Способ измерения механическихколебаний об'екта и устройстводля его реализации

 

Союз Советскнк

Социалнстмческик

Ресттублни к мтояскоье саидвтвльств (6! ) Лополннтелвиое к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22.02.79 (2) ) 2728623/18-28 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 07.02.81. Бюллетень М 5

Дата опубликования описания . 10.02.81 (5l)M. Кл.

CT 01 Н 11/00

Веудэрвтвеяный камитвт

ЮССР

IN лвлатв вввбрвтеняй и втврытнй (5З) УДК 620,175 (088.8) М. Г. Голубцов и М. Н. Хлебни, - "-:Iß

4 .".; . Г - .

:к" у, Бр

Ордена Трудового. Красного Знамени институт-----.,» / радиотехники и электроники АН СССР (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к измеритель ной технике и может использоваться для обнаружения малых механических колебаний резонаторов.

Известен способ измерения механичес5 ких колебаний объекта, заключающийся в том, что электрические колебания генерируют, преобразуют их в механические и и выцеляют амплитуду измеряемого сиг нала на комбинационной частоте.

Устройство, реализующее этот способ, содержит вибропреобраэователь, включаю» щий чувствительный элемент, генератор электрических копебаний, связанный с вибропреобраэователем, и систему регист« рации f1).

Однако в этом способе точность измерений невысока за счет присутствия шумов в электрических колебаниях. Это ведет к снижению чувствительности устройства, реализующего способ.

Цель изобретения - повышение точ ности измерений и чувствительности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что перед измерением накапливают механическую энергию, возбуждают опорные колебания, а амплитуду измеряемого сигнала выцеляют иэ смешанных комбинационных частот с учетом опорных колебаний.

Повышение чувствительности устройства, реализующего способ достигается за счет того, что между генератором электрических колебаний и вибропреобразователем установлены послецовательно соединенные входной коммутатор, вибратор, выполненный в вице полуволнового элект рического преобразователя, механическая резонансная система с переменным волно» вым механическим сопротивлением и выходной полуволновой механический резо натор, при этом вибропреобразователь и вибратор соединены с системой регист» рации через выходной коммутатор. Устройство снабжено электрическим контуром, вибропреобразователь выполнен в виде дифференциального конденсатора, 3 80281 общая обкладка которого предназначена для связи с контролируемым объектом, одна из обкладок связана с выходным полуволновым механическим резонатором, а к обкладкам дифференциального конденсатора через электрический контур подключен источник постоянного напряжения.

Устройство может быть снабжено механической резонансной системой, вибратор выполнен в виде полуволнового электромеханического резонатора с волновым механическим сопротивлением, превосходящим волновое сопротивление выходного полуволнового механического резонатора, а переменное волновое сопротивление механической резонансной системы уменьшено к волновому резонатору.

Способ осуществляется следующим образом.

С помощью электрических колебаний до измерения накапливают механическую колебательную энергию. После этого электрические колебания выключают и переходят к измерениям, в которых используют накопленную механическую энер25 гию. Последняя возбуждает опорные колебания. Амплитуду измеряемого сигнала выделяют на комбинационных частотах, получающихся в процессе смещения опорных и механических колебаний.

ЗО

Когда электромеханическая резонансная система совершает свободные колебания, основная помеха образуется за счет тепловых флуктуаций электромеханической резонансной системы и чувствительного элемента преобразователя механических колебаний.

Пороговая чувствительность и точность измерительной системы повышается за счет отсутствия электрических генерируе40 мых колебаний.

На фиг. 1 схематически изображено устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2 - вибропреобразователь, выполненный в виде дифференциального

45 конденсатора.

Устройство для реализации способа измерения механических колебаний объекта содержит вибропреобразователь 1, включающий чувствительный элемент 2, генератор 3 электрических колебаний, связанный с вибропреобразователем 1, и систему регенерации, включающую синхронный детектор 4. Между генератором

3 электрических колебаний и вибропреобразователем 1 установлены последователь- 55 но соединенные входной коммутатор 5, вибратор 6, выполненный в-виде полуволнового электромеханического преобразовате0 4 ля, механическая резонансная система 7 с переменным волновым механическим сопротивлением и выходной полуволновой механический резонатор 8, при этом вибропреобразователь 1 и вибратор 6 соединены с системой регистрации через выходной коммутатор 9.

Устройство снабжено электрическим контуром 10 .Чувствительный элемент 2 вибропреобразователя 1 выполнен в виде дифференциального конденсатора, общая обкладка которого предназначена для связи с контролируемым объектом, одна иэ обкладок связана с выходным полуволновым механическим резонатором, а к обкладкам дифференциального конденсатора через электрический контур 10 подключен источник 11 постоянного напряжения.

