Search

During scientific studies of the operation of ultrasonic equipment in modern technological processes, it is necessary to measure the amplitude of the mechanical vibration of the working tool, which at high frequencies has significant technical complexity. Knowing the magnitude of the amplitude of ultrasonic vibration makes it possible to precisely dose the amount of energy necessary to obtain a high-quality processing product, as well as for constant repeatability of the results of the equipment. Known foreign vibrometers are purposefully produced for specific conditions of use and are characterized by complexity, bulkiness and high cost, which is an obstacle to wide use. Therefore, the purpose of this work is to develop a low-cost, small-sized vibrometer for measuring the amplitude of ultrasonic emitters. For this, a capacitive measurement method with frequency modulation of the carrier frequency is used, which is characterized by high sensitivity and resistance to external interference. This vibrometer consists of two parts: a vibration sensor with an electronic converter of a high-frequency signal into a constant voltage proportional to the vibration amplitude, and a power supply unit and digital signal processing and indication of the amplitude in μm. The vibrometer sensor is mounted on a hinged tripod for ease of installation in any plane at a distance of ≈1 mm from the tested surface. The vibrometer is powered by a 220V network. The vibrometer is equipped with microprocessor processing and indication of the results of measurement of the vibration amplitude, as well as control and indication of the gap between the vibration sensor and the tested surface and stabilization of the amplitude readings when this gap varies within 0.7...1.2 mm. The vibration amplitude measurement range is 0...99 μm, with a resolution of 1 μm. The vibration frequency range is 5...50kHz. The analog signal from the output of the vibrosensor can be used in the ultrasound generator feeding the piezoelectric transducer as a feedback signal to stabilize the amplitude of the mechanical vibrations of the emitter at the required level., При наукових дослідженнях роботи ультразвукового обладнання в сучасних технологічних процесах необхідне вимірювання амплітуди механічної вібрації робочого інструмента, що на високих частотах має суттєву технічну складність. Визначення величини амплітуди ультразвукової вібрації дає можливість точно дозувати кількість енергії, необхідної для отримання якісної обробки, а також для сталої повторюваності результатів роботи обладнання. Відомі зарубіжні віброметри виробляються цілеспрямовано для конкретних умов використання і характеризуються складністю, громіздкістю та високою вартістю, що являє перешкоду для широкого вжитку. Тому метою даної роботи була розробка бюджетного малогабаритного віброметра з використанням ємнісного методу виміру амплітуди з частотною модуляцією, для якого властива висока чутливість та стійкість до зовнішніх завад. Даний віброметр складається з двох частин: датчика вібрації з електронним перетворювачем високочастотного сигналу в постійну напругу, пропорційну амплітуді вібрації, а також блока живлення та цифрової обробки сигналу і індикації амплітуди в мкм. Датчик віброметра укріплений на шарнірному штативі для зручності установки його в будь-якій площині на відстані ≈1 мм від досліджуваної поверхні. Живиться віброметр від мережі 220В. У віброметрі забезпечені мікропроцесорна обробка та індикація результатів виміру амплітуди вібрації, а також контроль та індикація величини проміжку між датчиком вібрації і досліджуваною поверхнею, стабілізація показань амплітуди при варіаціях цього проміжку в межах 0.8...1,2 мм. Діапазон вимірювання амплітуди вібрації 0...99 мкм, з роздільною здатністю 1 мкм. Діапазон частоти вібрації 5...50 кГц. Аналоговий сигнал з виходу вібродатчика можна використати в УЗ генераторі, що живить п'єзоелектричний перетворювач, як сигнал зворотного зв'язку, для стабілізації амплітуди механічних коливань випромінювача на потрібному рівні.

