DE1142706B - Device for measuring the damping of vibrations in a mechanical system - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

J19483IXb/42cJ19483IXb / 42c

ANMEtDEIAG: 23. F E B R U AR 1961 ANMEtDEIAG: FEBRUARY 23, 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 24. JANUAR 1963NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF EDITORIAL: JANUARY 24, 1963

Zur Untersuchung der Dämpfung von Schwingungen eines beliebigen mechanischen Systems ist es erforderlich, die Amplitudenänderungen dieser Schwingungen in Abhängigkeit von der Anzahl der Schwingungen zu bestimmen.To investigate the damping of vibrations of any mechanical system it is required the changes in amplitude of these oscillations as a function of the number of oscillations to determine.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine Vorrichtung zur automatischen Ausführung dieser Messungen von Amplitudenänderungen geschaffen werden.The present invention seeks to provide an apparatus for automatically performing these measurements are created by amplitude changes.

Nach dem Stande der Technik geht man zur Messung der Dämpfung, beispielsweise um die innere Reibung von Metallen nach einem Pendelverfahren zu bestimmen, in der Weise vor, daß man mit einem auf dem schwingenden Teil des Systems befestigten Spiegel das Bild einer fest angeordneten Lichtquelle auf eine mit einer Teilung versehene Meßlatte wirft, wobei der Beobachter, welcher den so gebildeten Leuchtfleck verfolgt, die Schwingungen zählt und dabei gleichzeitig ihre Amplituden »im Verlauf der Bewegung« mißt. Die Genauigkeit der so erzielten Messungen ist außerordentlich gering.According to the prior art, one goes to measure the damping, for example the internal friction of metals by a pendulum method to determine, in such a way that one with one on mirrors attached the image of a fixed light source to the oscillating part of the system with a graduation ruler throws, whereby the observer, who the thus formed light spot tracked, the oscillations counted and at the same time their amplitudes "in the course of the movement" measures. The accuracy of the measurements obtained in this way is extremely low.

Durch die vorliegende Erfindung soll vor allem der subjektiv-menschliche Faktor bei einer derartigen Messung, und alle möglicherweise damit verbundenen Nachteile und Unzuträglichkeiten, mittels einer Vorrichtung ausgeschaltet werden, welche automatisch die Anzahl von Schwingungen zählt, welche das System ausführen muß, damit die Auslenkungsmaxima bestimmte, fest vorgegebene Werte annehmen.The present invention is primarily intended to use the subjective-human factor in such a Measurement, and all possible disadvantages and disadvantages associated therewith, by means of a device switched off, which automatically counts the number of vibrations that the System must perform so that the deflection maxima assume certain, fixed values.

Weiter soll durch die Erfindung eine automatische Vorrichtung zur MessungThe invention is also intended to provide an automatic device for measurement

der Dämpfung von Schwingungenthe damping of vibrations

eines mechanischen Systemsof a mechanical system

Anmelder:Applicant:

Institut de RecherchesInstitut de Recherches

de la Siderurgie Francaise,de la Siderurgie Francaise,

Saint Germain-en-Laye (Frankreich)Saint Germain-en-Laye (France)

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt, München 2, Kaufingerstr. 8Representative: Dipl.-Ing. C. Wallach, patent attorney, Munich 2, Kaufingerstr. 8th

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 24. Februar 1960 (Nr. 819 388)Claimed priority: France of February 24, 1960 (No. 819 388)

daß die Helligkeit der Leuchtfläche sich periodisch ändert.that the brightness of the luminous surface changes periodically.

Vorrichtung geschaffen werden, welche direkt eine 30 Eine weitere Ausführungsform der Erfindung be-Zahl anzeigt, die in einfacher Beziehung zum logarith- steht darin, daß die die Leuchtfläche hervorrufende mischen Dekrement der untersuchten Schwingungen steht.Device can be created, which directly a 30 A further embodiment of the invention be-number indicates, which is in a simple relation to the logarith- is that the causing the luminous surface mix decrement of the examined vibrations.

