Устройство для демонстрации и исследования колебаний конструкции Советский патент 1990 года по МПК G09B23/06 

Изобретение относится к учебным приборам по механике, в частности к приборам для исследования колебательного движения

Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей устройства путем демонстрации колебаний конструкции в автоколебательном режиме воздействия.

На фиг.1 представлено устройство для демонстрации и исследования колебаний конструкции, общий вид; на фиг.2 - топкатель магнитоэлектрического преобразователя; на - блок модуляции излучения; на фиг.А - фотоприемник; на фиг.5 - блок формирования управляющих импульсов

Устройство для демонстрации и исследования колебаний конструкции содержит основание 1, установленные на основании опоры 2 и 3, а также установленную на опорах конструкцию, например балку 4. Оптический квантовый генератор 5 (например, газовый ОКГ типа ЛГ-126) снабжен оптической системой для подвода из пучений к поверхности конструкции 4, включающей блок 6 модуляции и, например, коллиматор 7, Кроме того, устройство содержит подключенный к блоку 8 регистрации (например, многоканальный осциллограф типа Н-117) фотоприемник 9 и опжческую систему подвода отраженного от конструкции 4 излучения генератора 5 к фотоприемнику 9, включающую коллиматор 10 и интерференционный фильтр 11, настроенный на длину волны излучения генератора 5. Выход фотоприемника 9 подключен к входу блока 12 формирования управляющих импульсов, Один из выходов которого подключен к блоку 8 регистрации, а другой - к усилителю 13 (например, к усилителю мощности УКУ-020) источнлка механичес

jj4284

жиме внешнего выпуска (например, Г5-26).

Устройство для демонстрации и исследования колебаний конструкции работает следующим обратом.

Запускают оптический квантовый генератор 5. Его излучение, модулированное по амплитуде блоком 6 модуляции с помощью коллиматора 7, подводится к поверхности конструкции 4 (модуляция осуществляется с помощью модулятора 17 с подключенным к нему генератором 19 для обеспечения возможности усиления сигнала, несущего полезную информацию о колебаниях конструкции 4 с помощью узкополосного усилителя 22). Излучение оптического квантового генератора 5

10

Изобретение относится к учебным приборам по механике, в частности к приборам для исследования колебательного движения. Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей устройства путем демонстрации колебаний конструкции в автоколебательном режиме воздействия. Это достигается за счет введения источника излучения, фотоприемника, оптической системы, подвода излучения к конструкции, оптической системы подвода отраженного от конструкции излучения оптического источника, блока формирования управляющих импульсов. Причем источник механических колебаний содержит магнитоэлектрический преобразователь с усилителем и толкателем для взаимодействия с конструкцией. При исследовании колебаний конструкции с помощью фотоприемника регистрируются повороты отражающей поверхности конструкции при ее колебаниях вокруг положения равновесия. Возможность оптической регистрации колебаний шероховатой отражающей поверхности обусловлена существованием большого числа спеклов диаграммы направленности излучения, которые поворачиваются в пространстве при поворотах отражающей поверхности. Сигнал с фотоприемника поступает на блок формирования управляющих импульсов, а с него - на усилитель магнитоэлектрического преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

ких колебаний, содержащего, кроме то- 2Q модулируется по амплитуде колеблющейго, магнитоэлектрический преобразователь 14 (например, динамик 30 ГД-2), при этом магнитоэлектрический преобразователь снабжен толкателем 15, прикрепленным, например, к диффузору 16 динамика 14 (фиг.2). Один из входов усилителя 13 подключен к блоку 8 регистрации,,

Блок 6 модуляции (фиг.З) содержит

ся поверхностью конструкции 4 (как показано дальше при включении оптического квантового генератора 5 подают первый импульс на усилитель 13 25 и магнитоэлектрический преобразователь 14 источника мехаш1ческих колебаний). Модуляция отраженного от конструкции излучения обусловлена поворотами отражающей поверхности

электрический модулятор 17 . например, ™ при колебаниях и, следовательно, по- МЛ-13) с источником 18 напряженияворотами диаграмма отраженного изсмещения рабочей точки модулятора илучения, содержащей большое количество спеклов (имеются в виду диффузно

подключенный к нему генератор 19 поднесущей частоты для обеспечения возможности усиления сигнала, несущего полезную информацию о колебаниях конструкции 4 с помощью узкополосного усилителя (в качестве генератора 19 может быть использован генератор ГЗ-4 1 ).

Фотоприемник ( (фиг04) содержит фотоэлектронный умножитель 20 (например, ФЭУ-31А )с блоком 21 питания и усилитель 22, в качестве которого может быть использован, например, crj- лёктивный микровольтметр .

