Senzory mechanického kmitavého pohybu (vibrací)

Podobné dokumenty
8. Senzory a převodníky pro měření otáček, rychlosti a zrychlení. Měření vibrací.

Obr. 8.1 Elektrodynamický senzor rychlosti

Zpracoval: Ing Vladimír Michna. Pracoviště: Katedra textilních a jednoúčelových strojů TUL

Elektromechanický oscilátor

I. část - úvod. Iva Petríková

Kapacitní senzory. ε r2. Změna kapacity důsledkem změny X. b) c) ε r1. a) aktivní plochy elektrod. b)vzdálenosti elektrod

9.7. Vybrané aplikace


Měření neelektrických veličin. Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování

ROZDĚLENÍ SNÍMAČŮ, POŽADAVKY KLADENÉ NA SNÍMAČE, VLASTNOSTI SNÍMAČŮ

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Senzory tlaku. df ds. p = F.. síla [N] S.. plocha [m 3 ] 1 atm = 100 kpa. - definice tlaku: 2 způsoby měření tlaku: změna rozměrů.

Technická diagnostika Vibrodiagnostika Ing. Jan BLATA, Ph.D. Kat. 340, VŠB-TU Ostrava Ostrava 2014

Generátorové senzory. Termoelektrický článek Piezoelektrické senzory Indukční senzory

Fyzika II, FMMI. 1. Elektrostatické pole

Západoceská univerzita v Plzni FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

Vzorkovací zesilovač základní princip všech digitálních osciloskopů, záznamníků, převodníků,

O ptoelektronické senzory polohy 75

MĚŘENÍ ÚHLOVÝCH KMITŮ ZA ROTACE

FYZIKA II. Petr Praus 9. Přednáška Elektromagnetická indukce (pokračování) Elektromagnetické kmity a střídavé proudy

METROLOGIE VYBRANÝCH KINEMATICKÝCH VELIČIN

Základy elektrotechniky

Přehled veličin elektrických obvodů

Učební texty Diagnostika snímače 2.

Základní pojmy. p= [Pa, N, m S. Definice tlaku: Síla působící kolmo na jednotku plochy. diference. tlaková. Přetlak. atmosférický tlak. Podtlak.

1 SENZORY SÍLY, TLAKU A HMOTNOSTI

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

Teorie měření a regulace

Laboratorní úloha č. 2 Vzájemná induktivní vazba dvou kruhových vzduchových cívek - Faradayův indukční zákon. Max Šauer

Obsah. Kmitavý pohyb. 2 Kinematika kmitavého pohybu 2. 4 Dynamika kmitavého pohybu 7. 5 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru 9

Vítězslav Stýskala TÉMA 1. Oddíly 1-3. Sylabus tématu

Výukové texty pro předmět Měřící technika (KKS/MT) na téma

9. ČIDLA A PŘEVODNÍKY

(test version, not revised) 9. prosince 2009

VŠB-TU Ostrava 2008/2009. Semestrální projekt Návrh řídicího řetězce

6. Měření veličin v mechanice tuhých a poddajných látek

Systémy analogových měřicích přístrojů

Rezistor je součástka kmitočtově nezávislá, to znamená, že se chová stejně v obvodu AC i DC proudu (platí pro ideální rezistor).

Senzory průtoku tekutin

elektrické filtry Jiří Petržela filtry založené na jiných fyzikálních principech

MECHANICKÉ KMITÁNÍ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 3.A

19. Elektromagnetická indukce

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 15. Měření elektrických veličin

PŘÍLOHA A. ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií 72 Vysoké učení technické v Brně

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 14. Provozní měření rotačních strojŧ

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ. Katedra technologií a měření BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Přehled senzorů pro měření vibrací

Akustický přijímač přeměňuje energii akustického pole daného místa na energii elektrického pole

Energetická bilance elektrických strojů

KLASICKÁ MECHANIKA. Předmětem mechaniky matematický popis mechanického pohybu v prostoru a v čase a jeho příčiny.

B. MECHANICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ

Stroboskopické metody vibrační diagnostiky

PARAMETRY MĚŘENÉ NA DVOUPROUDÉM MOTORU

Analogové měřicí přístroje

ω=2π/t, ω=2πf (rad/s) y=y m sin ωt okamžitá výchylka vliv má počáteční fáze ϕ 0

Rezonanční jevy na LC oscilátoru a závaží na pružině

4. SENZORY S INDUKČNOST NOSTÍ. μ dμ. L ds S. L l L N. dl + Typické použití a rozdělení senzorů

Sestavení diferenciální a diferenční rovnice. Petr Hušek

Indukční úhlový senzor s analogovým výstupem RI360P1-QR14-ELIU5X2

6. MĚŘENÍ SÍLY A KROUTICÍHO MOMENTU

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze. Úloha č. 10 : Harmonické oscilace, Pohlovo torzní kyvadlo

1 Rozdělení mechaniky a její náplň

ω JY je moment setrvačnosti k ose otáčení y

Necht na hmotný bod působí pouze pružinová síla F 1 = ky, k > 0. Podle druhého Newtonova zákona je pohyb bodu popsán diferenciální rovnicí

Příklady kmitavých pohybů. Mechanické kmitání (oscilace)

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO

Třída přesnosti proudu. Principy senzorů

Téma: Dynamiky - Základní vztahy kmitání

Měření pilového a sinusového průběhu pomocí digitálního osciloskopu

1. Co je to senzor. Snímá fyzikální, chemickou či biologickou veličinu Převádí ji na signál nebo na jinou veličinu

Proudové převodníky AC proudů

Rezonanční obvod jako zdroj volné energie

Elektromechanické měřicí přístroje

Vážicí technologie. Tenzometrické snímače zatížení. Thomas Hesse

Bezkontaktní sníma e polohy induk nostní sníma e

Harmonické oscilátory

hmotný bod je model tělesa, nemá tvar ani rozměr, ale má hmotnost tuhé těleso nepodléhá deformacím, pevné těleso ano

Tématické okruhy teoretických zkoušek Part 66 1 Modul 3 Základy elektrotechniky

Určeno pro studenty kombinované formy FS, předmětu Elektrotechnika II. Vítězslav Stýskala, Jan Dudek únor Elektrické stroje

ZÁKLADNÍ PARAMETRY GYROSKOPU

Indukční úhlový senzor s analogovým výstupem Ri360P1-QR14-ELiU5X2-0,3-RS5

Vibroakustická diagnostika

Oscilátory. Oscilátory s pevným kmitočtem Oscilátory s proměnným kmitočtem (laditelné)

Mechanické kmitání (oscilace)

Laboratorní úloha č. 4 - Kmity II

Doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D , Ostrava

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Teoretická elektrotechnika - vybrané statě

Vzorkovací zesilovač základní princip všech digitálních osciloskopů, záznamníků, převodníků,

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

Digitální učební materiál

Rovnice rovnováhy: ++ =0 x : =0 y : =0 =0,83

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování. KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ mechanismy. Přednáška 12

14. AKCELEROMETR. Úkol měření. Postup měření

Senzory síly a hmotnosti

1 ELEKTRICKÉ STROJE - ZÁKLADNÍ POJMY. 1.1 Vytvoření točivého magnetického pole

KMS cvičení 5. Ondřej Marek

Kapacita, indukčnost; kapacitor-kondenzátor, induktor-cívka

Snímače polohy Snímače polohy Odporové snímače polohy spojité

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

SPM od A do Z. pozadí metody SPM. SPM od A do Z. Copyright SPM Instrument

Transkript:

Senzory mechanického kmitavého pohybu (vibrací) - relativní senzor polohy + vnější vztažný bod často bezkontaktní - absolutní uvnitř vztažný bod + relativní senzor polohy elektrodynamický senzor vibrací (geofon) piezoelektrické (~) a kapacitní () akcelerometry v a ------ Akcelerometry pro inerciální navigaci akcelerometry s elektromechanickou zpětnou vazbou (servoakcelerometry)

