CC BY
87
Секция «Проектирование машин и робототехника»
УДК 681.5.073
С. М. Шевцов Научный руководитель - С. П. Ереско Сибирский федеральный университет, Красноярск
АППАРАТНО-ПРОГРАМНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДАТЧИКОВ ВИБРАЦИИ
Представлен аппаратно-програмный комплекс для исследования характеристик датчиков вибрации. Комплекс позволяет создавать вибронагрузки в широком диапазоне частот и амплитуд, воспроизводить вибрации максимально приближенные к реальным условиям работы.
При измерении параметров вибрации используют два принципа измерения. Кинематический принцип заключается в том, что измеряют координаты точек исследуемого объекта относительно выбранной неподвижной системы координат, например неподвижных элементов измерительного прибора или неподвижных объектов вне прибора.
Приборы, действие которых основано на кинематическом принципе измерения, называют приборами измерения параметров вибрации относительно неподвижных координат.
Динамический принцип заключается в том, что параметры исследуемого вибрационного процесса измеряют относительно искусственной неподвижной системы отсчета, в большинстве случаев инерционного элемента, сочленяемого с вибрирующим объектом через упругий подвес [1].
Наиболее широкое распространение получили емкостные датчики вибрации - акселерометры. Акселерометры представляют собой датчики линейного ускорения и в этом качестве широко используются для измерения углов наклона тел, сил инерции, ударных нагрузок и вибрации. Они находят широкое применение на транспорте, в медицине, в промышленных системах измерения и управления, в инерциальных системах навигации. Промышленность изготавливает много разновидностей акселерометров, имеющих различные принципы действия, диапазоны измерения ускорений, массу, габариты и цены [2].
Точность преобразования ускорения в электрический сигнал акселерометрами определяется величинами смещения нуля, погрешностью полной шкалы (или чувствительности), а также температурным и временным дрейфом этих параметров. Важными составляющими погрешности являются также погрешности линейности (нелинейность) и поперечная чувствительность. Смещение нуля и чувствительность акселерометров при нормальных условиях корректируются при изготовлении. Остаточная погрешность может быть уменьшена путем калибровки и запоминания калибровочных констант в памяти микроконтроллера. Калибровка акселерометра возможна на вибростенде с образцовым датчиком ускорения.
Использование вибростенда имеет следующие преимущества:
- возможность калибровки, в том числе и датчиков, восприимчивых только к переменному ускорению;
- возможность калибровки датчиков с ускорениями, многократно превышающими &
- возможность калибровать полную шкалу датчиков, способных преобразовывать большие ускорения.
Температурный дрейф смещения нуля и чувствительности также может быть скомпенсирован. Для этой цели некоторые модели снабжаются встроенными датчиками температуры.
Одной из причин нелинейности характеристики преобразования интегральных акселерометров с датчиками емкостного типа является нелинейная зависимость емкости конденсатора от расстояния между обкладками. Такие акселерометры имеют типичную погрешность линейности 1 % от полной шкалы. Другие акселерометры имеют емкостный датчик дифференциального типа, неподвижные пластины которого питаются равными, но противофазными напряжениями возбуждения с частотой 1 МГц, в результате чего, зависимость напряжения на подвижных пластинах датчика от перемещения получается линейной. Такие датчики имеют погрешность линейности 0,2 %.
В качестве еще одного источника погрешности является гистерезис при вибрациях и ударах. При значительных ускорениях деформация растяжек, играющих роль пружин, может быть неупругой и при уменьшении ускорения инерционная масса либо очень медленно возвращается в исходное состояние, либо не возвращается совсем.
Поперечная чувствительность характеризует способность датчика преобразовывать в электрический сигнал ускорение, направленное под углом 90° к оси чувствительности датчика. У идеального акселерометра поперечная чувствительность равна нулю. В паспортных данных датчика указывается часть (в процентах) поперечного ускорения, которая проходит на выход.
Шум акселерометров, содержащийся в выходном сигнале акселерометра, определяет разрешающую способность устройства, важную при определении малых ускорений [3].