Zu diesem Zweck kennzeichnet sich eine Vorrichtung zur Messung der Dämpfung von Schwingungen 35 eines mechanischen Systems gemäß der Erfindung durch eine undurchsichtige Meßlatte mit mehreren feinen, zueinander parallelen, lichtdurchlässigen Schlitzen, durch mehrere auf bestimmte vorgegebene Änderungen der Bestrahlung ansprechende Zählvor- 4° richtungen, wobei jeder Schlitz mit einer dieser Zählvorrichtungen zusammenwirkt, sowie durch ein am schwingenden Teil des untersuchten mechanischen Systems angebrachtes optisches System, das auf der undurchsichtigen Meßlatte das Bild einer Leuchtfläche 45 Ausführungsbeispieles einer gemäß der Erfindung auserzeugt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß gebildeten Vorrichtung zur Dämpfungsmessung an jede der Zählvorrichtungen registriert, wie oft das Bild der Leuchtfläche den zugehörigen Schlitz beleuchtet. A device for measuring the damping of vibrations 35 is identified for this purpose of a mechanical system according to the invention by an opaque measuring rod with several fine, parallel, translucent slits, through several predetermined ones Changes in exposure to responsive counting devices, each slot with one of these counting devices interacts, as well as by one on the vibrating part of the examined mechanical Optical system attached to the system, which generates the image of a luminous surface 45 of an exemplary embodiment according to the invention on the opaque measuring rod, wherein the arrangement is made so that formed device for attenuation measurement on each of the counting devices registers how often the image of the luminous surface illuminates the associated slot.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung ein Modulator vorgesehen ist, derart, Lichtquelle ein moduliertes Licht emittiert, derart, daß die Helligkeit des Leuchtfeldes sich periodisch ändert.According to one embodiment of the invention it is provided that in the beam path of the illuminating radiation a modulator is provided such that the light source emits a modulated light such that that the brightness of the luminous field changes periodically.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß jede der Zählvorrichtungen aus einer fotoelektrischen Zelle, einem elektronischen Verstärker sowie einem Zähler bekannter Art besteht.According to a particularly advantageous embodiment of the invention it is provided that each of the counting devices from a photoelectric cell, an electronic amplifier and a counter known Type exists.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weisen die fotoelektrischen Zellen dabei besondere Empfindlichkeit für Infrarotstrahlung auf.According to a preferred embodiment, the photoelectric cells have particular sensitivity for infrared radiation.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einesFurther advantages and details of the invention emerge from the following description of a

Hand der Zeichnung; in dieser zeigtHand drawing; in this shows

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Dämpfungsmessung,1 shows a schematic representation of a device according to the invention for measuring attenuation,

Fig. 2 eine Ansicht der mit Schlitzen versehenen undurchsichtigen Meßlatte mit dem Bild der Leuchtfläche in Ruhestellung,Fig. 2 is a view of the slotted opaque measuring stick with the image of the luminous surface in rest position,

209 759/77209 759/77

3 43 4

Fig. 3 eine Ansicht derselben Meßlatte mit dem Das Meßprinzip ist als solches bekannt. Es besteht Bild der Leuchtfläche im Maximum seiner Anfangs- in einer Zählung der Anzahl von Schwingungen,3 shows a view of the same measuring rod with which the measuring principle is known as such. It exists Image of the luminous surface in the maximum of its initial in a count of the number of oscillations,

auslenkung, welche das System ausführen muß, damit die Ampli-deflection, which the system has to carry out so that the amplification

Fig. 4 ein detailliertes Schema einer Zählstrecke. tude der von dem System ausgeführten gedämpften4 shows a detailed scheme of a counting section. tude of the damped ones executed by the system

