Способ исследования резонансных колебаний малогабаритного светящегося объекта и прибор для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01H9/00 

Изобретение относится к измерительно технике и может быть использовано при исследовании светящихся элементов радиоэлектронных и электротехнических изделий (тела накала и т.п.), подверженных действию вибраций.

Известен способ исследования резонансных колебаний малогабаритных светящихся деталей, включающий возбуждение гармонических колебаний с постоянной амплитудой при плавном изменении частоты, получение изображения светящегося элемента в поле зрения при помощи светофильтра и определение резонансной частоты путем регистрации значения частоты вынужденных колебаний, при которой изображение светящегося элемента максимально

отклоняется от своего исходного положения.

Недостатком этого способа является низкая точность определения резонансной частоты, при которой погрешность оценки достигает 40%.

Известен способ исследования резонансных колебаний малогабаритного светящегося объекта путем формирования его увеличенных изображений в одной и той же плоскости, возбуждения колебаний объекта постоянной амплитуды и плавно меняющейся частоты в плоскости, параллельной плоскости изображений, наблюдения за получаемыми изображениями и выявления резонансного состояния объекта по максимальному значению отклонения изображения от их начального состояния.

Получаемые изображения, в силу их большого размера, становятся более удобными для наблюдения, однако при большой частоте колебаний их контуры становятся размытыми, в силу чего произвести достаточно достоверную оценку величины амплитуды колебаний изображения представляется затруднительным. Это влияет на точность и достоверность результатов измерений.

Цель изобретения - повышение точности и достоверности результатов измерений, а также облегчение выявления резонансного состояния объекта по сравнению с вышеуказанным известным способом, принятым нами в качестве прототипа, путем повышения удобства наблюдения.

Поставленная цель достигается тем, что при исследовании резонансных колебаний малогабаритного светящегося объекта путем формирования его увеличенных изобра- жений в одной и той же плоскости, возбуждения колебаний объекта постоянной амплитуды и плавно-меняющейся частоты в плоскости, параллельной плоскости изображений, наблюдения за получаемыми изображениями и выявления резонансного состояния объекта по максимальному значению отклонения изображений от мх начального состояния,- в отличие от способа-прототипа, формируют по меньшей мере два изображения, соответствующих виду на объект из одной и той же точки, первое из которых синтезируют из мгновенных изображений одной из половин объекта в одной или нескольких фазах его колебательного движения, а второе - из мгновенных изображений - другой половины объекта в фазах, следующих одна за другой со скоростью, удобной для наблюдения, причем границу между изображениями половин объекта устанавливают параллельной направлению возбуждения его колебаний.

Пе рвое изображение является таким образом изображением объекта только в одной или нескольких фазах и поэтому представляется неподвижным, хотя вследствие изменения амплитуды колебаний, оно является изменяющимся или подменным, хотя и со скоростью, значительно уступаю0 щей скорости перемещения второго изображения. Первое изображение в случае, когда оно представляет фазы, соответствующие изменениям направления движения объекта, нетрудно использовать для оценки или

5 измерения амплитуды колебательного движения, а на основании второго изображения нетрудно судить какие именно фазы представлены на первом с тем, чтобы внести необходимые коррективы и получить

0 изображение именно в тех фазах, которые являются удобными для выполнения указанных операций оценки или измерения амплитуды.

Для реализации предложенного спосо5 ба предлагается прибор, ближайший аналог которого представляет собой прибор для исследования резонансных колебаний малогабаритного светящегося объекта, предназначенный для осуществления опи0 санного выше способа-прототипа.

Прибор-прототип содержит вибростол

для установки на нем исследуемого объекта,

связанный через усилитель мощности с ге нератором колебаний постоянной амплиту5 ды и задаваемой частоты, и несколько оптических проекционных систем с экраном для получения изображений объекта, представляющих собой виды на объект из различных точек.

0 Последнее позволяет более полно выявить особенности колебаний объекта в различных направлениях, хотя получаемое изображение в силу размытости их краев не позволяет с достаточной точностью опреде5 лить величину амплитуды колебаний, что затрудняет проведение исследований.

