Տատանումների չափման ժամանակ խաչաձև ազդանշանների (խաչաձև առանցքային զգայունության) հասկացումը
Խաչաձև ազդանշաններ — ավելի պաշտոնապես խաչաձև առանցքային զգայունություն կամ տրանսվերսալ զգայունություն — չափման սխալ է, որը բնորոշ է տատանումների փոխակերպիչներին, և հատկապես ակսելերոմետրներ։ Այն փոխակերպիչի միտումն է՝ արտադրելու ելքային ազդանշան՝ արձագանքելով այնպիսի տատանումների, որոնք ուղղահայաց են դրա նախատեսված չափման առանցքին։ Իդեալական աշխարհում՝ ուղղահայաց շարժումը չափելու համար նախատեսված ակսելերոմետրը կարձագանքեր միայն միայն ուղղահայաց շարժմանը և անտեսեր ամեն ինչ՝ հորիզոնական կամ առանցքային։ Իրական աշխարհում՝ զգայուն տարրի միկրոսկոպիկ ասիմետրիաները նրան տալիս են փոքր, բայց ոչ զրոյական արձագանք այդ «առանցքից դուրս» ազդանշանների նկատմամբ — և այդ անցանկալի ելքային ազդանշանը կոչվում է խաչաձև ազդեցություն (cross-talk)։
1. Սահմանում. Ի՞նչ է խաչաձև ազդեցությունը (Cross-Talk)
Յուրաքանչյուր գործնական ակսելերոմետր ունի մեկ անվանական զգայուն առանցք, որի երկայնքով այն կալիբրված է։ Խաչաձև առանցքային զգայունությունը նկարագրում է, թե որքան է նույն զոնդը արձագանքում այդ առանցքին ուղղահայաց շարժմանը։ Անկատարությունը առաջանում է սեյսմիկ զանգվածի, պիեզոէլեկտրական բյուրեղի և մոնտաժային հիմքի միջև փոքրիկ շեղումներից — տես պիեզոէլեկտրական ակսելերոմետր հիմնական մեխանիզմի մասին։ Քանի որ սխալը ներկառուցված է զգայուն տարրի մեջ, այն հնարավոր չէ ուղղել տեղում (in the field)։ Այն կարելի է միայն սահմանել, նվազեցնել արտադրության ժամանակ և կառավարել ճիշտ չափման պրակտիկայով։
Արժե տարբերակել խաչաձև ազդեցությունը էլեկտրական ալիքների միջև խաչաձև խանգարումից։ Այստեղ տերմինը վերաբերում է մեխանիկական մեկ զոնդի ներսում խաչաձև առանցքային արձագանքին, ոչ թե ազդանշանի թափանցմանը լարերի կամ վերլուծիչի մուտքերի միջև։
2. Ինչո՞ւ է խաչաձև ազդեցությունը խնդիր
Խաչաձև ազդեցությունը աղտոտում է տատանումների տվյալները և կարող է ուղղակիորեն հանգեցնել դիագնոստիկ սխալների, քանի որ մի ուղղությամբ տատանումները «թափանցում» են մյուսի չափման մեջ։ Դիտարկենք մեքենա, որն ունի շատ բարձր հորիզոնական, բայց ցածր ուղղահայաց տատանումներ։ Ուղղահայաց տեղադրված ակսելերոմետրը՝ նշանակալի խաչաձև առանցքային զգայունությամբ, գրանցում է այդ ուժեղ հորիզոնական շարժման մի մասը և ավելացնում այն իր ելքային ազդանշանին։ Արդյունքում ցուցմունքը ցույց է տալիս ավելի շատ ուղղահայաց ամպլիտուդ , քան իրականում գոյություն ունի — և վերլուծաբանը կարող է հետապնդել ուղղահայաց ուղղությամբ խափանում, որը չկա։
Սա հատկապես խնդրահարույց է դառնում, երբ.
- Կատարում մոդալ վերլուծություն կամ Աշխատանքային շեղման ձև (ODS) վերլուծություն, որտեղ բոլոր երեք առանցքների (X, Y, Z) ճշգրիտ չափումները անհրաժեշտ են մեքենայի շարժումը ճիշտ վերարտադրելու համար։ Սխալ խաչաձև առանցքային էներգիան աղավաղում է հաշվարկված տատանման ձևերը (mode shapes)։
- Բարդ մեքենաներում խափանումների դիագնոստիկա, որտեղ ուղղորդված բնութագիրը հիմնական պատճառի բանալին է — օրինակ, տարբեր տեսակի առանցքների շեղվածություն նախագծողից անհավասարակշռություն.
- Կատարել բարձր ճշգրտության հավասարակշռում — հատկապես հավասարակշռման մեքենա, որտեղ ուղղման հարթությունների առանձնացման ճշգրտությունը կախված է մաքուր, ուղղորդված ազդանշաններից։
3. Խաչաձև ազդեցության քանակական գնահատում
Խաչաձև առանցքային զգայունությունը սովորաբար նշվում է զոնդի արտադրողի կողմից որպես հիմնական առանցքի զգայունություն։ Լավ արդյունաբերական ակսելերոմետրը կարող է ունենալ 5%-ից պակաս; ճշգրիտ լաբորատոր սարքերը զգալիորեն ավելի լավ ցուցանիշներ ունեն։ 5% ցուցանիշը նշանակում է, որ հիմնական առանցքին ուղղահայաց կիրառված յուրաքանչյուր 1 g տատանման դեպքում զոնդը արտադրում է ազդանշան, որը համարժեք է հիմնական ուղղությամբ 0.05 g-ից քիչ արժեքի։
ընդհանուր Խաչաձև ազդեցության սխալը, որը դուք իրականում տեսնում եք, կախված է երկու գործոնից, որոնք աշխատում են միասին.
- Զոնդի սեփական խաչաձև առանցքային զգայունությունը։
- Շրջանակային (transverse) տատանումների մեծության հարաբերակցությունը հիմնական առանցքի երկայնքով չափվող մեծությանը։
Երկրորդ գործոնը հեշտ է թերագնահատել։ Նույնիսկ ցածր խաչաձև առանցքային զգայունությամբ զոնդը կարող է առաջացնել նշանակալի սխալ, երբ առանցքից դուրս տատանումները շատ ավելի մեծ են, քան հետաքրքրող ազդանշանը։
Հաշվարկված օրինակ. 4% խաչաձև առանցքային զգայունությամբ զոնդը, տեղադրված՝ 1.0 մմ/վ ուղղահայաց մակարդակը ընթերցելու համար, մինչդեռ հորիզոնական ուղղությամբ գոյություն ունի 10 մմ/վ, կարող է գրանցել մոտավորապես 0.04 × 10 = 0.4 մմ/վ կեղծ ազդանշան — դա 40% սխալ է այն մեծության վրա, որով դուք հետաքրքրված եք։
Լավագույն և վատագույն դեպքերի սխալները նաև կախված են գերիշխող շրջանակային շարժման անկյունային կողմնորոշումից, քանի որ խաչաձև առանցքային զգայունությունը ինքնին փոխվում է զոնդի շուրջ ուղղությամբ։
4. Խաչաձև ազդեցության ազդեցությունների նվազեցում
- Օգտագործեք բարձր որակի զոնդեր. Ամենաուղղակի պաշտպանությունը ճշգրիտ ինժեներական մշակված ակսելերոմետրն է՝ ցածր սահմանված խաչաձև առանցքային զգայունությամբ։ սահքային ռեժիմի ակսելերոմետր սովորաբար առաջարկում է ավելի լավ շրջանակային մերժում, քան սեղմման դիզայնը։
- Տեղադրեք այն ճիշտ. Վատ մոնտաժ մեծացնում է խաչաձև ազդեցությունը։ Զոնդը պետք է հարթ և ուղղահայաց ընկած լինի մակերեսին, որպեսզի դրա հիմնական առանցքը իսկապես համընկնի նախատեսված ուղղության հետ; թեքված զոնդը գործնականում վերահաստատում է իր առանցքները։ Հետևեք ISO 5348 մեխանիկական մոնտաժի համար։
- Օգտագործեք եռառանցք ակսելերոմետրներ. Երբ անհրաժեշտ է ճշգրիտ բազմառանցք տվյալներ, եռառանցք զոնդը — երեք ուղղահայաց զգայուն տարրեր մեկ բլոկում, գործարանային կալիբրում՝ առանցքների միջև խաչաձև ազդեցությունը նվազեցնելու համար — հաճախ ավելի լավ ընտրություն է և վերացնում է կողմնորոշման գուշակությունները։
- Ստուգեք կալիբրման վկայականը. Հետագծելի կալիբրման վկայական նշում է չափված շրջանակային զգայունությունը առանձին միավորի համար, ոչ թե միայն տիպային փորձարկման առավելագույն արժեքը։
Տեղում (in the field) գործնական պատասխանը սովորաբար կարգապահ մոնտաժն է։ Երկալիքային դաշտային սարք, ինչպիսին է Balanset-1A , հիմնված է յուրաքանչյուր ակսելերոմետրի իր հարթությունը մաքուր ընթերցելու վրա; զոնդը, որը տեղադրված է ուղղահայաց մշակված հարթակին, տալիս է ուղղորդված ճշգրիտ 1× ամպլիտուդ և փուլ, մինչդեռ մագնիսը, որը դրված է կոր, ներկված իրանի վրա, հրավիրում է թե՛ խաչաձև ազդեցությունը, և թե՛ մոնտաժի ռեզոնանս աղավաղելու չափումը։
