Главная > Вибрации в технике, Т. 5. Измерения и испытания
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

4. КОМБИНИРОВАННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

В комбинированных преобразователях входная механическая величина сначала преобразуется в промежуточную величину другой природы, а затем в электрическую.

Гальваномагнитные преобразователи. Гальваномагнитные эффекты наблюдаются при движении зарядов в проводнике или полупроводнике, находящемся в магнитном поле, и проявляются в возникновении ЭДС Холла, увеличении сопротивления, а также изменении свойств p-n-переходов [3].

Силовое действие поля на ток приводит, во-первых, к отклонению траектории движения зарядов в направлении, перпендикулярном току, и как следствие, к созданию их избытка у одной грани проводника и недостатка у противоположной, т. е. возникновению ЭДС между ними, называемой ЭДС Холла. При фиксированных значениях тока и индукции поля ее значение обратно пропорционально концентрации носителей заряда. Таким образом, этот эффект проявляется заметно только в

полупроводниках. Во-вторых, из-за воздействия поля на заряды направление тока не совпадает с направлением электрического поля, что эквивалентно увеличению сопротивления. Этот эффект пропорционален квадрату индукции и также наиболее заметен в полупроводниках.

Еще более сильно зависит от магнитного поля полупроводникового диода и транзистора при специальном подборе размеров и свойств материала.

Все эти эффекты могут использоваться для измерения перемещения магнито-чувствительного элемента в неоднородном магнитном поле [22]. Схема такого преобразователя, например, с элементом Холла, показана на рис. 19 (для удобства изображения направление поля повернуто в плоскость рисунка). Магнитное поле создается постоянным магнитом, причем подбирают такую его конфигурацию, чтобы в рабочем пространстве градиент поля был постоянным: где х отсчитывается от некоторого среднего значения. Тогда и ЭДС Холла будет линейно зависеть от перемещения:

где у — магниточувствительность элемента, зависящая от его толщины и концентрации носителей заряда; ток через элемент;

Рис. 19. Гальваномагнитный (холловский) преобразователь: 1 — элемент Холла (направление магнитной индукции условно повернуто на 90° в плоскость рисунка)

Рис. 20. Фотоэлектрический преобразователь: 1 — излучатель

Сила взаимодействия тока с магнитным полем пренебрежимо мала вследствие малой длины элемента. Таким образом, ЭДС преобразователя

Собственный механический импеданс элемента Холла мал, а электрический импеданс — активное сопротивление, как правило, много меньше импеданса нагрузки Поэтому практическое значение имеет чувствительность к перемещению по напряжению Ее значение определяется величинами, входящими в выражение для k. Наибольшее значение у имеет арсенид галлия — до Индукция для магнитов приемлемых габаритов может быть а градиент поля на линейном участке порядка В результате чувствительность по перемещению при предельно возможных токах доходит до Магниторезисторы и магнитодиоды в принципе позволяют получить значительно большую чувствительность.

Гальваномагнитные преобразователи применяют для измерения перемещения и величин, преобразовываемых в него (давления, параметров движения и др.).

Фотоэлектрический преобразователь также чувствителен к перемещению и осуществляет модуляцию светового потока, попадаюшего на светочувствительный элемент (рис 20) Световой поток на входе фотоприемпика

Ток приемника (в данном случае фотодиода) чувствительность; -темновой ток приемника. Таким образом,

Отсутствие влияния выходной стороны на входную очевидно, а чувствительность к перемещению по току равна Типичная чувствительность полупроводниковых фотоприемников а а поток от источника некогерентного света с конденсатором может быть порядка что при дает чувствительность по перемещению около . С фотоумножителем чувствительность на порядок выше, однако он значительно сложнее в применении.

Фотоэлектрические преобразователи применяются главным образом при измерении перемещений [8].

Пьезооптический преобразователь. В пьезооптических преобразователях используется зависимость оптических свойств твердых тел от механических напряжений в них (фотоупругость) В напряженном состоянии показатель преломления становится зависимым от направления колебаний светового вектора, причем разность показателей пропорциональна приложенному напряжению а.

