Пьезоэлектрические вибростенды

Проведение испытаний приборов и датчиков при частотах свыше 10 000 Гц возможно с использованием пьезоэлектрических вибростендов.

Важнейшие особенности вибростендов с пьезоэлектрическим возбуждением вибрации следующие:

— амплитуды перемещения в плоскости крепления испытуемого прибора составляют обычно доли микрометра;

-— допускаемая полезная нагрузка мала, а вынуждающая сила только в некоторых конструкциях достигает 10 Н;

— частотный диапазон испытаний составляет 1 — 20 кГц;

— в зоне испытаний отсутствует магнитное поле.

Стенды с пьезоэлектрическим возбуждением вибрации предназначены в основном для точных приборов. Работа таких стендов основана на способности пьезокристалла испытывать деформацию под действием приложенного к нему электрического напряжения. Изменение направления вектора напряженности внешнего поля на противоположное меняет деформацию сжатия на деформацию растяжения (и наоборот). Если напряжение будет синусоидальным, то и деформация также будет происходить по синусоидальному закону.

На рис. 2.30 приведена принципиальная схема пьезоэлектрического стенда, состоящего из нескольких десятков колец 3, изготовленных из титаната бария и склеенных между собой в столбик, закрепленный в специальном зажиме 5. Кольца поляризованы в осевом направлении. К кольцам через усилитель подводят напряжение от генератора 4. К плоскостям столбика приклеены платформы / для крепления испытуемых приборов или датчиков 2.

П ервая собственная частота продольных колебаний пьезоэлектрического стержня весьма велика (до 50 кГц), и испытание обычно проводят в дорезонансном режиме. Стенды, предназначенные для испытаний в резонансном режиме, позволяют получать ускорения с амплитудами до 250 м/с².

Электромагнитные вибростенды

Вибростенды с электромагнитным возбуждением имеют следующие особенности:

— испытания проводятся на фиксированных частотах 50 и 100 Гц; в отдельных конструкциях возможны испытания с переменными частотами от 15 до 500 Гц;

— возможно проведение испытаний на резонансных режимах с переналадкой механической части стенда;

— получаются значительные вынуждающие силы (до 5 104 кН);

— невозможно воспроизвести вибрации по заданной программе {вибрация близка к гармонической только при резонансных режимах);

— конструкция стенда и системы управления относительно проста;

— стенды устойчивы к воздействию внешней среды;

— практически отсутствуют магнитные поля в зоне проведения испытаний.

В практике применяются две основные схемы работы стендов:

1) с подмагничиванием постоянным током;

2) без подмагничивания.

В первом случае можно получить режим с частотой, равной частоте переменного тока; во втором случае частота колебаний вибростенда удваивается.

На рис. 2.31 представлена схема вибростенда с одним электромагнитом для испытания вибрацией, возбуждаемой в вертикальном направлении при работе в резонансных режимах. Электромагнит 1, установленный на упругом основании 2, взаимодействует с подвижной системой стенда; она состоит из стола с изделием 3 и упругих элементов 4. Настройка на резонанс осуществляется изменением длины элемента 4 путем перестановки опор или изменением массы стола с помощью дополнительных грузов. Возможна также замена упругих элементов. На стенде проводят испытания в диапазоне частот от 60 до 300 Гц.

Максимальная вынуждающая сила при частотах до I5O Гц составляет до 10⁵Н при кратковременной работе; максимальная масса испытуемого изделия до 20 кг.