Двухпараметровые измерительные преобразователи с логометрическим выходом на базе составных пьезотрансформаторов
УДК 535.3:621.317.2
Аннотация
Представлены результаты сравнительного анализа метрологических характеристик вариантов построения двухпараметровых пьезотрансформаторных измерительных преобразователей с логометрическим выходом. Исследования проводились с использованием методов имитационного моделирования. Конструктивно измерительный преобразователь представляет собой составной пьезоэлектрический трансформатор с двумя степенями свободы. Чувствительным элементом преобразователя может являться вибратор, или элемент связи между резонаторами. При изменении параметров чувствительного элемента происходит перераспределение колебательной энергии по степеням свободы, зависящее от характера взаимодействий и уровня связи в системе, добротности резонаторов, степени расстройки их собственных частот. Для формирования выходного сигнала датчика может использоваться отношение выходных напряжений двух пьезотрансформаторов, возбуждаемых на одной частоте, или отношение выходных напряжений с одного пьезотрансформатора, поочередно возбуждаемого на двух разных частотах. Применение определенных режимов связанных колебаний в системе позволяет реализовать необходимый механизм чувствительности датчика, а применение соответствующих способов формирования выходного сигнала датчика позволяет повысить чувствительность и избирательность измерительного процесса.
Скачивания
Литература
Шарапов В.М., Минаев И.Г., Сотула Ж.В. и др. Пьезокерамические трансформаторы и датчики. Черкасы: Вертикаль. 2010. 278 с.
Низаметдинов А.М. Измерение добротности и собственной частоты колебательной системы вибровискозиме-трического датчика. // Датчики и системы. 2016. № 10. С. 15-20.
Heinisch M., Voglhuber-Brunnmaier Т., Reichel E. K. et al. Reduced Order Models for Resonant Viscosity and Mass Density Sensors // Sensors and Actuators A: Physical. 2014. Vol. 220. P. 76-84. DOI: 10.1016/j.sna.2014.09.006
Hadidi S., Hassanzadeh A., A Novel Self-Powered, High-Sensitivity Piezoelectric Vibration Sensor Based on Piezoelectric Combo Effect // IEEE Sensors Journal. 2023. Vol. 23. No 21. P. 25797-25803. DOI: 10.1109/JSEN.2023.3317445
Lee C. K., Hsu Y. H., Hsiao W. H. et al. Electrical and Mechanical Field Interactions of Piezoelectric Systems: Foundation of Smart Structures-Based Piezoelectric Sensors and Actuators, and Free-Fall Sensors // Smart Materials and Structures. 2004. Vol. 13. No 5. P 1090. DOI: 10.1088/0964-1726/13/5/015
Соломин Б.А., Низаметдинов А.М., Черторийский А.А. и др. Миниатюрный вибровискозиметрический датчик повышенной чувствительности и быстродействия // Датчики и системы. 2015. № 7. С. 35-39.
Spletzer M., Raman A., Wu A. Q. et al. Ultrasensitive Mass Sensing Using Mode Localization in Coupled Microcantilevers // Applied Physics Letters. 2006. Vol. 88. No 25. P. 254102-1254102-3. DOI: 10.1063/1.2216889
Янчич В.В., Панич А.Е., Янчич Вл.В. О возможности реализации интегрированных многофункциональных преобразователей пьезоэлектрических датчиков физических величин // VII Междунар. науч.-технич. конф. «Инновационные процессы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий» : сб. тр. Ростов-н/Д.: Изд-во ЮФУ 2010. С. 129-132.
Янчич В.В., Панич А.Е., Янчич Вл.В. Перспективы применения интегрированных многофункциональных преобразователей в пьезоэлектрических датчиках механических величин // Инженерный вестник Дона. 2010. № 3 (13). С. 172-174.
Янчич В.В., Янчич Вл.В. Преобразователи пьезоэлектрических датчиков механических величин (конструкции и пути развития). Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing. 2013. 142 с.
Янчич В.В., Панич А.Е. Управление характеристиками пьезоэлектрических датчиков с интегрированными многофункциональными преобразователями // Матер. V Междунар. конф. «Геоинформационные технологии и космический мониторинг». Ростов н/Д.: Изд-во ЮФУ, 2012. С. 329-334.
Янчич Вл.В., Панич А.Е. Двухпараметровый пьезоэлектрический преобразователь // Междунар. молодежная научн. конф. «Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения» : сб. тр. Ростов н/Д.: Изд-во ЮФУ, 2013. С. 179-180.
Митько В.Н., Крамаров Ю.А., Панич А.А. Математическое моделирование физических процессов в пьезоэлектрическом приборостроении : монография. Пьезоэлектрическое приборостроение. Ростов н/Д.: Изд-во ЮФУ, 2009. Т. 6. 240 с.
Богуш М.В. Пьезоэлектрические датчики для экстремальных условий эксплуатации. Пьезоэлектрическое приборостроение : сб. в 3 т. Т. 3. Ростов н/Д.: Изд-во СКНЦ ВШ, 2006. 346 с.
Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики. М.: Техносфера, 2006. 632 с.
Седалищев В.Н. Пьезотрансформаторные измерительные преобразователи : монография. Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2015. 167 с.
