Способ исследования резонансных колебаний малогабаритного светящегося объекта и прибор для его осуществления

 

гФ ф

Ц союз совгтских социАлисти IFcKvlx

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 Н 9/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4809600/28 (22) 04.04.90 (46) 15,02,93. Бюл. N. 6 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по испытанию машин и оборудования для животноводства и кормопроизводствд (72) В, В. Коцюруба, Н. B. Козий и А. Л.

Сороколит (56) Исследование и разработка мероприятий по снижению выхода иэ строя ламп покаливания осветительной аппаратуры трактора МТЗ-80 по причине повышения вибрации кронштейна передних фаз. Отчет

НИКТИД Гос. регистр. 70033632, Владимир, 1978, с. 10.

Авторское свидетельство СССР

N 1413439, кл, G 01 Н 11/00, 1988. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ КОЛЕБАНИЙ МАЛОГАБАРИТНОГО

С ЕТЯЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА И ПРИБОР ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измеритель. ной технике. Целью изобретения является повышение точности и достоверности результатов измерения, упрощение выявлеИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании светящихся элементов радиоэлектронных и электротехнических изделий (теЛа накала и т.п.), подверженных действию вибраций, Известен способ исследования резонансных колебаний малогабаритных светя., SU„„1795303 А1 ния резонансного состояния объекта. Способ включает формирование увеличенных изображений объектов в одной и той же плоскости, возбуждение колебаний объекта постоянной амплитуды и плавно меняющейся частоты в плоскости, параллельной плоскости изображений, наблюдение за получаемыми иэображениями и выявление резонансного состояния объекта по максимальному значению отклонения изображений от их начального состояния, Благодаря тому, что при осуществлении способа формируют по меньшей мере два изображения, соответствующих виду на объект из одной и той же точки, первое из которых синтезируют из мгновенных иэображений одной из половины объекта в одной или нескольких фазах его колебательного движения, а второе — иэ мгновенных изображений другой половины объекта в фазах, следующих одна за другой со скоростью, удобной дгя наблюдения, облегчается выявлением резонансного состояния объекта, повышается точность и достоверность измерения амплитуды его колебаний. Для осуществления способа предложен новый прибор. 2 с. п. ф-лы, 5 ил. щихся деталей, включающий возбуждение гармонических колебаний с постоянной амплитудой при плавном изменении частоты, получение изображения светящегося элемента в поле зрения при помощи светофильтра и определение резонансной частоты путем регистрации значения частоты вынужденных колебаний, при которой иэображение светящегося элемента максимально

1795303

Цель изобретения — повышение точности и достоверности результатов измерений, а также облегчение выявления резонансного состояния объекта по сравнению с вышеуказанным известным способом, принятым нами в качестве прототипа, 35 путем повышения удобства наблюдения.

Поставленная цель достигается тем, что при исследовании резонансных колебаний малогабаритного светящегося объекта путем формирования его увеличенных изобра- 40 жений в одной и той же плоскости, возбуждения колебаний объекта постоянной амплитуды и плавно-меняющейся частоты в плоскости, параллельной плоскости изображений, наблюдения зэ получаемыми 45 изображениями и выявления резонансного состояния объекта по максимальному значению отклонения изображений от их начального состояния, в отличие от способа — прототипа, формируют по мень- 50 шей мере два изображения, соответствующих виду на объект из одной и той же точки, первое из которых синтезируют иэ мгHOBGHных изображений одной из половин объекта . в одной или нескольких фазах его колеба- 55 тельного движения, а второе — иэ мгновенных изображений — другой половины объекта в фазах, следующих одна за другой со скоростью, удобной для наблюдения, причем границу между изображениями поотклоняется от своего исходного положения.

Недостатком этого способа является низкая точность определения резонансной частоты, при которой погрешность оценки достигает 407;.

Известен способ исследования резонансных колебаний малогабаритного светящегося объекта путем формирования его увеличенных изображений в одной и той же плоскости, возбуждения колебаний объекта постоянной амплитуды и плавно меняющейся частоты в плоскости, параллельной плоскости изображений, наблюдения за получаемыми изображениями и выявления резонансного состояния объекта по максимальному значению отклонения изображения от их начального состояния.

Получаемые иэображения, в силу их большого размера, становятся более удоб- 20 ными для наблюдения, однако при большой частоте колебаний их контуры становятся размытыми, в силу чего произвести достаточно достоверную оценку величины амплитуды колебаний изображения пред- 25 ставляется затруднительным. Это влияет на точность и достоверность результатов изме-. рений. ловин объекта устанавливают параллельной направлению возбуждения его колебаний.

