SU506767A1 - Device for measuring the logarithmic damping factor of mechanical oscillations - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к измерительным приборам общего назначени  и предназначено дл  измерени  логарифмического декремента затухани  механических колебаний при проведении механических испытаний в машиностроении , строительной технике и в других отрасл х промышленности.The invention relates to general purpose measuring instruments and is intended to measure the logarithmic decrement of mechanical oscillations when performing mechanical tests in mechanical engineering, construction equipment and in other industries.

Известные устройства дл  измерени  логарифмического декремента затухани  механических колебаний, содержащие датчик, усилитель , триггер Шмитта, управл ющие триггеры , ключи, разр дное сопротивление, нульорган , генератор импульсов, импульсно-нотенциальную схему совпадени , счетчик и индикационное устройство, имеют малую помехоустойчивость и недостаточную точность.The known devices for measuring the logarithmic decrement of mechanical oscillations, containing a sensor, an amplifier, a Schmitt trigger, control triggers, keys, discharge resistance, null-organ, pulse generator, pulse-notional coincidence circuit, counter and indication device, have low noise immunity and insufficient accuracy .

Дл  повышени  точности измерений помехоустойчивости предлагаемое устройство снабжено токостабилизирующим каскадом, двум  зар дными ключами, двум  накопительными конденсаторами, двум  схемами совпадени , дополнительным триггером и блоком задержки запуска, содержащим два триггера и схему совпадени , счетный вход первого триггера соединен с триггером Шмитта, его выход - с единичным входом второго триггера, выход которого св зан с одним из входов схемы совпадени  блока задержки запуска, другой вход которой соединен с триггером Шмитта, третий ее вход - с управл ющим триггером, причем вход токостабилизирующего каскада св зан с выходом усилител , его выходы через зар дные ключи соединены с накопительными конденсаторами, управл ющие входы зар дных ключей соединены с выходами схем совпадени , одни входы которых св заны с выходами блока задержки запуска непосредственно, а другие - через дополнительный триггер.To improve the accuracy of noise immunity measurements, the proposed device is equipped with a current stabilizing cascade, two charging keys, two storage capacitors, two coincidence circuits, an additional trigger and a start delay unit containing two triggers and a coincidence circuit, the counting input of the first trigger is connected to the Schmitt trigger, its output is with a single input of the second trigger, the output of which is connected to one of the inputs of the start delay matching circuit, the other input of which is connected to the Schmitt trigger its third input is with a control trigger, the input of the current-stabilizing stage is connected to the amplifier output, its outputs are connected to storage capacitors via charging switches, the control inputs of charging switches are connected to the outputs of a matching circuit, one of which inputs are connected to outputs the delayed start block directly, and others through an additional trigger.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства дл  измерени  логарифмического декремента затухани ; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы. Устройство содержит датчик 1, преобразующий механические колебани  детали в электрические , усилитель 2, токостабилизирующий каскад, состо щий из резисторов 3, 4, 5, определ ющих режим работы каскада и транзистора 6, зар дные ключи 7, 8, выполненные наFIG. 1 is a functional diagram of an apparatus for measuring a logarithmic damping factor; in fig. 2 - time diagrams of his work. The device contains a sensor 1 that converts mechanical oscillations of a part into electrical ones, an amplifier 2, a current stabilizing cascade consisting of resistors 3, 4, 5 determining the mode of operation of the cascade and transistor 6, charging switches 7, 8, made on

полевых транзисторах, накопительные конденсаторы 9, 10, разр дный резистор 11, ключfield-effect transistors, storage capacitors 9, 10, discharge resistor 11, key

12.Дл  управлени  ключами 7, 8 служит схема управлени , состо ща  из схем совпадени 12. To control the keys 7, 8, a control scheme consisting of matching schemes