Fig. 1 zeigt eine Meßvorrichtung gemäß der Erfin- 5 Bewegung bestimmte, fest vorgegebene Werte andung. Ein schwingendes mechanisches System, das im nimmt. Diese Amplituden sind durch die Entfernungen vorliegenden Beispiel von einer an ihrem einen Ende bestimmt, welche die durchlässigen Schlitze 8a, Sb, eingespannten und mit einer schwingenden Masse 2 8c, Sd usw. von der Lage der Frontlinie 15 in Ruhegekoppelten elastischen metallischen Probestange 1 zustand des Schwingungssystems besitzen, besteht und zur Ausführung von Messungen der io Im folgenden wird die Wirkungsweise der Vorrichinneren Reibung in dem Prüfling 1 dient, trägt einen tung beschrieben. Das Schwingungssystem wird so Spiegel 3, welcher den Schwingungsbewegungen der angestoßen, daß in der extremen Auslenkstellung der Masse 2 folgt. Eine Glühlichtquelle 4 beleuchtet gleich- Begrenzungslinie 15 alle Schlitze beleuchtet sind, mäßig eine Blende 5, in welcher eine Rechtecköff- Fig. 3 zeigt die undurchsichtige Meßlatte, die Schlitze 8 nung 6 vorgesehen ist. Der Spiegel 3 erzeugt auf der 15 sowie die Extremstellung des Leuchtbildes 14 bei der mit durchsichtigen, sehr schmalen, parallelen Schiit- ersten Schwingung. Infolge der hin- und hergehenden zen 8 versehenen undurchsichtigen Meßlatte 7 ein Bewegung der Frontbegrenzungslinie 15 werden die Leuchtbild der Öffnung 6. Die Meßlatte ist in Form Schlitze 8a bis Sd in der Folge abwechselnd unbeleucheiner metallisierten Glasplatte ausgebildet, wobei die tet bzw. beleuchtet usw. sein. Die von den hinter Schlitze in die Metallisierung eingraviert sind. 20 jedem der Schlitze angeordneten Organe 9-10-11 ge-1 shows a measuring device according to the invention. A vibrating mechanical system that takes im. These amplitudes are determined by the distances of the present example from an elastic metal test rod 1 at its one end, which the permeable slits 8a, Sb, clamped and with an oscillating mass 2 8c, Sd etc. from the position of the front line 15 in rest-coupled elastic metal test rod 1 of the Vibration system own, exists and to carry out measurements of the io In the following, the mode of action of the device internal friction in the test specimen 1 is used, carries a device is described. The oscillation system becomes mirror 3, which triggers the oscillation movements of the mass 2 in the extreme deflection position. An incandescent light source 4 illuminates the same - boundary line 15 all slots are illuminated, moderately a diaphragm 5 in which a rectangle opening Fig. 3 shows the opaque measuring rod, the slots 8 voltage 6 is provided. The mirror 3 generates on the 15 as well as the extreme position of the luminous image 14 in the case of the transparent, very narrow, parallel shift first oscillation. As a result of the reciprocating zen 8 provided opaque measuring rod 7, a movement of the front boundary line 15, the light image of the opening 6. The measuring rod is formed in the form of slots 8a to Sd in the sequence alternately unbeleucheiner metallized glass plate, the tet or illuminated, etc. be. Which are engraved in the metallization from the rear slots. 20 organs 9-10-11 arranged in each of the slots

Hinter jedem Schlitz befindet sich eine Germanium- bildete Zählvorrichtung spricht auf eine prositiveBehind each slot there is a germanium-formed counting device that speaks to a prositive

Fotodiode 9 von sehr kleinen Abmessungen. Diese Änderung der Beleuchtung an und zählt, wie oft diePhotodiode 9 of very small dimensions. This changes the lighting on and counts how often the

