УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА УДЕЛЬНОЙ ВЫТАЛКИВАЮЩЕЙ СИЛЫ СПОРТИВНОГО НАПОЛЬНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2017 года по МПК G01R15/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения выталкивающей силы напольных покрытий (НИ), уложенных на стадионах и спортивных площадках. Удельная выталкивающая сила НП, как и любая другая распределенная упругая система, может быть определена методом отскока, когда стальной стержень с разной удельной массой m₁; m₂; …m_k, находясь в свободном падении, с высоты h ударяется от НП с последующим отскоком от него с частотой, определяемой формулой:

, где

w_k - угловая частота стержня с удельной массой m_k (рад/сек)

g=9,8 м/с²

λ_k - рабочий ход НП (мм) при k^ой удельной массе стержня.

Измерение рабочего хода НП-λ_k вызывает большие трудности и, как правило. заканчивается большой погрешностью, влияющей на точность определения частоты отскока w_k стержня.

Задача настоящего изобретения - повышение точности измерения частоты отскока стержня с удельной массой m_k при его свободном падении на НП.

Поставленная задача решается тем, что на верхнем торце стержня устанавливается датчик ускорения, сигнал которого через коаксиальный кабель поступает на вход спектр-анализатора с установленными в нем полосовыми фильтрами с центральными частотами w₁; w₂, …, w_n, последовательная смена которых перед очередным падением стержня и последующим его отскоком от НП позволяет выявить полосовой фильтр с такой центральной частотой w_n, при которой ускорение стержня а_nk на частоте w_n с удельной массой m_k, измеряемое подключенным к выходу спектр-анализатора вольтметром, имеет максимальное значение (a_nk)_max, что свидетельствует о совпадении частот w_n и w_k, отображаемое тождеством

где w_k - частота отскока стержня от НП с удельной массой m_k;

w_n - частота полосового фильтра, установленного в спектр-анализаторе, по которому рассчитывается удельная выталкивающая сила напольного покрытия на частоте w_k:

F_wk - удельная выталкивающая сила НП на частоте w_k (кг/мм²) при k^ой удельной массе стержня;

m_k - k^ая удельная масса стержня (кг/мм²);

(a_nk)_max - максимальное ускорение стержня k^ой удельной массы при его отскоке от напольного покрытия на частоте полосового фильтра w_n.

На чертеже приведена одна из конструкций установки, реализующей предложенный способ измерения удельной выталкивающей силы НП 1 алюминиевой трубки 2 и стального стержня 3. Нижний торец стержня заканчивается конусообразной сменяемой насадкой 4, а верхний запрессован в пластину 5, на которую крепится дополнительный груз 6, а сбоку - датчик ускорения 7, который коаксиальным кабелем соединен с входом спектр-анализатора 8, в котором сменяемыми RC-цепочками 9 поочередно устанавливаются полосовые фильтры. В качестве индикатора ускорения к выходу спектр-анализатора подключен вольтметр 10.

Процесс измерения включает в себя установку в спектр-анализаторе одного из полосовых фильтров с центральной частотой w₁, что отражается в таблице №1 в первом столбце. После чего поднимается стержень с удельной массой m₁ на фиксированную высоту. Затем он отпускается и, находясь в свободном падении, пролетает эту высоту, ударяясь об НП, приобретая при отскоке ускорение a₁₁, измеряемое вольтметром, которое заносится в квадрат, находящийся на пересечении первой строки со вторым столбцом. После измерения ускорения отскока стержня с полосовым фильтром с центральной частотой w₁ в спектр-анализаторе устанавливается второй полосовой фильтр с центральной частотой w₂ и процесс соударения стержня с удельной массой m₁ повторяется. Результат измерения ускорения - a₂₁ заносится в квадрат таблицы №1, находящийся на пересечении второй строки со вторым столбцом. Далее второй полосовой фильтр меняется на третий, а результат измерения ускорения отскока а₃₁ заносится в третью строку и второй столбец таблицы №1. Если при трех замеренных ускорений среднее из них - a₂₁ оказалось максимальным, то это означает, что полосовой фильтр с центральной частотой w₂ совпал с частотой отскока стержня с удельной массой m₁ и последующие замеры с другими фильтрами для этого стержня уже не требуются. Нахождение частоты отскока стержня с удельными массой m₁ и последующие замеры с другими фильтрами для этого стержня уже не требуются. Нахождение частоты отскока стержня с удельными массами m₂; m₃…m_k происходит аналогично рассмотренному - для стержня с удельной массой m_1. Так, из таблицы №1 видно, что при условии а₂₂<а₃₂>а₄₂ частота отскока стержня с удельной массой m₂ будет равна w₃, а для третьего стержня - при выполнении условия а₃₃<а₄₃>а₅₃ - w₄, и т.д.

Расчет выталкивающей силы напольного покрытия на частоте отскока стержня ведется по формуле (3). В таблице №1 в левой ее части приведен этот расчет для трех частот отскока стержня - w₂, w₃, w₄.

Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики: учебн. пособие для вузов. М., издательский центр «Академия», 2010. - 580 с.

Заявлено устройство для измерения спектрального состава удельной выталкивающей силы спортивного напольного покрытия, состоящее из алюминиевой трубки со скользящим внутри нее металлическим стержнем, нижний конец которого заканчивается конусообразной сменяемой насадкой, а верхний запрессован в пластину, на которую крепится дополнительный груз, отличающийся тем, что на ту же пластину крепится еще и датчик ускорения, который с помощью коаксиального кабеля соединен со входом спектр-анализатора, в котором сменяемыми RC-цепочками поочередно устанавливаются полосовые фильтры, а в качестве индикатора ускорения к выходу спектр-анализатора подключен вольтметр. Измерения проводятся следующим образом: стальной стержень с изменяемой массой с установленным на его верхнем торце датчиком ускорения падает на напольное покрытие с фиксированной высоты и отскакивает от него с определенным ускорением и неизвестной частотой. Для определения частоты отскока стержня сигнал датчика пропускается через спектр-анализатор со сменяемыми с помощью RC-цепочек полосовыми фильтрами. При совпадении частоты отскока стержня с частотой полосового фильтра ускорение стержня будет максимальным, по которому и определяется искомая частота отскока. Техническим результатом при реализации заявленного устройства является повышение точности измерения частоты отскока стержня с удельной массой m_k при его свободном падении на напольное покрытие. 1 ил., 1 табл.

Устройство для измерения спектрального состава удельной выталкивающей силы спортивного напольного покрытия, состоящее из алюминиевой трубки со скользящим внутри нее металлическим стержнем, нижний конец которого заканчивается конусообразной сменяемой насадкой, а верхний запрессован в пластину, на которую крепится дополнительный груз, отличающийся тем, что на ту же пластину крепится еще и датчик ускорения, который с помощью коаксиального кабеля соединен со входом спектр-анализатора, в котором сменяемыми RC-цепочками поочередно устанавливается полосовые фильтры, а в качестве индикатора ускорения к выходу спектр-анализатора подключен вольтметр.