Для калибровки датчиков предлагается использовать вибростенд [4], оснащенный аппаратно-програмным комплексом для измерения параметров датчика, имеющий возможность изменения скорости, амплитуды и частоты колебаний.
Исследуются характеристики датчика: линейность, отказоустойчивость, поперечная чувстви-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
тельность, разрешающая способность, влияние гистерезиса.
Библиографические ссылки
1. Вибрации в технике : справочник. Т. 6 / Под ред. К. В. Фролов. М. : Машиностроение, 1981.
2. Шевцов С. М., Ереско А. С., Ереско С. П. Автоматизация процессов измерения // Механики -XXI веку. VII Всерос. науч.-техн. конф. с междунар.
участием : сб. докладов. Братск : ГОУ ВПО «БрГУ». 2008. С. 38-40.
3. Казакевич А. Акселерометры Analog Device. Устройство, применение и непрерывное обновление //Компоненты и технологии. 2007. № 5. С. 46-50.
4. Шевцов С. М., Ереско С. П. Патент РФ на полезную модель № 86737. По Заявке 2009113775/22 приоритет 13.04.2009. Опубл. 10.09.2009. Бюл. № 25.
© Шевцов С. М., Ереско С. П., 2010
УДК 681.5.073
С. М. Шевцов, Н. В. Пискунов Научный руководитель - С. П. Ереско Сибирский федеральный университет, Красноярск
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМИ МАШИНАМИ НА ОСНОВЕ ГЛОНАСС
Представлен способ автоматического управления исполнительными механизмами строительно-дорожных машин на основе технологии ГЛОНАСС. Рассмотрен дифференциальный метод обработки информации спутниковых сигналов для использования в управлении исполнительными механизмами строительно-дорожных машин.
В настоящее время используемые системы автоматизации на строительно-дорожных машинах имеют ряд недостатков, к которым можно отнести сложность конструкции, инерционность, сложность в эксплуатации.
Для решения поставленной задачи получения информации о высоте исполнительного механизма предлагается использовать антенну аппаратуры ГЛОНАСС/вР8, что позволит определять высоту исполнительного механизма и его угол наклона относительно линии горизонта. Информация о положении агрегатов поступает на дисплей оператору, что позволяет ему более качественно контролировать технологические процессы.
Наибольшую точность обеспечивают дифференциальные и относительные статические способы. Сущность данного метода заключается в следующем. Один приемник ставится на пункте с заранее известными координатами (например опорном пункте геодезической сети). При этом его называют базовой референц-станцией или контрольно-корректирующей. Другой преемник, подвижный, размещается на определяемой точке. Поскольку координаты базовой станции известны, то их можно использовать для сравнения с вновь определяемыми и находить на этой основе поправки для подвижной станции, которые передаются на подвижную станцию по радиоканалу посредством специального передатчика. Мобильная станция, получив дифференциальные поправки, корректирует свои измеренные координаты, тем самым повышая точность измерения.
Для повышения надежности приема сигналов спутниковых навигационных систем необходимо дополнить спутниковые радионавигационные системы специальными наземными станциями формирующими навигационные сигналы (НСФНС) по-
добные излучаемым спутниками радионавигациных систем (СРНС). Данные станции могут быть созданы на базе имитатора сигналов (рис. 1, 2), которые представляют собой программно-аппаратный комплекс, позволяющий формировать сигналы любых систем ГЛОНАСС, GPS и GALILEO, производить перестройку сигналов по задержке и доплеровскому сдвигу частоты, изменять цифровую информацию.
Рис. 1. Одноканальный имитатор сигналов РНС ГЛОНАСС/GPS прибор МРК-30
• • J
Ы —-—----
Рис. 2. Многоканальный имитатор сигналов СРНС ГЛОНАСС/GPS прибор МРК-40
Наземная станция формирования навигационных сигналов располагается в точках с точно известными координатами, выбранными на поверхности так, чтобы обеспечивать радиовидимость оптимального числа спутников СРНС и НСФНС навигационной аппаратурой потребителя (НАП) в любом участке проведения работ. Данная наземная станция излучает сигналы, соответствующие сигналам СРНС, что