Упомянутая ранее цель изобретения достигается тем, что предложенный нами прибор для исследования резонансных

0 колебаний малогабаритного светящегося объекта, содержащий вибростол для установки на нем исследуемого объекта, связан- ный через усилитель мощности с генератором колебаний постоянной ампли5 туды и задаваемый частоты, и по меньшей мере одну оптическую проекционную систему, включающую по меньшей мере одну линзу и экран для получения изображения объекта, в отличие от прототипа, снабжен прерывателями половин светового потока

пр меньшей мере одной из оптических систем, смонтированными вблизи фокуса линзу, выполненными, например, в виде дисков с прорезями, закрепленных на валах, расположенных в плоскости, перпенди- кулярной направлению колебаний вибростола, приводом прерывателей, содержащим устройства для изменения скорости вращения одного прерывателя относительно другого и либо один общий, либо два индивидуальных электродвигателя, и блоком питания электродвигателей, связанным с генератором колебаний постоянной амплитуды и задаваемой частоты и содержащим второй усилитель и устройство дли сдвига фазы сигнала, подаваемого -на второй усилитель, например в виде конденсатора переменной емкости.

Прерыватели половин светового потока по меньшей мере одной оптической проекционной системы могут иметь привод от одного электродвигателя, связанного с одним из них либо непосредственно, либо через механическую передачу с отношением m:n и с другим - через механическую передачу

К ± 1

с отношением mi:ni --- , где m, n, mi, т,

К

- целые числа, а К - целое число, представляющее собой отношение задаваемой частоте, колебаний объекта к задаваемой частоте пульсаций второго изображения.

Прерыватели половин светового потока по Меньшей мере одной оптической проекционной системы могут иметь приводы от индивидуальных электродвигателей, один из кфторых может быть связан с соответствующим прерывателем либо непосредственно, либо через механическую передачу с отношением m:n, э другой - с другим прерывателем через механическую передачу с от- К ±1

ношением mum

К

где m:n:.mi:ni целыр числа, а К - целое число, представляющее собой отношение задаваемой частоты колебаний объекта к задаваемой частоте пульсации его второго изображения.

Прерыватели половин светового потока по меньшей мере одной оптической проек- ционНой системы могут быть снабжены ин- дивид|уальными приводами от асинхронных электродвигателей, привод одного из кото рых м|)жет быть снабжен управляемым тор- мознь)м устройством.

Наконец, прерыватели половин светового потока по меньшей мере одной оптической проекционной системы могут быть снабжены индивидуальными приводами от электродвигателей переменного тока, один из котфрых может быть выполнен синхронным, а другой асинхронным, причем привод

от асинхронного электродвигателя может быть снабжен управляемым тормозным устройством.

Проведенные исследования по патент- 5 ной и научно-технической литературе (см, прил. справку) убедили нас в том, что способы исследования движущихся объектов на основе одновременного анализа их неподвижного и движущегося со скоростью удоб0 ной для наблюдения изображений в настоящее время не известны.

Новой по отношению к достигнутому уровню техники является также такая особенность заявляемого технического реше5 ния как получение обоих изображений из одного и того же светового потока путем его деления на две половины, вследствие чего оба изображения представляют собой виды на объект, как бы полученные из одной точ0 ки.

На фиг. 1 представлена принципиальная схега предлагаемого прибора с приводом прерывателей от общего электродвигателя, вид в плане; на фиг. 2 и 3 разрезы

5 А-А и Б-Б фиг. 1; на фиг. 4 - принципиальная схема предлагаемого прибора с приводом прерывателей от индивидуальных электродвигателей, в котором привод одного из прерывателей снабжен механической

0 передачей; на фиг. 5 принципиальная схема предлагаемого прибора с приводом прерывателей от индивидуальных электродвигателей, в котором привод одного из прерывателей снабжен асинхронным элект5 родвигателем и тормозным устройством.