Первое изображение является таким образом изображением объекта только в одной или нескольких фазах и поэтому представляется неподвижным, хотя вследствие изменения амплитуды колебаний, оно является изменяющимся или подменным, хотя и со скоростью, значительно уступающей скорости перемещения второго изображения. Первое изображение в случае, когда оно представляет фазы, соответствующие изменениям направления движения объекта, нетрудно использовать для оценки или измерения амплитуды колебательного движения, э на основании второго изображения нетрудно судить какие именно фазы представлены на первом с тем, чтобы внести необходимые коррективы и получить иэображение именно в тех фазах, которые являются удобными для выполнения указанных операций оценки или измерения амплитуды.

Для реализации предложенного способа предлагается прибор, ближайший аналог которого представляет собой прибор для исследования резонансных колебаний малогабаритного светящегося объекта, предназначенный для осуществления описанного выше способа-прототипа.

Прибор-прототип содержит вибростол для установки на нем исследуемого объекта, связанный через усилитель мощности с генератором колебаний постоянной амплитуды и задаваемой частоты, и несколько оптических проекционных систем с экраном для получения изображений обьекта, представляющих собой виды на объект из различных точек.

Последнее позволяет более полно выявить особенности колебаний объекта в различных направлениях, хотя получаемое изображение в силу размытости их краев не позволяет с достаточной точностью определить величину амплитуды колебаний, что затрудняет проведение исследований.

Упомянутая ранее цель изобретения достигается тем, что предложенный нами прибор для исследования резонансных колебаний малогабаритного светящегося обьекта, содержащий вибростол для установки на нем исследуемого обьектэ, связанный через усилитель мощности с генератором колебаний постоянной амплитуды и задаваемый частоты, и по меньшей мере одну оптическую и роекцион ную систему, включающую по меньшей мере одну линзу и экран для получения изображения объекта, в отличие от прототипа, снабжен прерывателями половин светового потока

1795303

25

35

50

55 ным, а другои асинхронным, причем привод Ва пр меньшей мере одной из оптических систем, смонтированными вблизи фокуса линзЫ, выполненными, например, в виде дисков с прорезями, закрепленных на валах, расположенных в плоскости, перпендикулярной направлению колебаний вибростола, приводом прерывателей, содержащим устройства для изменения скорОсти вращения одного прерывателя относительно другого и либо один общий, либо два индивидуальных электродвигателя, и блоком питания электродвигателей, связанным с генератором колебаний постоянной амплитуды и задаваемой частоты и содержащим второй усилитель и устройство для сдвига фазы сигнала, подаваемого на второй усилитель, например в виде конденсатора переменной емкости.

Прерыватели половин светового потока по меньшей мере одной оптической проекционной системы могут иметь привод от одного электродвигателя, связанного с одним из них либо непосредственно, либо через ме><аническую передачу с отношением m:fl и с другим — через механическую передачу

К "=1 с отношением mi:п1=, где m, п, ml, nl, — цел ые числа, а К вЂ” целое число, представляющее собой отношение задаваемой частоты колебаний объекта к задаваемой частоте пульсаций второго изображения, Прерыватели половин световогс потока по меньшей мере одной оптической проекционной системы могут иметь приводы 0Т индивидуальных электродвигателей, один из которых может быть связан с соответствующим прерывателем либо непосредственно, либо через механическую передачу с отноШением m:и, а другой — с другим прерывателем через механическую передачу с отК 4-1 ношением m1 .ïl где m:è:m1:è)

К целые числа, а К вЂ” целое число, представляющее собой отношение задаваемой частоты колебаний объекта к задаваемой частоте пульсации его второго иэображения.

Прерыватели половин светового потока по меньшей мере одной оптической проекционной системы могут быть снабжены индивидуальными приводами от асинхронных электродвигателей, привод одного из которых м >жет быть снабжен управляемым тор-. мознь1м устройством, Наконец, прерыватели половин светового потока по меньшей мере одной оптической проекционной системы могут быть снабжены индивидуальными приводами от электродвигателей переменного тока, один из которых может быть выполнен синхронот асинхронно о электродвигателя может быть снабжен управляел1ыл1 тормозным устройством.

Проведенные исследования по патенной и научно-технической литературе (см, прил. справку) убедили нас в том, что способы исследования движущихся объектов на основе одновременного анализа их неподвижного и движущегося со скоростью удобной для наблюдения изображений в настоящее время не известны.

Новой по отношению к достигнутому уровню техники является также такая особенность заявляемого технического решения как получение обоих иэображений из одного и того же светового потока путем его деления на две половины, вследствие чего оба изображения представляют собой виды на объект, как бы полученные из одной точки.

