Способ измерения параметров свободно затухающих колебаний крутильного маятника



Способ измерения параметров свободно затухающих колебаний крутильного маятника
Способ измерения параметров свободно затухающих колебаний крутильного маятника
Способ измерения параметров свободно затухающих колебаний крутильного маятника

 


Владельцы патента RU 2435147:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

Настоящее изобретение касается способа измерения параметров свободно затухающих колебаний крутильного маятника (частоты и коэффициента затухания). Заявленный способ включает регистрацию с помощью лазера и многоэлементного фотоприемника временной зависимости угла отклонения маятника от положения равновесия при свободных затухающих колебаниях. При этом сигнал с фотоприемника преобразуют в цифровой и вводят в компьютер, расчет частоты и коэффициента затухания производят одновременно с регистрацией путем подсчета числа интервалов дискретизации цифрового сигнала, укладывающихся в пределах каждого периода синусоиды и декремента затухания по отношению амплитуд соседних синусоид, с усреднением рассчитываемых параметров по всем периодам затухающих колебаний, а анализ их амплитудных зависимостей производят по окончании всех измерений на основе цифровых образов затухающих колебаний маятника, сохраняемых в процессе измерений в памяти компьютера. Данный способ позволяет повысить оперативность измерений. 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в исследованиях свойств различных материалов с помощью крутильного маятника с расчетом частоты и затухания свободных колебаний.

Известен способ [Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. - М.: Химия, 1973, - 296 с.] измерения параметров свободно затухающих колебаний крутильного маятника (частоты и коэффициента затухания), в котором используется подсчет количества колебаний, укладывающихся на участке между двумя заданными амплитудами и измерение промежутка времени между двумя последовательными прохождениями маятника через положение равновесия. Недостатком этого метода является низкая точность измерения, т.к. при расчетах используется не вся кривая затухающих колебаний.

Известен также способ [А.С. СССР №1359685, Бюлл. №46, с.182], основывающийся на измерении не менее трех интервалов времени между моментами прохождения осциллятором фиксированного уровня и последующем вычислении частоты и коэффициента затухания, исходя из предположения, что колебания описываются экспоненциально затухающей синусоидой. Недостатком данного способа является невысокая точность измерения, обусловленная обработкой только нескольких точек из всей кривой затухающих колебаний.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ измерения параметров свободно затухающих колебаний крутильного маятника (частоты и коэффициента затухания) [А.С. №2258912, дата публикации 2005.08.20, страна публикации RU, авторы: Филистович Д.В., Старцев О.В., Суранов А.Я.], сущность которого заключается в том, что для исключения влияния нелинейности (амплитудной зависимости) свободно затухающих колебаний производится исследование амплитудных зависимостей декремента затухания и частоты колебаний, величина начальной амплитуды которых лежит в амплитудно-зависимой области (4-7 угловых градусов), путем независимой аппроксимации (5-10) ее участков экспоненциально затухающей синусоидой, построения амплитудных зависимостей декремента затухания и частоты и аппроксимации этих зависимостей полиномиальной функцией. Далее методом экстраполяции найденных зависимостей определяются величины этих параметров при нулевой амплитуде, что дает возможность получения значений частоты и коэффициента затухания, которые зависят от свойств материала, но не от выбранного диапазона амплитуды колебаний.

Недостатком этого метода является то, что указанная математическая обработка регистрируемой кривой по времени многократно превосходит время, затрачиваемое на регистрацию затухающего колебательного процесса. Это делает метод непригодным при исследовании материалов, требующих непрерывно повторяющихся измерений, без длительных пауз между ними. Такие требования к измерениям предъявляются при исследованиях новых материалов с неизвестными свойствами, характеризующихся наличием структурных изменений (фазовых переходов), которые могут возникать при воздействии на исследуемый образец механических возмущений, температуры, электрических и магнитных полей, при изменениях их величины и скорости этих изменений. Примером могут служить материалы, относящиеся к классу сегнетоэластиков [1, 2]. На фиг.1 приведены результаты исследований некоторых свойств таких материалов, в частности температурные зависимости внутреннего трения Q-1 (1) и модуля сдвига G (2) для образца х-ориентации кристалла Ba2NaNb5O15.

Выявление подобных структурных изменений (фазовых переходов) требует проведения непрерывно чередующихся измерений без длительных пауз между ними.

Изобретение направлено на исключение длительных пауз между измерениями для выявления структурных изменений в материале исследуемого образца при непрерывно изменяющихся условиях эксперимента.

Это достигается тем, что аналоговый сигнал с фотоприемника преобразуют в цифровой и вводят в компьютер, расчет частоты и коэффициента затухания производят одновременно с регистрацией путем подсчета числа интервалов дискретизации цифрового сигнала, укладывающихся в пределах каждого периода синусоиды, а декремента затухания по отношению амплитуд соседних синусоид, с усреднением рассчитываемых параметров по всем периодам затухающих колебаний, а анализ их амплитудных зависимостей производят по окончании всех измерений на основе цифровых образов затухающих колебаний маятника, сохраняемых в процессе измерений в памяти компьютера.

Сущность изобретения заключается в том, что для исключения длительных пауз между измерениями, обусловленными исследованием амплитудных зависимостей параметров колебаний, аналоговый сигнал с фотоприемника преобразуют в цифровой и вводят в компьютер, расчет параметров колебаний (частоты и коэффициента затухания) выполняют одновременно с их регистрацией, а анализ их амплитудных зависимостей производят по окончании всех измерений на основе цифровых образов затухающих колебаний маятника, сохраняемых в процессе измерений в памяти компьютера.

