Способ измерения пикового ударного ускорения на ударных стендах свободного падения и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G01P21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано для измерения пикового ударного ускорения на ударных стендах свободного падения.

Известны при измерении ускорений электрические способы. При этом на платформе стенда устанавливают датчик ускорения, являющийся преобразователем мгновенного значения ускорения в электрический сигнал, а в состав аппаратуры входит согласующий усилитель и регистратор. Для получения значения пикового ускорения выходной сигнал датчика подвергают обработке. Достаточно широко применяют метод определения пикового ударного ускорения по импульсу ускорени (баллистический метод) Cl3.

Сущность баллистического метода заключается в измерении импульса ускорения по приращению скорости платформы в результате удара и в сравнении с ней проинтегрированного по времени выходного сигнала датчика ускорения. Так как погрешность измерения скорости платформы в данном способе непосредственно вносится в погрешность измерения пикового ударного ускорения, то к измерению скорости платформы предъявляются весьма жесткие требования, а устройства, реализующие этот способ, отличаются повышенной сложностью, так как требуются, кроме всего, и дополнительные блоки для измерения приращения скорости платформы.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения пикового уда рного ускорения, заключающийся в измерении пикового значения выходного сигнала датчика ускорения и в определении пикового ударного ускорения по результатам этого измерения с учетом градукровочного коэффициента датчика ускорения С2.

При этом необходимо иметь датчик ускорения, для которого известен градуировочный коэффициент, а его в свою очередь требует организации периодической градуировки датчиков, что значительно усложняет процесс измерений. Кроме того, погрешность градуировки датчика непосредственно вносится в погрешность измерения пикового ударного ускорения и снижает точность измерения. Значительное влияние на точность измерений оказывают также другие неконтролируемы медленно протекающие процессы: влияние температуры окружающей среды, влажности, радиации, старение чувствительных элементов и т.п. на градуировочный коэффициент датчика. Дл повышения точности измерения требуется изоляция датчика от чредных воздействий, что значительно усложняет процесс измерения. Иногда находят коэффициенты чувствительности датчика к неизмеряемым параметрам и учитывают их при обработке результатов измерения, но это тоже значительно усложняет эксперимент, так как необходимо в состав измерительной установки ввести соответствующие датчики и аппаратуру к ним, а для устранения погрешности, возникающей за счет старения Чувствительного элемента датчика необходимо сокращать интервалы времени между градуировками, что также усложняет измерения и значительно их удорожае

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения пикового ударного ускорения, содержащее ударный стенд свободного падения с механизмом захвата платформы, датчик ускорения, закрепленный на плаетформе выход которого через согласукндий усилитель соединен с пиковым вольтметром 2.

Это устройство не может обеспечить высокой точности, так как при измерении ударов с пиковыми значениями ускорений больше 20-30 сигна на выходе датчика ускорения, находящегося в свободном падении, записанный на осциллограмме, соизмерим с разрешающей способностью регистратора.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение измерения пиковых ударных ускорений.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения пикового ударного ускорения, включающему измерение выходного сигнала датчика ускорения в момент действия пикового ударного ускорения, дополнительно измеряют сигнал на выходе датчика ускорения в момент свободного падения платформы с датчиком. При этом пиковое ударное ускорение определяют как отношение величины сигнала, измеренного на выходе датчика в момент действия пикового ударного ускорения, к сигналу, измеренному На выходе датчика, когда платформа находилась в свободном падении

