kurulumu fazla çaba gerektirmez. DD1.1, DD1.2 elemanlarındaki multivibratörün 30 ± 5 Hz tekrarlama hızına sahip simetrik dikdörtgen darbeler ürettiğinden emin olduktan sonra, DD1.3 elemanının çıkışındaki darbelerin konumunu ve şeklini kontrol etmeniz gerekir. .
İki ışınlı bir osiloskopun yokluğunda, bunun için devresi Şekil 4'de gösterilen en basit toplayıcıyı kullanabilirsiniz. dört.
Çıkışındaki sinyalin osilogramı, Şekil 5'de gösterilen forma sahip olmalıdır. 1, burada t2 ve t2, Şek. 6. R11 ve R2 dirençlerini seçerek, şarj darbesinin bitiminden 0,3 ... 1 ms sonra t5 aralığının başladığından emin olun. Süresi 10 ... 6 ms olmalıdır, kesin değer önemli değildir. DA20 zamanlayıcı tarafından üretilen darbe, 30 ... 6.2 μs aralığında bir süreye sahip olmalıdır. Ancak DD53 elemanının çıkışındaki darbe süresi, mümkün olan en yüksek doğrulukla 500 μs'ye eşit bir ayar direnci RXNUMX ile ayarlanmalıdır. Bu, SD frekansının ölçüm hatasını doğrudan etkiler.
Daha fazla ayar için, tercihen saniyede milivolt mertebesinde bir dönüşüm katsayısına ve 10 kHz'den fazla serbest salınım frekansına (SD frekansından daha yüksektir) sahip bir piezoelektrik sensör (ivmeölçer) gereklidir. Sensörü X1 konektörüne bağlayarak, X2 konektörüne bağlı osiloskopun kontrolleri, Şekil 6'de gösterilene benzer şekilde ekranda sabit bir görüntü elde eder. 8-6. Sinyalin sensörün durumuna bağımlılığını gösteren osilogramları gösterirler: gevşek (Şekil 7); kullanım kılavuzuna tam olarak uygun olarak monte edilmiştir (Şek. 8); monte edilmiş, ancak kontrollü yapıya gevşek sabitleme ile (Şek. 50). Dikey ve yatay eksenler boyunca osilogramların ölçeği sırasıyla 50 mV/div'dir. ve XNUMX µs/böl. Uyarılmış salınımların tekrarlanabilirliği, on kat uyarım tekrarı ile osilogramların karakteristik noktalarının konumunun ölçülmesinin sonuçları ile karakterize edilir. Yayılma %1,5'i geçmedi ve pratik olarak kullanılan S9-8 depolama osiloskopunun hatasıyla çakıştı. Op-amp DA3'ün çıkışında sinyal bozulması olmadığından emin olmak istenir. Pratikte, olası değildir, farklı tipteki sensörlerin sönümlü salınım aralığı biraz değişir ve birkaç yüz milivolt'u geçmez. DA5 karşılaştırıcısında Schmitt tetikleyicisinin çalışmasını kontrol ederken, girişindeki sinyalin periyot sayısını ve çıkıştaki darbeleri karşılaştırmalısınız. Tetikleme eşikleri, bir dizi R19 ve R23 dirençleri tarafından ayarlanır. Sensörün, özellikle uzun süreli ve kesintisiz çalışan bir nesne üzerinde çalışmak üzere tasarlanmış ilk kontrolünün, kurulumundan hemen sonra gerçekleştirilmesi arzu edilir. Bu durumda, tüm gereksinimlerin karşılanıp karşılanmadığı hemen anlaşılacaktır (oturma yüzeyinin izin verilen düz olmaması ve pürüzlülüğü, ipliğin sıkma torku, kirlenme olmaması vb.). İhlalleri, SD'nin frekansını o kadar azaltabilir ki, sensör sinyali titreşimin doğasını doğru şekilde yansıtmaz. Sonuç olarak, nesnenin acil olarak durdurulması için yanlış bir komut oluşturmak mümkündür. Elde edilen sonuç (SD'nin frekansı ve SA2 anahtarının konumu sayılarak) kaydedilir, sonraki kontrol döngüleri sırasında sensörün durumunu değerlendirmek için temel teşkil edecektir. Gözlemlenen sapma, sensörün durumu hakkında daha ayrıntılı bir çalışma ve onu tamir etme veya değiştirme ihtiyacına ilişkin bir karar için temel teşkil edecektir. Bu, kontrolün durdurulmuş bir ünite üzerinde gerçekleştirildiği anlamına gelir. Sıcaklığı mutlaka sabit değildir ve kullanılan etki değişimine duyarlıdır. Yukarıda bahsedildiği gibi, salınımların uyarılma sürecinin her iki aşamasında, darbeye verilen tepkiler, piezoelektrik modülün değeri ile belirlenir - transdüser malzemesinin özellikleri, mikro yapısının düzenlilik derecesine bağlıdır, bu da azalır. artan sıcaklık ile. Bu durumda, elektrik sinyalinin genliği, piezoelektrik modülün karesiyle orantılıdır ve buna bağlı olarak sıcaklığa bağlılığı daha güçlüdür. Deneye göre, 250 °C'ye kadar sıcaklıklarda kontrol sırasında maksimum 120 °C çalışma sıcaklığına sahip sensörün sinyali ±%6 içinde kararsızlığa sahipti. Bu nedenle, tüm kontrol döngülerinde sıcaklık dağılımının 20 °C'yi geçmemesi arzu edilir. Bu bakımdan cihazı, sensörün sıcaklığını ölçmenizi sağlayan bir cihazla birlikte çalıştırmak daha iyidir. Çalıştırma ünitesi üzerinde kontrol gerçekleştirme olasılığı