Способ осуществляют следующим образом: измерительное устройство (см. фиг.2) дополняют аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 3, который соединяют с компьютером (ПК) 4, при этом аналоговый сигнал с фотоприемника 2 крутильного маятника 1, преобразованный в АЦП в цифровой, поступает в ПК для регистрации, измерения частоты и коэффициента затухания регистрируемых колебаний, записи в память ПК и визуализации на экране монитора ПК. Расчет частоты и коэффициента затухания колебаний выполняют путем подсчета числа интервалов дискретизации цифрового сигнала, укладывающихся в пределах каждого периода синусоиды, а декремента затухания по отношению амплитуд соседних синусоид, с усреднением рассчитываемых параметров по всем периодам затухающих колебаний. Сохраняемые в памяти ПК цифровые образы (см. фиг.3) регистрируемого сигнала используют в дальнейшем для уточнения рассчитанных параметров колебаний на основе анализа их амплитудных зависимостей с использованием специализированных пакетов прикладных программ математической обработки и анализа данных, таких как MathCad, MatLab, Excel, Origin и др., а также для документирования.

Источники информации

1. Salje Е.К.Н., Phase Transitions in Ferroelastic and Co-Elastic Crystals. - Cambridge Univ. Press, Cambridge. 1990.

2. Гриднев C.A. // Известия РАН, Сер. физ., 2004. T.68. №7. C.918.

Способ измерения параметров свободно затухающих колебаний крутильного маятника (частоты и коэффициента затухания), включающий регистрацию с помощью лазера и многоэлементного фотоприемника временной зависимости угла отклонения маятника от положения равновесия при свободных затухающих колебаниях, отличающийся тем, что сигнал с фотоприемника преобразуют в цифровой и вводят в компьютер, расчет частоты и коэффициента затухания производят одновременно с регистрацией путем подсчета числа интервалов дискретизации цифрового сигнала, укладывающихся в пределах каждого периода синусоиды и декремента затухания по отношению амплитуд соседних синусоид, с усреднением рассчитываемых параметров по всем периодам затухающих колебаний, а анализ их амплитудных зависимостей производят по окончании всех измерений на основе цифровых образов затухающих колебаний маятника, сохраняемых в процессе измерений в памяти компьютера.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к мониторингу промышленного оборудования, в частности к датчику скорости. .

Изобретение относится к измерению механических колебаний по величине сигнала отражения и может быть использовано для бесконтактного измерения и непрерывного контроля амплитуды колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к датчику пульсовой волны. .

Изобретение относится к устройствам контроля пространственных величин, например пространственной вибрации, и может быть использовано в системах контроля, диагностики, защиты и навигации.

Изобретение относится к технике противодействия технической разведке речевой информации, осуществляемой вследствие проявления эффекта акустоэлектрических преобразований в технических средствах.

Изобретение относится к микромеханике и предназначено для измерения частотных характеристик подвижных элементов микромеханических устройств. .

Изобретение относится к области проверки метрологических характеристик виброизмерительных преобразователей (датчиков) и определения возможности их дальнейшего использования без демонтажа с объекта эксплуатации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматики и сигнализации, а также для проверки исправности тормозной системы транспортных средств и предупреждения их опрокидывания.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения и непрерывного контроля амплитуды колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибрации электроприводов различных приборов

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерителям вибрации с помощью пьезодатчиков (акселерометров) в экстремальных условиях эксплуатации - при больших и быстрых изменениях температур среды, в которой установлен датчик

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для регистрации инфранизкочастотных колебаний в морской воде

Изобретение относится к области измерения механических колебаний по величине сигнала отражения и может быть использовано для бесконтактного измерения и непрерывного контроля параметров колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области измерения инфразвуковых колебаний газообразной или жидкой среды

Изобретение относится к микромеханике и предназначено для измерения амплитудно-частотных характеристик подвижных элементов микромеханических устройств

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к виброметрии, и может быть использовано для измерения амплитуды механических колебаний поверхностей твердых тел в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот, в частности для измерения амплитуды колебаний многополуволновых излучателей переменного сечения ультразвуковых колебательных систем, используемых в составе аппаратов, предназначенных для интенсификации технологических процессов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды, скорости и ускорения механических колебаний контролируемого объекта

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения мощности гидроакустических излучателей разного типа, входящих в состав гидролокаторов, систем гидроакустической связи, телеметрии, комплексов гидроакустического телеуправления и т.д., в процессе их диагностики в реальных условиях эксплуатации

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использована для определения параметров гидроакустических пьезоэлектрических преобразователей. Способ предполагает этапы, на которых формируют линейно нарастающую цифровую последовательность, преобразуют ее в тестовый управляемый аналоговый сигнал с заданной амплитудой и линейно нарастающей частотой в заданном диапазоне частот, пропускают тестовый сигнал через пьезопреобразователь, измеряют параметры его отклика (тока и напряжения), по значениям которых и по заданному алгоритму определяют амплитудно-частотную характеристику, частоты механического и электромеханического резонансов, импеданс пьезопреобразователя на этих частотах. Измеритель параметров включает устройство прямого цифрового синтеза, подключенное через усилитель мощности и через включенный последовательно с пьезопреобразователем измерительный шунт к испытуемому пьезопреобразователю. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) соединены своими выходами через интерфейс связи с компьютером, а вход АЦП через делитель напряжения подключен к выходу усилителя мощности. Цифровой сигнальный процессор (ЦСП) шиной данных соединен с устройством прямого цифрового синтеза (УПЦС) и выходами АЦП, вход АЦП подключен к пьезопреобразователю и измерительному шунту. Первый, второй и третий выходы ЦСП соединены соответственно с управляющими входами АЦП и УПЦС. Технический результат: измерение параметров в автоматическом режиме, повышение точности и надежности измерений. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх