Способ измерения амплитуды механических колебаний объекта

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров механических колебаний при испытаниях. Сущность: с целью повышения точности измерения предварительно приводят датчик скорости в гармонические колебания с заданной амплитудой, измеряют временные интервалы времени, характерные для колебаний датчика и для объекта. По измеренным интервалам времени по математической зависимости определяют амплитуду механических колебаний объекта. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 Н 17/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

О

Ю 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,Ъ

1 (21) 4735344/28 (22) 23,06.89 (46) 30.01.93. Бюл, N 4 (71) Каунасский политехнический - институт им. А.Снечкуса (72) А.В,Мозурас и К.M,Рагульскис (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1430762, кл. G 01 Н 11/06, 1989. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ

МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ОБЪЕКТА (57) Использование; изобретение относится к измерительной технике и может быть исИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров механических колебаний при испытаниях.

Известен способ измерения амплитуды механических колебаний с помощью датчиков скорости, в которых об амплитуде судят по максимальным значениям выходного сигнала датчика скорости.

Недостатком способов является неучет нелинейных искажений, низкое отношение сигнал/шум, а также невозможность определения абсолютного значения амплитуды при неизвестных параметрах датчика.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения амплитуды, в котором учтены .елинейные искажения.

Однако в этом способе необходимо размещение датчика скорости в двух местоположениях, нерааноотдаленных от поверхности исследуемого объекта: в ближнем и в дальнем, В ближнем местоположении датчика экстремумы выходного сигнала, по которым определяются интервалы времени, являют„„5U„„1791727 А1 польэовано для определения йарзметроа механических колебаний при испытаниях, Сущность: с целью повышения точности измерения предварительно приводят датчик скорости в гармонические колебания с заданной амплитудой, измеряют временные интервалы времени, характерные для колебаний датчика и для объекта. По измеренным интервалам времени по математической зависимости определяют амплитуду механических колебаний объекта. 1 ил. ся наиболее остро выраженными. При отдалении датчика форма сигнала приближается к гармонической, т.е. экстремумы теряют острый характер, следовательно, и точность измерения информативных интервалов времени уменьшается. И, так как амплитуда механических колебаний рассчитывается по интервалам времени, измеренным в обоих местоположениях датчика, одновременно уменьшается точйость ее определения. Недостатком прототипа являетса низкая точность.

Целью изобретения является повышение точности.

Цель достигается тем, что размещают бесконтактный датчик скорости параллельно исследуемому объекту, регистрируют сигнал в измерительной цепи, об амплитуде колебаний судят по интервалам времени, измеренным между характерными точками выходного сигнала датчика скорости, при этом предварительно приводят датчик скорости в гармонические колебания с заданной амплитудой Х ыд., измеряют интервал времени Лт1 между дальними соседними

1791727 моментами достижения сигналом choего экстремального значения. а также интервал времени Atz между соседними моментами наиболее резкого прохождения сигнала через нулевой уровень, после чего выключают 5 колебания датчика скорости, возбуЖдают колебания исследуемого объекта, измеряют интервал времени Лтз между дальними соседнйми Моментами достижения сигналом своего экстремального значения и интервал 10 времени A t4 между соседними моментами ф,, Я ;, Ф. наиболее"резкого прохождения сигнала-через нулевой уровень, а амплитуду механических колебаний объекта определяют по формуле 15

ХО=Хзадх

f cos2(K } — 2) cos(K ) тз . т, () 20 (cos (л - —:,. ) — 2) сов(л — — )

Сущность изобретения "заключается в том, что при измерении характерных интер-. валов времени в одном (ближнем) местопо- 25 лбжеййи датчика и определении амплитуды колебайий объекта по выведенйому соотйошению (1) дбстигается максимальная проч-: ность, так как в ближнем местоположении датчика экстремумы выходного сигнала вы- З0 ражаются наиболее ярко. Кроме того, при этом исключается; погрешность измерения .4 из-за непараллельного размещения датчи ка во втором местоположении (что имеет место в и рототи и е).

На чертеже представлен выходной сигнал датчика.

Способ осуществляется следующим обра зом .

Размещают бесконтактный датчик ско- 40 рости "параллельно исследуемому объекту.

Приводят датчик скорости в гармонические колебания с вектором виброперемещения, перпендикулярным исследуемому объекту, и заданной амплитудой колебаний Х4 д;, 45 регйстрируют сигнал в измерительной цепи датчика скорости, Измеряют интервал времениЛО между да льййм и с оседнимй моментами достижения выходным сигналом своего экстремального значения, а также 50 интервал времени Ь|2 между соседними моментами наиболее резкого прохождения сигнала через нулевой уровень, Затем вы-. ключают колебания датчика скорости и возбуждают колебания исследуемого объекта.

