Способ измерения ускорений объекта Советский патент 1989 года по МПК G01P15/08 

сд

(Х {.

О)

при наличии поперечных угловых колебаний ускорения в контрольных точках 1 - 4 можно представить в виде

SP . а

г .Р «а, ар + а о

3 .

а

i

(О

+ а.

+ а

«3

(2)

а

Р + i

+ а,

315009464

Изобретение относится к измери- поперечные ускорения в контрольных тельной технике, а именно к способам точках вибростола превышают ускорения измерения ускорений движения объекта. в рабочем (продольном) направлении.

. Целью изобретения является упрО1че- ние измерения ускорений объекта за счет сокращения числа датчиков и измерительных каналов, соединяющих датчики с регистрирующей аппаратурой.

На фиг. 1 приведено распределение JQ ускорений в контрольных точках; на .фиг. 2 - принципиальная схема устройства дпя реализации предлагаемого способа.

Однокомпонентные пьезодатчики 1-15 4 закреплены на рабочей поверхности стола 5 вибростенда в точках, лежащих а на взаимно перпендикулярных осях X и Z (фиг. 2) по разнь1е стороны от линии, проходящей через центр масс объ- 20 где а акта и параллельной его продольному движению. Рабочие оси датчиков ориентированы в одну сторону в продольном направлении (по оси Y, фиг. 1).

Электрические выходы датчиков 1 - 25 4 через согласующие усилители 6-9 (фиг. 2) соединены с ари11)метическими устройствами 10 - 12, выходы которых подключены к регистрирующим устройствам 13 - 15. Вибростол 5 (фиг. 1) с 30 помощью упругого, например мембранного, подвеса 15 удерживается в определенном положении относительно неподвижной части (магнитопровода) 17.

Упругий подвес 16 вибростола обыч-з5 нь1ми составляющими (а , а„ , а , но выполняется из одинаковых мембран. з

В этом случае центр жесткости (т. 0) 4 пренебречь, лежит на оси симметрии посередине между мембранами. Таким образом, расстояние от рабочей поверхности вибро-40 стола 5 до центра жесткости упругого подвеса б является постоянной величиной - конструкт шным параметром вибростенда.

Арифметические устройства 10 - 12 45 могут быть реализованы, например, на

а,

-ускорение поступательного движения вибростола в продольном направлении .(Y) ;

-касательные составляющие ускорений, вызванных угло- колебаниями вокруг оси Z (по О з у фиг. 1);

а , а - касательные составляющие ускорений, вызванных угловы ми колебаниями вокруг оси X (по q, фиг. 1, а

лежащие в плоскости .YOZ, на фиг. 1 не показаны), . При измерении продольного, и поперечного ускорений вибростола нормальДействительно, пусть угловые колебания вокруг оси Z (по tfj описьтают- ся уравнениями.

г 02 sin V t, V t, . Vsin -О t

(3)

тогда дпя контрольной т. 1 имеем

операционных усилителях.

Способ осуществляется следующим образом.

При возбуждении продольного коле- rg

батального движения вибростола 5 с ycKOpaHHeSi Зр (в направлении Y, фиг. 1) в некоторых поддиапазонах частот рабочего диапазона вибростенда Возбуждаются интенсивные паразитные « поперечные (боковые) колебания вибростола 5, вызванные его угловыми колебаниями вокруг центра жесткости (т. 0) упругого подвеса 16. При этом нередко

при наличии поперечных угловых колебаний ускорения в контрольных точках 1 - 4 можно представить в виде

SP . а

а

i

(О

г .Р «+ а.

ар + а о

.

+ а

«3

(2)

а

Р + i

+ а,

-ускорение поступательного движения вибростола в продольном направлении .(Y) ;

-касательные составляющие ускорений, вызванных угло- колебаниями вокруг оси Z (по О з у фиг. 1);

- касательные составляющие ускорений, вызванных угловыми колебаниями вокруг оси X (по q, фиг. 1, а

лежащие в плоскости .YOZ, на фиг. 1 не показаны), измерении продольного, и попеускорений вибростола нормаль 4 пренебречь,

Действительно, пусть угловые колебания вокруг оси Z (по tfj описьтают- ся уравнениями.