Рис. 21. Пьезооптический преобразователь: I — излучатель (светодиод); 2 — поляризатор; 3 — чувствительный элемент: 4 — фазовая пластинка; 5 — анализатор, в — фотоприемник

Поэтому луч плоскополяризованного света, проходящий через вещество, разделяется на два луча, распространяющиеся с различной скоростью, поляризованные во взаимно перпендикулярных направлениях и имеющие на выходе разность фаз

где I — длина пути света в веществе; так называемая фотоупругая постоянная Если оба луча свести в одну плоскость анализатором, то при рациональной ориентации поляризатора и анализатора относительно направлений главных напряжений [1] световой поток на выходе

где не зависят от Формула выведеиа при условии, что между лучами имеется начальная разность фаз

Простейшая схема пьезооптического преобразователя показана на рис. 21. Луч света (в данном случае от светодиода) проходит через поляризатор 2 на чувствительный элемент 3, далее через фазовую пластинку 4, создающую фазовый сдвиг на 90°, анализатор 5 и попадает на фотоприемник 6. Сигнал последнего отсчитыва-ется от начального уровня, соответствующего половине максимального сигнала.

Согласно формуле для при увеличении о от сигнал, пройдя максимум, вернется к прежнему значению. Однозначная и линейная зависимость соблюдается при отклонениях фазы от начального значения, меньших 10—15°.

Пьезооптическии преобразователь относится к полностью необратимым Его чувствительность к напряжению является функцией нескольких величин и параметров: светового потока от источника; степени поляризации света, прозрачности и

чувствительности фотоупругого материала, его геометрии; длины пути света в нем, чувствительность фогоприемника. Не рассматривая всех этих составляющих, отметим, что постоянная практически пригодных материалов составляет а уровень шумов в раз меньше максимального сигнала, что позволяет измерять воздействия, вызывающие напряжения 2—3 Па

Преобразователь имеет значительный механический импеданс упругого типа и может эффективно использоваться для измерения сил и преобразуемых в них величин

Радиоактивные преобразователи. В преобразователях этого типа используется эффект поглощения радиоактивного излучения в веществе. Удельная интенсивность потока излучения от точечного источника убывает пропорционально квадрату расстояния от него, что дает возможность измерять перемещения. Однако точность таких преобразователей крайне невелика, и они практически не применяются.

Рис. 22. Гамма-резонансный преобразователь 1 — объект; 2 — источник гамма-квантов, 3 — резонансный поглотитель, 4 — детектор гамма излучения 5 — фотоумножитель. в — блок обработки сигналов

Значительно большие возможности дает явление резонансного поглощения гамма-излучения (эффект Мессбауэра) При определенных условиях поглощение гамма-квантов в твердом теле зависит от их энергии Заметное уменьшение поглощения начинается при относительном отклонении энергии от номинального значения на Если излучатель движется, то за счет этого энергия излучаемых квантов изменяется, причем ее относительное изменение равно отношению скорости движения к скорости света. Таким образом, теоретически можно измерять малые относительные скорости — до нескольких микрометров в секунду [23]

Упрощенная схема гамма-резонансного преобразователя показана на рис. 22. Излучение от источника, установленного на объекте измерения, проходит через резонансный поглотитель, детектор гамма-излучения и далее на фотоприемник, после чего сигнал усиливается и регистрируется Фототок связан функционально со скоростью движения источника. Для гармонического движения эта зависимость имеет следующий вид:

где фототок при амплитуда скорости; а — разрешающая способность поглотителя. Как недостаток надо отметить, что в этом выполнении преобразователь не реагирует на знак скорости, а чувствительность его в функции сначала близка к нулю, затем достигает максимума и вновь убывает Эти недостатки могут быть устранены значительным усложнением конструктивной схемы преобразователя.

1
Оглавление
email@scask.ru