Аналогично измеряют интервал времени

Лтз между дальними соседними моментами достижения сигналом экстремального значения и интервал времени Л с4 между соседними моментами наиболее резкого прохождения сигнала через нулевой уровень. Амплитуду колебаний исследуемого объекта рассчитывают по формуле (1).

Пусть расстояние между преобразователем скорости и поверхностью объекта изменяется по синусоидальному закону:

Х = Х + Хо since t, (2) где Х â€”; Xo — амплитуда механических колебаний объекта; в- цик-. лическая частота.

Тогда" выходной сигнал ф бесконтактного преобразователя скорости в общем случае записывается в виде:

В созе

y (A + >l> )2

В случае электростатического преобразователя (I), А = X/Õî, (4)

В = — КВЕЯ Ясо (5) где К вЂ” коэффйциент усиления; R — соп рати вление в измерительной цепи; Š— электровозбуждающая сила источника напряжения; я — абсолютная проницаемость среды; S — площадь измерительного электрода.

В случае электретного преобразователя (2):

А =(X+ 1 /e)Xo, (б)

B = K R L S гю/, (7) где L — толщина электрета; S — площадь . электрета; и- поверхйостная плотность заряда электрета; е — диэлектрическая прони- цаемость электрета.

Из условия экстремума функции V в выдр ражении (3) (— = О) получаем уравнение, связывающее параметр А с фазой максимума Ч (модуля выходного сигнала):

А— (8) где (и@ ах — фаза максимума функции Ч .

С учетом того, что (в с) х при колебаниях датчика с заданной амплитудой Хо 3aд. связана с интервалами времени Лц и Atz, а прй колебаниях объекта с исследуемой амплитудой Хо-с интервалами времени Лтз и Лт4, после несложных математических преобразований получаем рабочую форму-лу способа (1).

Нужно отметить, что интервалы времени Лt2 и Ль; определяют по моментам наиболее резкого прохождения сигнала через нулевой уровень, так как последние моменты определяются с большей точностью.

1791727

Составитель А.Мозурас

Техред M,Ìoðãåíòàë КоРРектоР H.Êåøåëÿ

Редактор О.Павлова

Заказ 148 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издагельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Для конкретной реализации способа применили электретный преобразователь скорости (электрет фторопластовый). Колебания датчика возбуждали с помощью пьезоэлектрического вибратора (Хо зад. = 0,365 5 10 м). Для измерений интервалов времени использовали осциллограф С1-90, Исследовали амплитудно-частотные характеристики элементов контактной системы реле.

Амплитуды, соответствующие каждому зна- 10 чению частоты, рассчитывали по измеренным интервалам времени по формуле (1).

Основным преимуществом способа перед известным является повышенная точность, обусловленная тем, что согласно 15 предлагаемому способу амплитуда механи ческих колебаний определяется по интервалам времени, измеренным в ближнем местоположении датчика от объекта, в котором характерные точки сигнала, между ко- 20 торыми измеряются интервалы времени, выражаются наиболее ярко, Кроме того, в способе исключается погрешность измерения из-за непараллельного размещения датчика во втором местоположении, так как 25 последняя операция исключена. По сравнению с прототипом точность измерения повышается в среднем 1,7 раза, По сравнению с другими известными техническими решениями, например с а,с. 30

¹ 1330474, способ имеет преимущество, связанное с возможностью измерения абсолютного значения амплитуды механических колебаний.

Оормула изобретения 35

Способ измерения амплитуды механических колебаний объекта, заключающийся в том, что размещают бесконтактный датчик скорости параллельно исследуемому объекту, регистрируют выходной сигнал датчика скорости, измеряют интервалы времени между характерными точками выходного сигнала датчика скорости, определяют амплитуду механических колебаний объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, возбуждают гармонические колебания датчика скорости с заданной амплитудой Хо, в качестве характерных точек выходного сигнала датчика скорости выбирают точки достижения сигналом экстремального и нулевого значений, измеряют первый интервал времени Ь между соседними точками экстремального значения выходного сигнала, измеряют второй интервал времени Дt2 между соседними точками нулевого значения выходного сигнала, прекращают возбуждение колебаний датчика скорости, возбуждают гармонические колебания объекта, регистрируют третий интервал времени Дta между соседними точками экстремального значения выходного сигнала датчика скорости, измеряют четвертый интервал времени Дт4 между соседними точками нулевого значения выходного сигнала датчика скорости, а амплитуду Хо механических колебаний объекта определяют по соотношению

)Ь=Хозх (cos (x ) — 2 ) cos (л- — )

2 Дс) Дтэ (сов (к-- — ) — 2 ) cos (к

t4 Dt s