DSpace Collection:https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/21772023-11-22T22:04:14Z2023-11-22T22:04:14ZКорекція температурного впливу на п'єзоелектричний акселерометрПередерко, Анатолій Леонтійовичhttps://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/21882021-07-14T08:54:40Z2019-01-01T00:00:00ZTitle: Корекція температурного впливу на п'єзоелектричний акселерометр
Authors: Передерко, Анатолій Леонтійович
Abstract: У статті розглянуто можливість компенсації неінформативної складової у вимірюваному
сигналі, отриманому за допомогою п'єзоелектричного акселерометра при вимірюванні вібраційного прискорення. Ця неінформативна складова у вимірюваному сигналі являє собою постійний
рівень, який викликаний генерацією пꞌєзоелектричним елементом акселерометра додаткового
заряду за відсутності дії на нього з блoку обꞌєкта вимірювань. Зазначений додатковий заряд генерується під впливом флуктуацій температури середовища. Ці температурні флуктуації вносять свою негативну складову в точність акселерометра, збільшуючи похибку результату вимірювань. Чим більшими є їх діапазон коливань по температурі та швидкість зміни температури
в часі, тим отримаємо більший вплив на результати вимірювань. Оскільки зміни температури
в часі порівняно з частотою вимірюваних вібрацій є процесами значно повільнішими і їх вплив
на результат вимірювання є сталим в усьому динамічному діапазоні акселерометра, то вони
являють собою адитивну складову похибки цих вимірювань. Для зменшення температурного
впливу середовища запропоновано рішення щодо удосконалення пꞌєзоелектричного акселерометра шляхом введення в його конструкцію елемента компенсації. З метою зменшення впливу температурних флуктуацій середовища на результати вимірювання як елемент компенсації застосовано керований пꞌєзоелектричний елемент, який працює на зворотному пꞌєзоефекті уздовж осі
поляризації. Керування елементом компенсації здійснюється системою автоматичного регулювання, яка працює за принципом регулювання за відхиленням.; In the article the possibility of compensation of non-informative component in measured signal
obtained with the help of a piezoelectric accelerometer in the measurement of vibration acceleration is
considered. This non-informative component in measured signal represents a constant level, which is
caused by the generation of additional charge by piezoelectric element of the accelerometer in the absence of action on it from the side of the measurement object. The indicated additional charge is generated under the influence of environment temperature fluctuations. These temperature fluctuations
add their negative component to the precision of the accelerometer, increasing the error of the measurement result. The greater their range of fluctuations in temperature and the rate of change in temperature over time are, the greater impact on the measurement results is obtained. Since the changes
in temperature over time, in comparison with the frequency of measured vibrations, are much slower
processes and their impact on the measurement results is constant throughout the dynamic range of
the accelerometer, they represent an additive component of the error of the measurements. To reduce
the influence of environment temperature, a solution for the improvement of piezoelectric accelerometer by introducing an element of compensation into its construction is proposed. In order to reduce the
influence of environment temperature fluctuations on the measurement results, a controlled piezoelectric element which operates on reverse piezoeffect along the polarization axis is used as a compensation element. The control by the compensation element is carried out by automatic regulation system,
which operates on the basis of the deviation regulation principle2019-01-01T00:00:00ZМоделирование волоконно-оптического акселерометра маятникового типаСандлер, А.К.https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/21872021-04-29T00:01:51Z2019-01-01T00:00:00ZTitle: Моделирование волоконно-оптического акселерометра маятникового типа
Authors: Сандлер, А.К.
Abstract: Автором была исследована работа акселерометра маятниковой схемы для контроля высокочастотной вибрации в специальных условиях эксплуатации.
В разработанной схеме акселерометра представление оптического волокна в виде слоистой ступенчатой структуры позволяет составить и использовать дискретную расчетную
схему. На основании модифицированной теории связанных мод в туннельно-связанных оптических волокнах был определен коэффициент связи мод излучения в коаксиальной структуре,
создаваемой под влиянием колебательных процессов. Получила дальнейшее развитие модель
волоконно-оптического акселерометра, что позволило разработать модель измерительного
преобразователя для лабораторных измерений и реализовать моделирование устройств для их
эффективного проектирования.; Аналіз науково-технічної літератури показав, що недостатньо уваги приділяється процесам у волоконно-оптичних акселерометрах, які працюють в умовах концентрованого впливу
дестабілізуючих факторів, що генеруються компактно розташованим обладнанням енергетичного пристрою. Не розглядаються конструктивно-технологічні особливості акселерометрів,
і не проводиться оцінювання їх метрологічних та експлуатаційних характеристик у цих умовах. Відповідно, не існує систематизованого опису процесів у волоконних акселерометрах і,
загалом, підходу до вирішення цього важливого питання. Автор досліджує роботу акселерометра маятникового типу для контролю високочастотної вібрації в особливих умовах.
