Устройство для определения динамических характеристик материалов Советский патент 1983 года по МПК G01H1/08 G01N29/00 

Изобретение относится к измери- тельной технике и может быть исполь зовано для исследования физико-меха нических свойств материалов по изме ренным параметрам свободно затухающих колебаний. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения динакда ческих характеристик материалов, со держащее последовательно соединенные усилитель мощности, электромеханический возбудитель колебаний, вибропреобразователь, связываемый с исследуеквлм мaтepиaJ;oм, усилитель-, полосовой фильтр, фазовращатель, автоматический регулятор уров ня возбуждения и ключ, выход которо соединен с входом усилителя мощности, и подключенные к выходу полосового фильтра последовательно соединенные амплитудный дискриминатор, счетчик импульсов и регистратор ll Недостатком устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что измерению в автомат ческом режиме подлежит расход электрической мощности возбудителя, пропорциональный внутреннему трению при .вынужденных колебаниях. Однако эта мощность, кроме потерь на внутреннее трение, в сильной степени зависит от изменения модуля упругос ти материала под воздействием внешних факторов (например, температуры радиации и т.д.), от расстояния меж ду материалом и электромеханическим возбудителем. Это расстояние может изменяться как в процессе проведения эксперимента (изгиб, закручивание вследствие воздействия, наприме температуры), так и в процессе усталости материала от одного опыта к другому. Частичная компенсация низкой точности измерения достигается тем, что проводят дискретные (в ручном режиме) измерения электронным блоком калибровки при свободно затухающих колебаниях. Цель изобретения -.повышение точ ности и автоматизации измерений свободно затухающих колебаний. Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения динамических характеристик материалов, содержащее последовательно соединенные усилитель мощности, электромеханический возбудитель колебаний, вибропреобразователь, связываемый с исследуемым материалом,усилитель, полосовой фильтр, фазовращатель, автоматический регулятор уровня возбуждения и ключ, выход которого соединен с входом усилителя мощности , и подключенные к выходу полосового фильтра последовательно соединенные амплитудный дискриминатор, счетчик импульсов и регистратор, снабжёнЬ вторым амплитудным дискриминатором, вход которого соединен с входом первого амплитудного дискриминатора, функциональным преобразователем, выполненнюл в виде первого триггера, первого и второго таймеров, соединенных входами с 1 еинвертирующим и инвертирующим выходами первого триггера соответственно, и второго триггера, соединенного неинвертирующим и инвертирукядим входами с выходами первого и второго таймеров соответственно, а неинвертирующим вых.одом - с управляющим входом ключа, второй выход первого и выход второго амплитудных дискриминаторов соединены с неинвертирующим и инвертирующим входами первого триггера соответственно, и схемой совпадения, включенной между первым выходом первого амплитудного дискриминатора и счетным входом счетчика импульсов, неинвертирующий выход первого триггера подключен ко второму входу схемы совпадения, а управляющий вход счетчика импульсов соединен с. выходом второго таймера. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для определения динамических характеристик материалов; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие взаимодействие между функциональными элементами устройства . Устройство для определения динамических характеристик материалов содержит последовательно соединенные усилитель 1 мощности, электромеханический возбудитель 2 колебаний в исследуемом материале 3, вибропреобразователь 4 колебаний материала, усилитель 5, полосовой фильтр 6, фазовращатель 7, автоматический регулятор 8 уровня возбуждения и ключ 9, а также подключенные к выходу полосового фильтра 6 последовательно соединенные дискриминатор 10, счетчик 11 импульсов и регистратор 12 для автоматической записи результатов измерения. Устройство содержит также второй дискриминатор 13, функциональный преобразователь 14, включающий в себя первый триггер 15, первый таймер 16, второй таймер 17 и второй триггер 18 и схему 19 совпадения. Выход ключа 9 соединен с.входом усилителя 1 мощности. Вход второго амплитудного дискриминатора 13 соединен с входом первого амплитудного дискриминатора 10, его выход - с инвертирующим входом первого триггера 15, второй выход первого дискриинатора 10 соединен с неинвертирующим входом триггера 15. Неинвертирующий выход первого триггера 15