пренебречь,

г 02 sin V t, V t, . Vsin -О t

(3)

тогда дпя контрольной т. 1 имеем

Van iwetKi

(а«, )

MOIKC

.С (t |rOMc KC - (t/02V) ri ()максЧ Г,

Ч с

Soz Г,

(4)

SQ tfoz Наибольшая дуга .

при угловых колебаниях контрольной т. 1 вокруг оси Z; г, - расстояние от центра качания (т, 0) вибростола 5 до контрольной т. I, лежащей

5 15009466

на рабочей поверхности этогог иг - расстояние от конт- вибростола.рольных т. I и 2 до Наибольшие поперечные колебанияцентра жесткости вибростолов лежат в области 100 -(т. 0). 250 Гц; 1500-4500 Гц. В этом случае Из (8) и (5) следует, что S 1 поэтому величиной а можно пренебречь. Аналогично можно пре-.

небречь и величиной а....а ,.. (,) г-- (9)

ап, 2 -- bv

Если бы в контрольньк т. 1 и 2 бы- |g

ли установлены специальные датчики.

Аналогичными paccv sцeния ш для

для измерения поперечных ускорении„ ,

,. контрольных т. J и ч при угловых ковибростола, то рабочие оси этих датчи- л,, / .

- -лебаниях вокруг оси ОХ (на сС,) в проков были бы ориентированы в направле- -j ц

„ „.дольном направлении получаем НИИ оси X. Тогда поперечные ускоре- 15

ния, измеренные в контрольных т. 1 и j

2, можно было бы определить, проекти- З з Р э

рун () и (2) на ось X, / /,

а а. а р + а о sin с/ (10)

4 V . 4

20

Изобретение относится к измерительной технике. Способ измерения ускорений объекта позволяет с помощью всего четырех датчиков определять ускорения объекта одновременно как в продольном, так и в двух взаимноперпендикулярных поперечных направлениях. Однокомпонентные пьезодатчики 1, 2, 3, 4 закреплены на рабочей поверхности стола 5 вибростенда в точках, лежащих на взаимноперпендикулярных осях Х и Z по разные стороны от линии , проходящей через центр масс объекта и параллельной его продольному движению. Рабочие оси датчиков ориентированы в одну сторону в продольном направлении (по оси У). Продольное ускорение определяют как среднеарифметическое значение показаний датчиков и одновременно определяют поперечные ускорения в направлении каждой из двух осей по определенной формуле. 2 ил.

а, cos с/, - 2

а a,cosci i: h, а„ а а , (а - а) ,( 1 1) ; (5)

где 2 угловое ускорение поперечных где а , а - ускорения в продольном угловых колебаний вибростоланаправлении (по Y), извокруг оси Z;меренные в контрольных;

h - расстояние от центра жестко- т. 3 и 4;

сти упругого подвеса стола ,+b -расстояние между койт- вибростенда (точка 0) до егорольными т. 3 и 4

рабочей поверхности.(фиг. 2);

По предлагаемому способу специаль- а , а/, -касательные ускорения в ныедатчики поперечных ускорений отсут-35 контрольных т. 3 и 4, ствуют. Измерения ускорений в конт- -;возникающие при угловых

рольных т. 1 и 2 производятся только колебаниях вибростола

в продольном направлении по оси Y) .по cf.

Тогда, проектируя (1) и (2) на ось Y, Дпя измерения ускорения в рабочем получаем ускорения, измеряемые в кон- направлении согласно предлагаемому трольных т. 1 и 2 в продольном напра- способу необходимо просуммировать и вленииразделить на четыре мгновенные значения сигналов датчиков I - 4. В этом

а,, а, ар - а si-n , (6) случае, суммируя (6), (7), (10) и

45 деля на четыре, получаем

2v а, ар + а sin . (7) а.+а.+аз+а „ . (a gsino -ag sino.) .

