Устройство для измерения параметров механических колебаний

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН Ч/О 51)5 Г. 0 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ осится к измеричастНости к приспектра, амплитуды веления) механичес Изобретение отнтельной технике, вборам для анализаи траектории (напрких колебаний, и мвано для контроляно в случае дискре Известно устройство частоты и амплитуды мех лебаний, основанное на я измерени ических ко инципе рез ожет быть использовибраций, особен-,тного спектра коле" ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Гевонян Т.А Киселев П.Т, Приборы для измерения и регистрации колебаний. - М,: Машгиз, 1962, с,326Там же. с, 318.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля вибраций особенно в случае дискретного спектра колебаний и при необходимости отстройки от силовых помех электрического и электромагнитного происхождения. Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей устройства путем обеспечения измерений наряду с частотой и амплитуды колебаний и повышение точности измерений при наличии внешних помех электромагнитного происхождения, На основании устройства последовательно установлены источник излучения, консольно закрепленные оптические волокна и 2экран, Собственная резонансная частота колебаний свободного конца каж" дого волокна равна заданной величине, Скрепив основание устройства с контролируемым объектом, получают на экране световые изображения, пропорциональные амплитуде (размаху) колебаний свободных концов волокон. Экран проградуирован по частоте в соответствии с собственными резонанс" ными частотами волокон, а по амплитуде в соответствии с Формулой А = = х/ (1+1,4 Ь/1), где А - отображаемая на экране амплитуда, х - перемещение основания (контролируемого объекта); 1 - длина свободного конца гибкого элемента (светового волокна); 8 - коэффициент внутреннего трения материала, из которого изготовлен гибкий элемент, 1, - расстоя" ние от торца свободного конца волокна до экрана, Наиболее эффективным представляется использование данного устройства для контроля и диагностики механических колебаний с известным частотным диапазоном, особенно для случая, когда частота внешней электромагнитной помехи равна частоте измеряемых колебаний.4 ил,баний и при необходимости отстройк от силовых помех электрического и электромагнитного происхождения, 17нанса, содержащее упругую пластину сперемещающимся по ее длине грузиком.Недостатком этого устройства является невозможность одновременногоизмерения нескольких частот, а так-же траекторий колебаний, Кроме того,наличие нескольких сопрягающихсядеталей в условиях резонанса отрицательно сказывается на точности прибора,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для измерения механических колебаний, содержащее основание,предназначенное для установки наконтролируемом объекте, и закрепленный на этом основании ряд стальных упругих элементов (пластин), свободные концы которых загнуты в видефлажков, Рлины пластин неодинаковы,поэтому их собственные частоты различны. Рля определения частоты колебаний прибор укрепляют на исследуемом объекте. Если частота собственных колебаний одной из пластин (заранее известная) становится близкойк частоте измеряемого колебания, то.при этом наступают резонансные колебания этой пластины (увеличенный размах флажка), Это устройство можноприменять для измерения частот механических колебаний, оно получило название "язычковый частотомер";Недостатком известного устройст- .ва является невозможность измерения. колебаний,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройствапутем обеспечения измерений .нарядус частотой и амплитуды колебаний иповышение точности измерений при на.-.личии внешних помех электромагнитного происхождения,Указанная цель достигается тем,.что устройство снабжено источникомизлучения и экраном, консольно за-.крепленные на основании, упругие элементы выполнены в виде волокон изоптически прозрачного материала смалым коэффициентом внутреннего трения, например из оптического кварца,жестко закрепленные на основанииконцы упругих элементов оптическисвязаны с источником излучения, асвободные концы элементов обращенык экрану, проградуированному по частоте и амплитуде, частотная вкалана экране соответствует собственным 32178 4(резонансным) частотам упругих элементов, а амплитудная шкала проградуирована в соответствии с формулой5А=- - (1+14)хГ У 1 Фгде А - отображаемая на экране амплитудаа,х - перемещение основанияф1, 3 - длина свободного конца упругого элемента и коэффициентвнутреннего трения материала,15из которого он изготовленЬ - расстояние от экрана до торцасвободного конца упругихэлементов,На фиг,1 представлена принципиальная схема устройства для измерения параметров механических колебаний; на фиг,2 - то же, вид сбоку",на фиг,3 и 4 - варианты исполненияустройства,Устройство содержит основание 1,которое предназначено для установкина исследуемый объект (ИО) магнитной присоски, шпильки и т.