Устройство для определения плотности закрепления упругих тел, например, балок или пластин Советский патент 1935 года по МПК G01N5/00 

В местах неплотной заделки балок и пластин при механических их колебаниях происходят потери энергии. В ряде вопросов музыкальной акустики, а также в некоторых вопросах вибрзции кораблей, самолетов, рельсов и т. п. бывает необходимо находить эти места неплотных заделок, поглощающих колебательную энергию.

Создающая упругую деформацию сила, имеющая место на балке, будет работать против сопротивления места закрепления. Мгновенные значения этой работы определяются произведением из вращающего момента у места закрепления (пропорционального кривизне балки, где Е-

амплитуда) на угловую скорость вращеd2S

ния -| самого закрепления. Эта угловая

скорость работает против момента сопротивления закрепления, передавая механическую энергию месту закрепления. Таким образом, например, для случая синусоидальных колебаний явление длительного поглощения энергии в закреплении будет иметь место в-том случае,

(РЕ когда угловая скорость , и кривизна

Й2Е,

-2 находятся в фазе. Если в закреплении

потерь энергии не наблюдается, то либо

угловая скорость равна нулю (при

абсолютно плотно зажатой балке), либо

7:3

кривизна - 0 (при опертой балке),

либо угловое перемещение- (а не углоdH . вая cKOpocTb-T- J в фазе с кривизной

(при упругом закреплении), т. е. угловая Скорость опережает кривизну на 90%

либо наконец, угловая скорость - отстает от кривизны на 90° (при массовом закреплении), т. е. угловое перемещение

ЙЕ

-у7 сдвинуто относительно кривизны на

180° во времени.

Таким образом признаком отсутствия потерь в данном закреплении является

тот факт, что угловое перемещение- -

либо в фазе (при упругом закреплении), либо в противоположной фазе (при массовом закреплении) относительно кривизны элемента балки, прилегающеt 3j

го к закреплению.

В предлагаемом устройстве для обнаружения неплотно закрепленных мест применены три или больше приемников колебаний, напр., микрофонов, напряжения на зажимах которых подаются в цепь измерительного прибора таким образом, чтобы по минимальному отклонению последнего можно было судить о выравнивании сдвига фаз между отдельными напряжениями.

Изобретение предусматривает ряд форм выполнения устройства.

На чертеже фиг. 1 изображает схема. тически часть колеблющейся балки; фиг. 2-схему электрических соединений предлагаемого устройства; фиг. 3-видоизмененную схему устройства с угольными микрофонами и фиг. 4-видоизмененную схему устройства с конденсаторными микрофонами.

Три одинаковыхи расположенных на равных близких расстояниях микрофона /, 2 и J (фиг. 2) прикасаются к балке 4 вблизи испытуемого закрепления 5. Балка каким-либо образом приводится в состояние поперечных колебаний изгиба. Сумма напряжений на зажимах микрофонов / и 5 (соединенных последовательно) подается на реостат б со средней точкой, а разность между падением напряжения на половине эгого реостата и напряжением на микрофоне 2 подается на потенциометр 7 большого сопротивления. Общее падение напряжения на этом потенциометре таким образом равно полусумме напряжений крайних микрофонов минус напряжение микрофона среднего, т; е. пропорционально кривизне малого участка 1-3 балки 4.

Знак падения напряжения обусловливается положением двухполюсного переключателя 8.

Далее разность потенциалов между средней точкой реостата б и соединением между микрофонами 7 и 5, пропорциональная угловому перемещению участка 1-3 балки , подается на потенциометр 9. Движки, могущие перемещаться по потенциометрам 7 и 9, соединены с входом усилителя /0; выход этого усилителя соединен с телефоном // или другим индикатором переменного тока /2.

Действие устройства заключается в следующем. Если потерь колебательной энергии в закреплении 5 не происходит, то напряжение на потенциометре 7, пропорциональное кривизне участка /- J балки 4, будет либо совпадать по с напряжением на потенциометре 9, будет ему противоположно. В обослучаях мы можем подобрать таположения движков потенциомев 7 и Я чтобы сигнала на выходе

лителя не наблюдалось. В частности

т подбор может потребовать переброски двухполюсного переключателя S из одного положения в другое (так как этот переключатель определяет направление напряжения на потенциометре 7).

В том случае, если в закреплении 5 имеются потери колебательной энергии и напряжения на обоих потенциометрах будут сдвинуты по фазе, то никакими перемещениями движков мы не сможем добиться отсутствия сигнала. Это последнее обстоятельство и служит признаком потерь энергии в закреплении.

