Введение к работе
Актуальность теш. Эффективность решения задач
знбрационной диагностика з значительной степеня
определяется уроздем развития первичных нзкэрягельннд
преобразователей вибраций. Каэдий перздчнн?
трєобразователь (перемещения, скорости или ускорения) їмеет свой оптимальный диапазон частот, з котором он дмеот лак «шальную точность измерений, позтопу создание эазнообразкьк первичных преобразователей, позволяетлх при ірочих разных условиях, более просто я точно провезти «следование конкретной механической системі по паранетран їознинаших з ней механических колебаний - является актуальной задачей, использование з качестве первичных греобразсвателгй ультразвукових Су. з.) разовых г.зиэрител-зй яїброперєкєаений ішеет ряд суцестзенньгк достоинств. С шг :с;-'.саы> ыоеко бесконтактно проводять измерения шо'ропереиейений независимо от своЗстз материала из :отсрого изготовлен обьект Спластик, дерево, металл), нз іасстоякии в едикици - десятки сантиметров от поверхности ібьєкта С что исключает зозыоаяоеть егр ыехакического юврсзденкя), з условиях сильного воздействия ілектрсьсагнлгнкх полей д др. Особенно зфг-екткзнкк ірадставляется использование у. о. измерителей для :знерендя распределения вибрсдере^едендй на поверхности: егких, неяксигсдтабккд моделей н конструкций, ;сследозакии колебаний поверхности биолсгическдк об:-.ектс2 : поверхности гхдкостеа. Под этой необходимо, чтобц у. з. озсзке измерителя отвечали определенна требованиям, а
-высокую помехоустойчивость, т.е. автоматически восстанавливали нормальный реззш работы узлов измерителя при пропадании сигнала отраженной у.з. волны, выходе рабочей точки за пределы линейного участка фазовой характеристики,
-высокую производительность измерений, т. е. имели шгядмально возможное значение времени установления нормального режима работы,
-высокое фронтальное разрешение, позволящее локализовать участок поверхности, колебания которого подлежат измерение.
Для этого необходимо рассмотреть ряд фактороз, связанных с особенностями акустических измерений в воздухе: высоким затуханием у.з. волн с увеличением частоты, большим диапазоном изменения отношения амплитуды виброперемещений к длине у.з. волны, большим диапазоном изменения коэффициента стоячей волны в акустическом тракте и др., существенным образом влияющих на точность измерения.
Цель работы заключалась:
Во-первых, в создании макетов стационарных С в том числе - многоканального) и портативного у.з. измерителей виброперемещекий, позволяющих проводить измерения в широком диапазоне амплитуд и частот вибрсперемещений.
Во-вторых, - в. исследовании точности измерения виброперемещекий, определении оптимальных условий измерения и минимизации погрешностей, обусловленных особенностями акустического тракта измерителя.
3 третьих, - в проведении, с помоаьЕ ргзраоотаняьа'
змерктелей, исследования колебаний технических н дологических объектов С оболочек, биологических тканей, оверхноста жидкости в резонаторе и др.3, а также зменения их параметров при различных физических содействиях.
'Научная новизна.
1.Показано, что использование деления частот в схеме
змеригеля, позволяет создавать схемы сочетавшие высокие
роиэводительность и помехоустойчивость измерений при
зыерении как микро- так и макроперемещений С по сразнєнию
.длиной волны ультразвука).
2.Исследовано влияние тремора руки оператора, при розедении экспресс - измерений, на определение диапазона мллитуд и частот измеряемых виброперемещекий.
-
Исследовано влияние стоячей волны, существующей ежду поверхностьо объекта и датчиком измерителя, на очность измерения виброперемеа,ений. Показана возможность некьшекия погрешности измерения при измерении армонических вибролеремеаений путем подбора расстояния езду объектом и датчиком при одновременном контроле пе:-.?ралвногс состава сигнала на выходе измерителя.
-
Исследованы дисперсионные характеристики оверхнсстных волн, возбуждаемых на поверхности ткани руки еловека и изменение скорости волны при изменении кзиологическогс состояния ткани.
5.Разработан новый способ измерения поверхностного атяхения еїхкости с пленкой поверхностно - активного еаестза, позволяющий непрерывно контролировать
зверхностноэ натлзеяке при различных физических
воздействиях.
6.Исследовано влияние нагружения пальца руки человеке дополнительными массами на изменение спектрального состав: его тремора. Практическая и научная значимость.
1. Ультразвуковые фазовые измерители виброперемещени* изготовленные по различным схемам отличаются от аналогов повышенной производительностью и помехоустойчивость! измерений, что позволяет сократить потерю информации с перемещении "поверхности объекта во время установкі положения . рабочей точки фазового детектора. Экспериментально определены диапазоны амплитуд и часто: виброперемещений, которые могут быть измерены с ПОМОЩЬ! у. з. фазовых измерителей. Многоканальные измерители могу: найти широкое применение в качестве первичньп преобразователей при решении задач вибрационное диагностики в самолетостроении, машиностроении, судостроении, при проведении научных исследований. Портативный виброметр может использоваться при проведение экспресс-измерений уровней вибраций в тех случаях, когд; использование стационарного координатного устройства длі закрепления датчика измерителя затруднено.