Прибор содержит вибростол 1, предназначенный для приведения в колебательное движение устанавливаемой на нем электролампы 2, нить накала которой представляет

0 исследуемый объект. Напряжение к электролампе 2 подводится от источника питания 3, Для привода вибростола 1 в колебательное движение в приборе имеется генератор синусоидального сигнала 4 постоянной ам5 плитуды и регулируемой частоты, связанный с ним через усилитель 5, Для получения изображения нити накала на экране б в приборе имеется оптическая проекционная система, содержащая линзу 7 или экви0 валентную ей систему линз. Оптическая система снабжена, кроме того, двумя прерывателями светового потока, выполненными, например, в виде закрепленных на соответствующих валах дисков 8 и 9, имею5 щих прорези 10 и 11 (см. фиг. 2). Диски 8 и 9 установлены таким образом, что каждый из них перекрывает только свою половину светового потока, проходящего через оптическую проекционную систему к экрану 6. Валы 12 и 13 прерывателей 8 и 9 кинематически связаны через механические передачи, содержащие шестерни 14...18 с электродвигателем 19, который, предпочтительно, должен быть выполнен в виде синхронного электродвигателя переменного тока, например, часового типа. Для питания электродвигателя 19 в приборе имеется второй усилитель 20, связанный через устройство для сдвига фаз 21, выполненный, например, в виде конденсатора переменной емкости, с генератором задаваемых синусоидальных сигналов 4. При этом валы 12 и 13 параллельны оптической оси оптической проекционной системы и находятся по разные от нее стороны в плоскости, перпендикулярной направлению колебаний вибростола 1. Работа прибора осуществляется следующим образом. Синусоидальный сигнал, вырабатываемый генератором 4, усиливается усилителем 5 и подается на вибростол 1, который приводит исследуемую лампу 2 в колебательное движение с постоянной амплитудой и с частотой, равной частоте сигнала, задаваемого генератором 4. Одновременно тот же синусоидальный сигнал поступает на устройство сдвига фаз 21 и через него на второй усилитель 20, формирующий ток питания статорной обмотки электродвигателя 19. Ротор электродвигателя 19, как известно, вращается со скоростью, связанной с частотой питающего тока следующей зависимостью:

fi 60 .

п

I

где п - количество оборотов ротора в мин;

f 1 - частота сети переменного тока питания в Гц;

.1 - число пар полюсов статора.

При , что соответствует часовому двигателю гистерезисного типа, количестве прорезей в диске 8, равном 1, и передаточном отношении передачи 16-17-18, равном 1:1, количество оборотов диска 8 будет в точности равным частоте колебаний исследуемого объекта, в свою очередь равной частоте задаваемых синусоидальных колебаний (например, при .0 Гц об/мин). Это приводит к тому, что при каждом открывании соответствующей половины светового потока прорезью 10 изображение, получаемое на экране 6 будет изображением нити накала лампы 2 только в одной из фаз ее колебательного движения. Получаемое таким образом изображение будет неподвижным.

Наряду с этим, при количестве прорезей 11, равном 1, и передаточном отношении передачи 16-15-14, равном, например, 21:20, диск 9 будет несколько запаздывать

по отношению к диску 8, благодаря чему при открывании прорезью 11 другой половины светового потока на экране 6 будет каждый раз появляться изображение, сдвинутое на 1/20 полного периода по отношению к предыдущему. Такое изображение будет перемещаться со скоростью соответствующей

отдельных изображений в минуту

0 (3 изображения в сек). Понятно, что если передаточное отношение упомянутой передачи принять равным, например, 20:21, эффект будет тем же, за исключением того, что подлинное изображение будет перемещать5 ся в обратную сторону.

При изменении частоты fi, и ее приближении к частоте собственных колебаний нити накала, то есть при ее вступлении в область резонансных колебаний, амплитуда

0 этих колебаний увеличивается, что можно без труда установить по подвижному изображению и, кроме того, также по неподвижному изображению, если только наблюдаемая на нем фаза соответствует из5 менению направления движения нити. Пре- вод неподвижного изображения нити именно в эту удобную для измерения фазу осуществляют с помощью устройства для сдвига фаз 21, например, путем регулирова0 ния емкости конденсатора переменной емкости. Тем не менее, для проведения измерений амплитуды резонансных колебаний более удобным является получение не подвижного изображения объекта 5 одновременно в двух противоположных фазах, соответствующих изменениям направления движения объекта, что в данном примере может быть в частности получено увеличением количества прорезей 10 до 0 двух, диаметрально противоположных, или изменением передаточного отношения передачи 16-17-18 до 1:2.

