Устройство для демонстрации и исследования колебаний конструкции

 

Изобретение относится к учебным приборам по механике, в частности к приборам для исследования колебательного движения. Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей устройства путем демонстрации колебаний конструкции в автоколебательном режиме воздействия. Это достигается за счет введения источника излучения, фотоприемника, оптической системы, подвода излучения к конструкции, оптической системы подвода отраженного от конструкции излучения оптического источника, блока формирования управляющих импульсов. Причем источник механических колебаний содержит магнитоэлектрический преобразователь с усилителем и толкателем для взаимодействия с конструкцией. При исследовании колебаний конструкции с помощью фотоприемника регистрируются повороты отражающей поверхности конструкции при ее колебаниях вокруг положения равновесия. Возможность оптической регистрации колебаний шероховатой отражающей поверхности обусловлена существованием большого числа спеклов диаграммы направленности излучения, которые поворачиваются в пространстве при поворотах отражающей поверхности. Сигнал с фотоприемника поступает на блок формирования управляющих импульсов, а с него - на усилитель магнитоэлектрического преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (51)5 G 09 В 23/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГННТ СССР (21) 4395894/31"12 (22) 21.03.88 (46) 15.01.90. Бюл. У 2 (72) В.А. Нестеров, В.П. Сизов, С.И. Тимофеев и А.А. Чернов (53) 531.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1 324052, кл. G 09 В 23/06, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ

И ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ KOHCTPYKlg_#_ (57) Изобретение относится к учебным приборам по механике, в частности к приборам для исследования колебательного движения. Цель изобретения. — расширение демонстрационных возможностей устройства путем демонстрации колебаний конструкции в автоколебательном режиме воздействия.

Это достигается за счет введения источника излучения, фотоприемника, оптической системы, подвода излучения к конструкции, оптической системы подвода отраженного от конструкИзобретение относится к учебным приборам по механике, в частности к приборам для исследования колебательного движения.

Цель изобретения — расширение демонстрационных возможностей устройства путем демонстрации колебаний конструкции в автоколебательном режиме воздействия.

На фиг.l представлено устройство для демонстрации и исследования колебаний конструкции, общий вид; на фиг,2 — толкатель магнитоэлектричес2 ции излучения оптического источника, блока формирования управлякицих импульсов. Причем источник механических колебаний содержит магнитоэлектрический преобразователь с усилителем и толкателем для взаимодействия с конструкцией. При исследовании колебаний конструкции с помощью фотоприемника регистрируются повороты отражающей поверхности конструкции при ее колебаниях вокруг положения равновесия.

Возможность оптической регистрации колебаний шероховатой отражающей поверхности обусловлена существованием большого числа спеклов диаграммы направленности излучения, которые поворачиваются в пространстве при поворотах отражающей поверхности. Сигнал с фотоприемника поступает на блок формирования управляющих импульсов, а с него — на усилитель магнитоэлектрического преобразователя. 1 з.п, ф-лы, 5 ил. кого преобразователя; на фиг.3— блок модуляции излучения; на фиг.4— фотоприемник; на фиг.5 — блок формирования управляющих импульсов.

Устройство для демонстрации и исследования колебаний конструкции содержит основание 1, установленные на основании опоры 2 и 3, а также установленную на опорах конструкцию, например балку 4. Оптический квантовый генератор 5 (например, газовый

ОКГ типа ЛГ-126) снабжен оптической системой для подвода излучений к по15364? 8 верхности конструкции 4, включающей блок 6 модуляции и, например, коллиматор 7„Кроме того, устройство сорепжит подключенный к блоку 8 регистра5 ции (например, многоканальный осциллограф типа Н-117) фотоприемник 9 и оптическую систему подвода отраженного от конструкции 4 излучения генера: тора 5 к фотоприемнику 9, включающую коллиматор 10 и интерференционный фильтр 11, настроенный на длину волны ! излучения генератора 5. Выход фотопри; емника 9 подключен к входу блока 12 формирования управляющих импульсов,, Один из выходов которого подключен к блоку 8 регистрации, а другой — к уси.лителю 13 (например, к усилителю мощности УКУ-020) источника механических .колебаний, содержащего, кроме то- 20

: го, магнитоэлектрический преобразователь 14 (например, динамик 30 ГД-2), при этом магнитоэлектрический преобразователь снабжен толкателем 15, прикрепленным, например, к диффузору

16 динамика 14 (фиг.2). Один из входов усилителя 13 подключен к блоку

8 регистрации.

Блок 6 модуляции (фиг.3) содержит электрический модулятор 17 (например, 30

МЛ-1 3) с источником 18 напряжения смещения рабочей точки модулятора и подключенный к нему генератор 19 поднесущей частоты для обеспечения возможности усиления сигнала, несущего полезную информацию о колебаниях

35 конструкции 4 с помощью узкополосного усилителя (в качестве генератора

19 может быть использован генератор

ГЗ-41) .

Фотоприемник 9 (фиг. 4 ) содержит i фотоэлектронный умножитель 20 (например, ФЭУ-31А )с блоком 21 питания и усилитель 22, в качестве которого может быть использован, например, селективный микровольтметр В6-1.