У розробленій схемі акселерометра продуктивність оптичного волокна у вигляді шаруватої ступінчастої структури дає можливість створювати і використовувати дискретну
розрахункову схему. Відповідно до цієї схеми:
волокно замінюється на циліндр, що складається з ряду концентричних циліндричних
шарів, усередині кожного з яких напруга вважається постійною. У кожному шарі показник
заломлення є постійним, а поле описується функцією ψ;
для оцінювання величини показника заломлення в кожному шарі може бути використано
метод профілів рівного об’єму;
завдання координації двох хвилевідних структур розглядається як збудження приймаючої
антени деяким заданим полем випромінюючої антени.
На основі модифікованої теорії пов'язаних мод у тунельно-пов'язаних оптичних волокнах
було визначено коефіцієнт зв'язку мод випромінювання в коаксіальній структурі, що створюється під впливом коливальних процесів.
Отримала подальший розвиток модель волоконно-оптичного акселерометра, що дало
можливість розробити модель вимірювального перетворювача для лабораторних вимірювань і
реалізувати моделювання пристроїв для їх ефективного проектування.; Analysis of scientific literature has shown that there is a lack of attention to the processes used in
fiber-optic accelerometers, which operate under concentrated impact of destabilizing factors generated
by compactly arranged equipment of power unit. Constructive and technological features of accelerometers are not considered, and there is no assessment of their metrological and operational characteristics
in these conditions. Accordingly, there is no systematic description of the processes in fiber accelerometers and, in general, the approach to the solution of this important issue. The author studies the work of
pendulum scheme accelerometer to control high frequency vibration in special conditions.
In the developed scheme of the accelerometer the performance of optical fiber in the form of laminated layered structure allows to create and use discrete design diagram. According to this diagram:
a fiber is replaced by a cylinder, consisting of a series of concentric cylindrical layers, within
each of which the voltage is considered to be constant. In each layer the refractive index is constant
and the field is described by the ψ function;
to estimate the magnitude of the refractive index in each layer the method of equal volume sections can be used;
the task of coordination of two waveguide structures is considered as an excitation of the receiving antenna by some given field of the radiating antenna.
Based on the modified theory of related modes in tunnel-coupled optical fibers, the coefficient of
radiation modes coupling in a coaxial structure, created under the influence of oscillatory processes,
has been determined.
The model of fiber-optic accelerometer, which has allowed to develop a measuring converter
model for laboratory measurements and realize the devices modeling for their effective design, is further developed2019-01-01T00:00:00ZРозробка способу та засобу вимірювань напружено-деформованого стану за допомогою тензодатчикаКузьмич, Л.В.Орнатський, Д.П.Квасніков, Володимир Павловичhttps://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/21862021-07-14T08:37:48Z2019-01-01T00:00:00ZTitle: Розробка способу та засобу вимірювань напружено-деформованого стану за допомогою тензодатчика
Authors: Кузьмич, Л.В.; Орнатський, Д.П.; Квасніков, Володимир Павлович
Abstract: У статті проаналізовано вплив основних дестабілізуючих факторів, що обмежують
точність вимірювання напружено-деформованого стану складних технічних конструкцій
за допомогою тензодатчиків. Досліджено вплив діапазону зміни температур, розкиду значень
температурної похибки на середньоквадратичне значення похибки апроксимації степеневими
поліномами. За допомогою пакета NUMERY визначено залежність похибки апроксимації від
порядку апроксимуючого полінома. Встановлено, що в широкому температурному діапазоні
похибка для константану має слабкий зв’язок із порядком полінома.; Nowadays due to the modern wave of intellectualization of measuring instruments the digital
methods of correction not only for primary measuring transducers, but also for secondary sensors are
practiced on a large scale. Since the conversion function of secondary measuring transducers is linear, the method of model measures by two points is used for automatic correction of systematic components of the errors of such converters.
The method of digital compensation, which provides a more significant reduction in the errors
of measuring transducers compared with the method of analog compensation has been described.
Features and technical indicators of this method are considered on the example of measuring pressure
transducer with foil strain gauges.
This method is universal, allows to adjust not only the errors of measurement channel nonlinearity and additional errors, but also the errors associated with the effect of interferences of general
type due to ground resistance, which induces the connection between measuring channels of the main
and destabilizing factor.
The disadvantages of this method include a significant amount of computations, which sharply
increases with the increase of the order of approximating polynomials.