SedalischevV.N., Sergeeva Ia.S., Simulation Of Measuring Transducers Based On Interconnected Piezoresonators // X International Conference on High-Performance Computing Systems and Technologies in Scientific Research, Automation of Control and Production (HPCST) 2020. Barnaul, 24-25 April 2020. / IOP Publishing. Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1615. Article: 012030. DOI: 10.1088/17426596/1615/1/012030
Sedalishchev V.N., Sergeeva Ia.S., Strahatov D.O. Simulation Modeling of Composite Piezotransformer Measuring Transducer with Differential Output // XI International Conference on High-Performance Computing Systems and Technologies in Scientific Research, Automation of Control and Production (HPCST) 2021. Barnaul, 21-22 May 2021. / IOP Publishing. Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2142, Article: 012018. DOI: 10.1088/1742-6596/2142/ 1/012018
References
Sharapov V.M., Minaev I.G., SotulaZh.V. et al. Piezo-ceramic Transformers and Sensors. Cherkasy: Vertikal. 2010. 278 p. (In Russ.).
Nizametdinov A.M. Measurement of The Goodness of Fit and Natural Frequency of the Vibrating System of a Vib-roviscosimetric Sensor. Sensors and Systems.2016. No 10. P. 15‒20. (In Russ.).
Heinisch M., Voglhuber-Brunnmaier Т., Reichel E. K. et al. Reduced Order Models for Resonant Viscosity and Mass Density Sensors. Sensors and Actuators A: Physical. 2014. Vol. 220. P. 76-84. DOI: https://doi.org/10.1016Zj.sna.2014.09.006
Hadidi S., Hassanzadeh A. A Novel Self-Powered, High-Sensitivity Piezoelectric Vibration Sensor Based on Piezoelectric Combo Effect. IEEE Sensors Journal. 2023. Vol. 23. No 21. P 25797-25803. DOI: https://doi.org/10.1109/JSEN.2023.3317445
Lee C.K., Hsu Y.H., Hsiao WH. et al. Electrical and Mechanical Field Interactions of Piezoelectric Systems: Foundation of Smart Structures-Based Piezoelectric Sensors and Actuators, And Free-Fall Sensors. Smart Materials and Structures. 2004. Vol. 13. No 5. P. 1090. DOI: https://doi.org/10.1088/0964-1726/13/5/015
Solomin B.A., Nizametdinov A.M., Chertoriyskiy A.A. et al. Miniature High-Sensitivity and High-Speed Vibrating Viscometric Sensor. Sensors and Systems. 2015. No 7. P. 35-39. (In Russ.).
Spletzer M., Raman A., Wu A. Q. et al. Ultrasensitive Mass Sensing Using Mode Localization in Coupled Microcantilevers. Applied Physics Letters. 2006. Vol. 88. No 25. P. 2541021-254102-3. DOI: https://doi.org/10.1063/L2216889
Yanchich V.V., Panich A.E., Yanchich Vl.V. On The Possibility of Realisation of Integrated Multifunctional Transducers of Piezoelectric Sensors of Physical Quantities. Proceedings of VII International Scientific and Technical Conference “Innovative Processes of Piezoelectric Instrumentation and Nanotechnology". Rostov-on-Don: Izd-vo YuFU, 2010. P. 129-132. (In Russ.).
Yanchich V.V., Panich A.E., Yanchich Vl.V. Prospects of Application of Integrated Multifunctional Pre-Transducers in Piezoelectric Sensors of Mechanical Quantities. Inzenernyj Vestnik Dona. 2010. No 3 (13). P. 172-174. (In Russ.).
Yanchich V.V, Yanchich Vl.V. Transducers of Piezoelectric Sensors of Mechanical Quantities (Constructions and Ways of Development). Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing. 2013. 142 p. (In Russ.).
Yanchich V.V., Panich A.E. Characterisation Control of Piezoelectric Sensors with Integrated Multifunctional Transducers. Proceedings of the V International Conference “Geoinformation Technologies and Space Monitoring". Rostov-on-Don: Izd-vo YuFU, 2012. P. 329-334. (In Russ.).
Yanchich Vl.V., Panich A.E. Two-Parameter Piezoelectric Transducer. Proceedings of the International Youth Scientific Conference “Actual problems of Piezoelectric Instrumentation". Rostov-on-Don: Izd-voYuFU, 2013. P. 179-180. (In Russ.).
Mitko V.N., Kramarov Yu.A., Panich A.A. Mathematical Modelling of Physical Processes in Piezoelectric Instrumentation. Piezoelectric Instrumentation. Rostov-on-Don: Izd-vo YuFU, 2009. Vol. 6. 240 p. (In Russ.).
Bogush M.V. Piezoelectric Sensors for Extreme Operating Conditions. Piezoelectric Instrumentation: Collection In 3 Volumes. Vol. 3.Rostov-on-Don: Izd-vo SKNCzVSh, 2006. 346 p. (In Russ.).
Sharapov V.M., Musienko M.P., Sharapova E.V. Piezoelectric Sensors. Moscow: Texnosfera, 2006. 632 p. (In Russ.).
Sedalishhev V.N. Piezotransformer Measuring Transducers. Barnaul: Izd-vo AltGU, 2015. 167 p. (In Russ.).
Sedalischev V.N., Sergeeva Ia.S. Simulation of Measuring Transducers Based on Interconnected Piezoresonators. X International Conference on High-Performance Computing Systems and Technologies in Scientific Research, Automation of Control and Production (HPCST) 2020. Barnaul, 24-25 April 2020. IOP Publishing. Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1615, Article: 012030. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1615/1/012030
Sedalishchev V.N., Sergeeva Ia.S., Strahatov D.O. Simulation Modeling of Composite Piezotransformer Measuring Transducer with Differential Output XI International Conference on High-Performance Computing Systems and Technologies in Scientific Research, Automation of Control and Production (HPCST) 2021. Barnaul, 21-22 May 2021. IOP Publishing. Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2142, Article: 012018. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2142/1/011001
Copyright (c) 2025 Виктор Николаевич Седалищев, Роман Владимирович Краев, Алексей Валерьевич Сеулеков, Сергей Владимирович Умбетов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
