Автоматизований двоканальний п’єзоелектричний гравіметр АГС

АВТОМАТИЗОВАНИЙ ДВОКАНАЛЬНИЙ П’ЄЗОЕЛЕКТРИЧНИЙ ГРАВІМЕТР АГС

AUTOMATED TWO-CHANNEL PIEZOELECTRIC GRAVIMETER AGS

Сторінки: 147-150. Номер: №2, 2021 (295)       
Автори:
О.М. БЕЗВЕСІЛЬНА, Ю.В. КИРИЧУК, Н.М. НАЗАРЕНКО
Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”
А.Г. ТКАЧУК
Державний університет «Житомирська політехніка»
OLENA BEZVESILNA, YURIY KYRYCHUK, NATALIA NAZARENKO
National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
ANDREW TKACHUK
Zhytomyr Polytechnic State University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2021-295-2-147-150
Рецензія/Peer review : 13.04.2021 р.
Надрукована/Printed : 02.06.2021 р.

Анотація мовою оригіналу

Стаття посвячена отриманню основного робочого рівняння руху двоканального п’єзоелектричного гравіметра авіаційної гравіметричної системи. Описано принцип дії нового двоканального п’єзогравіметра, зображено його структурну схему. Показано, що реальним є досягнення більшої точності п’єзогравіметра АГС (0,5 мГал) шляхом компенсації похибок від впливу вертикального прискорення (у 10³ раз перевищує корисний сигнал) та інструментальних похибок та похибок від залишкової неідентичності двох каналів.
Ключові слова: п’єзоперетворювач, математична модель, двоканальний п’єзогравіметр.

Розширена анотація англійською мовою

The purpose of the article is to obtain the basic working equation of motion of a dual-channel piezoelectric gravimeter of the aviation gravimetric system; to prove that a new dual-channel piezoelectric gravimeter has greater accuracy than the known ones.
Today, piezoelectric transducers are used to determine the internal defects of solids with the help of ultrasonic waves, to measure the speed of ultrasound, as well as in medicine, mechanical engineering, geophysics, etc. Intensive development of new types of piezoelectric transducers is also carried out in Ukraine.
The scientific works of Ukrainian scientists consider the use of piezoelectric transducers only as accelerometers but do not indicate the possibility of their use as dual-channel aviation gravimeters for measuring the acceleration of gravity. From the above review of prominent scientific works, it is clear that there is no information as to the use of the physical phenomenon of the direct piezoelectric effect to create a dual-channel gravity AGS more accurate than a known one.
Improving the measurement accuracy in the automated dual-channel piezogravimeter is provided by the fact that the second measurement channel is created. To do this, the sensing element is made with two channels. The output electrical signals of the piezoelectric plates of both channels are summed in the adder. The output signal from the adder is fed to the device for calculating the output signal of the gravimeter (on-board computer), where it is calculated for a certain time interval. As a result, we get the output that contains a double signal of gravity acceleration. It is completely free of such measurement errors, which are caused by the influence of vertical acceleration, instrumental errors and errors from the non-identity of the two channels.
The principle of operation of the new dual-channel piezogravimeter is described, its structural scheme is shown. It is shown that it is realistic to achieve greater accuracy of the piezogravimeter AGS (0.5 mGal) by compensating for errors from the influence of vertical acceleration (10³ times the useful signal) and instrumental errors and errors from the residual non-identity of the two channels.
Keywords: piezoelectric transducer, mathematical model, dual-channel piezogravimeter

References

1. Bezvesilna O. M. Measurement of gravitational accelerations / O. M. Bezvesilna. – Zhytomyr: ZhITI, 2002. – 264 p.
2. Bezvesilna O. M. Piezoelectric gravimeter of aviation gravimetric system: monograph / О. М. Bezvesilna, A. G. Tkachuk. – Zhytomyr: ZhSTU, 2013. – 240 p.
3. Bezvesilnaya E. N. Gravimeter of aviation gravimetric system / E.N. Bezvesilnaya, А. G. Tkachuk, K. S. Kozko // The advanced science journal (USA). – 2013. – №4. – P. 41–46.
4. Bezvesilna O. M. Aviation gravimetric system for measuring anomalies of gravity acceleration / O. M. Bezvesilna, A. G. Tkachuk // Bulletin of ZhSTU / Technical sciences. – 2012. – №4 (63). – P. 61–65.
5. Sharapov V. M. Piezoelectric sensors / Sharapov V. M., Musienko M. P., Sharapova E. V. – Moscow: Technosphera, 2006. – 632 p.
6. Sensors: Reference manual / [Sharapov V. M., Polishchuk E. S., Koshevoy N. D., etc.]; ed. V. M. Sharapova, E. S. Polishchuk. – Moscow: Technosphera, 2012. – 624 p.
7. Piezoceramic transformers and sensors / V. M. Sharapov, I. G. Minaev, Zh. V. Sotula, K. V. Bazilo, L. G. Kunitskaya / ed. V. M. Sharapova. – Cherkasy: Vertical, 2010. – 278 p.
8. Sharapov V. M. Technologies for the synthesis of piezoceramic sensors / V. M. Sharapov // Bulletin of Cherkasy State Technological University. – 2010. – №3. – P. 90–96.
9. Sharapov V. M. Piezoceramic transducers. New design technologies / V. M. Sharapov, Zh. V. Sotula // NTB Electronics. – 2012. – №5. – P. 96–102.
10. 54009 Ukraine, IPC F02M 51/00. Piezo drive / Koshovy M. D., Sagittarius O. O. – №u201004629; application. 19.04.2010; publ. 25.10.2010, Bull. № 20.
11. Petrenko S. F. Piezoelectric engine in instrument making: monograph / S. F. Petrenko. – К.: Kornijchuk, 2002. – 96 p.
12. Kukharchuk V. V. Fundamentals of metrology and electrical measurements: tutorial / V. V. Kukharchuk, Ye. T. Volodarsky, V. Yu. Kucheruk, V. V. Grabko. – Vinnytsia: VNTU, 2012. – 522 p.
13. Rybitskyj I. V. Mathematical model of the matching layer of a piezoelectric transducer and calculation of energy losses of acoustic oscillations in the contactless method of thickness measurement / I. V. Rybitskyj // Methods and devices of quality control. – 2007. – №18. – P. 46-51.
14. Bezvesilna O. M. Sensitive element of the piezoelectric gravimeter of the aviation gravimetric system / O. M. Bezvesilna, A. G. Tkachuk // Bulletin of the Volodymyr Dahl East Ukrainian National University. – 2012. – №3-4. – P. 283–289.
15. Bezvesilna O. M. Physical principles of operation of the piezoelectric gravimeter of the aviation gravimetric system / O. M. Bezvesilna, AG Tkachuk // Bulletin of the Engineering Academy of Ukraine. – 2013. – №2. – P. 18–21.
16. Freiden J. Modern sensors: Handbook / J. Freiden. – M.: Technosphera, 2005. – 592 p.
17. Bezvesilna O. M. Piezoelectric gravimeter of aviation gravimetric system: monograph / O. M. Bezvesilna, A. G. Tkachuk. – Zhytomyr: ZhSTU, 2007. – 604 p.