Способ измерения ускорений объекта

(51)4 С ЕТЕНИ САНИЕ Фан к т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИПРИ П.1 НТ СССР ВТОВСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Установки испытательные вибрационные электродинамические, Методы и средства аттестации ГОСТ 25051;3-83, М.; Изд-во ст дартов. 1983, с, 8-9.МИ 99-76. Методика определения параметров вибрации лабораторных вибростолов. М.: Изд-во стандартов, 1979, с, 3 - 4, рис. 1, с. 7-8.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЙ ОБЪЕКТА(57) Изобретение относится к измерительной техни е. Способ измерения ускорений объек а позволяет с помощью всего четырех датчиков определятьускорение объекта одновременно какв продольном, так и в двух взаимноперпендикулярных поперечных направлениях. Однокомпонентные пьезодатчики1 - 4 закреплены на рабочей поверхности .стола 5 вибростенда.в точках, лежащих на взаимно перпендикулярныхосях Х и Е по разные стороны от линии, проходящей через центр масс объекта и параллельной его продольномудвижению. Рабочие оси датчиков ориентированы в одну сторону в продольномнаправлении (по оси У). Продольноеускорение определяют.как среднеариФметическое значение показаний датчи- аков и одновременно определяют поперечные ускорения в направлении каждойиз двух осей по определенной формуле.2 ил.поперечные ускорения в контрольных точках вибростола превышают ускорения в рабочем (продольном) направлении.При наличии поперечных угловых ко,лебаний ускорения в контрольных точ-. ках 1 - 4 можно представить в виде а =а +а+а 1 р Я н а =ар+ ал +а2 2 а = аР + а + а 3 З(2) а 4= ЯР+ а 1 + ад6, ф где а - усгорение поступательногоРдвижения вибростола в продольном направлении (У);ад - касательные составляющиеускорений, вызванных угловыми колебаниями вокруг осиЕ (по сфиг. 1);а, а - касательные составляющие4 ускорений, вызванных угловыми колебаниями вокруг оси Х. При измерении продольного и поперечного ускорений вибростола нормальными составляющими (аа, апа ) можно пренебречь,Действительно, пусть угловые колебания вокруг оси Е (по) описывают-,ся уравнениями,(Ргг 1 )макс р г,(4) 3 1500946Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способамизмерения ускорений движения объекта.. Целью изобретения является упроще 5ние измерения ускорений объекта засчет сокращения числа датчиков и измерительных каналов, соединяющих датчики с регистрирующей аппаратурой,На фиг. 1 приведено распределениеускорений в контрольных точках; нафиг, 2 - принципиальная схема устройства для реализации предлагаемогоспособа.Однокомпонентные пьезодатчики 1 - 54 закреплены на рабочей поверхностистола 5 вибростенда в точках, лежащихна взаимно перпендикулярных осях Х иЕ (фиг. 2) по разные стороны от линии, проходящей через центр масс обьекта и параллельной его продольномудвижению, Рабочие оси датчиков ориентированы в одну сторону в продольном направлении (по оси У Аиг. ).Электрические выходы датчиков 14 через согласующие усилители 6 - 9(Аиг. 2) соединейы с арифметическимиустройствами 1 О - 12, выходы которыхподключены к регистрирующим устройствам 13 - 15. Вибростол 5 (Аиг. 1) с 30помощью упругого, например мембранного, подвеса 16 удерживается в определенном положении относительно неподвижной части (магнитопровода) 17,Упругий подве с 16 вибростола обыч но выполняется иэ одинаковых мембран,В этом случае центр жесткости (т. 0)лежит на оси симметрии посерединемежду мембранами. Таким образом, расстояние ат рабочей поверхности вибростола 5 до центра жесткости упругогоподвеса 6 является постоянной величиной - конструктивным параметромвибростенда.АриФметические устройства 10 - 12 45могут быть реализованы, например, наоперационных усилителях.Способ осуществляется следующимобразом,11 ри возбуждении продольного колебательного движения вибростола 5 сускорением аР (в направлении УАиг. 1) в некоторых поддиапазонахчастот рабочего диапазона вибростендавозбуждаются интенсивные паразитныепоперечные (боковые) колебания вибростола 5, вызванные его угловыми колебаниями вокруг центра жесткости (т. С)упругого подвеса 16. При этом неедко Ч 1 ог зпР 2 ЧогсозМ,:-су 1 яп 1 г(3) тогда дпя контрольной т.1 имеем(аймаке Йг)макс(Чоз ) г 1Я где Яо = чо г, - наибольная дуга,при угловых колебаниях контрольной т, 1 вокруг оси Ег, - расстояние от центра качания (т. О) вибростола 5 до контрольной т. 1, лежащей5 1500946на рабочей поверхности этоговибростола,Наибольшие поперечные колебаниявибростолов лежат в области 100 -250 Гц; 1500-4500 Гц. В этом случае58г, и поэтому величиной а можно пренебречь. Аналогично можно пренебречь и величиной аЕсли бы в контрольных т. 1 и 2 бы- Оли установлены специальные датчикидля измерения поперечных ускоренийвибростола, то рабочие оси этих датчиков были бы ориентированы в направлении оси Х, Тогда поперечные ускорения, измеренные в контрольных т, 1 и2, можно было бы определить, проектируяи (2) на ось Х,Аналогичными рассуждениями дляконтрольных т, 3 и 4 при угловых колебаниях вокруг осиОХ (на сР) в продольном направлении получаем5 20 но Ьа = а 7 соя Ы= Е г - = Е Ь,2 г 225(5) где Е - угловое ускорение поперечных7угловых колебаний вибростолавокруг оси Е;Ь - расстояние от центра жесткости упругого подвеса столавибростенда (точка 0) до егорабочей поверхности.