13,14, которые соединены с различными плечами триггера 15, счетный вход которого соединен с блоком задержки, содержащий триггеры 16, 17 и схему совпадени  18. Дл  формировани  сигнала управлени  дл  блока задержки и схемы управлени  ключами служит триггер Шмитта 19. Ключом 12 управл ет триггер 20. Дл  получени  результатов измерени  в цифровой форме служит нуль-орган 21, триггер 22, генератор 23 импульсов, потенциально-импульсна  схема совпадени  24, счетчик 25 импульсов и цифровое индикационное устройство 26.13,14, which are connected to different arms of the trigger 15, the counting input of which is connected to a delay unit containing triggers 16, 17 and a matching circuit 18. To generate a control signal for the delay unit and the key management scheme, a Schmitt trigger 19 controls trigger 20. In order to obtain measurement results in digital form, there is a null organ 21, a trigger 22, a pulse generator 23, a potential-pulse coincidence circuit 24, a pulse counter 25, and a digital display device 26.

Перед началом работы схема приводитс  в исходное состо ние, при котором ключи 7, 8 закрыты положительным потенциалом со схем совпадени  13, 14, конденсаторы 9, 10 разр жены , ключ 12 разомкнут, на один из входов схемы совпадени  18 с триггера 20 подан разрешающий потенциал, а на другой с триггера 17 - запрещающий потенциал, на схемы совпадени  13 и 24 поданы запрещающие потенциалы , а на схему совпадени  14 - разрешающий потенциал от триггеров, управл ющих ими, счетчик 25 сброшен в нуль.Before the start of operation, the circuit is reset, in which the keys 7, 8 are closed by a positive potential from the coincidence circuits 13, 14, the capacitors 9, 10 are discharged, the key 12 is open, the resolving potential is applied to one of the inputs of the coincidence circuit 18 , and the other with the trigger 17 is the inhibitory potential, the inhibitory potentials are applied to the coincidence circuits 13 and 24, and the resolving potential of the triggers controlling them, the counter 25 is reset to zero.

При ударном воздействии на исследуемую деталь, с которой соединен датчик 1, на выходе последнего по витс  переменное напр жение или ток с частотой, равной собственной частоте детали, амплитуда которых измен етс  по закону затухани  колебаний в детали. Сигнал с датчика усиливаетс  усилителем 2 (фиг. 2а). Усиленный сигнал подаетс  на токостабилизирующий каскад и триггер Шмитта 19, на выходе последнего формируетс  напр жение пр моугольной формы, частота которого совпадает с частотой исходного напр жени  (фиг. 26).With a shock effect on the test part, with which sensor 1 is connected, the output of the latter shows an alternating voltage or current with a frequency equal to the natural frequency of the part, the amplitude of which varies according to the law of oscillation damping in the part. The signal from the sensor is amplified by amplifier 2 (Fig. 2a). The amplified signal is applied to the current stabilizing cascade and the Schmitt trigger 19; a square voltage is generated at the output of the latter, whose frequency coincides with the frequency of the initial voltage (Fig. 26).

Дл  исключени  вли ни  переходного процесса , возникающего в момент возбуждени  детали ударом, предусмотрено включение измерительной схемы по истечении двух периодов с момента начала колебаний, что вполне достаточно дл  уменьшени  вли ни  переходного процесса до допустимого уровн .To eliminate the influence of the transient process that occurs at the moment of the excitation of the part by the impact, it is provided that the measuring circuit is switched on after two periods from the beginning of the oscillations, which is quite enough to reduce the effect of the transient process to an acceptable level.

Необходима  задержка производитс  триггером 16, который опрокидываетс  отрицательным перепадом напр жени  триггера Шмитта 19 и триггера 17, срабатывающего от отрицательного перепада выходного напр жени  триггера 16. Таким образом, триггер 17 дает разрешение на схему совпадени  18 только по истечении двух периодов с начала колебаний (фиг. 2в, г, д, е).The required delay is produced by the trigger 16, which is overturned by the negative voltage drop of the Schmitt trigger 19 and the trigger 17 triggered by the negative difference of the output voltage of the trigger 16. Thus, the trigger 17 gives permission for the coincidence circuit 18 only after two periods from the beginning of the oscillations (FIG. 2c, d, e, f).

