CC BY
41
АКСЕЛЕРОМЕТРЫ И ДА ТЧИКИ НАКЛОНА
УДК 621.317.39:531.74.082.4
В.Н. Есипов, канд. техн. наук, доц., (4862)41-98-76,
pms35@ostu.ru (Россия, г. Орел, ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК»)
ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ КОНТРОЛЯ НЕГОРИЗОНТАЛЬНОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
Представлены статические и динамические характеристики жидкостных и жидкостно-механических маятниковых гидроакусчтических датчиков контроля поперечной негоризонтальности железнодорожного пути. Показано, что они обладают более высокими техническими характеристиками.
Ключевые слова: поперечная негоризонтальность железнодорожного пути, гидроакустический датчик, статическая характеристика, амплитудно-частотная характеристика, фазочастотная характеристика.
Контроль поперечной негоризонтальности железнодорожного пути осуществляется при выправке уложенного пути выправочно-подбивочными машинами. Средства контроля работают в динамическом режиме в широком температурном диапазоне и при воздействии трехком-понентной вибрации. К ним предъявляются высокие требования по чувствительности, точности, полосе пропускания частот, амплитудной и фазовой ошибками.
Одним из путей улучшения характеристик приборов прямого измерения является использование гидроакустических датчиков, которые представляют собой систему, включающую механическую подсистему в виде корпуса с полостью, полностью заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью или одной жидкостью с размещенной в ней на торсионной подвесе или специальных опорах пластиной со смещенным центром масс, и ультразвуковую подсистему съема информации.
Граница раздела жидкостей или пластина применяются в качестве отражателя ультразвука или средства ослабления при прохождении ультразвука через них.
В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны принципы построения, схемные решения и получены статические характеристики однокоординатных и двухкоординатных датчиков контроля негоризонтальности различных типов [1, 2, 3], некоторые результаты которых представлены на рис. 1и 2.
1
В
0,6 0,4 0,?
о
и
[К
.. а
о
0.5
1.5 2 а-►
град
_теоретическая кривая
а п а экспериментальные точки
Рис. 1. Статические характеристики жидкостного датчика
42
IX 5
«
31-5 28 24 5 21 17 5 И
105
/
3 5 О
Чс
Ч 1 1
*
1 < \
%
/Ч
/ — к
. 'у и *ЛЛ
1 ^Ллл 1
о 12 3 4 5 6 7 22? & 9 10 11 1
Рис. 2. Статические характеристики жидкостно-механического датчика: 1 - экспериментальная характеристика; 2 - теоретическая характеристика.
Акселерометры и датчики наклона
На основе математического моделирования механической подсистемы датчиков разработаны обобщенные дифференциальные уравнения маятниковой подсистемы жидкостных и жидкостно-механических датчиков, установленных на основании, подверженным угловым колебаниям [4]. Проанализированы особенности динамики механической подсистемы датчиков на вибрирующем основании, учитывающие линейную и угловую составляющую движения основания. Получены аналитические выражения для динамических характеристик датчиков. На рис. 3 и 4 приведены теоретические и экспериментальные динамические характеристики жидкостного датчика [5].
1,5 Г 1.
0.75 0.5 0,25
0
—1 и —□—
-в-
0 0,1 0.2 0,3 0.4 0.5 0,6 0.7 /Гц 0.9
теоретическая : экспериментальные
Рис. 3. Амплитудно-частотная характеристика жидкостного датчика
Рис. 4. Фазочастотная характеристика жидкостного датчика
Исследование отдельных подсистем датчиков позволило создать математические модели, связывающие их механическую и ультразвуковую
подсистемы и позволяющие осуществлять проектирование конкретных образцов датчиков.
Для комплексной оценки точности датчиков получены и проанализированы аналитические выражения для определения составляющих статической и динамической погрешности. Показана возможность получения суммарной погрешности, не превышающей допустимого значения 0,4 % в диапазоне рабочих температур от -10 до +40 оС.
Проведённые исследования показывают реализуемость гидроакустических датчиков контроля погрешности с требуемыми метрологическими характеристиками. При существенно меньших массогабаритных параметрах они превосходят применяемый базовый прибор ELT 135.00 (фирма Plasser&Thurer, Австрия) по динамическим характеристикам, а именно: нестабильность коэффициента динамичности в рабочем диапазоне частот составляет 0,04 - 0,06, что в 4 раза меньше, наибольшая величина фазового запаздывания равна 6,8о, то есть в 7 раз меньше, чем у прибора ELT 135.00.
Список литературы
1. Есипов В.Н., Есипов А.В. Гидроакустические маятниковые датчики негоризонтальности // Датчики и системы. 2003. №5. С. 27-30.
2. Есипов В.Н., Незнанов А.И. Гидроакустические датчики негоризонтальности с механическим маятниковым чувствительным элементом// Состояние и проблемы измерений / Сб. материалов 10 Всерос. науч.-техн. конф. М.: МГТУ им Н.Э. Баумана. 2008. С. 54-55.
3. Есипов В.Н. Гидроакустические датчики контроля углов и угловых скоростей // Контроль. Диагностика. 2004. №9. С. 52-61.
4. Есипов В.Н., Есипов А.В. Математическое моделирование гидроакустических датчиков негоризонтальности // Датчики и системы. 2004. №1. С. 15-17.
5. Есипов В.Н., Есипов А.В. Метрологические характеристики гидроакустических датчиков негоризонтальности // Датчики и системы. 2005. №1. С. 42-46.
V.N. Yesipov
RAILWAY TRACKSDISLEVELMENTHYDROACOUSTIC CONTROLS
Static and dynamic characteristics of liquid and liquid-mechanical pendulum hy-droacoustic sensors for railroad transverse off-leveling control are presented. It is shown that these sensors possess a higher technical specification.
Key words: over cross dislevelment of the railroad tracks, hydroacoustic sensors, static features, amplitude-frequency response, phase-frequency responses.
Получено 08.09.2012