4 - - а т I -4- Р 4 Вычитая (6) из (7), получаем

. СП . (al4 t/4 -а 13 ) /.оч , (+50 +

+ al ,sino( 5, г - + , г

г ,j г, При b b 2

(b, + b) b , (8) 55 a-,1 sino(2- a ,sino, 0 (13)

при bj b

где b j( b ,+b - расстояние между i .

контрольными т. 1и2; а sin а sino 0. (14)

При этом поперечное ускорение равИз (12), (13), (14) следует, что

Ь Ь,; Ь Ь, продольное ускорение

поступательного перемещения вибростола 5 а р измеряется без систематичес- кой погрешности, вызванной поперечными колебаниями вибростола

+ а 1 + а + а i

(15) 10

Ь 1

1

Ь, Ь,

сие тематическая

погрешность от влияния поперечных ускорений (а sin о(- а t sin 0(3) уменьшается в два раза по- сравнению с вариантом, когда для измерения продольного ускорения используется только два датчика.

Действительно, из (10) следует

а4 + аэ

а f sin 0(4 , Р fSinc 2

(16)

Таким образом для измерения продольного ускорения вибростола 5 необходимо с помощью арифметического устройства 12, подключенного к выходам датчиков 1 - 4 через согласующие усилители 6-9, суммировать .и делить на четыре мгновенные значения сигналов датчиков, Полученньй на выходе арифметического устройства 12 электрический сигнал будет пропорционален продольному ускорению вибростола. При- этом систематическая погрешность из-за угловых поперечных колебаний может быть исключена (Ь , b ; b b) или существенно уменьшена (Ь Ь J bj j b) при определенном расположении датчиков 1 - 4 на рабочей поверхности вибростола 5.

Для измерения поперечного ускорения в направлении X используются электрические сигналь датчиков 1 и 2, Эти сигналы, пропорциональные ускорениям а (формула 6) и а (формула 7), через согласую1цие усилители 6 и 7 подаются на арифметическое устройство 11, с помощью которого определяется разность мгновенных значений ускорений (а - а ,) , кот орая используется для определения поперечного ускорения

в направлении X.

I

Поперечное ускорение в направлении Z определяется аналогично по формуле (11). При этом используются электри

г

0

5

0

5

35

ЗО о

55

45

50

ческие сигналы с датчиков 3 и 4 и арифметическое устройство 10.

При виброиспытаниях аппаратуры и приборов пpe v ягaeмьй 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 повьпаает качество виброиспытаний.

Формула изобретения

Способ измерения ускорений объекта, заключающийся в том, что измеряют мгновенные текупще значения ускорений в четырех контрольных точках на рабочей поверхности объекта с помощью датчиков, рабочие оси которых ориентированы в одну сторону параллельно движению объекта,, и онределяют продольное ускорение как среднеарифметическое значение показаний датчиков, отличающийся тем, что, с целью упрощения измеренж за счет сокращения общего числа, используемых датчиков, перед измерением датчики располагают в вершинах четырехугольника, диагонали которого взаимоп рпен дикулярны и параллельны направлениям- измерения поперечных ускорений, причем точка пересечения диагоналей лежит на линии, проходящей через центр масс объекта и параллельной его рабочему движению, и одновременно с определением продольного ускорения определяют .поперечные ускорения в на- правлении каждой из двух осей по

формулеhj

а„,. (а. - а,.) г ,

1,,. - поперечное ускорение в i-м направлении;

, а, .-мгновенные текущие значения ускорений, измеренные в продольном направлении датчиками, установленными в двух точках на одной диагонали четырехугольника, параллельной i-му поперечному направленно;

h. - расстояние от центра жесткости упругого подвеса . объекта до его рабочей поверхности;

Ь. - расстояние между контрольными точками, в которых

где

измеряют а

ti

и а

1Г

ю

17