CC BY
08. Васильев А.С. Основы программирования в среде LabVIEW / А.С. Васильев, О.Ю. Лашманов -СПб: Университет ИТМО, 2015. - 82 с.
9. Федосов В.П. Цифровая обработка звуковых и вибросигналов в LabVIEW / В.П. Федосов - М.: ДМК Пресс - 2010. - 1221 с.
10. Коржов I. М. Оцшка та дослвдження чутли-восп, дискримшуючих та дiагностичних властиво-стей показнишв автокогерентносп / I.M. Коржов, П.Ф. Щапов, Р.П. Мигущенко, О.Ю. Кропачек // Системи управлшня, наыгацп та зв'язку. - Полтава. - 2019. - № 1 (53). - C. 70 - 76.
КОРЕКЦ1Я ТЕМПЕРАТУРНОГО ВПЛИВУ НА П'ЕЗОЕЛЕКТРИЧШ АКСЕЛЕРОМЕТРИ
Квастков В.П.
Нацюнальний авгацтний утверситет, д.т.н., проф.
Передерко А.Л. Нацюнальний авгацшнийунгверситет, к.т.н.
Котетунов В.Ю. Нацюнальний транспортнийунгверситет, к.т.н.
CORRECTION OF TEMPERATURE INFLUENCE ON PIEZOELECTRIC ACCELEROMETERS
Kvasnikov V.P.,
National Aviation University, Doctor of Technical Sciences, prof.
Perederko A.L., National Aviation University, Ph.D.
Kotetunov V. V.
National Transport University, Ph.D.
Анотащя
П'езоелектричш матерiали - це й об'емна керамжа, й керашчш тони raiBKH, й багатошарова керамжа, i монокристали, полiмери та керамiчно-полiмернi композити. В останш роки розроблено i проходить ви-пробування чимало рiзноманiтних п'езоелектричних плiв-плiвкових матерiалiв для використання у рiзних мiкросистемах i мжроелектронних компонентах. Встановлено, що плiвковi та об'емш п'езоелементи вип-дно застосовувати у надвисокочастотних пристроях. Новi релаксорно-сегнетоелектрична керамiка i крис-тали мають надзвичайно високу п'езоелектричну ефективнiсть перетворення енергп, що цiкаво, зокрема, для медичних пристро!в вiзуалiзацil та для шших застосувань, таких, як спещальш приводи промислового неруйнiвного контролю.
Abstract
Piezoelectric materials are bulk ceramics, ceramic thin films, and multilayer ceramics, and single crystals, polymers and ceramic-polymer composites. In recent years, a lot of different piezoelectric film-film materials have been developed and tested, for use in different microsystems and microelectronic components. It is established that film and volume piezoelements are advantageously used in ultrahigh-frequency devices. The new relaxation-ferroelectric ceramics and crystals have an extremely high piezoelectric energy conversion efficiency, which is interesting, in particular, for medical imaging devices and for other applications such as special drives of industrial non-destructive testing.
Ключов1 слова: температурний вплив, п'езоелектричш матерiали, акселерометри, плiв-плiвковi ма-терiали, прискорення, вiбрацii.
Keywords: temperature influence, piezoelectric materials, accelerometers, film-film materials, acceleration, vibration.
П'езоелектричш акселерометри е найбшьш розповсюдженими в даний час приладами викорис-товуваними для вимiрювання прискорень i вiбрацii, що пояснюеться, перш за все, простотою конструк-цii, широким частотним i динамiчним дiапазонами, мiцностi, надiйнiстю i стабiльнiстю параметрiв. П'е-зоелектричнi акселерометри працюють на прин-ципi прямого п'езоефекту: при впливi сили на пьзо-елемент змiнюються його геометричш розмiри, внаслiдок чого, на спещально нанесених на п'езое-лемент електродах генеруеться заряд, пропорцш-ний дшчш силi. Таким чином датчики на базi п'е-зоелементiв не потребують додаткових джерелах живлення, а ввдсутшсть рухомих частин забезпечуе довговiчнiсть i стабiльнiсть ]_'х роботи.
Однак п'езоелектричним акселерометрам при-таманнi такi негативш явища, не пов'язанi з дшчим на п'езоелемент вимiрюваним параметром, як скла-довi електричноi' iндукцп, яш виникають пiд дiею змiни температури та генерують на вхщ тдсилю-вача паразитнi сигнали. Вони визначають адитивну похибку або похибку нуля п'езоелектричних датчи-кiв. Особливо ця похибка проявляе себе в умовах мшливо)! температури при вимiрюваннi параметрiв низькочастотних прискорень i вiбрацiй.
