Способ измерения ускорений объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике. Способ измерения ускорений объекта позволяет с помощью всего четырех датчиков определять ускорения объекта одновременно как в продольном, так и в двух взаимноперпендикулярных поперечных направлениях. Однокомпонентные пьезодатчики 1, 2, 3, 4 закреплены на рабочей поверхности стола 5 вибростенда в точках, лежащих на взаимноперпендикулярных осях Х и Z по разные стороны от линии , проходящей через центр масс объекта и параллельной его продольному движению. Рабочие оси датчиков ориентированы в одну сторону в продольном направлении (по оси У). Продольное ускорение определяют как среднеарифметическое значение показаний датчиков и одновременно определяют поперечные ускорения в направлении каждой из двух осей по определенной формуле. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1500946

А1 (51) 4 G 01 P 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СЛ

С1

1Р Р

«Р".

ЯЪ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPHTHRM

ПРИ fKHT СССР (21) 4354/09/24 — 10 (22) 31.12 ° 87 (46) 15.08.89. Бюл. У 30 (72) А, В. Волонин и П. И. Остроменский (53) 531. 768(088.8) (56) Установки испытательные вибрационные электродинамические. Методы и средства аттестации.. ГОСТ 25051;

3-83. M. Изд-во стандартов. 1983, с. 8-9.

NH 99 — 76. Методика определения параметров вибрации лабораторных вибростолов. М.: Изд-во стандартов, 1979, с. 3 4, рис. 1, с. 7 8. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЙ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике. Способ измерения ускорений объекта позволяет с помощью всего четырех датчиков определять ускорение объекта одновременно как в продольном, так и в двух взаимно перпендикулярных поперечных направлениях. Однокомпонентные пьезодатчики

1 — 4 закреплены на рабочей поверхности .стола 5 вибростенда в точках, лежащих на взаимно перпендикулярных осях Х и Z по разные стороны от линии, проходящей через центр масс объекта и параллельной его продольному движению. Рабочие оси датчиков ориентированы в одну сторону в продольном направлении (по оси Y) ° Продольное ускорение определяют как среднеарифметическое значение показаний датчиков и одновременно определяют поперечные ускорения в направлении каждой из двух осей по определенной формуле.

2 ил. поперечные ускорения в контрольных точках вибростола превышают ускорения в рабочем (продольном) направлении.

При наличии поперечных угловых ко.лебаний ускорения в контрольных точ-. ках 1 — 4 можно представить в виде а=а+а„+а р н

ÿp + ал + а

2 а = а + а + а

3 l3 ti3» (2) а4=ар+а +ап»

ly ф где а — ускорение поступательного

P движения вибростола в продольном направлении (Y); a, Bn — касательные составляющие ускорений, вызванных угловыми колебаниями вокруг оси

Z (по с „ фиг. 1), а„, а касательные составляющие 4 ускорений, вызванных угловыми колебаниями вокруг оси Х. (по q>„, фиг. l, а ч и а

"3 "Ф лежащие в плоскости Y07., на фиг. 1 не показаны), . При измерении продольного и поперечного ускорений вибростола нормальными составляющими (а,„, à i „, «а „, а„ ) можно пренебречь.

Действительно, пусть угловые колебания вокруг оси Z (по qg описывают-, ся уравнениями, (гГ» )маме Lp гГ

Чу» < »oz

r1 rl (4) з 1500946

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения ускорений движения объекта. . Целью изобретения является упроще5 ние измерения ускорений объекта за счет сокращения числа датчиков и измерительных каналов, соединяющих датчики с регистрирующей аппаратурой.

На фиг. 1 приведено распределение ускорений в контрольных точках; на фиг. 2 — принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Однокомпонентные пьезодатчики 1

4 закреплены на рабочей поверхности стола 5 вибростенда в точках, лежащих на взаимно перпендикулярных осях Х и

Z (фиг. 2) по разные стороны от линии, проходящей через центр масс oRü- 20 екта и параллельной его продольному движению. Рабочие оси датчиков ориентированы в одну сторону в продольном направлении (по оси У, Аиг. I).

