АНАЛИЗ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ АКУСТИЧЕСКОГО ТРАКТА ДАТЧИКА УГЛОВОЙ СКОРОСТИ

Изменение характеристик ультразвуковых волн, распространяющихся в твердых вращающихся средах, лежит в основе функционирования акустических датчиков угловой скорости. Уровень информативного сигнала зависит от коэффициента передачи акустического тракта чувствительного элемента (ЧЭ) датчика такого типа, в связи с чем актуальны работы по достижению максимального коэффициента. Акустический тракт ЧЭ на объемных волнах состоит из излучающего и приемного пластинчатых пьезопреобразователей, среды распространения (звукопровода), контактных слоев и электрической нагрузки. Он идентичен тракту ультразвуковых линий задержки. Теоретический анализ характеристик трактов такого типа широко представлен в литературе, однако анализ базируется на решении систем волновых уравнений в одномерном приближении. В этом случае расчеты выполняются без учета ограниченности поперечных размеров. На практике тракт ЧЭ должен иметь ограниченные поперечные размеры, которые могут повлиять на значение коэффициента передачи. Описания экспериментальных исследований в литературе не приводятся. Таким образом, потребовалось провести комплекс теоретических и экспериментальных исследований по анализу коэффициента передачи акустического тракта датчика угловой скорости. Для теоретического анализа разработана моделирующая тракт программа в системе Mathcad. Для экспериментальных исследований создана установка и изготовлен ряд макетов с преобразователями из пьезокварца и пьезокерамики. В результате показано, что теоретические положения, разработанные для одномерного приближения, могут применяться для определения коэффициента передачи акустического тракта ограниченных размеров. Кроме того, использование согласованной электрической нагрузки позволяет увеличить коэффициент передачи. Например, для макета с преобразователями из пьезокварца Y-среза это увеличение составило 20 дБ.

1. Schoenberg M., Censor D. Elastic waves in rotating media // Quarterly of Applied Mathematics.1973. Vol. 31, № 3. P. 115–125. doi: 10.1090/qam/99708

2. Сарапулов С. А., Улитко И. А. Влияние вращения на объемные волны в упругой среде и их использование в твердотельной гироскопии // Гироскопия и навигация. 2001. № 4. С. 64–72.

3. Destrade М., Saccomandi G. Some results on finite amplitude elastic waves propagating in rotating medium // Acta Mechanica. 2004. № 173. P. 19–31. doi: 10.1007/s00707-004-0185-x

4. Speed of longitude and transverse plane elastic waves in rotating and non-rotating anisotropic mediums / A. Khan, S. Islam, M. Khan, I. Siddiqui // World Applied Sciences J. 2011. Vol. 15, № 12. P. 1761–1769.

5. К вопросу о характеристиках волн, распространяющихся во вращающейся среде / Я. Дурукан, А. И. Лутовинов, А. Н. Перегудов, М. М. Шевелько // Изв. СПбГЭТУ "ЛЭТИ". 2014. № 8. С. 57–61.

6. О возможности построения датчиков вращательного движения на объемных акустических волнах / Я. Дурукан, А. И. Лутовинов, А. Н. Перегудов, М. М. Шевелько // Изв. СПбГЭТУ "ЛЭТИ". 2015. № 10. С. 69–73.

7. The characteristics of acoustic wave propagation in rotating solid-state media / Ya. Durukan, A. I. Lutovinov, A. N. Peregudov, E. S. Popkova, M. M. Shevelko // A Materials of the 2018 IEEE Conf. of Rus. Young Researchers in Electrical and Electronic Engin. (ElConRus), Saint Petersburg, Jan. 29 – Febr. 1, 2018. SPb.: SPbGETU "LETI" Publ. P. 461–464. doi: 10.1109 /EIConRus.2018.8317131

8. Домаркас В. И., Кажис Р.-И. Ю. Контрольно-измерительные пьезоэлектрические преобразователи. Вильнюс: Минтис, 1974. 258 с.

9. Иванов В. Е., Меркулов Л. Г., Яблоник Л. М. Исследование пьезопреобразователя ультразвукового дефектоскопа // Заводская лаборатория. 1962. № 12. С. 1459–1464.

10. Меркулов Л. Г., Яблоник Л. М. Работа демпфированного пьезопреобразователя при наличии нескольких промежуточных слоев // Акустический журн. 1963. Т. 9, № 4. С. 449–459.

11. Яковлев Л. А. О возможности построения приближенно согласованного пьезокерамического преобразователя // Изв. ЛЭТИ. 1970. Вып. 89. С. 163–167.

12. Меркулов Л. Г., Федоров В. А., Яковлев Л. А. О полосе пропускания линии задержки с многократными отражениями // Изв. ЛЭТИ. 1971. Вып. 95. С. 17–22.

13. Меркулов Л. Г., Федоров В. А., Яковлев Л. А. Влияние электрической нагрузки на полосу пропускания линии задержки с многократными отражениями // Изв. ЛЭТИ. 1972. Вып. 112. С. 43–47.

14. Яблоник Л. М. К вопросу о влиянии электрической нагрузки на работу многослойного преобразователя // Акустический журн. 1964. Т. 10, № 2. С. 234–238.

15. Меркулов Л. Г., Федоров В. А., Яковлев Л. А. Работа пьезопреобразователя, нагруженного на твердую упруго-анизотропную среду // Акустический журн. 1973. Т. 19, № 1. С. 53–59.

16. Голубев А. С. Преобразователи ультразвуковых дефектоскопов / ЛЭТИ. Л., 1986. 80 c.