В настоящее время к параметрам надёжности электронных средств (ЭС), функционирующих в жестких условиях эксплуатации, предъявляются высокие требования. Важнейшим дестабилизирующим фактором, приводящим к отказам ЭС, является внешнее вибрационное воздействие (до 30% отказов приходится на вибрационные воздействия). В связи с этим в процессе разработки и производства ЭС предусматривается проведение лабораторно-стендовых испытаний на воздействие вибрации с помощью специальных методов и средств испытаний [1, 2]. Перед началом использования любых измерительных средств необходимо выполнить их настройку.
Проверку и настройку информационно-измерительной и управляющей системы (ИИиУС) для определения динамических характеристик конструкции необходимо начинать с калибровки измерительной цепи. Для этого необходимо выполнить процедуру приведения выходной величины, отображаемой на графике, к эталонной величине виброскорости, приложенной к первичному виброизмерительному преобразователю (ВИП). Индукционные вибропреобразователи прямого действия, предназначенные для измерения скорости вибросилового воздействия линейных и угловых перемещений. Датчик состоит из подвижной системы, включающей сейсмическую массу и элемент связывающий ее с корпусом и магнитной системы. При измерении скорости вибрационных колебаний исследуемого объекта преобразование скорости перемещения относительно корпуса в электрический сигнал обычно обеспечивается катушкой, связанной с сейсмической массой и перемещающейся относительно магнитного сердечника, скреплённого с корпусом датчика. Электродинамические сейсмические датчики скорости обладают очень большой чувствительностью и выходной сигнал соответствует уровню до 50 мВ. Внешний вид ВИП приведен на рисунке 1.
Рисунок 5.11 – Внешний вид индукционного ВИП прямого действия
В качестве эталонного генератора механических колебаний возможно использовать мобильный калибровочный вибростенд вибростенд HI 803, зарегистрированный в Государственном реестре средств измерений под номером 37167-08. Это мобильный вибростенд с интегрированной системой управления, с питанием, от встроенных аккумуляторов предназначен для калибровки акселерометров, датчиков виброскорости, бесконтактных вихретоковых датчиков и целых измерительных каналов стационарных систем. Широкий диапазон генерируемых частот и амплитуд, удобное крепление датчиков, низкий вес и габариты делают их незаменимым средством для проверки стационарных и переносных средств измерений. Внешний вид калибровочного вибростенда HI 803 представлен на рисунке 1.
Рисунок 2 – "HI-803" компании "Rockwell Automation" (США)
Генератор вибрации HI 803 используется для передачи вибросилового воздействия на калибруемый ВИП ИИиУС. Частота и амплитуда вибрации выбирается пользователем и отображается на цифровом дисплее. Управление работой обеспечивается и контролируется с помощью микрокомпьютера. Интегрированная система управления обеспечивает необходимую обработку сигнала.
Справочные экраны HI 803 доступны оператору во время работы. Параметры тестирования, результаты тестирования и другие результаты испытаний могут быть сохранены в энергонезависимой памяти для вывода на принтер в будущем. Прибор автоматически выключится при минимально допустимом напряжении, чтобы аккумуляторы не подвергались полной разрядке, которая существенно уменьшает срок их эксплуатации. Если амплитуда и/или частота при тестировании находятся вне допустимых диапазонов, оператор оповещается об этой ситуации миганием индикаторов. Для предотвращения повреждений вибростенда, калибровочный вибростенд автоматически выключается, когда значение перемещения выходит за максимально допустимые пределы (примерно 0.317 см пик-пик).
При использовании HI-803 для калибровки ВИП амплитуду вибрации и частотный диапазон необходимо установить в единицах ускорения по ГОСТ РВ 20.39.304-98 в соответствии с целевой группой исполнения в зависимости от назначения и условий эксплуатации целевого ОИ. Калибровка осуществляется регулированием коэффициента усиления дифференциального усилителя сигнала с ВИП на средней частоте рабочего диапазона. После приведения в соответствие значения эталонного вибрационного сигнала и значения отображаемого на графике необходимо выполнить проверку на всем рабочем диапазоне с шагом ¼ октавы. При выявлении неравномерности АЧХ более 1дБ заменить ВИП или использовать его в более узком рабочем диапазоне частот.
Далее необходимо выполнить процедуру приведения амплитуды виброускорения вибровозбудителя к величине эталонного синусоидального электрического сигнала. Вибровозбудитель состоит из магнитной и подвижной системы соединенных с помощью крепежных элементов. Магнитная система состоит из двух постоянных магнитов и магнитопровода с воздушными зазорами. Подвижная система состоит из двух катушек медного провода и намотанных на бумажных каркасах, подвесов подвижной системы, стержневого толкателя для передачи вибрационного воздействия. Пьезоэлектрический измерительный элемент, находится на одной радиальной центрирующей пружине, т.о. она является частью единой подвижной системы датчика. Внешний вид вибровозбудителя представлен на рисунке 4.
Рисунок 5.6 – Внешний вид вибровозбудителя
Вибровозбудители закреплены на основании системы позиционирования так, что оси толкателей вибровозбудителей совпадают с крепежными отверстиями ОИ. Применяемый вибровозбудитель предназначен для подачи скорости вибросилового воздействия линейных перемещений.
Для этого необходимо механически соединить измерительный шток ВИП со стержневым толкателем вибровозбудителей в соответствии с рисунком 5.13 и осуществить вибрационное воздействие методом плавного изменения частоты синусоидальных колебаний. Предварительно в графическом интерфейсе пользователя устанавливается требуемая амплитуда ускорения в соответствии с группой исполнения по ГОСТ РВ 20.39.304-98.
Рисунок 5.13 – Механическое резьбовое соединение ВИП с вибровозбудителем при калибровке ИИиУС
По результатам формирования испытательного сигнала и отображения АЧХ на графике ПО устанавливается коэффициент усиления усилителя мощности так, что бы заданной значение амплитуды ускорения совпадало с АЧХ. При выявлении нелинейности АЧХ более 1 дБ увеличивается глубина ЭМОС до необходимого значения.
Таким образом калибровка заключается в приведении выходной величины, отображаемой на графике, к эталонной величине виброскорости, приложенной к первичному виброизмерительному преобразователю и приведении амплитуды виброускорения к величине эталонного синусоидального электрического сигнала.