Электрические выходы датчиков 1 . 4 через согласующие усилители 6 — 9 (Аиг. 2) соединейы с арифметическими устройствами 10 — 12, выходы которых подключены к регистрирующим устройствам 13 — 15. Вибростол 5 (Аиг. 1) с ЗО помощью упругого, например мембранного, подвеса 16 удерживается в определенном положении относительно неподвижной части (магнитопровода) 17.

Упругий подве с 16 вибростола обыч-35 но выполняется иэ одинаковых мембран.

В этом случае центр жесткости (т. О) лежит на оси симметрии посередине между мембранами. Таким образом, расстояние ат рабочей поверхности вибро- 40 стола 5 до центра жесткости упругого подвеса 16 является постоянной величиной — конструктивным параметром вибростенда.

Арифметические устройства 10 — 12 45 могут быть реализованы, например, на операционных усилителях.

Способ осуществляется следующим образом. ри возбуждении продольного коле 50 бательного движения вибростола 5 с ускорением ар (в направлении У, Аиг. 1) в некоторых поддиапазонах частот рабочего диапазона вибростенда возбуждаются интенсивные паразитные поперечные (боковые) колебания вибростола 5, вызванные его угловыми колебаниями вокруг центра жесткости (т. С) упругого подвеса 16. При этом не pepIo ог s n " t» V2- Ч ог"oos V t», М =у зп 1 Е (3) тогда дпя контрольной т. 1 имеем (< 4 ìàêñ (ЕГ )мс мс - (42 ) Г1 2 где Яог = Ч, r, — наибольная дуга, при угловых колебаниях контрольной т, 1 вокруг оси Е;

r — расстояние от центра качания (т. О) вибростола 5 до контрольной т. 1, лежащей

5 1500946

На рабочей поверхности этого вибростола.

Наибольшие поперечные колебания вибростолов лежат в области 100—

250 Гц; 1500-4500 Гц. В этом случае

S ((r, и поэтому величиной а мож11 но пренебречь. Аналогично можно пренебречь и величиной а „

Если бы в контрольных т. 1 и 2 бы- 0 ли установлены специальные датчики для измерения поперечных ускорений вибростола, то рабочие оси этих датчиков были бы ориентированы в направлении оси Х. Тогда поперечные ускорения, измеренные в контрольных т. 1 и

2, можно было бы определить, проектируя (!) и (2) на ось Х, Аналогичными рассу><дениями для контрольных т. 3 и 4 при угловых колебаниях вокруг оси ОХ (на

20 но

h а = а 7 2 COS o(2= Е r — = Я h, ь

25 (5) где Š— угловое ускорение поперечных

Z угловых колебаний вибростола вокруг оси Z

h — расстояние от центра жестко- 30 сти упругого подвеса стола вибростенда (точка О) до его рабочей поверхности.

По предлагаемОму способу специальныедатчики поперечных ускорений отсут-35

Ствуют. Измерения ускорений в конт-1-; рольных т. 1 и 2 производятся только в продольном направлении по оси Y).

Тогда, проектируя (1) и (2) на ось У, получаем ускорения, измеряемые в кон- 4О трольных т. 1 H 2 в продольном направлении где а а — ускорения в продольцол

Э 4 направлении (по Y), измеренные в контрольных т. 3 и 4;

Ь =Ь +b — расстояние между контз рольными т. 3 и 4 (фиг. 2); а 1, a †касательн ускорения в контрольных т. 3 и 4, воз икаищие при угловых колебаниях вибростола

ПО Ц1Х °

Для измерения ускорения в рабочем направлении согласно предлагаемому способу необходимо просулмировать и разделить на четыре мгновенные значения сигналов датчиков 1 — 4. В этом случае, сулпчируя (6), (7), (10) и деля на четырЕ, получаем

= а — a six d,; (6)

"1 45

= а + а sin o(2 (7)

"2 а1у = а, a у а (ag Sin42-а,SinoI1) 4 а +а 2+а +а4

=а+

I (а Sin F4 -а ", 50 +

$1пЫЗ) . (12) ал sin с(+

"2 — +

2r

2 а2- а, =

+ аi sing

Ь, Е r — =

2 1 r

При Ь2 =

= Е.(Ъ„+ Ь) = Ь

ITPH b = b

h а = -а cos o(= — E r — =-Е h

hl 1 Z 1 - Z

Вычитая (6) из (7), получаем гце Ь = Ь,+Ь 2 — расстояние между контрольными т. 1 и 2;

r u r — расстояние от конт1 2 рольиьк. т. и ? до центра жесткости (т. О) .

