СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ

Предлагаемая полезная модель относится к технике измерения с помощью пьезоэлектрических датчиков и может использоваться для контроля исправности пьезоэлектрических датчиков, установленных на объекте.
Известно устройство для проверки пьезоэлектрических датчиков, содержащее соединенные с пьезоэлектрическим датчиком генератор электрических импульсов и детектор, в котором между генератором электрических импульсов и детектором включен ждущий мультивибратор [1].
Недостатками данного устройства являются недостаточная эффективность контроля, обусловленная тем, что исправность вторичного преобразователя пьезоэлектрического датчика не контролируется.
Наиболее близким по технической сущности является система виброконтроля [2]. Структурная схема системы виброконтроля приведена на фиг.1. Система виброконтроля содержит датчик вибрации 1 со входом для подачи на него тестового напряжения, блок 2 измерения и контроля, двухполюсный переключатель 3, соединенный с органом управления 4, источник 5 тестового напряжения, элемент сравнения 6, источник 7 образцового сигнала и индикатор 8 неисправности датчика вибрации.
Работа системы виброконтроля в режиме контроля исправности датчика вибрации происходит следующим образом. На фиг.1 положение переключателя соответствует этому режиму. С источника 5 тестовое напряжение подается на вход датчика вибрации 1. Под действием этого напряжения в акселерометре датчика вибрации 1 происходят смещения, которые приводят к определенному изменению тестового напряжения. При исправном датчике вибрации 1 выходное напряжение датчика соответствует напряжению источника 7 образцового сигнала. При неисправном датчике вибрации 1 с выхода элемента сравнения 6 поступает сигнал на включение индикатора 8, который сигнализирует о неисправности датчика.
В рабочем режиме, режиме измерения и контроля вибрации объекта контроля выход датчика вибрации 1 с помощью переключателя 3 соединяется с блоком 2 измерения и контроля, а вход датчика отключается от источника 5 тестового напряжения.
Недостатками данного устройства являются недостаточная эффективность контроля, обусловленная тем, что исправность блока измерения и контроля не контролируется.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение эффективности контроля исправности пьезоэлектрических датчиков, установленных на объекте за счет дополнительного контроля блока измерения и контроля.
Поставленная цель достигается тем, что в систему контроля пьезоэлектрических датчиков, содержащую датчик, блок измерения и контроля, переключатель, источник тестового напряжения и элемент сравнения, соединенный по одному из входов с источником образцового сигнала, а по выходу с индикатором неисправности, в которой в рабочем режиме датчик соединен через первую группу перекидных контактов переключателя с входом блока измерения и контроля, а в режиме контроля неисправности через вторую группу перекидных контактов переключателя с источником тестового напряжения, согласно полезной модели в нее введены второй элемент сравнения, один из входов которого соединен с вторым источником образцового сигнала, а выход подключен к индикатору неисправности, и делитель напряжения, вход которого соединен с выходом источника тестового напряжения, а выход в режиме контроля исправности через первую группу перекидных контактов переключателя подключен к входу блока измерения и контроля, причем второй вход первого элемента сравнения соединен с датчиком, а второй вход второго элемента сравнения подключен к выходу блока измерения и контроля.
Структурная схема системы контроля пьезоэлектрических датчиков представлена на фиг.2. Она содержит датчик 1, блок измерения и контроля 2, переключатель 3 с двумя группами перекидных контактов, источник тестового напряжения 4, делитель напряжения 5, элемент сравнения 6, источник образцового сигнала 7, индикатор неисправности датчика 8, второй источник образцового сигнала 9 и второй элемент сравнения 10.
В рабочем режиме измерения контакты переключателя 3 находятся в положении «1». Датчик 1 через первую группу перекидных контактов переключателя 3 соединяется с входом блока измерения и контроля 2. В режиме контроля исправности контакты переключателя 3 находятся в положении «2», что соответствует изображению на фиг.2. Источник тестового напряжения 4 соединяется через вторую группу перекидных контактов переключателя 3 с датчиком 1 и через делитель напряжения 5 и первую группу перекидных контактов переключателя 3 с входом блока измерения и контроля 2. Первые входы элементов сравнения 6 и 10 соединены, соответственно, с выходами датчика 1 и блока измерения и контроля 2, вторые входы соединены, соответственно, с источниками образцовых сигналов 7 и 9, а выходы подключены к индикатору неисправности 8.
Все элементы, входящие в состав системы контроля пьезоэлектрических датчиков, могут быть реализованы в виде отдельных функциональных узлов или программным способом при использовании микроконтроллера, оснащенного компаратором, таймером, аналого-цифровым и цифро-аналоговым преобразователями.
Работает система контроля пьезоэлектрических датчиков следующим образом. Источник тестового напряжения 4 вырабатывает переменное напряжение, например синусоидальное или последовательность прямоугольных импульсов. В режиме контроля (переключатель 3 находится в положении «2») это напряжение подается на обкладки датчика 1, вызывая механические колебания пьезоэлемента, и через делитель напряжения 5 на вход блока измерения и контроля 2. Выходной сигнал блока измерения и контроля 2 сравнивается в элементе сравнения 10 с заранее заданным образцовым сигналом источника образцовых сигналов 9. В случае несоответствия выходного сигнала блока измерения и контроля 2 образцовому сигналу источника образцовых сигналов 9 элемент сравнения 10 фиксирует неисправность блока измерения и контроля 2, которая индицируется индикатором неисправности 8.
При исправном блоке измерения и контроля 2 через время, достаточное для оценки его выходного сигнала, происходит переключение переключателя 3 в рабочий режим (положение «1»). При этом, после отключения источника тестового напряжения 4 от пьезоэлектрического датчика 1 в последнем возникают затухающие механические колебания на собственной резонансной частоте. Эти колебания вследствие пьезоэффекта вызывают появление электрического сигнала на обкладках датчика 1, который сравниваются в элементе сравнения 6 с заранее заданным образцовым сигналом источника образцовых сигналов 7. В случае несоответствия электрического сигнала на обкладках датчика 1 образцовому сигналу источника образцовых сигналов 7 элемент сравнения 6 фиксирует неисправность датчика 1, которая индицируется индикатором неисправности 8.
При исправном датчике 1 через время, достаточное для затухания колебаний в датчике 1, начинается рабочий режим измерения.
Таким образом, введение второго элемента сравнения, второго источника образцового сигнала, делителя напряжения и новых связей позволяет повысить эффективность контроля исправности пьезоэлектрических датчиков, установленных на объекте за счет дополнительного контроля блока измерения и контроля.
Использованные источники
1. RU патент № 535478, A1, G01L 27/00. Устройство для проверки пьезоэлектрических датчиков. Опубл.: 15.11.1976 г.
2. RU патент № 2226676, С1, G01H 17/00. Система виброконтроля. Опубл.: 10.04.2004 г.