При поступлении разрешающего потенциала с триггера 17 на схему совпадени  18 с выхода последней напр жение, сформированное триггером Шмитта 19, поступает на схемы совпадени  13, 14 и счетный ход триггера 15. Так как на один из входов схемы совпадени  14 подан разрешающий потенциал, то при поступлении на другой ее вход сигнала с триггера Шмитта 19 открываетс  ключ 8. В это же врем  на токостабилизирующий каскад поступает полуволна синусоидального напр жени  с усилием 2 (момент времени ti на фиг. 2). Конденсатор 10 через открытый ключ 8 и транзистор 6 начинает зар жатьс  от источника Е. В течение полупериода конденсатор 10 зар дитс  до напр жени  Ui, пропорционального интегралу за полупериод, а еледовательно , и амплитудному значению этого же напр жени .When the resolving potential from trigger 17 arrives, the matching circuit 18 from the last output voltage, formed by the Schmitt trigger 19, goes to the matching circuits 13, 14 and the counting stroke of the trigger 15. As one of the inputs of the coincidence circuit 14 is fed to the resolving potential, when the signal arrives at its other input from the Schmitt trigger 19, the key 8 opens. At the same time, a half-wave sinusoidal voltage with a force of 2 arrives at the current-stabilizing cascade (time ti in Fig. 2). The capacitor 10 through the public key 8 and the transistor 6 begins to charge from the source E. During the half-period, the capacitor 10 is charged to the voltage Ui proportional to the integral over the half-period, and ultimately, to the amplitude value of the same voltage.

Таким образом, измерение максимального значени  напр жени  заменено измерением напр жени , пропорционального интегралу за полунериод, что позвол ет в значительной мере исключить вли ни  различного рода случайных помех и высших гармоник, которые неизбежно сказываютс  в случае измерени  максимального значени  напр жени .Thus, the measurement of the maximum voltage is replaced by a measurement of voltage proportional to the integral over the half-period, which largely eliminates the effects of various kinds of random noise and higher harmonics, which inevitably affect the measurement of the maximum voltage.

В момент времени t триггер 15 опрокидываетс . Поэтому на схему совпадени  14 подаетс  запрещающий потенциал, а на схему совпадени  13 - разрешающий. Ключ 8 размыкаетс , и конденсатор 10 сохран ет свой зар д. Затем следующим импульсом с триггера Шмитта 19 ключ 7 замыкаетс  и конденсатор 9 в течение следующей полуволны зар жаетс  до напр жени  Uz пропорционального интегралу за второй пол шериод (моменты времени з, 4 на фиг. 2).At time t, trigger 15 is tilted. Therefore, a forbidding potential is applied to the coincidence circuit 14, and a resolving potential is applied to the coincidence circuit 13. The key 8 is disconnected, and the capacitor 10 retains its charge. Then, with the next pulse from the Schmitt trigger 19, the key 7 closes and the capacitor 9 is charged during the next half-wave to a voltage Uz proportional to the integral for the second half of the period (times 3, 4 in FIG. 2).

В момент времени t отрицательным перепадом импульса с триггера Шмитта 19 триггер 15 опрокидываетс  и подает запрещающий потенциал на схему совпадени  13, а также опрокидывает триггеры 20 и 22. При этом триггер 20 вызывает замыкание ключа 12 и снимает разрешающий потенциал со схемы совпадени  24.At time t, a negative pulse difference from the Schmitt trigger 19 flip-flop 15 overturns and supplies the inhibitory potential to the coincidence circuit 13, and also triggers the flip-flops 20 and 22. At this, the trigger 20 causes the closure of the key 12 and removes the resolving potential from the coincidence circuit 24.

При замыкании ключа 12 конденсатор 10 начинает разр жатьс  через резистор И. В это же врем  через открытую схему совпадени  24 на счетчик 25 с генератора 23 поступают счетные импульсы.When the switch 12 is closed, the capacitor 10 begins to discharge through the resistor I. At the same time, counting pulses are received from the generator 23 through the open coincidence circuit 24.

При посто нной времени разр дной цепи т напр жение на конденсаторе 10 сравниваетс  с напр жением на конденсаторе 9 за врем  t.At a constant time, the discharge circuit t the voltage across the capacitor 10 is compared with the voltage across the capacitor 9 during time t.

