SU1732178A1 - Устройство дл измерени параметров механических колебаний - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  контрол  вибраций особенно в случае дискретного спектра колебаний и при необходимости отстройки от силовых помех электрического и электромагнитного происхождени . Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечени  измерений нар ду с частотой и амплитуды колебаний и повышение точности измерений при наличии внешних помех электромагнитного происхождени . На основании устройства последовательно установлены источник излучени , консольно закрепленные оптические волокна и Ј экран. Собственна  резонансна  частота колебаний свободного конца каждого волокна равна заданной величине . Скрепив основание устройства с контролируемым объектом, получают на экране световые изображени , пропорциональные амплитуде (размаху) колебаний свободных концов волокон. Экран пооградуирован по частоте в соответствии с собственными резонансными частотами волокон, а по амплитуде в соответствии с формулой А -х/8 (1 + 1.4L/1), где А - отображаема  на экране амплитуда, х - перемещение основани  (контролируемого объекта); 1 - длина свободного конца гибкого элемента (светового волокна ) J 8 - коэффициент внутреннего трени  материала, из которого изготовлен гибкий элемент; L - рассто ние от торца свободного конца волокна до экрана. Наиболее эффективным представл етс  использование данного устройства дл  контрол  и диагностики механических колебаний с известным частотным диапазоном, особенно дл  случа , когда частота внешней электромагнитной помехи равна частоте измер емых колебаний. 4 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к приборам дл  анализа спектра, амплитуды и траектории (направлени ) механических колебаний, и может быть использовано дл  контрол  вибраций, особенно в случае дискретного спектоа кол ебаний и при необходимости отстройки от силовых помех электрического и электромагнитного происхождени .

Известно устройство дл  измерени  частоты и амплитуды механических ко. лебаний, основанное на принципе резо

17321

нанса, содержащее упругую пластину с перемещающимс  по ее длине грузиком.

Недостатком этого устройства  вл етс  невозможность одновременного измерени  нескольких частот, а так- же траекторий колебаний. Кроме того, наличие нескольких сопр гающихс  деталей в услови х резонанса отрицательно сказываетс  на точности прибора ,

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  механических колебаний, содержащее основание, предназначенное дл  установки на контролируемом объекте, и закрепленный на этом основании р д стальных упругих элементов (пластин), свободные концы которых загнуты в виде флажков Длины пластин неодинаковы, поэтому их собственные частоты различны , Лл  определени  частоты колебаний прибор укрепл ют на исследуемом объекте. Если частота собственных колебаний одной из пластин (заранее известна ) становитс  близкой к частоте измер емого колебани , то при этом Наступают резонансные колебани  этой пластины (увеличенный размах флажка), Это устройство можно примен ть дл  измерени  частот механических колебаний, оно получило название  зычковый частотомер.

Недостатком известного устройства  вл етс  невозможность измерени  амплитуд и траекторий механических колебаний.

Цель изобретени  -расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечени  измерений нар ду с частотой и амплитуды колебаний и повышение точности измерений при на1- личии внешних помех электромагнитного происхождени ,

Указзнна  цель достигаетс  тем, что устройство снабжено источником излучени  и экраном, консольно закрепленные на основании,упругие элементы выполнены в виде волокон из оптически прозрачного материала с малым коэффициентом внутреннего трени , например из оптического кварца, жестко закрепленные на основании концы упругих элементов оптически св заны с источником излучени , а свободные концы элементов обращены к экрану, проградуированному по частоте и амплитуде, частотна  шкала на экране соответствует собственным

784

(резонансным) частотам упругих элементов , а амплитудна  шкала програ1- дуирована в соответствии с формулой

А

- т

1,4 -f-),

(1)

0

5

0

5

0

5

0

5

O

5

где А - отображаема  на экране амплитуда ,

х - перемещение основани ; 1,$ - длина свободного конца упругого элемента и коэффициент внутреннего трени  материала, из которого он изготовлен} L - рассто ние от экрана до торца свободного конца упругих элементов.

На фиг,1 представлена принципиальна  схема устройства дл  измерени  параметров механических колебаний; на фиг, 2 - то же, вид сбоку, на фиг.З и k - варианты исполнени  устройства.

Устройство содержит основание 1, которое предназначено дл  установки на исследуемый объект (ИО) магнитной присоски, шпильки и т.п.

Упругие элементы 2 (оптические волокна) закреплены консольно на основании 1 перпендикул рно направлению колебаний, С этой же стороны оптических волокон размещен источник 3 излучени , например светодиоды, излучающие в видимом диапазоне. На обоих концах оптического волокна (0В) расположены фокусирующие линзы, полученные методом оплавливани  кварца в плазме электрической дуги. На рассто нии L0 от свободного конца оптического волокна 2 перпендикул рно продольной оси поко щегос  0В расположено зеркало , соединенное с основанием 1 шарниром 5, установленным в точке пересечени  оптической оси волокна 2 и зеркала и позвол ющим поворачивать зеркало k на угол у вокруг оси, перпендикул рной плоскости колебаний волокна 2, и фиксировать его в заданном положении. Экран 6 установлен, например, напротив зеркала А. Все устройство размещено в корпусе 7, который дл  увеличени  коэффициента динамичности (чувствительности) может быть выполнен герметичным и ва- куумирован дл  уменьшени  трени  упругих элементов 2 о воздух.