bir dizi koşula bağlıdır. Nesnenin normal çalışması sırasında sensör tarafından kaydedilen titreşim seviyesi sensör sınırına yakınsa, titreşim spektrumunun üst sınırı SD'nin frekansına veya son olarak sıcaklığın sıcaklığına yaklaştığını hemen söyleyebiliriz. sensör izin verilen maksimum değere yakın, kontrol mümkün değil. Ünitenin planlı kapanmaları sırasında bunu yapmak zorunda kalacaksınız, ancak bu durumda bile cihazın kullanımı zaman kazandıracak ve mekanik işlerden kurtulacaktır. Yukarıda sıralanan durumlar çok açık değilse, tesis devreye alınmadan önce ve işletmeye alınırken kontrol yapılmalıdır. Sonuçları karşılaştırarak bilinçli bir karar verebilirsiniz. Açıklanan cihazın yalnızca yerleşik göstergelerini kullanan kontrolün, olasılıkların yalnızca bir kısmını uyguladığı akılda tutulmalıdır. Sensörün doğal titreşimlerinin spektrumunun veya diğer özelliklerinin analizi, yalnızca durumunu daha doğru bir şekilde değerlendirmeye değil, aynı zamanda sensörün kurulu olduğu nesnenin düğümünün sağlığı hakkında ek bilgi elde etmeye de izin verecektir. Gerçek şu ki, normal çalışması sırasında elde edilen sensör sinyalinin spektrumunun üst sınırı, çoğu zaman 1000 Hz'i geçmez ve bazen daha da düşüktür. Nesne üzerindeki küçük hataların titreşim spektrumunun doğası üzerinde çok az etkisi vardır. Ve spektrum kontrol sırasında kıyaslanamayacak kadar geniş olduğundan, analiz ederek, nesnenin durumundaki küçük değişiklikleri bile, elbette sensörün yakınında meydana gelirse fark etmek mümkündür. Spektrum analizörü, osiloskop yerine (veya onunla birlikte) X2 konektörüne bağlanır ve SA3 anahtarı "Diyagnostik" konumuna ayarlanır. Cihaz, yalnızca piezoelektrik modüldeki bir değişikliğin neden olduğu sensör dönüşüm katsayısındaki bir değişikliği tespit etmeyi değil, aynı zamanda yeni değerini hesaplamayı da mümkün kılar. En basit teknik, çift kontrol sırasında sinyalleri karşılaştırmaktır: ilk olarak, sensörün kurulumundan hemen sonra, son doğrulama verileri geçerli olduğunda ve daha sonra sensör parametrelerinde değişiklik beklenebilecek bir süre sonra. Her iki kayıtta da, N salınım periyotlarını aynı şekilde seçmeniz gerekir, her birinde sinyal aralığını (maksimum ve minimum değerler arasındaki fark) belirleyin ve elde edilen değerleri toplayın. İlk kontrol sırasında toplam V1 elde edildiyse ve tekrarlanan kontrol - V2 sırasında, tekrarlanan kontrol sırasındaki dönüşüm katsayısı şuna eşittir:
burada S1, doğrulama sırasında elde edilen dönüşüm katsayısının değeridir [3]. Bir sonraki standart doğrulamaya kadar ölçüm sonuçlarının analizinde kullanılabilir. Cihazın başka bir uygulaması, montaj ve parametrelerin düzenlenmesi aşamalarında piezoelektrik sensörlerin imalatında bulunabilir. Osiloskop ekranında, bir süpürücü ile filtreleri ayarlarken olduğu gibi, sensörün devam eden işlemlere tepkisini net bir şekilde gözlemleyebilirsiniz. Bu durumda, sadece rezonans frekansı hakkında değil, bir dereceye kadar dönüşüm katsayısının değeri hakkında da bilgi elde etmek mümkündür. Titreşim sensörlerine ek olarak, bazı durumlarda piezoelektrik basınç titreşim sensörlerini kontrol etmenin mümkün olduğunu, ancak kontrolün yalnızca kalitatif olacağını ekliyoruz: "iyi arıza" ilkesine göre. Edebiyat 1. Subbotin M. Bir piezoelektrik ivmeölçerin rezonans salınımlarının elektriksel olarak uyarılması yöntemi ve bunun uygulanması için bir cihaz. RF Patent No. 2150708. - Buluşlar Bülteni, 2000, No. 16.
Yazar: M. Subbotin, Moskova; Yayın: radioradar.net
Bahçelerdeki çiçekleri inceltmek için makine
02.05.2024 Gelişmiş Kızılötesi Mikroskop
02.05.2024 Böcekler için hava tuzağı
01.05.2024
▪ Düşük Kapasiteli TVS Littelfuse SP3384NUTG ▪ Sürücü elindeki cep telefonuyla değil, onunla konuşarak engelleniyor
▪ web sitesinin Kaçak akım cihazları bölümü. Makale seçimi ▪ Sherlock Holmes makalesi. Popüler ifade ▪ makale Kayaklar ne zaman ortaya çıktı? ayrıntılı cevap ▪ Donma makalesi. Sağlık hizmeti ▪ makale Bir mikro devrede frekans ölçer. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi ▪ makale Kuş ve zar. Odak sırrı
Ana sayfa | Kütüphane | Makaleler | Site haritası | Site incelemeleri
www.diagram.com.ua |
Diğer makalelere bakın bölüm 
En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler:
Bu sayfanın tüm dilleri