Fotodioden sind für Infrarotstrahlung verhältnis- Frontbegrenzungslinie 15 jeweils in der gleichen Rich-Photodiodes are for infrared radiation ratio front limit line 15 each in the same direction

mäßig mehr empfindlich als für sichtbares Licht. Da tung an dem entsprechenden Schlitz vorbeistreicht,moderately more sensitive than to visible light. Since the device passes the corresponding slot,

die von der Strahlungsquelle 4 ausgesandte Strahlung 25 Infolge der Dämpfung der Schwingungen erreichtthe radiation emitted by the radiation source 4 reaches 25 as a result of the damping of the vibrations

einen starken Infrarotanteil enthält, ist die Vorrich- die Begrenzungslinie nach einer bestimmten Zeit dencontains a strong infrared component, the device is the boundary line after a certain time

tung ohne Störung bei Tageslicht oder künstlicher Schlitz Sa nicht mehr, und die hinter diesem Schlitztion without interference in daylight or artificial slot Sa no longer, and the one behind this slot

Lumineszenzbeleuchtung verwendungsfähig. Auf jede angeordnete Zählvorrichtung kommt zur Ruhe. DasLuminescent lighting can be used. On each arranged counting device comes to rest. That

Fotodiode 9 folgen ein Detektorverstärker 10 sowie gleiche gilt aufeinanderfolgend für die Zählvorrich-Photodiode 9 are followed by a detector amplifier 10 and the same applies in succession to the counting device

ein elektromechanischer Zähler 11. Im Strahlengang 30 tungen hinter den Schlitzen Sb, Sc, Sd usw.an electromechanical counter 11. In the beam path 30 lines behind the slits Sb, Sc, Sd etc.

der von der Lichtquelle ausgehenden Strahlung Man erkennt, daß die Unterschiede zwischen denof the radiation emitted by the light source It can be seen that the differences between the

ist ein von einem kleinen Elektromotor 13 ange- von den verschiedenen Zählern registrierten Zahlenis a number registered by a small electric motor 13 on the various counters

triebener Sektoren-Scheibenmodulator 12 zwischen- die Anzahl von Schwingungen angeben, welche diedriven sector disc modulator 12 between- indicate the number of oscillations which the

geschaltet. durch die Schlitze Sa, Sb, Sc, Sd usw. bestimmtenswitched. determined by the slots Sa, Sb, Sc, Sd , and so on

Fig. 2 zeigt eine Ansicht der undurchsichtigen Meß- 35 Amplituden voneinander trennen, latte 7 mit den durchsichtigen Schlitzen 8; auf dieser Bezeichnet man mit Aa, Ab, Ac, Ad usw. die durch Meßlatte wird das gleichmäßig helle Bild 14 der OfF- die Schlitze Sa, Sb, Sc bzw. Sd usw. gegebenen Amplinung 6 erzeugt, das in der Ruhestellung des Schwing- tuden, d. h. die Entfernung der betreffenden Schlitze systems 1-2 dargestellt ist. Das von einer geradlinigen von der Ruhestellung der Vorderlinie 15, und be- und zu den Schlitzen parallelen vorderen Frontlinie 15 40 zeichnet man ferner mit Nab, Nac, Nad usw. die Anbegrenzte Bild 14 besitzt eine Länge, die größer als zahl der jeweils zwischen den Amplituden Aa und der Abstand zwischen den äußersten Schlitzen der Ab, Aa und Ac, Aa und Ad usw. ausgeführten Schwin-Meßlatte ist; im Ruhestand ist jedoch keiner der gungen, so erhält man das logarithmische Dekre-Schlitze beleuchtet. ment D nach der bekannten Formel:FIG. 2 shows a view of the opaque measurement amplitudes separating from one another, latte 7 with the transparent slits 8; on this Denoting with Aa, Ab, Ac, Ad, etc. by the measuring rod uniformly bright image 14 of the off-the slits Sa, Sb, Sc and Sd generated, etc. given Amplinung 6 which in the rest position of the vibratory tuden, ie the distance of the relevant slots systems 1-2 is shown. The front line 15 40, which is straight from the rest position of the front line 15, and being and parallel to the slots, is also drawn with Nab, Nac, Nad etc. the bordered image 14 has a length that is greater than the number of each between the Amplitudes Aa and the distance between the outermost slits of the Ab, Aa and Ac, Aa and Ad , etc. implemented Schwin ruler; in retirement, however, none of the gungen is used, so the logarithmic decre slots are illuminated. ment D according to the well-known formula:

1 , Aa 1 , Aa 1 Aa 1, Aa 1, Aa 1 Aa

D = log.— = log.— = log»— = usw. D = log.— = log.— = log »- = etc.