Из (8) и (5) следует, что

h а„= a„= а„, = (а„— а,) — (9)

Ъ а = а = а — а sino(>

3у а = а = а + а, sin d (10)

4У 3 Р (4

При этом поперечное ускорение равh а = а = а = (а — а ) —,(11) п 114 11 4 Э

2 а С sino(2 — а 2, sin 0(= О (1 1) а.р sin > а 11 sin 4< = О. (14) 1500946

Из (12), (13), (14) следует, что

b, = Ь; Ь = Ь продольное ускорение поступательного перемещения виброс гола 5 а измеряется без систематической погрешности, вызванной поперечными колебаниями вибростола а1+ а + а + а4

P 4 (»»o

При b = Ь; Ъ з р Ь 4 систематическая погрешность от влияния поперечных ускорений (ал sia 4- à q sio 4>) 15

i з уменьшается в два раза по сравнению с вариантом, когда для измерения продольного ускорения используется только два датчика.

Действительно, из (10) следует аа а as аа sin d<- а sinks г а г (16)

Поперечное ускорение в направлении

Е определяется аналогично по формуле (11). При этом используются электриТаким образом для измерения продольного ускорения вибростола 5 необходимо с помощью арифметического устройства 12, подключенного к выходам датчиков 1 — 4 через согласующие 30 усилители 6 — 9, суммировать,и делить на четыре мгновенные значения сигналов датчиков. Полученный на выходе арифметического устройства 12 электрический сигнал будет пропорционален продольному ускорению вибростола.

При- этом систематическая погрешность из-за угловых поперечных колебаний может бь.ть исключена (Ь, = b ; Ь

= Ь ) или существенно уменьшена (Ь = 40

= Ь," b > 4 b ) при определенном расположении датчиков 1 — 4 на рабочей поверхио "ти вибростола 5.

Для измерения поперечного ускорения в направлении Х исполbsуются

45 электрические сигналы датчиков 1 и 2, Эти сигналы, пропорциональные ускорениям а (формула 6) и à < (формула 7), г через согласующие усилители 6 и 7 подаются на арифметическое устройство

11, с помощью которого определяется разность мгновенных значений ускорений (а 2 — а,), которая используется дпя определения поперечного ускорения в направлении Х. 55

I ческие сигналы с датчиков 3 и 4 и арифметическое устройство 10.

При виброиспытаниях аппаратуры и приборов предлагаемый способ позволяет непрерывно контролировать режимы вибрации в продольном и поперечных направлениях, используя для этой цели датчики, которые применяются в цепи обратной связи при автоматическом управлении воспроизведением вибрации.

Это существенно повышает качество виброиспытаний.

Формула из обретения

Способ измерения ускорений объекта, заключающийся в том, что измеряют мгновенные текущие значения ускорений в четырех контрольных точках на рабочей поверхности объекта с помощью датчиков, рабочие оси которых ориентированы в одну сторону параллельно движению объекта„ и определяют продольное ускорение как среднеарифметическое значение показаний датчиков, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью упрощения измерений за счет сокращения общего числа. используемых датчиков, перец измерением датчики располагают в вершинах четырехугольника, диагонали которого взаимоперпен дикулярны и параллельны направлениям измерения поперечных ускорений, причем точка пересечения диагоналей лежит на линии, проходящей через центр масс объекта и параплельной его рабочему движению, и одновременно с определением продольного ускорения определяют апоперечные ускорения в направлении каждой из двух осей по. формуле (,)

1 где а„, — поперечное ускорение в i направлении; а, а .-мгновенные текущие значе11» 21 ния ускорений, измеренные в продольном направлении датчиками, установленными в двух точках на одной диагонали четырехугольника, параллельной i-му поперечному направлению;

h — расстояние от центра жестf кости упругого подвеса объекта до его рабочей поверхности;

Ь вЂ” расстояние между контроль1 ными точками, в которых измеряют а . и а

11 11

1500946

Составитель Т. Макарова

Редактор Т. Парйенова Техред Л.Олийнык Корректор С. Черни

Заказ 4859/39 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, !01