соединен с входами первого таймера 16 и схемы 19 совпадения, его инвертирующий выход - с входом второго таймера 17, выходы таймеров 16 и 17 подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам второго триггера 18, неинвертируюший выход которого coexqiHeH со входом управления ключа 9. Выход второго таймера 17 соединен с управляющим входом счетчика 11, а схема 19 совпдения включена между первым выходом первого амплитудного Дискриминатора 10 и счетным входом счетчика 11.

Устройство работает следующим образом.

Усилитель 1 мощности, электромеханический возбудитель 2 колебаний в материале 3, вибропреобразователь 4, усилитель 5, полосовой фильтр 6, фазовращатель 7, автоматический регулятор 8 уровня возбуждения и ключ 9 (в замкнутом состоянии) представляет собой электромеханический автогенератор. При возбуждении электромеханического автогенератора в

-Материале 3 возникают механические колебания на одной из его собствен.ннх резонансных частот. Автоматический регулятор 8 уровня возбузкдения служит для поддержания постоянной заданной амплитуды колебаний в материале 3 в режиме вынужденных колебаний независимо от физико-механических характеристик последнего. Процесс измерения удобно рассмотреть, используя временные диаграммы (фиг. 2).

В момент времени Т Тд цепь положительной обратной связи замкнута ключом 9. При этом в электромеханическснл автогенераторе начинается процесс возбуждения колебаний. В материале 3, являющемся звеном автогенератора, появляются возрастающие колебания, электрический аналог КОТО1МЛХ после полосового фильтра 6 представлен на фиг. 2.20. С выхода полосового фильтра € анализируемый электрический сигнал подается на входы первого 10 и второго 13 дискрминаторов. Нижний уровень А (фиг 2.20) первого дискриминатора 10 совпадает с верхним уровнем вторго дискриминатора 13. В процессе рота Амплитуды колебаний до момента времени Т Т , когда последняя достигает верхнего уровня А второг дискриминатора 13, на его ныходе. появляются импульсы (фиг. 2.21), устанавливающие неинвертирующий и инвертирующий выходы первого триггера 15 соответственно в состояние логического нуля (фиг. 2.22, При Т Ч ) ив состояние логической едницы (фиг. 2.23, при Т TO).

При дальнейшем росте амплитуды колебаний в промежутке времени от Т до Т/ амплитуда колебаний находится в интервале амплитуд от нижнего А до верхнего Ajj уровней первого

дискриминатора 10, и на его выходе появляются импульсы (фиг. 2.24). В момент Т Т, возникающие по достижении сигналом верхнего уровня А первого дискриминатора

0 10, импульсы (фиг. 2.25) с компаратора (не показан) верхнего уровня первого дискриминатора.Ю поступают на неинвертирующий вход первого триггера 15, на неинвертирующем выходе

5 которого появляется напряжение, соответствующее логичесной единице (фиг. 2.22, П1Ж Т Т,) , а на инвертирующем - логическому нулю (фиг. 2.23, при Т Tj).

rt По спаду напряжения на инвертируквдем выходе (фиг. 2.23, при .) первого триггера 15 происходит запуск второго таймера 17, определяющего время (фиг. 2.26, при Т - Тз)нахождения электромеханического автогенератора в режиме колебаний с постоянной амплитудой (при T/j. - Tg ) . На выходе второго таймера 17 в момент времени Т Т вырабатывается импульс напряжения (фиг. 2.26), уста навливаюидай на «еинвертирующем выходе второго триггера 18 состояние логического нуля (фиг. 2.27, при Т Т), соответствующего размыканию ключом 9 кольца электромеханического автогенератора и возникновению затухающих колебаний в материале 3.

