Способ измерения пространственной вибрации точки тела и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01P15/09 G01P21/00 

®tt.f

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в виброметрии при исследовании пространственной вибрации различных конструкций, в том числе деталей и узлов работающих механизмов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения пространственного положения, модуля и фазы вектора колебательного ускорения точки тела.

В качестве прототипа для устройства выбран трехкомпонентный виброприемник, состоящий из многогранника, выполненного в форме куба, закрепленного к исследуемой точке тела, на трех взаимно перпендикулярных гранях которого закреплены три акселерометра, измерительные оси которых образуют пространственную координатную систему OXYZ.

Недостатком известного устройства является низкая точность определения искомых параметров пространственного вектора колебательного ускорения W(t) в случае использования в его составе акселерометров с малыми коэффициентами поперечной чувствительности (менее 10%), В этом случае из набора козффициен fjf, Л,Л,,ГТ

тов ki, , кз И. 1з, 1з, mi, ma, гпз имеется возможность точного определения во всем динамическом диапазоне работы виброиз- мерительнрго устройства только коэффициентов ki, 2, и тз, а B03MO)j HpjCTj определения коэффициентов ki, ka, И, з и mi, ma связана с известными трудностями.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения пространственной вибрации, заключающемся в установке в исследуемую точку трехкомпонентного акселерометра и измерения амплитудных значений генерируемых каждым из акселерометров электрических сигналов, дополни- тельно измеряют фазы электрических сигналов, генерируемых каждым из акселерометров, а модуль, фазу и углы пространственного вектора колебательного ускорения, образуемые с осями прямоугольной системы координат, жестко связанной с виброизмерительным устройством, определяют по значениям измеренных амплитуд и фаз электрических сигналов, генерируемых каждым акселерометром, и заданных постоянныхкоэффициентовданноговиброизмерительного устройства.

В устройстве для осуществления способа, состоящем из многогранника с закрепленными на его гранях тремя акселерометрами со связанной с ним простран- ственной ярямоугольной системой

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

координат, многогранник выполнен в виде правильной четырехугольной пирамиды с углом наклона боковых граней к плоскости

основания, равным tp arccos -ляг, причем

одна из осей пространственной прямоугольной системы координат направлена по высоте пирамиды, а две другие лежат в плоскости основания и проходят через его две вершины.

Повышение точности измерения компонент искомого вектора колебательного ускорения при прочих равных условиях может быть достигнуто за счет выполнения многогранника в виде правильной четырехугольной пирамиды с углом наклона боковых граней к плоскости ее основания

р arccos -15- и ориентации пространственной прямоугольной системы координат так, что одна из осей направлена по высоте пирамиды, а две другие лежат в плоскости основания и проходят через его две вершины.

Данное устройство изображено на фиг. 1, на которой обозначены акселерометры 1-3, многогранник 4 в форме пирамиды, пространственная прямоугольная система координат 5, жестко связанная с многогранником 4.

При такой форме многогранника и ориентации пространственной прямоугольной системы координат OXYZ проекции нормалей к боковым граням пирамиды на оси ОХ, От и OZ будут все равны по модулю, что обеспечивает при использовании однотипных акселерометров с различными коэффициентами поперечной чувствительности однопорядковость коэффициентов ki. It, mi. Это повышает достоверность определе- ,ния фазовых характеристик рь, fl, fm в более широком динамическом диапазоне амплитуд, поскольку в этом случае проекции векторов чувствительностей всех акселерометров на координатные оси будут близки по величине между собой.

Применение указанной конструкции при осуществлении предложенного способа повышает точность определения параметров вектора колебательного ускорения в широком динамическом диапазоне за счет повышения точности определения постоянных коэффициентов кь It, mi, у(, ф, ipm данного виброизмерительного устройства.

С целью подтверждения работоспособности предложенного способа измерения пространственной вибрации была изготовлена экспериментальная установка, блок- схема которой представлена на фиг. 2, где

электродинамический вибратор 6 типа 4811 фирмы Брюль и Къер. сменный переходник 7. трехкомпонентный акселерометр 8 типа ДНЗ,измеритель 9 вибрации и шума типа ВШВ-СОЗ, переключатель 10 типа ПМФ, генератор 11 синусоидальных сигналов типа 1025 фирмы Брюль и Къер. усилитель 12 мощности типа фирмы Брюль и Къер, измеритель 13 разности фаз типа Ф2-28.

В качестве виброизмерительного устройства использовался трехкомпонентный вибропреобразователь типа ДНЗ, закрепляемый с помощью шпильки на наклонной поверхности съемного переходника 7, закрепляемого на вибростоле 6.

Предварительно были определены постоянные коэффициента вибропреобразо- вэтеля ДНЗ (фазы сигналов измерялись относительно сигнала генератора рг синусоидальных сигналов).

Формула изобретения 1. Способ измерения пространственной вибрации точки тела, заключающийся в установке в исследуемую точку трехкомпо- нентного акселерометра и измерении амплитудных значений, генерируемых каждым из акселерометров электрических сигналов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения пространственного положения, модуля и фазы вектора колебательного ускорения исследуемой точки, дополнительно измеряют фазы электрических сигнапов, генерируемых каждым из акселерометров, а модуль, фазу и углы пространственного вектора колебательного ускорения, образуемые с осями прямоугольной системы координат, жестко связанной с виброизмерительным устройством, определяют по значениям измеренных амплитуд и фаз электрических сигналов, генерируемых каждым акселерометром, и заданных постоянных коэффициентов данного виброизмерительного устройства.

2. Устройство для измерения пространственной вибрации точки тела, состоящее

из многогранника с закрепленными на его гранях тремя акселерометрами со связанной с ним пространственной прямоугольной системой координат, отлмчающее- с я тем, что. с целью повышения точности

определения модуля, фазы и углов пространственного вектора колебательного ускорения, образуемых с осями системы координат, за счет повышения точности определения постоянных коэффициентов

виброизмерительного устройства, многогранник выполнен в виде правильной четырехугольной пирамиды с углом наклона боковых граней к плоскости основания, равным ty arccos -гя. причем одна из осей

пространственной прямоугольной системы Координат направлена по высоте пирамида, а две другие лежат в плоскости основания и проходят через две его вершины.

Фиг

Использование: измерение кинематических параметров колебательных процессов механических систем при исследовании их динамических характеристик Сущность Z изобретения: для измерения используют виброизмерительное устройство, состоящее из трех линейных акселерометров, образующих своими измерительными осями трехмерный пространственный базис, измеряют амплитуды и фазы электрических сигналов, генерируемых каждым из акселерометров, и величину модуля и фазы вектора колебательного ускорения и углы, характеризующие его ориентацию в системе координат, связанной с измерительным устройством, определяют по специально разработанным формулам с использованием постоянных коэффициентов данного виброизмерительного устройства. Конструкция предлагаемого виброизмерительного устройства содержит три акселерометра 1-3, закрепленных на гранях четырехугольной пирамиды 4, которая размещена в пространственной системе координат 5. 2 с.п. ф-лы, 2 ил (Л С 00 го о о о 00