5.2 Вибродатчики, используемые в подсистеме диск-к

Вибродатчик является виброизмерительным пpеобpазователем инерционного действия с пьезоэлектрическим чувствительным элементом, работающим в режиме акселерометра. Амплитуда электрического сигнала на вы­ходе акселерометра прямо пропорциональна амплитуде ускорения рельса, к ко­торому крепится вибродатчик [15].

Вибpодатчик состоит из двух основных частей: державки и акселеpометpа с соединительным радиочастотным коаксиальным кабелем. Принцип действия акселеpометpа основан на использовании прямого пьезо­эффекта, то есть свойства пьезокерамики генерировать элек­трический заряд под действием приложенной к пьезоэлементам механической силы.

При установке вибpодатчика на подошву рельса корпус акселеpометpа будет воспринимать вибрацию рельса. Если, например, корпус будет перемещаться вверх, то, вследствие стремления инерционного груза сохранить состояние покоя, пьезоэлементы под действием силы F = ma (где m - масса инерционного груза; a - ускорение рельса) будут сжиматься. Возникающий при этом на электродах пьезоэлементов электрический заряд Q пропорционален ам­плитуде ускорения. Напряжение U на входе виброизмерительного усилителя прямо пропорционально заряду Q и обратно пропорционально электрической ем­кости С, равной сумме емкостей акселерометpа с выводным кабелем С_а, внеш­него соединительного кабеля С_к и входной цепи согласующего усилителя С_у

_{, (5.2)}

где - пьезомодуль керамики ЦТС-19.

Коэффициент преобразования акселерометpа по напряжению равен

, (5.3)

где и - соответственно пиковые значения напряжения на выходе аксе­лерометpа и ускорения (в единицах g - ускорение свободного падения, g = 9.8 м/с²), вызвавшего появление сигнала напряжением U_п.

Таким образом, напряжение сигнала на выходе акселеpометpа будет:

, мВ , (5.4)

Так как акселеpометp соединяется с виброизмерительным усилителем, имеющим входную емкость С_у, дополнительным коаксиальным кабелем с погонной емкостью С_к, то коэффициент преобразования акселеpометpа, приведенный ко входу ВИУ, можно определить по формуле:

, (5.5)

где - собственная емкость акселерометра с инвентарным соединительным кабелем (с которым производилась его калибровка), пФ; - погонная емкость дополнительного кабеля, пФ/м; - емкость входной цепи усилителя (масштабного конденсатора, шун­тирующего вход согласующего усилителя), пФ.

Из приведенных формул видно, что для обеспечения высокой чувствитель­ности виброизмерительного тракта необходимо стремиться к уменьшению длины соединительных кабелей и емкости масштабного конденсатора.

Виброизмерительный усилитель предназначен для масштабного усиления сигналов вибродатчиков (пьезоакселерометров), пропорциональных ускорениям рельсов, двухкратного интегрирования этих сигналов для получения вспомога­тельного сигнала, пропорционального виброперемещениям рельсов, и форми­рования выходного диагностического сигнала по максимальному значению (модулю) виброускорений или виброперемещений рельсов при динамическом воздействии их с дефектным колесом.

Если при ударе колеса с ползуном глубиной 1,0 мм возни­кают ускорения рельса порядка 200 (для грузового вагона в зимних условиях), то на входе согласующего усилителя будет сигнал амплитудой 0,6÷1,8 В в зависимо­сти от коэффициента преобразования акселерометров, подобранных в ком­плект ДИСК-К.