П'езоелемент змшюючи своi' геометричнi роз-мiри пiд впливом температурних коливань, в ввдсу-тностi впливiв зi сторони вимiрюваного параметру, генеруе на сво].'х електродах заряд. Чим бiльше кое-фiцiент лiнiйного розширення п'езоелемента вiдрiз-
няегься вщ коефщентш лшшного розширення ш-ших елеменгiв конструкцп акселерометра (рис.1) гим бiльше його доменна структура буде тддава-гися мехашчнш напрузi i генеруваги додагковий заряд. Цей заряд е т чим iншим як складовою ади-гивно! похибкою вимiрювання п'езоакселеромег-рiв, яка викликана дiею гемперагури середовища.
В деяк1й мiрi нiвелюваги вплив гемперагури на виникнення мехашчно1 напруги в п'езоелеменгi мо-жна шляхом засгосування в конструкцп акселеро-мегра елеменга компенсацп зображеного на рис. 1а. Елеменг компенсаций у виглад шайби, розгашова-ний м1ж пе'зоелементом та шерцшною масою яш
сгягнуп в загальний пакег болгом 5. З мегою зни-ження залежносп змiни лiнiйних розмiрiв ввд змши гемперагури цей елеменг виконуегься з матерiалу, коефiцiенг лiнiйного температурного розширення якого менше шж у матерiалу п'езоелеменга. Це рь шення мае уявну простоту в реалiзацu, але на прак-гицi дуже важко пiдiбраги або сгвориги композиг-ний матерiали з необхiдним значениям коефщенга лiнiйного температурного розширення для вигого-влення такого елеменга компенсацп шд необхвдну марку п'езокерамiки.
Рис.5. Конструкщя п'езоелектричного акселерометра: 1-тдкладка, 2 п'езоелемент, 3 елемент компенсацИ] 4 терцтна маса т, 5 болт, к0-висота пьзоелемента, - висота елемента компенсацИ.
Тому запропоновано ршення по компенсацп впливу гемперагури на п'езоелемент шляхом засгосування в конструкцп акселерометра елеменга компенсацп 3 (рис.1б). Елеменг компенсацп це п'езоелемент працюючий на принцип зворогного п'езое-фекга уздовж ос поляризацп (мода d33). Елеменгом компенсацп керуе система автоматичного регулю-вання зображена на рис.2, яка працюе за принципом управлшня за вiдхиленням. У початковому сганi, при нормальних значеннях гемперагури (Т =18 ... 22 °С) висота п'езоелеменга i висота елементу компенсацп сумарно дорiвнюють И: к = к0 + к1 .
Суть рiшення полягае в тому, що змiна гемперагури дшчо! на п'езоелемент викликае змiну його геомегричних розмiрiв на величину М0 (Т) за раху-нок виникнення сили ¥(Т) як реакцп конструкцп акселерометра, що веде до появи постшно! с клало во!'
напруги на виходi вимiрювального тракту. Спосте-рiгаегься гак зване вщхилення ввд нуля датчика при ввдсугносп впливу з боку вимiрюваного параметра.
Для усунення цього ефекгу система автоматичного регулювання, аналiзуючи рiвень посгшно1 складово! в комплексному сигнал^ який надходигь з пьезоелеменга, дiе на елеменг компенсацп управлшня и (дивись рис.2), що призводигь до змши ге-омегричного розмiру елеменга компенсацп на величину Дй1(У). Таким чином система управлшня виконуе спосгереження за виконанням умови
ДЙо(Г)-ДЙ1(Ц) = 0. (1)
тодi:
h=(h0 + Ah0(T)) + (h1-Ah1(U)) i виконуеться умова: h = const.
(2)
Рис. 6. Структурна схема системи автоматичного регулювання.
Схема системи автоматичного регулювання зображена на рис.6. включае в себе наступш елеме-
нти:
Фазовий ф^тр.
1. 1нтегратор.
2. Щдсилювач потужностi.
3. П'езоелемент--привщ.
4. П'езоелемент-датчик.
Розглянута схема здшснюе регулювання по вщхиленню, принцип якого полягае в наступному:
- на регулятор подаеться сигнал ввдхилення ре-гульовано! величини вiд заданого значения.
- регулятор по сигналу вщхилення змiнюе ре-гулююча напруга U таким чином, щоб зменшити вь дхилення Д h0 (Т).