Блок 12 формирования управляющих импульсов (фиго5) содержит амплитудный детектор 23, активный фильтр 24, в качестве которого может быть использован усилитель с частотно-зависимой положительной обратной связью, выполненный, например, на основе моста Вина, блок 25 преобразования сигнала в прямоугольные импульсы (например, усилитель-формирователь УЗ-29), генератор 26 элект- 1рических импульсов, работаюнп й в ро35

40

45

отражающие поверхности металлических конструкций). Отраженное излучение генератора 5 с помощью оптической системы (коллиматора 10 и интерференционного фильтра 11, настроенного на длину волны излучения оптического квантового генератора 5) подводится к фотоприемнику 9, где сигнал усиливается с помощью узкополэсното усилителя 22 (узкополосный усилитель позволяет избежать помех, вносимых, например, посторонними источниками света, п T.riv), и подается на блок 12 формирования управляющих импульсов, а также на блок 8 регистрации для контроля качества принимаемого сигнала. В блоке формирования управляющих импульсов сигнал поступает на амплитудный детектор 23, с выхода которого снимается сигнал, содержащий информацию о частоте, амплитуда и форма колебании конструкции (посту- 55 пает нп блок 8 регистрации). Этот

сигнал представляет собой периодическую функцию времени, близкую к синусоидальной „ Чтобы устранить влияние

50

модулируется по амплитуде колеблющейся поверхностью конструкции 4 (как показано дальше при включении оптического квантового генератора 5 подают первый импульс на усилитель 13 и магнитоэлектрический преобразователь 14 источника мехаш1ческих колебаний). Модуляция отраженного от конструкции излучения обусловлена поворотами отражающей поверхности

5

0

5

отражающие поверхности металлических конструкций). Отраженное излучение генератора 5 с помощью оптической системы (коллиматора 10 и интерференционного фильтра 11, настроенного на длину волны излучения оптического квантового генератора 5) подводится к фотоприемнику 9, где сигнал усиливается с помощью узкополэсното усилителя 22 (узкополосный усилитель позволяет избежать помех, вносимых, например, посторонними источниками света, п T.riv), и подается на блок 12 формирования управляющих импульсов, а также на блок 8 регистрации для контроля качества принимаемого сигнала. В блоке формирования управляющих импульсов сигнал поступает на амплитудный детектор 23, с выхода которого снимается сигнал, содержащий информацию о частоте, амплитуда и форма колебании конструкции (посту- 5 пает нп блок 8 регистрации). Этот

сигнал представляет собой периодическую функцию времени, близкую к синусоидальной „ Чтобы устранить влияние

0

высших гармоник на формирование управляющих импульсов, в блок введен перестраиваемый фильтр 24„ Сигнал с пего преобразуется в пропорциональные импульсы с помощью усилителя-ограничителя 25 и генератора 26 электрических импульсов. Импульсы с блока 12 поступают на усилитель 13, а затем

содержащее основание с опорами для установки конструкции, источник механических колебаний, блок регистрации отличающееся тем, что, с целью расширения демонстрационных возможностей за счет демонстрации колебаний конструкции в автоколебательном режиме воздействия, оно допол

(сигнал с выхода усилителя контролиру-JQ нительно содержит оптический кванто- ется с помощью блока 8 регистрации)вый генератор, фотоприемник, блок

на магнитоэлектрический преобразователь 14, последний посредством толкателя 15 взаимодействует с конструкцией 4. Таким образом, момент времени подвода механической энергии к конструкции 4 определяется параметрами колебаний конструкции 4. При этом амплитуда колебаний постепенно возрастает по закону, определяемому добротностью колебательной систем.

Установка может быть использована при работе в режиме вынужденных колебаний (оптический квантовый генератор 5 отключен, а частота воздействия источника механических колебаний может быть задана с помощью генератора 26).

Технико-экономический эффект от использования изобретения заключается в расширении демонстрационных возможностей устройства, так как помимо исследования колебаний конструкции в режиме вынуждек;гъ х колебаний обесформирования управляющих импульсов, источник механических колебаний выполнен в виде магнитоэлектрического

15 преобразователя с усилителем и толкателем для взаимодействия с конструк цией, причем квантовый генератор оптически связан с фотоприемником, выходы которого подключены к входу бло20 ка формирования управляющих импульсов и к первому входу блока регистрации, второй и третий входы которого связаны соответственно с первым и вторым выходами блока формирования уп25 равляющих импульсов, второй выход которого также подключен к усилителю магнитоэлектрического преобразователя, соединенного с четвертым входом блока регистрации о

30

2„ Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок формирования управляющих импульсов содержит последовательно включенные амплитудпечена возможность исследования колебаний конструкции в автоколебательном режиме воздействия.

Предлагаемое устройство целесообразно использовать в ВУЗах и техникумах на лекциях и в лабораторном практикуме по механике Формула изобретения

содержащее основание с опорами для установки конструкции, источник механических колебаний, блок регистрации отличающееся тем, что, с целью расширения демонстрационных возможностей за счет демонстрации колебаний конструкции в автоколебательном режиме воздействия, оно дополнительно содержит оптический кванто- вый генератор, фотоприемник, блок

формирования управляющих импульсов, источник механических колебаний выполнен в виде магнитоэлектрического

преобразователя с усилителем и толкателем для взаимодействия с конструкцией, причем квантовый генератор оптически связан с фотоприемником, выходы которого подключены к входу блока формирования управляющих импульсов и к первому входу блока регистрации, второй и третий входы которого связаны соответственно с первым и вторым выходами блока формирования управляющих импульсов, второй выход которого также подключен к усилителю магнитоэлектрического преобразователя, соединенного с четвертым входом блока регистрации о

2„ Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок формирования управляющих импульсов содержит последовательно включенные амплитудный детектор, перестраиваемый фильтр, усилитель-ограничитель, генератор электрических сигналов, причем вход амплитудного детектора является входом блока формирования импульсов,

причем выход амплитудного детектора является первым выходом блока формирования импульсов, а выход генератора электрических сигналов является вторым выходом блока формирования импульсов.

oo

ГЧ

ЧГ чС

C-, LTN

«

чччч

S

J

tv:«u

Фиг.Ч

Фм.5