Из анализа схемы фиг. 2 и выщеизложенных соображений вытекает, что признаком отсутствия потерь энергии на вращение и закрепление является синфазность разностей э. д. с., даваемых тремя микрофонами 7, .2, 3.

На фиг. 3 дана схема использования угольных микрофонов для описываемого устройства, причем к этой схеме могут быть целиком отнесены приведенные выще соображения.

Три однотипных угольных микрофона 7, 2 и 5 прикасаются к балке 4 вблизи испытуемого места ее закрепления 5 на разных близких расстояниях один от другого. Эти микрофоны питаются от батареи 75, причем ток каждого микрофона проходит соответственно по добавочным сопротивлениям М, 75, J6, на которых создаются соответствующие падения напряжения. Разность падений напряжения, создаваемая на двух добавочных сопротивлениях, распределяется вдоль потенциометров 77, J8, 19, причем каждый потенциометр имеет движок. Любая пара движков (напр, от потенциометров 18, 19) подается на первичную обмотку трансформатора 20, соединенного обычными способами с усилительной лампой 27; она является первой лампой усилителя, на выходе коего имеется индикатор переменного тока или телефон (как это показано на фиг. 2). Если на какой-либо паре потенциометров 77, 18, 19 можно подобрать такие положения движков (кроме, разумеется, короткого замыкания между ними), что индикатор на выходе покажет нулевое отклонение, то это будет значить, что в данном закреплении нет потерь энергии на изгиб.

На фиг. 4 дана схема устройства, в которой используются конденсаторные

микрофоны. Вблизи балки 4 прикреплены три электрода 22, 23, 24 на равных близких расстояниях друг от друга, причем вся группа располагается вблизи испытуемого места закрепления 5. На самой балке вблизи этих электродов прикрепляется общий гибкий электрод 25, соединенный с батареей 26 непосредственно. Электроды 22, 23,24 соединены с ее противополжным полюсом через три одинаковых трансформатора 27, 28, 29. Вторичные обмотки этих трансформаторов могут быть соединены в любом сочетании так, что на потенциометры 30 и 3J подаются разности напряжений каких-либо двух вторичных обмоток.

Движки обоих потенциометров через трансформатор 32 подаются на сетку первой лампы 33 усилителя, оканчивающегося, как и ранее, телефоном и индикатором.

Если при некотором соединении вторичных обмоток трансформаторов 27, 28, 29 будет возможно найти на потенциометрах 30 и 3J положения движков, соответствующие отсутствию сигналов на выходе усилителя, то это будет значить, что в данном закреплении нет потерь энергии.

Описанные выше устройства могут применяться и для обнаружения мест неплотной заделки пластинок, например резонансовых днищ (дек) музыкальных инструментов, а также обшизки корабельного корпуса и т. п. Для этого приводят деку в колебание и последовательно располагают строенные микрофоны в близких точках периметра пластинки. Вблизи мест неплотного закрепления устройство позволит обнаружить явление расходования энергии.

Предмет изобретен и я.

1. Устройство для определения плотности закрепления упругих тел, например, балок или пластин, отличающееся

тем, что с целью обнаружения неплотно закрепленных мест по возникновению разности фаз колебаний различных точек исследуемого тела, применены три или больше укрепленных в различных точках исследуемого тела приемников колгбаний, например, микрофонов, создаваемые на зажимах которых напряжения подаются на зажимы измерительного прибора таким образом, чтобы можно было по минимальному отклонению прибора судить об уравнивании сдвига фаз между отдельными напряжениями,

2.Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся применением сопротивления 6, на зажимы которого поданы напряжения двух последовательно соединенных микрофонов / и 5 и двух последовательно соединенных потенциометров 7 и 5, подвижные контакты которых использованы для включения измерительного прибора, причем один из потенциометров 7 предназначен для подачи на прибор напряжения, равного разности между падением напряжения на части сопротивления 6 и на приемнике 2, а концы второго соединены со средней частью сопротивления 6 и общей точкой приемников / и 5 фиг. 2.

3.Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что микрофоны включены в цепь источника тока через три равных и соединенных звездой сопротивления J4, 15, 16, наружные концы которых замкнуты между собой при помощи потенциометров /7,18, 19, движки которых использованы для включения измерительного прибора- (фиг. 3).

4.Форма выполнения устройства по п. 1. отличающаяся тем, что в качестве приемников колебаний применены конденсаторные микрофоны, выполненные в виде пластинок 22, 23, 34, расположенных у поверхности исследуемого тела и включенных в цепь источника тока через трансформаторы 27, 28 и 29 (фиг. 4).

сЗЗиг

сЗЗиг.с 6

jvVWWVX

1

ШЖ

Li

1

+/г

IJ

/о

.у

521

а:зиг.4

71 11-1