Корекція температурного впливу на п'єзоелектричний акселерометр

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 principle