Благодаря тому, что валы прерывателей

8 и 9 находятся в одной и той же плоскости, 5 перпендикулярной направлению колебаний вибростола 1, и граница между изображениями половин исследуемого объекта в основном совпадает с направлением его колебаний.

0 Не меняя сущности изобретения, пред-, лагаемый прибор можно выполнить с индивидуальными приводами прерывателей 8 и

9 от электродвигателей 22 и 23 (см. фиг. 4), причем прерыватель 9 можно закрепить на 5 валу ротора электродвигателя 23 непосредственно, а прерыватель 8 связать с электродвигателем 22 через механическую передачу, состоящую из шестерен 24 и 25, с К±1

отношением 1:

К

(например, 20:21, как

в предыдущем примере). При изменении количества полюсов в обмотке статора или при изменении количества прорезей диска 8, это отношение может соответствующим образом измениться, хотя его всегда можно представить в виде выражения К±1

mi:m

К

где mi.ni,К - целые числа. Необходимость изменения может коснуться и кинематической связи между прерывателем 9 и электродвигателем 23, что может выразиться в необходимости установки между ними механической передачи с отношением

m:n

где тип- целые числа (на чертеже не показана).

Для привода прерывателей можно также использовать асинхронные электродвигатели переменного тока, если только их нагрузка и соответственно величина скольжения окажется незначительной. В этом случае (см, фиг. 5) для получения подвижного изображения полезно использовать регулируемое тормозное устройство 24, введение в работу которого позволяет замедлить до необходимой величины-скорость вращения прерывателя 8. само собой разумеется, что для привода прерывателя 9 можно в этом случае использовать и синхронный электродвигатель, что, естественно, дает преимущество в виде отсутствия необходимости в подстройке фазы неподвижного изображения из-за неизбежного скольжения асинхронного электродвигателя.

Положительный эффект предлагаемого технического решения заключается в существенном облегчении выявления резонансного состояния обьекта, Это достигается путем значительного повышения удобства наблюдения за его состоянием и удобства измерения амплитуды его колебаний, что также способствует повышению точности ее измерений и достоверности последних.

Формула изобретения 1. Способ исследования резонансных колебаний малогабаритного светящегося объекта, заключающийся в том, что формируют его увеличенные изображения в одной и той же плоскости, возбуждают колебания объекта постоянной амплитудой и плавно меняющейся частотой в. плоскости, параллельной плоскости изображений, а резонанс колебаний объекта .определяют по максимальному значению отклонения изо- бражений от их начального состояния, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверно сти измерений, упрощения выявления резонанса объекта путем повышения удобства наблюдений, формируют не менее двух изображений, соответствующих виду на объект из одной и той же точки, первое из которых синтезируют из мгновенных изображений одной из половин объекта в одной или нескольких фазах его колебательного движения, а второе - из мгновенных изображений другой половины обьекта в фазах, следующих одна за другой со скоростью визуальной регистрации, причем границу между изображениями половин объекта устанавливают

параллельной направлению возбуждения его колебаний.

2, Прибор для исследования резонансных колебаний малогабаритного светящегося объекта, содержащий усилитель мощности, генератор колебаний постоян- ной амплитуды и задаваемой частоты, виб- ростол для установки исследуемого объекта, связанный через усилитель с генератором колебаний, и не менее одной оптической проекционной системы, включающей не менее одной линзы и экран для получения изображения объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности измерений, упрощения выявления резонанса объекта, прибор снабжен двумя прерывателями половин светового потока, установленными с разных сторон оптической беи линзы, приводом прерывателей, содержащим устройство изменения скорости вращения одного прерывателя относительно другого, и блоком питания привода прерывателя, содержащим второй усилитель постоянной амплитуды и задаваемой частоты и устройство сдвига фазы сигнала, связанное с генератором колебаний и вторым усилителем.

Фа2,1

л-л