The aim of the paper is to develop a method and means of measuring stress-strain state using
strain gauge, free from the above mentioned shortcomings.
The main destabilizing factors that limit the measurement accuracy using strain gauge are the
following:
- random processes (noises, obstacles, etc.);
- changes in parameters of measuring transducers due to aging and physical degradation;
- effects of external climatic and mechanical factors (temperature, humidity, etc.).
Regarding systematic components, the errors of nonlinearity and temperature component of the
error are the most important in statistical measurements.
We have studied the influence of temperature range variations, the spread of values of temperature error (± 10 %) on the mean square error of approximation by power polynomials.
Using the NUMERY Program, the dependence of approximation error on the order of approximating polynomial has been determined.
It is established that in a wide temperature range, the error for constantan has a weak relation
with the order of a polynomial2019-01-01T00:00:00ZВолоконно-оптичний пристрій контролю ваги для залізничних поромівСандлер, А.К.Карпілов, О.Ю.https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/21852021-04-29T00:01:49Z2019-01-01T00:00:00ZTitle: Волоконно-оптичний пристрій контролю ваги для залізничних поромів
Authors: Сандлер, А.К.; Карпілов, О.Ю.
Abstract: Підвищення вимог до безпеки судноплавства та морських поромних перевезень потребує
постійного моніторингу процесів завантаження потягів на борт спеціалізованих суден.
International Maritime Organization вважає найбільш доцільним запобігти аварійним ситуаціям
з морськими суднами, які є наслідком втрати суднами остійності. За результатами досліджень IMO, чисельні аварії з поромами були спричинені саме тим, що неправильно була зазначена вага. Зважування всіх потягів, які транспортуються морськими поромами, стане в найближчому майбутньому реальністю для компаній-операторів вантажних перевезень.
Для пошуку шляхів поліпшення ситуації з вагоконтрольними операціями на морських поромах було проаналізовано конструкції найпоширеніших типів вагометричних пристроїв.
Передбачається, що конструктивне виконання на основі волоконно-оптичних і механічних
елементів має забезпечити вимірювальному пристрою: відсутність додаткових заходів щодо
захисту поверхні ваговимірювального датчика в умовах динамічних деформацій корпусу судна при
завантаженні; можливість компенсації коливань температури зовнішнього середовища; збереженість надійності, чутливості та простоти схемотехнічних рішень пристроїв відомих типів.
Було розроблено схемотехнічне рішення ваговимірювального пристрою, спрямоване на
подальше вдосконалення процесу автоматизації вагоконтрольних операцій. Запропонований
судновий ваговимірювальний пристрій відрізняється тим, що ваговимірювальний датчик, який
являє собою циліндричний герметичний корпус з інвару з заглушками, в якому містяться компенсаційна та вимірювальна волоконно-оптичні котушки, розташований у штатному свердленні залізничної рейки.
Застосування запропонованої системи зважування, крім того, дасть змогу підвищити
рівень автоматизації процесу вимірювання та контролю ваги, дисципліну вантажних перевезень, ефективність технологічних вагоконтрольних процесів і безпеку морського судноплавства в цілому.; Increasing the safety requirements for shipping and shipping ferries requires continuous monitoring of the loading of trains on board specialized vessels. The International Maritime Organization
considers it most appropriate to prevent marine casualties resulting from the loss of stability of the
vessels. According to IMO studies, numerous ferry accidents were caused precisely by the fact that the
weight was incorrectly indicated. Weighing of all trains, which are transported by sea ferries, in the
near future will be a reality for companies-operators of freight transport.
In order to find ways to improve the situation with heavy control operations on the ferries, the
designs of the most common types of weight measuring devices have been analyzed.
It has been assumed that a constructive implementation on the basis of fiber-optic and mechanical elements should provide to a measuring device: the absence of additional measures to protect the
surface of weighing sensor in conditions of dynamic deformations of ship's hull during loading; the
possibility of compensation of fluctuations of the environment temperature; the reliability, sensitivity
and simplicity of circuit design solutions of devices of the known types.
The circuit design of the weighing instrument, aimed at further improvement of the process of
automation of weight control operations is developed. The proposed weight measuring device is characterized in that a weight measuring probe, which is a cylindrical sealed enclosure made of invar
with plugs, which contains compensating and measuring fiber optic coils, is located in the regular
drilling of the rail.
The application of the proposed weighing system, in addition, will increase the level of automation of the measurement and control of weight, increase the discipline of freight traffic, improve the
efficiency of technological control and safety of maritime navigation in general2019-01-01T00:00:00Z