Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В датчиках такого типу реалізується часово-координатний спосіб вимірювання від­станей: з заданою дискретністю вимірюють координати пройденого шляху і по них вира­ховують його довжину. Відстань може вимірюватись при переміщенні елементів конструк­ції як по одній координаті х (або у), так і по двох координатах одночасно. Прикладом

двокоординатного п’єзоелектричного датчика може бути датчик зображений на рис. 3.42. Основою датчика є звукопровід 1, на якому уздовж його взаємно ортогональних сторін жорстко закріплені п’єзо-електричні випромінювачі 2 і 3 , що виготовляються із п’єзокера — міки у вигляді пластин. В звукопроводі за допомогою генератора керуючих імпульсів 4 збуджуються об’ємні пружні хвилі. Реєстрація ультразвукового сигналу здійснюється п’єзо- приймачем 5 . По його сигналу працює блок формування тимчасового сигналу б.

Рис. 3.42. Двокоординатний п’єзоелектричний датчик

Для вимірювання відстаней між елементами конструкції звукопровід закріплюється на одному елементі, а п’єзоприймач на другому елементі. В звукопроводі від генератора керуючих імпульсів збуджуються об’ємні пружні хвилі. Фронти хвиль рухаючись ПО ОСЯХ X і у досягають точки сканування р. В цій точці за рахунок акустичного контакту між звуко­проводом і п’єзоприймачем енергія хвилі передається п’єзоприймачу. Сигнал з його вихо­ду поступає на блок формування тимчасового інтервалу. Тривалість сформованого часо­вого інтервалу визначається часом проходження пружної об’ємної хвилі від відповідного п’єзоелектричного випромінювача до п’єзоприймача. Швидкість розповсюдження ультра­звукової хвилі в матеріалі звукопроводу при незмінних зовнішніх умовах постійна, тому тривалості сформованих блоком тимчасового інтервалу імпульсів будуть пропорційні від­станям від випромінювачів до точки /л, тобто пропорційні приросткам координат цієї точ­ки. Передні фронти координатних імпульсів формуються в момент подачі керуючих ім­пульсів з генератора на відповідний п’єзоелектричний випромінювач 2 або 3, а задні фронти формуються в момент приходу переднього фронту збуджуваної в звукопроводі пружної хвилі в точку р і з’явлення сигналу на виході п’єзоприймача. Максимум енергії в звукопроводі, що передається від п’єзоелемента може бути досягнутий в випадку, якщо вихідний опір генератора дорівнює

(З 44)

де: І3 — константа п’єзокераміки, н м2 / в2;

р — щільність матеріалу планшета, кг/ м3 с — швидкість звуку в звукопроводі, м/с,

Іп — п’єзоелектрична константа, н/ в2;

Se — площа випромінюючої поверхні пластин випромінювача, м2.

Для розрахунку вузлів, що входять в блок формування тимчасових інтервалів, необ­хідно знати напругу затихаючого гармонічного сигналу з виходу п’єзоприймача в усталено­му режимі, яку можна визначити за формулою

mn, Sn — маса і площа приймача;

тд — маса одного п’єзоелектричного випромінювача (в випадку якщо випромі­нювачі набрані із окремих пластин); fpn’fpe ‘ резонансні частоти коливань приймача і випромінювача; в — одна із координат досліджуємо’!’точки;

ІІе — напруга збуджуючого випромінювача імпульсів.

Коефіцієнт к1д визначається за формулою

8,8 -1012 є2SgED к1д =

де: є — діелектрична постійна;

Ер — напруженість поляризації;

І — довжина п’єзокерамічних пластин, м.

Коефіцієнти к2п і к2д визначаються за формулами

де: Еу — модуль пружності;

/, — розмір п’єзоелектричного елемента, нормальний до випромінюючої поверх­ні, м.

Формулу (3.47) краще застосовувати в випадку коли випромінюючою поверхнею є поверхня електродів, а формулу (3.48) — коли випромінююча поверхня нормальна до по­верхні електродів. Так як сигнал формується із напруги одного із перших напівперіодів ко­ливань, що генерується приймачем в перехідному процесі, для визначення пікового зна­чення амплітуди імпульсу ІІП можна використовувати формулу

де: а — коефіцієнт зростання напруги (для кераміки ЦТС-19 а = 1,4 -10 2);

п — номер імпульсу в перехідному процесі.

Похибка вимірювань переміщень датчиком визначається співвідношенням

де: tj — тривалість інформативного імпульсу, що відповідає теоретичній координа­

ті;

t& — тривалість виміряного імпульсу;

ІІп — рівень порогового пристрою;

Um — амплітуда інформативної частини сигналу; f — частота акустичних коливань звукопроводу;

AUn — девіація рівня порогового пристрою;

Аі! т — девіація амплітуди інформативної частини сигналу.

Перевагою датчиків на основі п’єзоефекту є можливість вимірювання відстаней, що перевищують сотні міліметрів, з високою роздільною здатністю, а до недоліків — можна від­нести необхідність ультразвукового контакту приймача і звукопроводу, що значно знижує функціональні можливості таких датчиків.

Комментарии запрещены.