Способ измерения логарифмического декремента колебаний Советский патент 1980 года по МПК G01N11/00 G01H9/00 

Изобретение относится к виброизмерительной технике и может быть использовано для исследования внутреннего трения по логарифмическому декременту колебаний в металлургии, химии, а также в машиностроении и приборостроении для.контроля демпфирующих свойств деталей конструкции. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения логарифмического декремента колебаний, заключающийся в том, что возбуждают автоколебания в исследуемом объекте с постоянной амплитудой посредством подачи на возбудитель в каждый период автоколебаний прямоугольных импульсов с регулируемым парс1метром, измеряют этот параметр и по измеренной его величине определяют логарифмический декремент колебаний Ц Недостатком указанного способа яв невысокая точность измерений/ так как подводимую к объекту энергию юмеряют по величине амплитуды импульсов возбуждения, а также неконтролируемая погрешность измерений, возникающая в результате смещения по фазе между возбуждающим сигналом и собственными колебаниями объекта. Часть подводимой к объекту энергии расходуется на торможение колебаний. Цель изобретения - повьчиеНие точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в качестве регулируемого параметра используют длительность прямоугольного импульса с постоянной амплиту-. дои, измеряют скорость прохождения исследуемым объектом положения равновесия в одном направлении, а прямоугольный импульс подают на возбудитель при движении исследуемого объекта в обратном направлении и по полученным результатам определяют логарифмический декремент колебаний по формуле : л it где Г li-t -.логарифмический декремент колебаний; -длительность возбуждающего импульса; скорость прохождения объектом положения равновесия; постоянная, определяемая параметрами объекта и воз- р буждающего устройства. На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего способ. Устройство, реализующее способ, содержит: осветитель 1 с узкой щелью, зеркало 2 на оси крутильного маятника (на чертеже не показан), неподвижное зеркало 3, фотоэлектрический преобразователь 4, усилительформирователь 5,возбуждающих импульсов, электромагнит 6, возбуждающий колебания маятника; оптическая шкала 7, фотоэлектрический преобразователь 8, фотоэлектрический преобразотель 9 с двумя параллельными щелями блок 10 управления, счетчик 11 импульсов, генератор 12 высокочастотных импульсов. Способ измерения логарифмического декремента колебаний заключается в том, что возбуждают автоколебания в исследуемом объекте с постоянной амплитудой посредством подачи на возбу диТёль в каждый период автоколебаний прямоугольных импульсов с регулируемым параметром, в качестве регулируе мого параметра используют длительнос прямоугольного импульса с постоянной амплитудой, измеряют эту длительност измеЕ(яют скорость прохождения исследуемым объектом положения равновесия в одном направлении, а прямоугольный импульс подают на возбудитель при дв жении исследуемого объекта в обратном направлении и по полученным результатам определяют логарифмический декремент колебаний по формуле (.f, где сГ - логарифмический декремент колебаний; t - длительность возбуждающего импульса; V - скорость прохождения объектом положения равновесия; с - постоянная, определяемая параметрами объекта и возбуждающего устройства. Способ реализуется следующим обр зом. В качестве колеблющегося объекта используется.крутильный маятник, ко торый может колебаться за счет крутильной деформации образца. Колебания маятника преобразуются в колебательное движение светового луча. С этой целью узкий пучок света рт осветителя 1 направляют на зеркало укреплённое на оси крутильного маят ника. Часть этого луча, отражаясь о неподвижного зеркала 3, попадает в фотоэлектрический преобразователь 4 ё тЬт йомёнт, когда маятник находит ся около положения равновесия. С по мощью фотоэлектрического преобразователя 4, представляющего собой два фотодиода с усилителями, выходы которах подключены к входам триггера, осуществляется запуск возбуждающих импульсов. При колебаимях маятника световой луч последовательнее попада сначала на один фотодиод, затем надругой, в фотодиодах возникают электрические импульсы. На выходе триггера положительный сигнал появляется только при поступлении сигналов от фотодиодов в определенной последовательности, то есть при движении объекта только в одном направлении. Этот сигнал от фотоэлектрического преобразователя 4 подают через усилительформирователь 5 возбуждающих импульсов в электромагниты б,которые непосредственно поддерживают автоколебания маятника с собственной частотой. Возбуждающий импульс сообщают маятнику 1 раз за период. Постоянную амплитуду колебаний маятника поддерживают, устанавливая необходимую для.