Блок 12 формирования управляющих импульсов (фиг.5) содержит амплитудный детектор 23, активный фильтр

24, в качестве которого может быть использован усилитель с частотно-зависимой положительной обратной связью, выполненный, например, на основе моста Вина, блок 25 преобразования сигнала в прямоугольные импульсы (например, усилитель-форми! рователь УЗ-29), генератор 26 электрических импульсов„ работающий в режиме внешнего выпуска (например, Г5-26).

Устройство для демонстрации и исследования колебаний конструкции работает следующим образом.

Запускают оптический квантовый генератор 5. его излучение, модулированное по амплитуде блоком 6 модуляции с помощью коллиматора 7, подводится к поверхности конструкции

4 (модуляция осуществляется с помощью модулятора 17, с подключенным к нему генератором 19 для обеспечения возможности усиления сигнала, несущего полезную информацию о колебаниях конструкции 4 с помощью уэкополосного усилителя 22). Излучение оптического квантового генератора 5 модулируется по амплитуде колеблющейся поверхностью конструкции 4 (как показано дальше при включении оптического квантового генератора 5 подают первый импульс на усилитель 13 и магнитоэлектрический преобразователь 14 источника механических колебаний). Модуляция отраженного от конструкции излучения обусловлена поворотами отражающей поверхности при колебаниях и, следовательно, поворотами диаграммы отраженного излучения, содержащей большое количество спеклов (имеются в виду диффузно отражающие поверхности металлических конструкций). Отраженное излучение генератора 5 с помощью оптической системы (коллиматора 1О и интерференционного фильтра 11, настроенного на длину волны излучения оптического квантового генератора 5) подводится к фотоприемнику 9, где сигнал усиливается с помощью узкополосного усилителя 22 (узкополосный усилитель позволяет избежать помех, вносимых, например, посторонними источниками света, и т.п.), и подается на блок

12 формирования управляющих импульсов, а также на блок 8 регистрации для контроля качества принимаемого сигнала. В блоке формирования управляющих импульсов сигнал поступает на а>птлитудный детектор 23, с выхода которого снимается сигнал, содержащий информацию о частоте, амплитуда и форма колебаний конструкции (поступает на блок 8 регистрации). Этот сигнал представляет собой периодическую функцию времени, близкую к синусоидальной. Чтобы устранить влияние

5 15364 высших гармоник на формирование управляющих импульсов, в блок введен перестраиваемый фильтр 24. Сигнал с него преобразуется в пропорциональные импульсы с помощью усилителя-or5 раничителя 25 и генератора 26 электрических импульсов. Импульсы с блока 12 поступают иа усилитель 13, а затем (сигнал с выхода усилителя контролиру- 10 ется с помощью блока 8 регистрации) на магнитоэлектрический преобразователь 14, последний посредством толка.теля 15 взаимодействует с конструкцией 4. Таким образом, момент времени подвода механической энергии к конструкции 4 определяется параметрами колебаний конструкции 4. При этом амплитуда колебаний постепенно возрастает по закону, определяемому доб- 20 ротностью колебательной система.

Установка может быть использована при работе в режиме вынужденных колебаний (оптический квантовый генератор

5 отключен, а частота воздействия 25 источника механических колебаний мо,жет быть задана с помощью генерато;ра 26).

Технико-экономический эффект от использования изобретения заключает- 30 ся в расширении демонстрационных возможностей устройства, так как помимо исследования колебаний конструкции в режиме вынужденг.х колебаний обес печена возможность исследования колебаний конструкции в автоколебательном режиме воздействия.

11редлагаемое. устройство целесообразно испольэовать в ВУЗах и техникумах на лекциях и в лабораторном прак- 40 тикуме по механике.

Формула из об р ет ения

1. Устройство для демонстрации и исследования колебаний конструкции, 28 6 содержащее основание с опорами для установки конструкции, источник механических колебаний, блок регистрации о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения демонстрационных возможностей за счет демонстрации колебаний конструкции в автоколебательном режиме воздействия, оно дополнительно содержит оптический квантовый генератор, фотоприемник, блок формирования управпякщих импульсов, источник механических колебаний выполнен в виде магнитоэлектрического преобразователя с усилителем и толкателем для взаимодействия с конструкцией, причем квантовый генератор оптически связан с фотоприемником, выходы которого подключены к входу блока формирования управляющих импульсов и к первому входу блока регистрации, второй и третий входы которого связаны соответственно с первым и вторым выходами блока формирования управляющих импульсов, второй выход которого также подключен к усилителю магнитоэлектрического преобразователя, соединенного с четвертым входом блока регистрации.

2. Устройство по и.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок формирования управляющих импульсов содержит последовательно включенные амплитудный детектор, перестраиваемый фильтр, усилитель-ограничитель, генератор электрических сигналов, причем вход амплитудного детектора является входом блока формирования импульсов, причем выход амплитудного детектора является первым выходом блока формирования импульсов, а выход генератора электрических сигналов является вторым выходом блока формирования импульсов.

1536428

1536428

Составитель Л. Прохорова

Техред М.Дидык Корректор Л. Патай

Редактор М. Петрова

Заказ 111 Тираж 386 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ

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

Производственно †издательск комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101