2.Определены причины возникновения нелинейны: искажений в акустическом тракте измер теля. Проведе] анализ погрешности измерения виброперемеаений обусловленных наличием в акустическом тракте стояче! волны. Экспериментально и аналитически показано, что, з зависимости от уровня стоячей волны, амплитуд!
виброперемеаений по отношение к длине ультразвуковой водні
и расстояния между датчиком и отраяавщей поверхвостъз, погрешность измерения может иэыеняться от долей до нескольких десятков процентов. Получению результаты могут Сыть использованы для оценки достоверности результатов измерении.
-
Разработан способ измерения поверхностного натяжения жидкости с пленкой поверхностно-активного вещества, позволявши оперативно исследовать изменение поверхностного натяжения жидкостей при различных физических воздействиях, который мозет найти широкое применение з биологии и экологии.
-
В наиболее полном виде приведены возможные значения параметров волн С в том числе - дисперсионные характеристики), возбуждаемых на поверхности тканей руки человека, при различных способах их возбуждения. Определен диапазон частот, в пределах которого скорость волн измеряется с наименьшей погрешностью. Полученные результаты могут быть использованы в качестве методической основы при проведении диагностических исследований структуры и состояния живой ткани, а также, при разработке соот -этстзушея экспериментальной аппаратуры.
5.Результаты по исследованию влияния различных нагрузок на тремор пальца человека, позволяют совершенствовать методику диагностики состояния опорно-двигательной системы человека. Основные положения выносимые на зашггу.
-Разработанные и изготовленные образцы одноканальних и многоканальных у. з. измерителей виброперемеаений,
отличается повышенной пскехсустойчіївсстьс и
производительностью измерении. Их использование эффективно для измерения распределения амплитуд в: Зролереыецений на поверхности колеблющегося объекта.
-Разработанный и изготовленный портативный у. з. измеритель позволяет оперативно измерять виброперемещения при ручном сканировании датчика измерителя оператором.
-Использование анализа спектрального состава сигналов на выходе измерителя, полученных при двух различных расстояниях- между датчиком измерителя и поверхностью . -объекта, позволяет оценить погрешность измерения виброперемецений, обусловленную наличием в акустическим тракте стоячей волны.
-Регистрация изменения поверхностного ' натяжения жидкости с пленкой поверхностно - активного вещества под воздействием различных физических факторов, возможна по изменению параметров стоячих волн, параметрически возбуждаемых в кювете-резонаторе.
-Измерение скорости волн, возбуждаемых на поверхности руки в диапазоне 80-160 Гц, может использоваться для диагностики физиологического состояния тканей руки человека.
-Изменение спектра тремора пальца руки при натрушений его дополнительными массами обусловлено не пассивной механической фильтрацией, а актиг".ой реакцией нервно-мышечного аппарата.
Внедрение полученных результатов. Ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений и методики их использования для решения некоторых прикладных задач использовались при выполнении плановых НИ? Института
прикладкой . физики РАН в 1983-91гт, в Нижегородском арйитектурно-строигельном институте при выполнении плановых НИР в 1989-90гг. и в Нижегородской института травгіатолопга а ортопедии з 1990-91гт.
Апробация результатов и публикации. Основные цата-риалы диссертации дохладквгліїсь на Второй Всесоюзной конференции по механике неоднородных структур СЛьвов,1987), VIII Всесоюзном сишюзиукэ "Биофизика в биохимия биологической подвижности" (Тбилиси,1937D, XI интернациональном симпозиуме "Проблемы нелинейной акустики" (Новосибирск,1987), Всесоюзном симпозиуме"Применение ультразвука в промышленности и медицине" (Вильнюс,1987), IX Всесоюзной конференции "Изиерения в медицине и их метрологическое обеспечение" (Москва,1989), Всесоюзного совещания "Новые методы а приборы для применения в биологии и медицине" (Великій Устюг,1989), Второй Всесоюзной научно-технической конференции "Епброметрия -S9" (Минск,1989), Всесоюзной научно- технической конференции "Волновые и вибрационные процессы в машиностроении" С Горький,1989),_ Международном з;шпгзиуме "Механизмы акустических биоэффектоз"' (Пушдно, L990). XI Всесоюзной Акустической конференции 'Москва,19913, а также на семинарах "Вибрационная техника" ШТП (Москва,1985,1987,1939) и научных семинарах ИПФ РАН.
Ультразвуковые измерители виброперємеїаений аемонстрировались на выставках "Наука, техника троизводству 86" (Москва, ВЛНХ, 1985, бронзовая медаль), "Поверка 87" (ВДНХ, Москза, 1987), "Наука, техника на
Злаго кирг и прогресса" (Индия, 1938}.
- о -
Основные результаты диссертация опубликованы в авторских свидетельствах С5), научны., сборниках С8), журнале (13, препринте (ІЗ, труда:: конференций и сншозкушв (103, отчетов (33 - всего 28 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, трек глав, Заключения, списка литературы, трек справок об использовании результатов диссертация, и содержит 166 страниц, включая 141 страницу основного текста, 77 рисунков и список цитируемой литературы из IPS наименований.