Nab Ab Nac Ac Nad AdNab Ab Nac Ac Nad Ad

Man erkennt aus dieser Formel, daß man lediglich 50 als Detektor wirkt und in deren Anodenkreis dieIt can be seen from this formula that only 50 acts as a detector and the

den Amplituden Aa, Ab, Ac, Ad usw. geeignet ge- Steuerwicklung des Zählers 19 liegt,the amplitudes Aa, Ab, Ac, Ad etc. are suitable for the control winding of the counter 19,

wählte Werte zu geben braucht, damit die Schwin- Wenn die Fotodiode durch das Leuchtbild bestrahltChosen values need to give so that the Schwin- When the photodiode is irradiated by the luminous image

gungszahlen Nab, Nac, Nad usw. in einfacher Bezie- wird, wird die an der Anode der Röhre 17 verfügbare nab, nac, nad, etc. in simple relation, the one available at the anode of the tube 17 becomes

hung zu dem logarithrnischen Dekrement D stehen. verstärkte Wechselspannung über einen Kondensatorto the logarithmic decrement D. amplified alternating voltage via a capacitor

Fig. 4 zeigt das detaillierte Schaltschema einer ein- 55 21 dem Steuergitter der Röhre 18 zugeführt, was zu zelnen Zählstrecke; diese weist die Fotodiode 9, einer Verschiebung des Arbeitspunktes dieser Röhre welche die Intensitätsänderungen des durch den ent- in Sperrichtung führt. Der durch die Wicklung des sprechenden Schlitz tretenden Lichtes in Spannungs- Zählers 19 fließende Gleichstrom wird dabei unterschwankungen an den Klemmen eines Arbeitswider- brachen, wodurch der Zähler um eine Halbeinheit Standes 16 umwandelt, eine Verstärkerröhre 17, eine 60 fortgeschaltet wird. Sobald die Beleuchtung der Foto-Detektorröhre 18 sowie einen elektromechanischen diode aufhört und das Steuergitter der Röhre 18 somit Dezimalzähler 19 auf. An den Klemmen des Wider- nicht mehr durch die Wechselspannung erregt ist, Standes 16 tritt eine Wechselspannung, deren Fre- stellt sich der Gleichstromfluß durch die Zählerwickquenz durch die Modulatorscheibe 12 bestimmt ist, auf lung wieder ein, wodurch dieser abermals um eine und wird in der Röhre 17 verstärkt, deren Steuergitter 65 Halbeinheit fortgeschaltet wird und eine neue Zahl sie über einen Kondensator 20 zugeführt wird. Die im Ablesefenster erscheint. In dieser Weise schreitet Detektorröhre 18 ist eine Triode mit großer Steilheit, die Zählung für jede vollständige Schwingungsperiode die infolge der Krümmung ihrer Gittercharakteristik des Leuchtbildes um eine Einheit fort.Fig. 4 shows the detailed circuit diagram of an input 55 21 fed to the control grid of the tube 18, which leads to individual counting distance; this has the photodiode 9, a shift in the operating point of this tube which leads to the changes in intensity of the through the ent- in reverse direction. The one through the winding of the Speaking slit light entering voltage counter 19 flowing direct current will fluctuate below at the terminals of a work failure, reducing the counter by half a unit Stand 16 converts, an amplifier tube 17, a 60 is advanced. As soon as the lighting of the photo detector tube 18 and an electromechanical diode stops and the control grid of the tube 18 thus Decimal counter 19 on. Is no longer excited by the alternating voltage at the terminals of the resistor, At 16 there is an alternating voltage, the fre- quency of which is the direct current flow through the counter winding sequence is determined by the modulator disk 12, on development again, whereby this again by one and is amplified in the tube 17, whose control grid 65 half unit is advanced and a new number it is supplied via a capacitor 20. Which appears in the reading window. In this way progresses Detector tube 18 is a triode with great steepness, the count for each complete oscillation period which because of the curvature of their lattice characteristics of the luminous image by one unit.