Дл  улучшени  наблюдени  служит защитный козырек (бленда) 8. При

5

регистрации (записи) колебаний спектральный диапазон источника 3 излучени  выбираетс  в зависимости от структуры и свойств регистрирующего экрана 9 (выполненного на основе фото- или металлизированной бумаги, системы фотодиодов и др.).

Амплитудные шкалы экранов 6 и 9 уточн ютс  на основе поправок, вносимых при экспериментальном определении чувствительности устройства (например, при установке устройства на вибростенд с эталонными параметрами колебаний),

Выражение (1) может быть получено следующим образом. Видима  амплитуда А (фиг.2), как это следует из геометрических соображений

32178«

амплитуде А на экране в соответствии со шкалой суд т об амплитуде колебаний контролируемого объекта. Частоты колебаний определ ют в соответствии с положением световых линий - стробое , поскольку каждый элемент настроен на определенную частоту (фиг.2).

Предпочтительно использовать предлагаемое устройство дл  контрол  и диагностики механических колебаний с известным частотным диапазоном, особенно дл  случа , когда частота внешней электромагнитной помехи равна частоте измер емых колебаний. Одновременно может быть использовано несколько устройств, каждое из которых настроено на определенный частотный диапазон.

10

15

А СО + L tp,q ,

перемещение конца упругого

элемента;

угол поворота сечени . (J малым, положим tg ц ч,

А ч 2 - 1 4. т -W 7 L СО

Выража  Ц) и сЭ через функции Крылова дл  первой формы колебаний элемента, рассматриваемого как консольна  балка , найдем

L h397 к 1Ж4 ,

а г i

Учитыва  кинематический характер возбуждени  закрепленного конца элемента с амплитудой X , равной амплитуде колебаний объекта, его перемещение (по одномассовой схеме).

(л КдЭе., 1

(5)

где Кл j - коэффициент динамичнос- ,ти на резонансе; О - коэффициент внутреннего

трени  элемента,

С учетом СО и (5) выражение (3) принимает вид (1).

Устройство работает следующим образом ,

Дл  измерени  механических колебаний объекта (в плоскости фиг. 1) устройство скрепл етс  с ним основанием 14 Возбуждаютс  резонансные колебани  оптических волокон 2. Излучение от источника 3, проход  через 0В и отража сь от зеркала Ь, дает изображение (строб) на экране 6. По

(2)

20

Формула иэобретени

30

Устройство дл  измерени  параметров механических колебаний, содержа25 щее основание, предназначенное дл  установки на контролируемом объекте, и р д упругих элементов, консольно - закрепленных на основании так, что собственные резонансные частоты коле- баний элементов равны заданным вели- |чинам, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональ- ных возможностей устройства путем обеспечени  измерений нар ду с частотой и амплитуды колебаний и повы35 шени  точности измерений, оно снабжено источником излучени  и экраном, упругие элементы выполнены в виде волокон из оптически прозрачного материала с малым коэффициентом

40 внутреннего трени , например из оптического кварца, концы упругих элементов, жестко закрепленные на основании , оптически св заны с источником излучени , а свободные концы

4S элементов обращены к экрану, програ- дуироваиному по частоте в соответствии с -собственными резонансными частотами элементов, а по амплитуде - в соответствии с формулой

50

у (1 + 1,4 -г),

Т

где А - отображаема  на экране амплитуда;

х - перемещение основани  (контролируемого объекта); Ј - длина свободного конца упругого элемента;

717321788

Ј - коэффициент внутреннего - рассто ние от торца свобод- ни  материала, из которогоного конца элемента до экизготовлен упругий элемент;рана,

jr9 Л

6

Фиг.1

х /////////,

77/7

И.

Фиг. 2

/////77//S///77//7/7//////////7/7/

HO

Фиг.З

13

}

-#i

7777S//////

Фиг4

Claims (1)

1. Формулам з об р е т е н и я

   Устройство для измерения параметров механических колебаний, содержащее основание, предназначенное для установки на контролируемом объекте, и ряд упругих элементов, консольно · закрепленных на основании так, что собственные резонансные частоты коле•баний элементов равны заданным вели¹¹⁰ >чинам, отличающ е ё с я тем, ' 'что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения измерений наряду с частотой и амплитуды колебаний и повышения точности измерений, оно снабжено источником излучения и экраном, упругие элементы выполнены в виде волокон из оптически прозрачного материала с малым коэффициентом 40 внутреннего трения, например из оптического кварца, концы упругих элементов, жестко закрепленные на основании, оптически связаны с источником излучения, а свободные концы 45. элементов обращены к экрану, проградуированному по частоте в соответствии с собственными резонансными частотами элементов, а по амплитуде в соответствии с формулой

   А = (1 + 1,4 где А - отображаемая на экране амплитуда;

   х - перемещение основания (контролируемого объекта) ,*

   С - длина свободного конца упругого элемента;

   7 1732178 коэффициент внутреннего трения материала, из которого изготовлен упругий элемент;

   L - расстояние от торца свободного конца элемента до экрана ,