Устройство для измерения логарифмического декремента затухания механических колебаний Советский патент 1976 года по МПК G01H5/00 

1

Изобретение относится к измерительным приборам общего назначения и предназначено для измерения логарифмического декремента затухания механических колебаний при проведении механических испытаний в машиностроении, строительной технике и в других отраслях промышленности.

Известные устройства для измерения логарифмического декремента затухания механических колебаний, содержащие датчик, усилитель, триггер Шмитта, управляющие триггеры, ключи, разрядное сопротивление, нульорган, генератор импульсов, импульсно-нотенциальную схему совпадения, счетчик и индикационное устройство, имеют малую помехоустойчивость и недостаточную точность.

Для повышения точности измерений помехоустойчивости предлагаемое устройство снабжено токостабилизирующим каскадом, двумя зарядными ключами, двумя накопительными конденсаторами, двумя схемами совпадения, дополнительным триггером и блоком задержки запуска, содержащим два триггера и схему совпадения, счетный вход первого триггера соединен с триггером Шмитта, его выход - с единичным входом второго триггера, выход которого связан с одним из входов схемы совпадения блока задержки запуска, другой вход которой соединен с триггером Шмитта, третий ее вход - с управляющим триггером, причем вход токостабилизирующего каскада связан с выходом усилителя, его выходы через зарядные ключи соединены с накопительными конденсаторами, управляющие входы зарядных ключей соединены с выходами схем совпадения, одни входы которых связаны с выходами блока задержки запуска непосредственно, а другие - через дополнительный триггер.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения логарифмического декремента затухания; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы. Устройство содержит датчик 1, преобразующий механические колебания детали в электрические, усилитель 2, токостабилизирующий каскад, состоящий из резисторов 3, 4, 5, определяющих режим работы каскада и транзистора 6, зарядные ключи 7, 8, выполненные на

полевых транзисторах, накопительные конденсаторы 9, 10, разрядный резистор 11, ключ

12.Для управления ключами 7, 8 служит схема управления, состоящая из схем совпадения

13,14, которые соединены с различными плечами триггера 15, счетный вход которого соединен с блоком задержки, содержащий триггеры 16, 17 и схему совпадения 18. Для формирования сигнала управления для блока задержки и схемы управления ключами служит триггер Шмитта 19. Ключом 12 управляет триггер 20. Для получения результатов измерения в цифровой форме служит нуль-орган 21, триггер 22, генератор 23 импульсов, потенциально-импульсная схема совпадения 24, счетчик 25 импульсов и цифровое индикационное устройство 26.

Перед началом работы схема приводится в исходное состояние, при котором ключи 7, 8 закрыты положительным потенциалом со схем совпадения 13, 14, конденсаторы 9, 10 разряжены, ключ 12 разомкнут, на один из входов схемы совпадения 18 с триггера 20 подан разрешающий потенциал, а на другой с триггера 17 - запрещающий потенциал, на схемы совпадения 13 и 24 поданы запрещающие потенциалы, а на схему совпадения 14 - разрешающий потенциал от триггеров, управляющих ими, счетчик 25 сброшен в нуль.

При ударном воздействии на исследуемую деталь, с которой соединен датчик 1, на выходе последнего появится переменное напряжение или ток с частотой, равной собственной частоте детали, амплитуда которых изменяется по закону затухания колебаний в детали. Сигнал с датчика усиливается усилителем 2 (фиг. 2а). Усиленный сигнал подается на токостабилизирующий каскад и триггер Шмитта 19, на выходе последнего формируется напряжение прямоугольной формы, частота которого совпадает с частотой исходного напряжения (фиг. 26).

Для исключения влияния переходного процесса, возникающего в момент возбуждения детали ударом, предусмотрено включение измерительной схемы по истечении двух периодов с момента начала колебаний, что вполне достаточно для уменьшения влияния переходного процесса до допустимого уровня.

Необходимая задержка производится триггером 16, который опрокидывается отрицательным перепадом напряжения триггера Шмитта 19 и триггера 17, срабатывающего от отрицательного перепада выходного напряжения триггера 16. Таким образом, триггер 17 дает разрешение на схему совпадения 18 только по истечении двух периодов с начала колебаний (фиг. 2в, г, д, е).