п,Упругие элементы 2 (оптическиеволокна) закреплены консольно на основании 1 перпендикулярно направлению колебаний, 0 этой же стороныоптических волокон размещен источник3 излучения, например светодиоды,излучающие в видимом диапазоне, Над обоих концах оптического волокна(ОВ) расположены фокусирующие линзы, .полученные методом оплавливаниякварца в плазме электрической дуги,На расстоянии Ьо от свободного кон 40. ца оптического волокна .2 перпендикулярно продольной оси покоящегосяОВ расположено зеркало Й, соединенное с основанием 1 шарниром 5, установленным в точке пересечения4 оптической ,оси волокна 2 и зеркала 4 .и позволяющим поворачиватьзеркало 4 на уголвокруг оси,перпендикулярной плоскости колебанийволокна 2, и фиксировать его в за 50 данном положении, Экран 6 установлен,например, напротив зеркала 4, Всеустройство размещено в корпусе 7,который для увеличения коэффициентадинамичности (чувствительности) мо 55 жет быть выполнен герметичным и вакуумирован для уменьшения тренияупругих элементов 2,о воздух,Для улучшения наблюдения служитзащитный козырек (бленда). 8, При5 17321регистрации (записи) колебаний спект-ральный диапазон источника 3 излучения выбирается в зависимости отструктуры и свойств регистрирующегоэкрана 9 (выполненного на основе фото". или металлизированной бумаги,системы Фотодиодов и др.).Амплитудные шкалы экранов 6 и 9уточняются на основе поправок, вносимых при экспериментальном определении чувствительности устройства(например, при установке устройствана вибростенд с эталонными параметрами колебаний),Выражение (1) может быть получено следующим образом, Видимая амплитуда А (фиг,2) как это следует изгеометрических соображений(2) 2 О А щЯ+ Ь ВЦ,Устройство для измерения парамет.ров механических колебаний, содержащее основание, предназначенное дляустановки на контролируемом объекте,и ряд упругих элементов, консольно. за крепленных на основании так, чтособственные резонансные частоты коле;баний элементов равны заданным величинам, о т л и ч а ю щ е е с я тем,цто, с целью расширения функциональных возможностей устройства путемобеспечения измерений наряду с частотой и амплитуды колебаний и повы шения точности измерений, оно снабжено истоцйиком излучения и экраном,упругие элементы выполнены в видеволокой из оптически прозрацногоматериала с малым коэффициентом40 внутреннего трения, например из оптического кварца, концы упругихэлементов, жестко закрепленные на основании, оптически связаны с источником излучения, а свободные концы 45, элементов обращены к экрану, проградуированному по частоте в соответствии с собственными резонанснымичастотами элементов, а по амплитудев соответствии с формулой А1+Ь - , Ю Я Ю 1 397 1с шЬ(4) где А в ,отображаемая на экране ам.плитуда;х - перемещение основания (контРолируемого объекта),- длина свободного конца упругого элемента; где у - перемещение конца упругогоэлемента,Ц - угол поворота сечения,Полагаямалым, положим йр Ц 1 = ,тогда Выражая Я и я через функции Крыловадля первой формы колебаний элемента,рассматриваемого как консольная балка, найдем Учитывая кинематический характер возбуждения закрепленного конца элемента с амплитурой Ж , равной амплитуде колебаний объекта, его перемещение (по одномассовой схеме). Я= Кк, . (5)1где К= -- коэффициент динамичнос.,ти на резонансекоэФФициент внутреннеготрения элемента,С учетом (4) и (5) выражение (3) при"нимает вид ( 1),Устройство работает следующим образом,.Для измерения механических колебаний объекта (в плоскости Фиг. 1) устройство скрепляется с ним основанием 1. Возбуждаются резонансные колебания оптических волокон 2. Излучение от источника 3, проходя через ОВ и отражаясь от зеркала 4, дает изображение (строб) на экране 6, По ф78 бамплитуде А на экране в соответствиисо шкалой судят об амплитуде колебаний контролируемого объекта, цастотыколебаний определяют в соответствиис положением световых линий - стробов, поскольку каждый элемент настроен на определенную частоту (фиг.2) .Предпочтительно испольэоватьпредлагаемое устройство для контроляи диагностики механических колебанийс известным частотным диапазоном,особенно для случая, когда цастотавнешней электромагнитной помехи равна частоте измеряемых колебаний, Одновременно может быть использованонесколько устройств, каждое из которых настроено на определенный частотный диапазон,Формула изобретения х Ь А= -- (1+14 - -)7 17321783 - коэффициент внутреннего тре- "ния материала, из которогоизготовлен упругий элемент; 8Ь - расстояние от торца сеобод"ного конца элемента до экрана,2 С оста ви тел ь С . Грачеведактор В.Петраш Техред А.кравчук Корректор А, Обручарю ттюаеа тюа тютчев е те КНТ С роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10 Заказ 1575 Тираж ВНИИПИ Государственного коми 113035, ИосПодпи ета по изобретениям а, 3-35, Раушская, натютююют ее.ткрытиям прд. 4/5