Этот же импульс (фиг. 2.27, при Т Т) с выхода второго таймера

0 17 сбрасывает в ноль электронный счетчик 11 импульсов, подготавливая его к приему новой информации. При свободном затухании колебаний (фиг. 2.20, при Т - Т) в интервале амплитуд от верхнего уровня А/ до нижнего уровня А первого дискриминатора 10 на его выходе появляются импульсы (фиг. 2.24, при ), которые при одновременно поступающем напряжении логический единицы .с неинвертирующего выхода первого .-триггера 15 (фиг. 2.22, при ) на вход схемы 19 совпадения, проходят на выход последней (фиг. 2.28, при Т Тз - Т) и поступают на вход

5- электронного счетчика 11 импульсов, который фиксирует их число N. В момент времени Т Т на счетном выходе второго дискриминатора 13 появля- ются импульсы (фиг. 2.21, при Т -Т),

0 устанавливающие неинвертирующий и

инвертирующий выходы первого триггера 15 соответственно в состоянии логического нуля (фиг. 2.22, при Т Т) и логической единицы (

5 (фиг. 2.23, при Т Тр).

По спаду напряжения (фиг. 2.22, при Т Tj) на неинвертируюием выходе первого триггера 15 происходит запуск первого таймера 16, определяющего время Т,, (фиг. 2.29, при Т - Tjj) считывания информации с электронного счетчика 11 импульсов и ввод ее в регистратор 12 для- автоматической записи результатов измерений. По истечении этого времени первый таймер 16 вырабатывает импульс (фиг. 2.29, при Т Т), который переводит неинвертирующий выход второго триггера 18 в состояние логической единицы. Это (фиг. 2.27, при Т Tj) соответствует замыканию ключом 9 электромеханического автогенератора в режим возбуждения. Описанный цикл неоднократно повторяется

Зафиксированные, например, в интервале температур (на структурной схеме блок регистрации значения воздействующего внешнего фактора (не показан) значения N импульсов пропорциональны механической добротности, которая определяется выражением

ЙГК

- Bh(A,i/A,)

соответственно верхний

и А

где А,

т и нижний цровни первого дискриминатора; N - число амплитуд (импуль0сов) свободно затухающих колебаний материала, находящихся между уровнями АЛ и А ; К - постоянное число, яв5ляющееся масштабирующим коэффициентом (внутреннее трение является величиной, обратной механической Qдобротности).

Использование устройства позволяет при повышенной точности автоматизировать измерение свободно затухающих колебаний.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЙН ИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ, содержащее последовательно соединенные усилитель мощности, электромеханический возбудитель кол баний г вибропреббразователь, свяэывae вaй с исследуемь материалом,уси литель ,полосовой фильтр,фазовращате автоматический регулятор уровня воз буждения и ключ,выход которого соед нен с входом усилителя мощности, и по ключеннЕа е к выходу полосового фильт ра последовательно соединенные амплитудный дискриминатор, счетчик импульсов и регистратор, отличающееся тем, что,с целью повышения тс чности и автоматизации измерений свободно затухающих колебаний, оно снабжено вторым амплитудным дискриминатором, вход которого соединен с входом первого амплитудного дискриминатора, функциональным преобразователем, вьшолненным в виде первого триггера, первого и второго таймеров, соединенных входами с неинвертирующим и инвертирующим выходами первого триггера ответственно, и второго триггера, соединенного неинвертирующим и инвертирующим входами с выходами первого и второго таймеров соответственно,, а неинвертируквдим выходом - с управляющим входом ключа, второй выход первого и выход второго с1МПЛИтудных дискриминаторов соединены с неинвертирующим и инвертирующим i входами первого триггера соответственно, и схемой совпадения, вклю- , ченной между первым выходом первого амплитудного дискриминатора и счетным входом счетчика импульсов, неийвертирукяций выход первого триггера подключен ко второму вЗсоду схемы совпадения, .а управляющий вход счетчика импульсов соединен с выходом второго таймера.