Absolutní senzory kmitavého pohybu k Měřený objekt seismická hmotnost m M b x(t) m - hmotnost k - tuhost pružiny b tlumení (viskozní) y(t) z(t) Pevný bod (event. myšlený) A Pohybová rce soustavy: Setrvačná síla d z m dt dx + b + kx dt z(t) x(t) + y(t) d x m dt přepoklad: řešení y(t) x(t) + b dx dt Tlumicí síla + kx Y(jω)e X(jω)e 0 d y m dt jωt j( ωt ϕ) Direktivní síla

Amplitudová charakteristika: Zanedbáme-li tlumení, rovnice se zjednoduší na d 0 y dt d x dt ω x y( t) y0 sinωt x( t) x0 sinωt ω y 0 sin ωt ω x0 sin ωt ω0 x0 sin ωt kde: x y 0 0 ω ω ω 0 B b kr ω 0 b b kr mω k m 0 - poměrné tlumení - kritické tlumení - rezonanční frekvence

Ψ <<,B < x ω y 0 0 /ω0 -amplituda x 0 přímo úměrná. derivaci y(t) -režim měření zrychlení -princip AKCELEROMETRU Ψ >> x(t) - y(t) a z(t)0 m je v klidu (seismická hmotnost) -režim měření amplitudy

Elektrodynamický senzor vibrací 5 3 y - snímací cívka 4 dy dt tlumicí vinutí 3 válcovitá část magnetic. obvodu 4 permanentní magnet y 5 - membrána - seismická hmotnost hmotnost cívky + hmotnost vinutí -viskóznítlumení tvořeno inkukovanými proudy ve vinutí - indukované napětí u Blv je úměrné rychlosti pohybu cívky - univerzálnost GEOFONY - užití: vibrace strojů, stavebních konstrukcí, střežení chráněných prostor - levné f r.. 00 Hz, m 0g.. 5 kg

Absolutní senzory zrychlení - Akcelerometry -měření zrychlení kmit. pohybu v širokém rozmezí kmitočtů > velká vlastní rezonanční frekvence - nejvhodnější - piezoelektrické snímání polohy seismic. hmotnosti vůči pouzdru senzoru velké k, malé m. Ale nefunguje - amplitudová frekvenční charakteristika: A[dB] 30 ω 0 k m 0 0 a pracovní oblast Frekvenční charakteristika piezoelektrického akcelerometru: a) ideální, b) skutečná 0 0 b 0,00 0,0 0, ω ω n

Piezoelektrický akcelerometr (~) Smyková deformace -zmenšení citlivosti na rušivé vlivy (deformace základny pouzdra, teplotní dilatace, akustické efekty) delta shear akcelerometr se smykovým namáháním: 3 4 - základna - segmenty 3 - trn 4 piezokeramické destičky - seismická hmotnost prstenec + segmenty - k tuhost piezokeramické elementy fa. Bruel -Kjaer Max. 0 000 g

Akcelerometr s kmitajícím nosníkem -vhodné pro mikromechanickou technologii R k m k - vetknutý nosník m - seismická hmotnost R M y(t)

Mikromechanický akcelerometr -taképro air bag systém - realizován plošnou mikromechanickou technologií 5 3 m 4 a U A U C U B NO U B R NS SD Z - základ destička z polykrystalického křemíku 0V U A U C 0V REF G MHz - pružné tětivy zakotvené na monokrystalickém křemíkovém substrátu -zuby hřebínku střední pohyblivá elektroda ADXL 0, ADXL 50.. Elektrostaticky kompenzované ADXL 0.. Dvouosý nekompenzovaný C DP

Senzory rychlosti pohybu - Derivace výstupního signálu senzoru polohy - Přímé měření: přímé měření rychlosti posuvného pohybu senzory úhlové rychlosti korelační princip měření relativní senzory zrychlení úhlového pohybu