По предлагаемОму способу специальные датчики поперечных ускорений отсутствуют. Измерения ускорений в конт; рольных т. 1 и 2 производятся только в продольном направлении по оси Т). Тогда, проектируя (1) и (2) на ось У, получаем ускорения, измеряемые в кон трольных т. 1 и 2 в продольном напра- влении где а а - ускорения в продольполЗ 4направлении (по У)измеренные в контрольныхт. 3 и 4;Ь =Ь +Ь - расстояние между конт 2 Ь 4рольными т. 3 и 4(фиг. 2);а 1, а в касательн ускорения вф контрольных т. 3 и 4,возпикаищие при угловыхколебаниях вибростолапо .,Для измерения ускорения в рабочемнаправлении согласно предлагаемомуспособу необходимо просуллировать иразделить на четыре мгновенные значения сигналов датчиков 1 - 4. В этомслучае, сулмируя (6), (7), (1 О) иделя на четыре, получаем а - а, Вгп с (6)45 а + а я 1 п Ы 7 (7) а = а,а= агВычитая (6) из (7), получаем гце Ь= Ь,+Ь- расстояние междуконтрольными т, 1 и 2; г и г - расстояние от конт 2рольиьк. т.идоцентра жесткости(т. О),Из (8) и (5) следует,. что Ьа, = а,= а,= (а - а,) - (9) а = а = а - а яп 4 з зу з э а = а = а + аяп с (10)4 У 4 ,Р44 При этом поперечное ускорение равЬа =а =а =(а - а) - ,(11)П ,4 32 аС ягпо( - а , яп с = О, (13) ал зп с - а л яп 4 = О. (14)Из (12), (13), (14) следует, что Ь, = Ь, Ьэ = Ь продольное ускорение поступательного перемещения вибростола 5 а Р измеряется без систематической погрешности, вызванной поперечными колебаниями вибростола а 1+ а+ а + а 4Р(15) 1 О При Ь, = Ь, Ъз Ф Ь систематическая погрешность от влияния поперечных ускорений (а здп с(- а у зхп М) 15зуменьшается в два раза по сравнению с вариантом, когда для измерения продольного ускорения используется только два датчика,Действительно, из (1 О) следует 20 а+ азаЕ впй- а Е нхпЫгг(16)25 Поперечное ускорение в направлении Е определяется аналогично по формуле (11). При этом используются электриТаким образом для измерения продольного ускорения вибростола 5 необходимо с помощью арифметического устройства 12, подключенного к выходам датчиков 1 - 4 через согласующие щ усилители 6 - 9, суммировать,и делить на четыре мгновенные значения сигналов датчиков, Полученный на выходе арифметического устройства 12 электрический сигнал будет пропорционален продольному ускорению вибростола. При этом систематическая погрешность из-за угловых поперечных колебанийможет быть исключена (Ь, = Ь ; Ь з = = Ь ) или существенно уменьшена (Ь = 40 = Ь," Ьз Ф Ь ) при определенном расположении датчиков 1 - 4 на рабочейповерхио "ти вибростола 5.Для измерения поперечного ускорения в направлении Х используются45 электрические сигналы датчиков 1 и 2, Эти сигналы, пропорциональные ускорениям а (формула 6) и а(формула 7),гчерез согласующие усилители 6 и 7 подаются на арифметическое устройство 11, с помощью которого определяется разность мгновенных значений ускорений (а- а,), которая используется дпя определения поперечного ускорения в направлении Х, 55ческие сигналы с датчиков 3 и 4 и арифметическое устройство 10.При виброиспь 1 таниях аппаратуры и приборов предлагаемый способ позволяет непрерывно контролировать режимы вибрации в продольном и поперечных направлениях, используя для этой цели датчики, которые применяются в цепи обратной связи при автоматическом управлении воспроизведением вибрации. Это существенно повышает качество виброиспытаний. Формула из обретенияСпособ измерения ускорений объекта заключающийся в том, что измеряют мгновенные текущие значения ускорений в четырех контрольных точках на рабочей поверхности объекта с помощью датчиков, рабочие оси которых ориентированы в одну сторону параллельно движению объекта и определяют продольное ускорение как среднеарифметическое значение показаний датчиков, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью упрощения измерений за счет сокращения общего числа. используемых датчиков, перец измерением датчики располагают в вершинах четырехугольника, диагонали которого взаимоперпен дикулярны и параллельны направлениям измерения поперечных ускорений, причем точка пересечения диагоналей лежит на линии, проходящей через центр масс объекта и параплельной его рабочему движению, и одновременно с определением продольного ускорения определяют,поперечные ускорения в направлении каждой из двух осей по. формуле1 где а, - поперечное ускорение в -мнаправлении;а , а ,-мгновенные текущие значе 11 фния ускорений, измеренныев продольном направлениидатчиками, установленнымив двух точках на одной диагонали четырехугольника,параллельной -му поперечному направлению;Ь - расстояние от центра жесткости упругого подвесаобъекта до его рабочей поверхности;Ь - расстояние между контрольными точками, в которыхизмеряют а . и а111500946 Составитель Т. Макароваова Техред Л.Олийнык Коррек Черни Редактор Т. Парй ое Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарин Заказ НИИПИ 859/39 Государств 1Тираж 789 П ного комитета по изобрет 035, Москва, Ж, Раущс ниям и открытиям при ГКНТ СССая наб д. 4/5