2.5.2 Вторинні перетворювачі

Найбільше поширення отримали вторинні перетворювачі, котрі обслуговують первинні п’єзоелектричні перетворювачі.

Основу будь якого вимірювача з сталими метрологічними характеристиками складає узгоджувальний (кондиціонуючий) підсилювач. Він забезпечує узгодження вихідного імпедансу вібродавальника з вхідним опором вторинної апаратури. При цьому він нормує вимірювальний сигнал. Використовують два типи підсилювачів: підсилювач напруги, у котрого вихідний сигнал є пропорційним напрузі, та підсилювач заряду, вихідна напруга котрого пропорційна заряду, створюваному п’єзоелектричним давальником.

Окрім узгоджувальних підсилювачів до складу апаратури входять вимірювальні підсилювачі, котрі нормують сигнал та дозволяють отримувати результат вимірів в заданих одиницях виміру, а також підсилювати як статичні сигнали, так і імпульсні. Крім того, вони дозволяють проводити виміри в широкому діапазоні частот в заданій смузі частот з стандартними частотними характеристиками А, Б, С згідно ГОСТ 17187-71.

Для безпосереднього вимірювання параметрів вібрацій використовують віброметри. Для періодичного контролю прискорень, віброшвидкості та віброзміщень використовують віброметри ВМ-1, віброметри фірми «Бриль і Кьер» типу 2511, тощо.

2.6 Проведення випробувань для вимірів характеристик акустичних сигналів

2.6.1 Умови вимірювань

Для ефективних вимірювань рівня акустичних та віброакустичних коливань потрібно забезпечувати визначення такого переліку головних характеристик вимірювальної апаратури (наводяться статистично типові величини):

• діапазон частот вимірювань: для вібровимірювань – визначається завданням (для повітряного шуму – визначається завданням)

• діапазон вимірювань вібродавальником від 40 до 120 дБ відносно 3•10^-4м/с.

• діапазон вимірювань повітряного шуму від 40 до 120 дБ відносно 2•10^-5Па.

• динамічний діапазон каналів передавання одночасний 40±2 дБ.

• нерівномірність АЧХ для кожного каналу в заданому діапазоні частот, не більше ±3дБ

• неідентичність АЧХ ±3дБ.

• неідентичність ФЧХ ±5%

• нелінійність спотворювань каналів передачі інформації про виміри, не більше 1%.

• рівень вихідної напруги каналів на навантаженні 10 кОм, не менше 3 В.

• визначений об’єм пам’яті та спосіб зв’язку з ПК.

• час входу в робочий режим.

• робочий діапазон температур навколишнього середовища.

• вимоги до транспортування.

• вимоги до живлення.

2.6.2 Порядок вимірювань

Порядок вимірювань починається з огляду апаратури на предмет зовнішніх ушкоджень. Чутливі елементи повинні бути перевірені на предмет робото спроможності безпосередньо перед проведенням вимірів за визначеною методикою.

При вимірюваннях величин потрібно визначити та задати час кожного і-го вимірювання. За результатами серії з N вимірів підраховується математичне чекання:

N

М(х) = ∑х_і/N;

І

N

дисперсія D(x)= ∑(x_i-M_x)²/(N-1);

i

середньоквадратичне відхилення σ(х)=√ D(x).

Визначається нижне значення динамічного діапазону вимірів. Нижне значення виміряного сигналу визначається розрахунком і має бути на 6 дБ вищим рівня свого шуму, приведеному до смуги 1 кГц.

Визначається верхнє значення динамічного діапазону. При цьому встановлюється максимальний коефіцієнт підсилення каналів. Під’єднується еквівалентна ємність замість п’єзодавальника. Встановлюється рівень вхідного сигналу на 40 дБ більше нижнього значення динамічного діапазону з заданою частотою (зазвичай-найвищою). До ПК вводиться реалізація виміру довжиною не менше 2-х періодів сигналу об’ємом 24 вибірки. Розраховується амплітуда сигналу у кожному каналі та визначається коефіцієнт гармонік за формулою:

K_г= √(U₂²+U₃²)/U₁ [%], де U₁, U₂, U₃ – амплітуди сигналу.

Верхньому значенню динамічного діапазону відповідає сигнал U_вих у котрого нелінійні спотворення не вищі за 1%.

При підключенні первинного перетворювача вважається, що значення динамічного діапазону складає різницю 40- U_вих.

Визначається амплітудна характеристика. Для цього на вхід подають синусоїдальний сигнал з максимальною частотою вимірів. Рівень сигналу має перевищувати шуми на 6 дБ.

До ПК заноситься не менше 24 реалізацій з довжиною більшою за 2 періоди сигналу. Підвищуючи рівень сигналу дискретно на 6 дБ до верхнього значення динамічного діапазону провести виміри. Побудувати графік АЧХ.

Визначається нерівномірність АЧХ, не ідентичність АЧХ та ФЧХ каналів. Визначення АЧХ та ФЧХ здійснюється на еквівалентній ємності замість мікрофона та вібродавальників.

На вхід каналу подається гармонічний сигнал з амплітудою 0,5U_макс на частотах від f_мін до f_макс. До ПК заноситься не менше 24 реалізацій з довжиною більшою за 2 періоди сигналу.

Амплітуди U_i та початкові фази φ_i розраховують за формулами:

∆U_i=U_i/U₁; ∆φ_i= φ_i-φ₁

де U₁ –виміряна амплітуда на виході каналу на середній частоті.

Розраховується математичне чекання, дисперсія та середньоквадратичне відхилення для оцінки амплітуди сигналу

U_iсер=M(U_i); D(U_i); σ(U_i).

Відношення амплітуди сигналу

∆U_i=M(∆U_i); D(∆U_i); σ(∆U_i).

Різність фаз

∆φ_iсер=M(∆φ_i); D(∆φ_i); σ(∆φ_i).

Повторити ці операції для всіх частот.

Розраховується нерівномірність АЧХ у кожному каналі;

∆max_i=max_k20lg(U_ikсер+2σ(U)_ik)/( U_сер-2σ(U)_ik)

∆min_i=min_k20lg(U_ikсер-2σ(U)_ik)/( U_сер+2σ(U)_ik)

∆_i=∆max_i-∆min_i.

де к=1…5 – номер гармоніки; і – номер каналу; U_сер-математичне чекання оцінки амплітуди сигналу на середній частоті вимірювального сигналу; ∆і – нерівномірність АЧХ каналу.

Неідентичність ФЧХ каналу розраховується так:

∆max_i=max_k20lg(U_ikсер+2σ(U)_ik)

∆min_i=min_k20lg(U_ikсер-2σ(U)_ik)

∆_i=∆max_i-∆min_i