этого длительность At возбуждающих импульсов. Полученное значение ЛЬ записывают. Амплитуда возбуждающих импульсов может принимать несколько фиксированных значений. При измерениях выбирают одно их этих значений, исходя из условия, чтобы изменение длительности At возбуждающих импульсов в допустимых пределах позволило измерить логарифмический декремент во всем диапазоне его изменения. При частоте колебаний маятника около 2 Гц максимальная длительность возбуждающих импульсов не превышает 0,01 сек. Таким образомf длительность.Д много меньше одной четверти периода колебаний маятника. Часть пучка света, отраженного от зеркала 2, попадает на оптическую шкалу 7, по которой наблюдают амплитуду колебаний маятника. Скорость движения светового луча по шкале измеряют с помощью фотоэлектрических преобразователей 8 и 9, собранных в одном корпусе, помещенном перед шкалой 7. Фотоэлектрический преобразователь 9 имеет экран с двумя узкими параллельными щелями, который закрывает фотодиод. Середина промежутка между щелями Э Крана совпадает с положением равновесия колеблющегося светового луча. При поворотах зеркала 2 крутильного маятника узкое световое пятно, перемещаясь по шкале, попадает на преобразователь 9 поочередно сначала через одну щель затем через другую. При попадании света на фотодиода преобразователей 8 и 9 в них возникают электрические импульсы, поступающие в блок 10 управления. Импульсы от преобразователя 8 включают измерение скорости только .при движении маятника в одном направлении (противоположном тому, при котором действует возбуждающий импульс). Скорость движения маятника через положение равновесия обратно пропорциональна времени прохождения световым ПЯТНОМ постоянного расстояния между щелями преобразователя 9. Т.е. скорюсть обратно пропорциональна нитервалу времени между двумя электри ческими импульсами, поступающими от преобразователя 9. Измерение этого интервала производят методом счета числа высокочастотных импульсов, поступавших на счетчик 11 импульсов от генератора 12 высокочастотных импульсов через блок 10 управления в течение измеряемого отрезка времени Показание счетчика 11 записывают. Логарифмический декремент вьгаисляют по формуле 0 CrAt-Z, где а - К- f ч/у-показание счетчика 11 С - расстояние между щелями фотоэлектрического преобразователя 9; . f - частота импульсов поступавших с генератора 12; С - постоянная. Для рассматриваемого частного слу чая FETI где М момент сил, действующий на крутильный маятник и пропорциональный амплитуде возбуждающих импульсов; расстояние от оси крутильног маятника до экрана фотоэлектрического преобразователя 9 момент инерции маятника. Для одного и того же образца и постоянной амплитуды .возбуждающих им пульсов С, остается постоянной. Поэ тому ее для простоты определяют градуировкой или непосредственным измерением и вычислением входящих в нее величин. Описываемый способ позволяет повысить точность измерений, так как непосредственно измеряемыми величина являются интервалы времени, которые могут быть измерень с гораздо большей точностью, чем амплитуда возбуждающих импульсов. Преимуществом настоящего способа является то, что более полно энергия импульсов возбуждения передается колеблющемуся объекту. Это позволяет подводимую к исследуемому объекту энергию использовать как меру потерь энергий в нем. Формула изобретения Способ измерения логарифмического декремента колебаний, заключающийся в том, что в исследуемом объекте возбуждают автоколебания с постоянной амплитудой,посредством подачи на возбудитель, в каждый период автоколебаний прямоугольных импульсов с регулируеьвдм параметром, измеряют этот параметр и по измеренной его величине определяют логарифмический декремент колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в качестве регулируекюго параметра используют длительность прямоугольного импульс.а с постоянной амплитудой, измеряют скорость прохождения исследуемым объектом положения р авновесия в одном направлении, а прямоугольный импульс подают на возбудитель при движении йсслелуемого объекта в обратном направлении и, по полученным результатам определяют логарифмический декремент колебаний по формуле с., де (Г - логарифмический декремент колебаний ; Л-Ь - длительность возбуждающего импульса; скорость прохождения объектом положения равновесия; С - постоянная, определяемая параметрами объекта и возбуж дающего устройства. Источникиинформации, ринятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 423012, кл. G 01 N 11/00, 1971(проотип) .