Усунення температурного дрейфу нуля п'єзоелектричного акселерометра

Анотація

Об'єктом дослідження є залежність результатів вимірювання вібраційного прискорення п’єзоелектричним акселерометром від впливу температури навколишнього середовища. Вказана залежність представляє собою зміну постійного рівню в вимірюваному сигналі. Це викликано генерацією п’єзоелектричним елементом акселерометра додаткового заряду за відсутності дії на нього зі сторони об’єкта вимірювань. Вказаний додатковий заряд генерується під впливом зміни температури середовища на структуру чутливого елементу. Це приводить до збільшення похибки результату вимірювань. Чим більше діапазон коливань по температурі та швидкість зміни температури середовища в часі, тим отримаємо більший вплив на результати вимірювань. Так як зміни температури в часі, порівняно з частотою вимірюваних вібрацій, є процесами значно повільнішими та їх вплив на результат вимірювання є сталим у всьому динамічному діапазоні акселерометра, то вони представляють собою адитивну складову похибки вказаних вимірювань.

В ході дослідження, для запобігання температурного впливу середовища на процес вимірювання, розглянуті методи по його усуненню та запропоновано рішення по удосконаленню п’єзоелектричного акселерометра шляхом введення в його конструкцію елемента компенсації. З метою зменшення впливу температурних флуктуацій середовища на результати вимірювання в якості елемента компенсації застосовано керований п’єзоелектричний елемент, який працює на зворотному п’єзоелектричному ефекті уздовж осі поляризації. Отримане рішення легко реалізується з технічної точки зору, так як елемент компенсації та чутливий елемент виготовляються з однакового матеріалу і мають однаковий коефіцієнт теплового розширення. Керування елементом компенсації здійснюється системою автоматичного регулювання, яка працює по принципу регулювання по відхиленню.

Завдяки запропонованому у роботі методу забезпечується можливість підвищити точність вимірювань, виконуваних за допомоги п'єзоелектричних акселерометрів, і розширити їх сферу застосування стосовно вимог до температури середовища.