равное т1п -- .equal t1n -.

Uz Логарифмический декремент затухани  dUz Logarithmic decrement decrement d

- In --- пропорционален времени /, в течеt/2- In --- is proportional to time /, during t / 2

ние которого напр жение Ui становитс  равным f/2.whose voltage Ui becomes f / 2.

При равенстве напр жений f/i и 1 на выходе нуль-органа по вл етс  импульс, опрокидывающий триггер 22, подающий запрещающий потенциал на схему совпадени  24 (момент времени /5 на фиг. 2). Количество импульсов , поступивших на счетчик, пропорционально времени , т. е. логарифмическому декременту затухани .When the voltages f / i and 1 are equal, the output of the null organ appears a pulse, overturning the trigger 22, supplying the inhibitory potential to the coincidence circuit 24 (time / 5 in Fig. 2). The number of pulses arriving at the counter is proportional to the time, i.e., the logarithmic decrement of attenuation.

Результат измерени  индицируетс  цифровым индикационным устройством 26.The measurement result is indicated by a digital display device 26.

Напр жение, продолжающее поступать с датчика после процесса измерени , не вызывает повторного зар да накопительных конденсаторов 9 и 10, а также не запускает счетчик импульсов, так как со схемы совпадени  18 сн т разрещающий потенциал, поступающий с триггера 20, установка которого в исходное состо ние, как и других элементов, перед последующим измерением производитс  вручную (момент времени /g на фиг. 2).The voltage that continues to flow from the sensor after the measurement process does not cause recharge of the storage capacitors 9 and 10, and also does not start the pulse counter, because the resolving potential from the trigger 20, which is reset to the initial state, is removed from the coincidence circuit 18. like the other elements, manual measurement is performed before the subsequent measurement (time / g in Fig. 2).

Формула иобретени Formula of inventions

Устройство дл  измерени  логарифмического декремента затухани  механических колебаний , содержащее датчик, усилитель, триггер Шмитта, управл ющие триггеры, ключи, разр дное сопротивление, нуль-орган, генератор импульсов, импульсно-потенциальную схему совпадени , счетчик и цифровое индикационное устройство, отличающеес  тем, что, с целью повыщени  точности измерени  и помехозащищенности, оно снабжено токостабилизирующим каскадом, двум  зар дными ключами, двум  накопительными конденсаторами , двум  схемами совпадени , дополнительным триггером и блоком задержки запуска , содержащим два триггера и схему совпадени , счетный вход первого триггера соединен с триггером Шмитта, его выход - с единичным входом второго триггера, выход которого св зан с одним из входов схемы совпадени  блока задержки запуска, другой вход которой соединен с триггером Шмитта, третий ее вход - с управл ющим триггером, причем вход токостабилизирующего каскада св зан с выходом усилител , его выходы через зар дные ключи соединены с накопительными конденсаторами, управл ющие входы зар дных ключей соединены с выходами схем совпадени , одни входы которых св заны с выходом блока задержки запуска непосредственно , а другие - через дополнительный триггер .A device for measuring the logarithmic decrement of mechanical oscillation damping, comprising a sensor, an amplifier, a Schmitt trigger, control triggers, keys, a discharge resistance, a zero-body, a pulse generator, a pulse-potential matching circuit, a counter and a digital indicating device, characterized in that , in order to improve measurement accuracy and noise immunity, it is equipped with a current stabilization cascade, two charging switches, two storage capacitors, two coincidence circuits, A trigger and a trigger delay block containing two triggers and a matching circuit, the counting input of the first trigger is connected to the Schmitt trigger, its output is connected to the single input of the second trigger, whose output is connected to one of the inputs of the trigger delay matching circuit, the other input is connected with a Schmitt trigger, its third input is with a control trigger, the input of the current-stabilizing stage is connected to the output of the amplifier, its outputs are connected to storage capacitors through charging switches, the control inputs of the switch d are connected to outputs of the coincidence circuit, one input of which are associated with the release trigger delay unit immediately, and others - via an additional trigger.

УС т. „ОUS t. „O

Ui. Г .Ui. G.