При поступлении разрешающего потенциала с триггера 17 на схему совпадения 18 с выхода последней напряжение, сформированное триггером Шмитта 19, поступает на схемы совпадения 13, 14 и счетный ход триггера 15. Так как на один из входов схемы совпадения 14 подан разрешающий потенциал, то при поступлении на другой ее вход сигнала с триггера Шмитта 19 открывается ключ 8. В это же время на токостабилизирующий каскад поступает полуволна синусоидального напряжения с усилием 2 (момент времени ti на фиг. 2). Конденсатор 10 через открытый ключ 8 и транзистор 6 начинает заряжаться от источника Е. В течение полупериода конденсатор 10 зарядится до напряжения Ui, пропорционального интегралу за полупериод, а еледовательно, и амплитудному значению этого же напряжения.

Таким образом, измерение максимального значения напряжения заменено измерением напряжения, пропорционального интегралу за полунериод, что позволяет в значительной мере исключить влияния различного рода случайных помех и высших гармоник, которые неизбежно сказываются в случае измерения максимального значения напряжения.

В момент времени t триггер 15 опрокидывается. Поэтому на схему совпадения 14 подается запрещающий потенциал, а на схему совпадения 13 - разрешающий. Ключ 8 размыкается, и конденсатор 10 сохраняет свой заряд. Затем следующим импульсом с триггера Шмитта 19 ключ 7 замыкается и конденсатор 9 в течение следующей полуволны заряжается до напряжения Uz пропорционального интегралу за второй пол шериод (моменты времени з, 4 на фиг. 2).

В момент времени t отрицательным перепадом импульса с триггера Шмитта 19 триггер 15 опрокидывается и подает запрещающий потенциал на схему совпадения 13, а также опрокидывает триггеры 20 и 22. При этом триггер 20 вызывает замыкание ключа 12 и снимает разрешающий потенциал со схемы совпадения 24.

При замыкании ключа 12 конденсатор 10 начинает разряжаться через резистор И. В это же время через открытую схему совпадения 24 на счетчик 25 с генератора 23 поступают счетные импульсы.

При постоянной времени разрядной цепи т напряжение на конденсаторе 10 сравнивается с напряжением на конденсаторе 9 за время t.

равное т1п -- .

Uz Логарифмический декремент затухания d

- In --- пропорционален времени /, в течеt/2

ние которого напряжение Ui становится равным f/2.

При равенстве напряжений f/i и 1 на выходе нуль-органа появляется импульс, опрокидывающий триггер 22, подающий запрещающий потенциал на схему совпадения 24 (момент времени /5 на фиг. 2). Количество импульсов, поступивших на счетчик, пропорционально времени , т. е. логарифмическому декременту затухания.

Результат измерения индицируется цифровым индикационным устройством 26.

Напряжение, продолжающее поступать с датчика после процесса измерения, не вызывает повторного заряда накопительных конденсаторов 9 и 10, а также не запускает счетчик импульсов, так как со схемы совпадения 18 снят разрещающий потенциал, поступающий с триггера 20, установка которого в исходное состояние, как и других элементов, перед последующим измерением производится вручную (момент времени /g на фиг. 2).

Формула иобретения

Устройство для измерения логарифмического декремента затухания механических колебаний, содержащее датчик, усилитель, триггер Шмитта, управляющие триггеры, ключи, разрядное сопротивление, нуль-орган, генератор импульсов, импульсно-потенциальную схему совпадения, счетчик и цифровое индикационное устройство, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерения и помехозащищенности, оно снабжено токостабилизирующим каскадом, двумя зарядными ключами, двумя накопительными конденсаторами, двумя схемами совпадения, дополнительным триггером и блоком задержки запуска, содержащим два триггера и схему совпадения, счетный вход первого триггера соединен с триггером Шмитта, его выход - с единичным входом второго триггера, выход которого связан с одним из входов схемы совпадения блока задержки запуска, другой вход которой соединен с триггером Шмитта, третий ее вход - с управляющим триггером, причем вход токостабилизирующего каскада связан с выходом усилителя, его выходы через зарядные ключи соединены с накопительными конденсаторами, управляющие входы зарядных ключей соединены с выходами схем совпадения, одни входы которых связаны с выходом блока задержки запуска непосредственно, а другие - через дополнительный триггер.

УС т. „О

Ui. Г .