Вибратор 6 выполнен в виде полуволнового электромеханического резонатора с волновым механическим сопротивлением, превосходящим волновое сопротивление выходного полуволнового механического резонатора 8, а переменное волновое сопротивление механической резонансной системы уменьшено к резонатору 8.

Устройство работает следующим образом.

Перед измерениями входной коммутатор 5 включен, а выходной коммутатор

9 выключен. Генератор 3 электрических колебаний питает электромеханическую резонансную систему, включающую электрическую и механическую цепи вибратора

6, механическую резонансную систему 7 и выходной полуволновой механический резонатор 8, механически объединенный с чувствительными элементом 2 вибропреобразователя 1 механических колебаний контролируемого объекта 12.

В установившемся режиме колебаний в электромеханической системе входной коммутатор 5 отключают, а выходной . коммутатор 9 включают. Электрические колебания с чувствительного элемента 2 поступают в систему регистрации. Электрический контур 10 создает рабочее смещение в чувствительном элементе 2 вибропреобраэователя 1. Во время измерений опорные колебания для синхронного детектора 4 поступают от вибратора 6, совершающего свободные механические колебания.

Чтобы исключить нелинейные эффекты при преобразовании электрических колебаний в предельно большие механические перемещения чувствительного элемента 2, вибратор 6 выполняют в виде мощного полуволнового электромеханическогр пре

5 802 образователя с механическим волновым сопротивлением, превосходящим волновое сопротивление выходного полуволнового механического резонатора 8, Йля лучшей перецачи механической мощности от вибратора 6 в резонатор 8 между ними нахоцится механическая резонансная система 7, выполняющая функции согласующей цепи.и накопителя механической энергии.

Эта система совершает продолжительные опорные колебания.

Чувствительный элемент 2 вибропреобразователя выполнен в виде дифферен» циального конденсатора, заземленного через неподвижную обкладку. Переменное напряжение опорной частоты в конденсаторе образуется за счет вибраций обкладок в поле источника 1 1 постоянного напряжения. При небольших расстояниях между обкладками дифференциального конденсатора и при предельно больших амплитудах механических колебаний обкладки, связанной с выходным полуволновым механическим резонатором 8, обеспечивается высокая напряженность переменного электрического поля.

Использование собственных колебаний механической резонансной системы, создающих опорные колебания чувствительного элемента 2 вибропреобразователя 1, дает возможность регистрировать колебания исслецуемого объекта на фоне собственных шумов чувствительного элемента.

Формула изобретения

1. Способ измерения механических колебаний обьекта, заключающийся в том, что электрические колебания генерируют, преобразуют их в механические и выце ляют амплитуду измеряемого сигнала на комбинационной частоте, о т л ич а þ ù è é с я тем, что, с целью повышения точности, перед измерением накапливают механическую энергию, возбуждают опорные колебания, а амплитуду измеряемого сигнала выделяют из сме

810 6 шанных комбинационных частот с учетом опорных колебаний.

2. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее вибропреобраэователь, включающий чувствительный элемент, генератор электрических колебаний, связанный с вибропреобразователем, и систему регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствитель10 ности, между генератором электрических колебаний и вибропреобразователем установлены последовательно соединенные входной коммутатор, вибратор, выполненный в, в вице полуволнового электрического прй35 образователя, механическая резонансная система с переменным волновым механическим сопротивлением и выходной полуволновой механический резонатор, при этом вибропреобразователь и вибратор соединены с системой регистрации через выходной коммутатор.

3. Устройство по п. 2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что оно снабжено электрическим контуром, вибропреобразователь выполнен в виде дифференциального конденсатора, общая обкладка которого предназначена для связи с контролируемым объектом, одна из обкладок связана с выходным полуволновым механическим резонатором, а к обкладкам дифференциального конденсатора через электрический контур подключен источник постоянного напряжения.

4. Устройство rio п. 2, î т л и ч а35 ю щ е е с я тем, что оно снабжено механической резонансной системой, вибpBTDp выполнен в виде полуволнового электромеханического резонатора с волновым механическим сопротивлением, пре40 восхоцящим волновое сопротивление выходного полуволнового резонатора, а переменное волновое сопротивление механи-о ческой резонансной системы уменьшено к волновому резонатору.

Источники информации, 45 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 323640, кл. Cj 01 В 7/06, 1972 (прототип) .

Фиа 1

l2

Составитель В. Лопухин

Редактор М.Стрельникова Техред H.Êåëóøàê Корректор Е. Рошко

Заказ 10603/54 Тираж 495 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,