Man erkennt, daß man — nachdem das Schwingungssystem in der obengenannten Weise angestoßen wurde — lediglich die Dämpfung der Bewegung abzuwarten braucht. Sobald alle Zähler zur Ruhe gekommen sind, läßt sich aus dem Unterschied ihrer Anzeige in einfacher Weise das logarithmische Dekrement der Schwingungen berechnen.It can be seen that - after the oscillation system has been triggered in the above-mentioned manner - only need to wait for the dampening of the movement. As soon as all counters came to rest are, the logarithmic decrement can be easily derived from the difference in their display calculate the vibrations.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Vorrichtung zur Messung der Dämpfung von Schwingungen eines mechanischen Systems, ge kennzeichnet durch eine undurchsichtige Meßlatte (7) mit mehreren feinen, zueinander parallelen, lichtdurchlässigen Schlitzen (8), durch mehrere auf bestimmte vorgegebene Änderungen der Bestrahlung ansprechende Zählvorrichtungen (9-10-11), wobei jeder Schlitz (8) mit einer dieser Zählvorrichtungen (9-10-11) zusammenwirkt, sowie durch ein am schwingenden Teil (2) des untersuchten mechanischen Systems (1, 2) angebrachtes optisches System (3), das auf der undurchsichtigen Meßlatte (7) das Bild einer Leuchtfläche (6) erzeugt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß jede der Zählvorrichtungen (9-10-11) registriert, wie oft das Bild (14, Fig. 2 und 3) der Leuchtfläche den zugehörigen Schlitz (8a, 8b, 8c, 8d usw.) beleuchtet.1. Device for measuring the damping of vibrations of a mechanical system, characterized by an opaque measuring rod (7) with several fine, parallel, translucent slits (8), by several counting devices responding to certain predetermined changes in the radiation (9-10- 11), each slot (8) cooperating with one of these counting devices (9-10-11) , as well as by an optical system (3) attached to the vibrating part (2) of the mechanical system (1, 2) under investigation, which is based on the opaque measuring rod (7) generates the image of a luminous area (6), the arrangement being made so that each of the counting devices (9-10-11) registers how often the image (14, FIGS. 2 and 3) of the luminous area associated slot (8a, 8b, 8c, 8d , etc.) illuminated. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang der Beleuchtungsstrahlung ein Modulator (12, 13) vorgesehen ist, derart, daß die Helligkeit der Leuchtfläche sich periodisch ändert.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that in the beam path of the illuminating radiation a modulator (12, 13) is provided in such a way that the brightness of the luminous area changes periodically changes. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leuchtfläche hervorrufende Lichtquelle ein moduliertes Licht emittiert, derart, daß die Helligkeit des Leuchtfeldes sich periodisch ändert.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the causing the luminous surface Light source emits a modulated light in such a way that the brightness of the luminous field changes periodically changes. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Zählvorrichtungen aus einer fotoelektrischen Zelle, einem elektronischen Verstärker sowie einem Zähler bekannter Art besteht.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that each of the Counting devices consisting of a photoelectric cell, an electronic amplifier and a counter known type. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Zellen (9) besonders infrarotempfindlich sind.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the photoelectric cells (9) are particularly sensitive to infrared. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (8) so angeordnet sind, daß die Vorrichtung automatisch eine Zahl anzeigt, welche in einfacher Beziehung zu dem logarithmischen Dekrement der untersuchter Schwingungen steht.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Slots (8) are arranged so that the device automatically displays a number, which in simple Relation to the logarithmic decrement of the examined vibrations. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings I 209 759/77 1.63I 209 759/77 1.63