В момент, когда платформа стенда разгоняется, т.е. свободно падает, датчик, до этого находившийся по действием силы тяготения Земли, будет находиться в состоянии невесомости, для него сила притяжения Земл исчезнет , и датчик выдает на выходе сигнал, соответствующий ускорению свободного падения в данной точке поверхности Земли. Величина этого сигнала и измеряется первой в процессе эксперимента. Далее измеряется величина сигнала на выходе .датчика в момент действия пикового ударного ускорения. Деление величины выходного сигнала датчика, измеренного в момент действия пикового ударного ускорения, на величину выходного сигнала датчика, измеренного в свободном падении, покажет, сколько ускорения свободного падения содержит пиковое ударное ускорение в данном конкретном эксперименте. Для получения величины ударного ускорения в системных единицах необходимо умножить полученный результат на величину ускорения свободного падения для данной конкретной географической широты. Поскольку для измерения пикового ударного ускорения использовалось от ношение выходных сигналов датчика ускорения, измеренных через достаточ но малый промежуток времени (практически одновременные измерения), то указанные выше медленные процессы, влияющие на величину коэффициента чувствительности датчика, не окажут никакого влияния. Кроме того, очевидно, что вообще отпадает необходимость иметь градуированный датчик для осуществления измерений и устраняются погрешности измерений за счет погрешностей градуировки датчика. В состав известного устройства для реализации этого способа, содержащего ударный стенд свободного падения с платформой и механизмом зах.вата для ее удержания, датчик ускорения, закрепленный на платформе, вы ход которого через согласующий усилитель соединен с пиковьом вольтметром, введены блок измерения и кранения мгнов,енного значения сигнала, блок задержки и блок деления, а механизм захвата выполнен с дополнительным электрическим выходом, причем этот выход через блок задержки соединен с управляющим входом блока измерения и хранения мгновенного зна чения сигнала, второй вход блока измерения и хранения мгновенного значения сигнала подключен к выходу сог ласующего усилителя, а выходы пикового вольтметра и блока измерения и хранения мгновенного значения сигнала соединены соответственно с входами делимое и делитель блока деления. Введение в известное устройство новых элементов обеспечит достижение указанного положительного эффекта. Наличие у механизма захвата дополнительного электрического выхода, на котором формируется сигнал, совпадающий по времени с моментом начала свободного падения платформы стенда,и блока задержки обеспечит измерение выходного сигнала датчика, находящегося в свободном падении после того как затухнет виброударный процесс на платформе, вызванный срабатывание механизма захвата. Время задержки должно выбираться не меньше, чем время полного затухания этого виброударного процесса. Блок измерения и хранения мгновенного значения сигнала обеспечивает измерение выходного сигнала датчика, находящегося в свободном падении,- и хранение измеренной величины в течение времени разгона,-формирования ударного импульса и времени, необходимого для вычисления пикового ускорения блоком деления. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Для ос5лцествления предлагаемого способа необходимо измерить сигнал, возникающий на выходе датчика ускорения, когда платформа ударного стенда находится в свободном падении, а также измерить сигнал на выходе датчика в момент действия пикового ударного ускорения. Отношение величины сигнала датчика, измеренного в момент действия пикового ударного ускорения, к величине сигнала датчика, находящегося в свободном падении, определит значение пиковой перегрузки на платформе ударного стенда. Для выражения пикового ударного ускорения в системных единицах необходимо полученный результат умножить на величину ускорения свободного падения на данной географической широте. Устройство, с помощью которого можно осуществить предлагаемый способ, имеет ударный стенд, содержащий платформу 1 с закрепленным на ней датчиком ускорения 2, тормозной элемент 3, основание 4, а также механизм захвата 5. Кроме того, имеется согласующий усилитель 6, пиковый вольтметр 7, блок задержки 8, блок измерения и хранения мгновенного значения сигнала 9., блок деления 10. Причем датчик ускорения через согласующий усилитель соединен с пиковым вольтметром и входом блока измерения, и хранения мгновенного значения слгнала, механизм захвата выполнен с дополнительным выходом, на котором формируется сигнал, совпадающий с моментом отпускания платформы. Этот выход через блок задержки соединен с управляющим входом блока измерения и хранения мгновенного значения сигна ла, а выходы пикового вольтметра и . блока измерения и хранения мгновенного значения сигнала подключены соответственно к входам делимое и делитель блока деления. В процессе работы в момент пуска срабатывает механизм захвата, к.оторый освобождает платформу стенда, и она, свободно падая, начинает разгоняться. При этом на дополнительном выходе механизма захвата формируется сигнал, совпадающий с моментом

отпускания платформы, а на самой платформе возникает затухающий виброударный процесс от срабатывания механизма захвата. Сигнал с дополнительного выхода механизма захвата блоком задержки задерживается на время, необходимое для затухания виброударного процесса, а затем приводит в действие блок измерения и хранения мгновенного значения сигнала, который измеряет сигнал на выходе датчика, находящегося в свободном падении, и хранит результат в течение времени, необходимого для свободного равгона, формирования ударного импуль.са и завершения цикла вычисления блоком деления. Пиковый вольтметр измеряет и хранит значение сигнала, соответствующее пиковому .ударному ускорению. Па выходе блока деления, после завершения цикла вычислений присутствует результат измерения пикового ударного ускорения.

Таким образом, предложенный способ измерения пикового ударного ускоIрения и устройство для его осуществления позволяют повысить точность измерения.

1. Способ измерения пикового ударного ускорения на ударных стендах свободного падения, включающий измерение выходного сигнала датчика ускорения в момент действия пикового ударного ускорения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно измеряют сигнал на выходе датчика ускорения в момент свободного падения платформы с датчиком, а пиковое ударное ускорение определяют как отношение величины выходного сигнала датчика ускорения, измеренного в момент действия пикового ударного ускорения, к величине выходного :сигнала датчика ускорения при свободном падении платформы. 2. Устройство для измерения пикового ударного ускорения на ударных стендах свободного падения, содержащее ударный стенд свободного падения с механизмом захвата платформы, датчик ускорения, закрепленный на платформе, выход которого через согласующий усилитель соединен с пиковым вольтметром, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измеренияj в его состав введены блок задержки, блок измерения и хранения мгновенного зна чения сигнала и блок деления, а ме(Л ханизм захвата выполнен с дополнительным электрическим выходом/ причем электрический выход механизма захвата через блок задержки соединен с управляющим входом блока из§ мерения и хранения мгновенного значения сигнала, второй вход блока измерения и хранения соединен с выходом согласующего усилителя, а вы00 ходы пикового вольтметра и блока измерения и хранения мгновенного значения сигнала соединены соответствен но с входами делимое л делитель блока деления. 1C л