При наукових дослідженнях роботи ультразвукового обладнання в сучасних технологічних процесах необхідне вимірювання амплітуди механічної вібрації робочого інструмента, що на високих частотах має суттєву технічну складність. Визначення величини амплітуди ультразвукової вібрації дає можливість точно дозувати кількість енергії, необхідної для отримання якісної обробки, а також для сталої повторюваності результатів роботи обладнання. Відомі зарубіжні віброметри виробляються цілеспрямовано для конкретних умов використання і характеризуються складністю, громіздкістю та високою вартістю, що являє перешкоду для широкого вжитку. Тому метою даної роботи була розробка бюджетного малогабаритного віброметра з використанням ємнісного методу виміру амплітуди з частотною модуляцією, для якого властива висока чутливість та стійкість до зовнішніх завад. Даний віброметр складається з двох частин: датчика вібрації з електронним перетворювачем високочастотного сигналу в постійну напругу, пропорційну амплітуді вібрації, а також блока живлення та цифрової обробки сигналу і індикації амплітуди в мкм. Датчик віброметра укріплений на шарнірному штативі для зручності установки його в будь-якій площині на відстані 1 мм від досліджуваної поверхні. Живиться віброметр від мережі 220 В. У віброметрі забезпечені мікропроцесорна обробка та індикація результатів виміру амплітуди вібрації, а також контроль та індикація величини проміжку між датчиком вібрації і досліджуваною поверхнею, стабілізація показань амплітуди при варіаціях цього проміжку в межах 0.8...1,2 мм. Діапазон вимірювання амплітуди вібрації 0...99 мкм, з роздільною здатністю 1 мкм. Діапазон частоти вібрації 5...50 кГц. Аналоговий сигнал з виходу вібродатчика можна використати в УЗ генераторі, що живить п'єзоелектричний перетворювач, як сигнал зворотного зв'язку, для стабілізації амплітуди механічних коливань випромінювача на потрібному рівні. During scientific studies of the operation of ultrasonic equipment in modern technological processes, it is necessary to measure the amplitude of the mechanical vibration of the working tool, which at high frequencies has significant technical complexity. Knowing the magnitude of the amplitude of ultrasonic vibration makes it possible to precisely dose the amount of energy necessary to obtain a high-quality processing product, as well as for constant repeatability of the results of the equipment. Known foreign vibrometers are purposefully produced for specific conditions of use and are characterized by complexity, bulkiness and high cost, which is an obstacle to wide use. Therefore, the purpose of this work is to develop a low-cost, small-sized vibrometer for measuring the amplitude of ultrasonic emitters. For this, a capacitive measurement method with frequency modulation of the carrier frequency is used, which is characterized by high sensitivity and resistance to external interference. This vibrometer consists of two parts: a vibration sensor with an electronic converter of a high-frequency signal into a constant voltage proportional to the vibration amplitude, and a power supply unit and digital signal processing and indication of the amplitude in μm. The vibrometer sensor is mounted on a hinged tripod for ease of installation in any plane at a distance of 1 mm from the tested surface. The vibrometer is powered by a 220V network. The vibrometer is equipped with microprocessor processing and indication of the results of measurement of the vibration amplitude, as well as control and indication of the gap between the vibration sensor and the tested surface and stabilization of the amplitude readings when this gap varies within 0.7...1.2 mm. The vibration amplitude measurement range is 0...99 mkm, with a resolution of 1 mkm. The vibration frequency range is 5...50 kHz. The analog signal from the output of the vibrosensor can be used in the ultrasound generator feeding the piezoelectric transducer as a feedback signal to stabilize the amplitude of the mechanical vibrations of the emitter at the required level.

Дана диплома робота складається з 51 сторінки, 40 ілюстрацій, 12 формул та 3 літературних джерел. Ключові слова: ємнісне зондування, ємнісний датчик, перетворювач ємність-код. В дипломній роботі було проведено огляд поставленої задачі, розроблено функціональну схему пристрою та досліджено роботу окремого модуля, перетворювача ємність-код, за допомогою якого було проведено експериментальні виміри властивостей неелектричних матеріалів. Зокрема, було створено програмне забезпечення, яке зберігає дані у базі даних. В результаті було отримано висновки, щодо актуальності методу при контролі неелектричних матеріалів, а також висновки, щодо особливостей роботи і застосування дефектоскопа, який базується на використанні подібного перетворювача. Також була підтверджена можливість використання мікросхеми у складі ємнісного дефектоскопу. Серед додаткових вимог – простота рішення та його доступність. Наукова новизна – сучасний метод побудови ємнісного дефектоскопу. This diploma work consists of 51 pages, 40 illustrations, 12 formulas and 3 literary sources. Key words: capacitive sensing, capacitive sensor, capacity-code converter. In this diploma work inspection of work was done, functional scheme of device was developed and work of separate module, capacity-code converter, was researched, and with help of this converter experimental measurements of nonelectric materials’ properties were done. Besides this a software for saving data to database was created. As a result, conclusions about method relevance during non-electric materials testing were obtained and also conclusions about specific features of flaw detector, which is based on similar converter, work and application. Also possibility of using such chip inside of flaw detector was approved. Among additional requirements – decision simplicity and availability. Scientific novelty – modern capacitive flaw detector construction method.