На фиг. 1 представлена принципиальная cxer а предлагаемого прибора с приводом прерывателей от общего электродвигателя, вид в плане; на фиг, 2 и 3 разрезы

А — А и Б — Б фиг. 1; на фиг. 4 — принципиальная схема предлагаемого прибора с приводом прерывателей от индивидуальных электродвигателей, в котором привод одного из прерывателей снабжен механической передачей; на фиг. 5 принципиальная схема предлагаемого прибора с приводом прерывателей от индивидуальных электродвигателей, в котором привод одного из прерывателей снабжен асинхронным электродвигателем и тормозным устройством.

Прибор содержит вибростол 1, предназначенный для приведения в колебательное движение устанавливаемой на нем электролампы 2, нить накала которой представляет исследуемый объект. Напряжение к электролампе 2 подводится от источника питания

3, Для привода вибростола 1 в колебательное движение в приборе имеется генератор синусоидального сигнала 4 постоянной амплитуды и регулируемой частоты, связанный с ним через усилитель 5. Для получения изображения нити какала на экране 6 в приборе имеется оптическая проекционная система, содержащая линзу 7 или экви- валентную ей систему линз. Оптическая система снабжена, кроме того, двумя прерывателями светового потока, выполненными, например, в виде закрепленных на соответствующих валах дисков 8 и 9, имеющих прорези 10 и 11 (см. фиг. 2). Диски 8 и 9 установлены таким образом, что каждый из них перекрывает только свою половину светового потока, проходящего через оптическую проекционную систему к экрану 6. лы 12 и 13 прерывателей 8 и 9 кинемати1795303

25

40

55 чески связаны через механические передачи, содержащие шестерни 14...18 с электродвигателем 19, который, предпочтительно, должен быть выполнен в виде синхронного электродвигателя переменного тока, например, часового типа. Для питания электродвигателя 19 в приборе имеется второй усилитель 20, связанный через устройство для сдвига фаз 21, выполненный, например, в виде конденсатора переменной емкости, с генератором задаваемых синусоидальных сигналов 4. При этом валы 12 и 13 параллельны оптической оси оптической проекционной системы и находятся по разные от нее стороны в плоскости, перпендикулярной направлению колебаний вибростола 1.

Работа прибора осуществляется следующим образом. Синусоидальный сигнал, вырабатываемый генератором 4, усиливается усилителем 5 и подается на вибростол 1, который приводит исследуемую лампу 2 в колебательное движение с постоянной амплитудой и с частотой, равной частоте сигнала, задаваемого генератором 4. Одновременно тот же синусоидальный сигнал поступает на устройство сдвига фаз 21 и через него на второй усилитель 20, формирующий ток питания статорной обмотки электродвигателя 19. Ротор электродвигателя 19, как известно, вращается со скоростью, связанной с частотой питающего тока следующей зависимостью:

f< 60

r1=

1 где r> — количество оборотов ротора в мин;

f> — частота сети переменного тока питания в Гц; ,! — число пар полюсов статора;

При 1=1, что соответствует часовому двигателю гистерезисного типа, количестве прорезей в диске 8, равном 1, и передаточном отношении передачи 16 — 17 — 18, равном

1:1, количество оборотов диска 8 будет в точности равным частоте колебаний исследуемого объекта, в свою очередь равной частоте задаваемых синусоидальных колебаний (например, при 1 =60 Гц г1=3600 об/мин). Это приводит к тому, что при каждом открывании соответствующей половины светового потока прорезью 10 изображение, получаемое на экране 6 будет изображением нити накала лампы 2 только в одной из фаз ее кол ебател ь ного движения.

Получаемое таким образом изображение будет неподвижным, Наряду с этим, при количестве прорезей 11, равном 1, и передаточном отношении передачи 16-15-14, равном, например, 21;20, диск 9 будет несколько запаздывать по отношению к диску 8, благодаря чему при открывании прорезью 11 другой половины светового потока на экране 6 будет каждый раэ появляться изображение, сдвинутое на

1/20 полного периода по отношению к предыдущему. Такое изображечие будет перемещаться со скоростью соответствующей

3600 — =180 отдельных изображений в минуту

20 (3 изображения в cex). Понятно, что если передаточное отношение упомянутой передачи принять равным, например, 20:21, эффект будет тем же, за исключением того, что подлинное изображение будет перемещаться в обратную сторону.

