Расчетно-экспериментальное исследование амплитудно-частотной характеристики тензопреобразователя

Abstract

Рычажные тензопреобразователи используют в датчиках давления для преобразования поперечного перемещения рычага в электрический сигнал. Для анализа возможности применения рычажного тензопреобразователя при определении нагруженности элементов рельсового транспорта от воздействия неровностей со стороны дорожного полотна в статье найдена его амплитудно-частотная характеристика. Выполнено экспериментальное исследование, позволившее идентифицировать две первые собственные частоты изгибных колебаний тензопреобразователя и определить декремент колебаний на этих частотах. Диаметр рычага датчика составляет 4,5 мм, а масса менее 5 г, поэтому контактные методы измерения амплитуд колебаний здесь оказываются неприменимыми. Поэтому амплитудно-частотная характеристика тензопреобразователя определена экспериментально с помощью тензочуствительной схемы самого тензопреобразователя и с помощью одноточечного трехкомпонентного лазерного виброметра Polytec 3D LV, который измеряет три линейных компоненты виброскорости в точке колеблющегося объекта. Испытаны два тензопреобразователя. Испытания проведены методом плавного изменения частоты синусоидальных колебаний. Определены две первые резонансные частоты изгибных колебаний тензопреобразователя. Резонансным методом определен декремент колебаний. Найден допустимый уровень вибронагрузки на резонансе, превышение которого приведет к поломке тензопреобразователя. С помощью конечно-элементной модели получена зависимость первой частоты собственных колебаний тензопреобразователя от жесткости системы. Эта зависимость позволяет прогнозировать собственную частоту колебаний тензопреобразователя по данным, приведенным в паспорте изделия. Экспериментально найденные резонансные частоты и декремент колебаний позволяют построить расчетную модель тензопреобразователя, верифицированную результатами испытаний. Модель можно использовать на ранних стадиях проектирования датчиков давления и датчиков, измеряющих нагруженность элементов рельсового транспорта от воздействия неровностей со стороны дорожного полотна. The strain transducer is used in the pressure sensors for converting the force (pressure) into an electrical signal. In order to analyze the possibility of using a strain transducer for definition of loading rail vehicles from the effects of irregularities by the roadway in the article found its frequency response. Experimentally identified by the first two natural frequencies of flexural vibrations strain transducer and determine the decrement at these frequencies. The diameter of the lever is 4,5 mm, and the mass of 5 g, so the contact methods for measuring the amplitude and frequency of oscillations are not applicable. Therefore frequency response of the strain transducer is determined experimentally using a strain gauge circuit of the strain transducer and using a single-point three-dimensional laser vibrometer Polytec 3D LV. Laser vibrometer measures three components of linear vibration velocity at the point of the oscillating object. Excitation was performed with the use of an electrodynamic shaker LDS V650 and control system LMS Scadas Lab. Two strain transducers tested. Tests were carried out method a smooth change of frequency sinusoidal oscillations. The two first resonant frequencies of the oscillations determined strain transducer. Resonance method defined damping coefficient. Found allowable level vibratory loads at resonance, the excess of which will result in damage to the strain transducer. Using finite element model the dependence of the first natural frequency of strain transducer bending stiffness of the system. This dependence makes it possible to predict the natural frequency of strain transducer according to the passport provided in each product. Experimentally determined resonant frequency and decrement it possible to construct computational model of the strain transducer, a verified test results. The model can be used early in the design of pressure sensors and sensors measure the loading rail vehicles from the effects of irregularities by the roadway in the article found its frequency response.