Přímé měření rychlosti posuvného pohybu -typy. elektrodynamické ds dt - s pohyblivou cívkou - pracují na principu indukčního zákona: S u Blv J 3. elektromagnetické u(t) - s pohyblivým magnetem nebo částí mag. obvodu - pracují na principu Faradayova zákonu: dφ u N dt snímací cívka permanentní magnet feromagnetické těleso S J x(t)

Senzory úhlové rychlosti - tachometry stejnosměrné točivé stroje ω c ω c S J h U (NhrΦ) ω c U r N.. počet závitů - tachometry s více pólovými dvojicem tachodynama -umožňují indikaci směru otáčení -náhlé změny rychlosti přídavné chyby způsobené indukčností cívky -nutný komutátor tachoalternátory s rotujícími permanentními magnety: - vinutý stator - rotor s několika pólovými dvojicemi z permanentních magnetů - bez kartáčů

Impulsní senzory rychlosti: - vycházejí z definičních vztahů: v ds dt ω dϕ dt - jedná se o způsob detekce polohy značky: a), c) indukční senzor b) Wiegandův senzor d) Dvoustavové senzory polohy e) senzor na principu vířivých proudů f) optoelektronický senzor

Korelační princip měření rychlosti - vychází ze vztahu: v x t x - vzdálenost senzorů snímajících difúzní obraz světelného záření od náhodně rozložených nerovností na povrchu zkoumaného objektu - vzorky signálu:. senzoru s (nt ). senzoru s (nt V V ) - hledáme v záznamu s (nt ) opožděnou repliku. senzoru tj. - úloha se řeší hledáním zpoždění τ s (nt ) V V τ D N n [s (ntv ) s (ntv τ)] -střední kvadratická hodnota rozdílu -N počet vzorků

D N n s N N (ntv ) s τ + V τ n (ntv )s(ntv ) s (nt ) n - první a poslední člen odpovídají energii (proto jsou >0) D minimální, když. člen (číslicová verze korelace) je maximální tj. N R( τ) s(ntv )s(ntv τ) max n - rychlost určíme podle vzorce: v x τ max R (τ) S S x v τ max τ

Senzory pro inerciální navigaci -měření složek zrychlení ve 3 osách absolutními senzory zrychlení, pak dvojnásobná integrace výstup. signálů

Senzory pro inerciální navigaci -měření složek zrychlení ve 3 osách absolutními senzory zrychlení, pak dvojnásobná integrace výstup. signálů

Senzor úhlové rychlosti na principu Coriolisovy síly F m ω v r ω i v r V n R KD U v V d Z

-Dual Axis Angular Rate Sensor (Berkeley) kruhová konstrukce umožňuje simultánní -osé měření Min. /sec, 0Hz bandwidth -Butterfly-Gyro (SensoNor) bloky vibrující v protifázi (fork gyro) (menší offset a závislost na lin. vibracích) approximately 0. /sec at 50 Hz bandwidth

(YAZDI N., AYAZI F., NAJAFI K) (DELPHI INTELLEK) Gyroscopes with vibrating ring Scanning Electron Photomicrograph of thesensor

Optický vláknový gyroskop Ω Φ Φ Φ R ΩR n c R u R t + + π π ΩR n c R u R t + π π 4 4 n c ΩR R Ω n c ΩR ΩR n c R ΩR n c R t π π π π + Ω c n R t n c λ π λ π ϕ 8 c v n c v n c u + + +

Gyroskop s optickými vlákny Z zdroj D dělič svazku P polarizátor S kolimační optika F optický filtr FM fázový modulátor Sagnacův interferometr

4 3 Akcelerometry s elektromechanickou zpětnou vazbou (servoakcelerometry) k m x(t) 5 C Měřicí obvod kapacitního snímače b) Zesilovač u i 3 R k 6 M y(t) a) - elektrody pružné členy b) měřící obvod 3 - magnet 4 - cívka c) detail pružných členů Linearita 0.0 %, reprodukovatelnost 5*0-4 g pro FS 50 g, rozlišení µg c) Letadla Řízené střely Sklon vrtů