При изменении частоты f1, и ее приближении к частоте собственных колебаний нити накала, то есть при ее вступлении в область резонансных колебаний, амплитуда этих колебаний увеличивается, что можно без труда установить по подвижному изображению и, кроме того, также по неподвижному изображению, если только наблюдаемая на нем фаза соответствует изменению направления движения нити. Превод неподвижного изображения нити именно в эту удобную для измерения фазу осуществляют с помощью устройства для сдвига фаз 21, например, путем регулирования емкости конденсатора переменной емкости, Тем не менее, для проведения измерений амплитуды резонансных колебаний более удобным является получение неподвижного изображения объекта одновременно в двух противоположных фазах, соответствующих изменениям направления движения объекта, что в данном примере может быть в частности получено увеличением количества прорезей 10 до двух, диаметрально противоположных, или изменением передаточного отношения передачи 16 — 17-18 до 1:2, Благодаря тому, что валы прерывателей

8 и 9 находятся в одной и той же плоскости, перпендикулярной направлению колебаний вибростола 1, и граница между изображениями половин исследуемого объекта в основном совпадает с направлением его колебаний.

Не меняя сущности изобретения, предлагаемый прибор можно выполнить с индивидуальными приводами прерывателей 8 и

9 от электродвигателей 22 и 23 (см, фиг. 4), причем прерыватель 9 можно закрепить на валу ротора электродвигателя 23 непосредственно, а прерыватель 8 связать с электродвигателем 22 через механическую передачу, состоящую из шестерен 24 и 25, с

К 1 отношением 1: (например, 20:21, как

1 95ЗОЗ

25 в предыдущем примере), При изменении количества полюсов в обмотке статора или при изменении количества прорезей диска

8, это отношение может соответствующим образом измениться, хотя его всегда можно 5 представить в виде выражения

К «+.1

m1:п1 где п11,п,K — целые числа, Необходимость изменения может коснуться и кинематиче- 10 ской связи между прерывателем 9 и электродвигателем 23, что может выразиться в необходимости установки между ними механической передачи с отношением

m:и 15 где m и и — целые числа (на чертеже не показана), Для привода прерывателей можно также использовать асинхронные электродвигатели переменного тока, если только их 2О нагрузка и соответственно величина сколь>кения окажется незначительной. В этом случае (см, фиг. 5) для получения подвижноФормула изобретения

1. Способ исследования резонансных колебаний малогабаритного светящегося объекта, заключающийся в том, что формируют его увеличенные изображения в одной и той >ке плоскости, возбуждают колебания объекта постоянной амплитудой и плавно меняющейся частотой в. плоскости, параллельной плоскости изображений, а резонанс колебаний обьекта определяют по максимальному значению отклонения изображений от их начального состояния, о тл и ч а ю щийс я тем, что,сцелью повышения тсчности и достоверно1:ти измерений, упрощения выявления резонанса объекта путем повышения удобства наблюдений, формируют не менее двух изображений, соответствующих виду на обьект из одной и той же точки, первое из которых синтезируют из мгновенных изображений одной из половин обьекта в одной или нескольких фазах его колебательного движения, а второе — из мгновенных изображений другой половины объекта в фазах, следующих одна за другой со скоростью визуальной регистрации, причем границу между изображениями половин объекта устанавливают го изображения полезно испольэовать регулируемое тормозное устройство 24, введение в работу которого позволяет замедлить до необходимой величины скорость вращения прерывателя 8, само собой разумеется, что для привода прерывателя 9 можно в этом случае использовать и синхронный электродвигатель, что, естественно, дает преимущество в виде отсутствия необходимости в подстройке фазы неподвижного изображения из-за неизбежного скольжения асинхронного электродвигателя.

Положительный эффект предлагаемого технического решения заключается в существенном облегчении выявления резонансного состояния объекта, Это достигается путем значительного повышения удобства наблюдения за его состоянием и удобства измерения амплитуды его колебаний, что также способствует повышению точности ее измерений и достоверности последних. параллельной направлению возбуждения его колебаний.

2. Прибор для исследования резонансных колебаний малогабаритного светящегося объекта, содержащий усилитель мощности, генератор колебаний постоян ной амплитуды и задаваемой частоты, вибростол для установки исследуемого объекта, связанный через усилитель с генератором колебаний, и не менее одной оптической проекционной системы, включающей не менее одной линзы и экран для получения изображения объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности измерений, упрощения выявления резонанса объекта, прибор снабжен двумя прерывателями половин светового потока, установленными с разных сторон оптической оси линзы, приводом прерывателей, содержащим устройство изменения скорости вращения одного прерывателя относительно другого, и блоком питания привода прерывателя, содержащим второй усилитель постоянной амплитуды и задаваемой частоты и устройство сдвига фазы сигнала, связанное с генератором колебаний и вторым усилителем, 1795303

1795303

Составитель В,Коцюруба

Техред M.Ìîðãåíòàï Корректор Л,Ливринц

Редактор

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

Заказ 423 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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