Необх1дно ввдзначити, що зазначений регулятор змiнюе регулюючу дiю незалежно ввд причини, що викликала помилку регулювання i оцiнюе поми-лку за рiвнем постшно! складово! в комплексному сигнала Тому додатково введена корекщя по пос-тiйнiй складово! у виглядi U0. Це постшна складова сигналу акселлерометра при нормальних значеннях температури.
Повнiстю помилка регулювання в данш сис-темi принципово не усуваеться повшстю, так як ре-гулюючий вплив формуеться тiльки помилкою. Помилка буде тим ближче наближатися до нульового значення чим точшше буде реал1зована схема порь вняння.
Схема працюе в такий споаб: при пiдвищеннi температури середовища змiнюються геометричнi розмiри п'езоелемента 5 (дивись рис.6.), Що веде до зростання значения постшно! складово! у вихщ-ному сигнал1. Вихвдний сигнал надходить на один вхiд суматора на пряму, а на iнший вхвд суматора через фазовий фiльтр, який затримуе його на 180°.
Шсля сумматора постiйна складова потрапляе на iнтегратор з часом штегрування порiвнянним зi швидк1стю змши температури. Щдсилювач потуж-ностi управляе п'езоелементом 4 прикладаючи до його електродiв напругу U, полярнiсть яко! проти-лежно спрямована полярностi поляризацп. П'езо-елемент-привiд вiдпрацьовуючи керуючий вплив прагне виконати вимоги рiвняння (1).
Запропонований метод корекцii адитивно! складово! викликано! змiнами температури е актуа-льним. Вiн дозволяе пiдвищити точшсть вишрю-вань виконуваних п'езоелектричними акселерометрами i розширити !х сферу застосування щодо ви-мог до температури середовища при проведенш вимiрювань прискорень та вiбрацiй.
Список л1тератури
1. Антоненко А.М. Влияние доменной структуры на электромеханические свойства сегнетоке-рамики ЦТС и МНВТ/ А.М.Антоненко, А.Ю.Куд-зин, М.Г.Гавшин//. Физика твердого тела, 1997, том 39, №5.-М.: ФТИ им. А.Ф.Иоффе.
2. Гориш А.В. Пьезоэлектрическое приборостроение / А.В. Гориш, В.П. Дудкевич, М.Ф. Куприянов и др. - Т.1. Физика сегнетоэлектрической керамики. - М.: Издат. предпр. ред. жур. ^«Радиотехника», 1999. - 368 с.
ТРЁХФАЗНАЯ ИНДУКЦИОННАЯ МАШИНА ТРЕХЗОННОЙ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ МГД-
ПЕРЕМЕШИВАТЕЛЯ
Тяпин А.А.
Аспирант, ФГАОУВО Сибирский Федеральный Университет
THREE-PHASE INDUCTION MACHINE OF A THREE-ZONE DESIGN FOR MHD STIRRER
Tyapin A.A.
Postgraduate student, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia
Аннотация
Линейно-индукционные МГД-машины с низкочастотным инвертором электропитания образуют комплекс электромагнитного перемешивания жидкого алюминия в плавильных печах. В статье рассматриваются результаты расчета линейной индукционной машины с классификационными характеристиками, характерными для трехзонных индукторов продольного магнитного поля с питанием от трехфазного преобразователя частоты. Для расчета рабочих параметров линейной индукционной МГД-машины использована нелинейная многофазная модель магнитной цепи. В результате итерационного расчета получено распределение интегральных магнитных потоков в зубцовой зоне плоского индуктора построены векторные диаграммы параметров электромагнитного режима. Исследование показало возможность оптимизации режима малополюсной индукционной машины для получения наилучшего распределения токов в обмотках и эквивалентной линейной токовой нагрузки. По результатам анализа сформулированы основные задачи и последовательность этапов их решения при разработке энергоэффективных индукционных МГД-машин.
Abstract
Linear induction MHD machines with a low-frequency power supply inverter form a complex of electromagnetic stirring of liquid aluminum in smelting furnaces. The article discusses the results of the calculation of a linear induction machine with classification characteristics characteristic of three-zone inductors of a longitudinal magnetic field with three-phase power. To calculate the operating parameters of a linear induction MHD machine, a nonlinear multiphase model of a magnetic circuit was used. As a result of an iterative calculation, the distribution of the integral magnetic fluxes in the tooth zone of a flat inductor is obtained, and vector diagrams of electromagnetic regime parameters are constructed. The study showed the possibility and identified the main directions for optimizing the mode of a low-pole induction machine to obtain the best distribution of currents in the windings
