Способ измерения механическихКОлЕбАНий Об'ЕКТА и уСТРОйСТВОдля ЕгО РЕАлизАции Советский патент 1981 года по МПК G01H11/00 

Изобретение относится к измерителгьной технике и может использоваться для обнаружения малых механических колебаний резонаторов. Известен способ измерения механичес ких колебаний объекта, заключающийся в том, что электрические колебания гене рируют, преобразуют их в механические и выделяют амплитуду измеряемого сигнала на комбинационной частоте. Устройство, реализующее этот способ содержит вибропреобразователь, включающий чувствительный элемент, генератор электрических колебаний, связанный с вибропреобразователем, и систему регист рации l. Однако в этом способе точность измерений невысока за счет присутствия шумов в электрических колебаниях. Это ведет к снижению чувствительности устройства, реализующего способ. Цель изобретения - повышение точности измерений и чувствительности устройства. Поставленная цель достигается тем, что перед измерением накапливают механическую энергию, возбуждают опорные колебания, а амплитуду измеряемого сигнала выделяют из смешанных бинационных частот с учетом опорных колебаний. Повышение чувствительности устройства, реализующего способ достигается за счет того, что между генератором электрических колебаний и вибропреобразова- телем установлены последовательно соединенные входной коммутатор, вибратор, выполненный в виде полуволнового электрического преобразователя, механическая резонансная система с переменным волновым механическим сопротивлением и выходной полуволновой механический резонатор, при этом вибропреобразователь и вибратор соединены с системой регистрации через выходной коммутатор. Устройство снабжено электрическим контуром, вибропреобразователь выполнен в виде дифференциального конденсатора. общая обкладка которого предназначена для связи с контролируемым объектом, одна из обкладок связана с выходным полуволновым механическим резонатором, а к обкладкам дифференциального конденсатора через электрический контур подключен источник постоянного напряжения. Устройство может быть снабжено меха нической резонансной системой, вибратор выполнен в виде полуволнового электромеханического резонатора с волновым механическим сопротивлением, превосходящим Волновое сопротивление выходного полуволнового механического резонатора, а переменное волновое сопротивление меканической резонансной системы уменьшено к волновому резонатору. Способ осуществляется следующим образом. С помощью электрическик колебаний до измерения накапливают механическую колебательную энергию. После этого электрические колебания выключают и переходят к измерениям, в которых используют накопленную механическую энер гию. Последняя возбуждает опорные колебания. Амплитуду измеряемого сигнала выделяют на комбинационных частотах, -л получающихся в процессе смещения опорных и механических колебаний. Когда электромеханическая резонансна система совершает свободные колебания, основная помеха образуется за счет тепловых флуктуации электромеханической ре зонансной системы и чувствительного элемента преобразователя механических колебаний. Пороговая чувствительность и точност измерительной системы повышается за счет отсутствия электрических генерируе мых колебаний. На фиг. 1 схематически изображено устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2 - вибропреобразователь выполненный в виде дифференциального конденсатора. Устройство для реализации способа измерения механических колебаний объек та содержит вибропреобразователь 1, включающий чувствительный элемент 2, генератор 3 электрических колебаний, связанный с вибропреобразователем 1, и систему регенерации, включающую синхронный детектор 4. Между генератором 3 электрических колебаний и вибропреоб- разователем 1 установлены последовател но соединенные входной коммутатор 5 , вибратор 6, выполненный в-ьиде полувол вого электромеханического преобразовате ЛЯ, механическая резонансная система 7 с переменным волновым механическим сопротивлением и выходной полуволновой механический резонатор 8, при этом виб- ропреобразователь 1 и вибратор 6 соединены с системой регистрации через выходной коммутатор 9. Устройство снабжено электрическим контуром 10 .Чувствительный элемент 2 вибропреобразователя 1 выполнен в виде дифференциального конденсатора, общая обкладка которого предназначена для связи с контролируемым объектом, одна из обкладок связана с выходным полувол- новым механическим резонатором, а к обкладкам дифференциального конденсатора через электрический контур 1О подключен источник 11 постоянного напряжения. Вибратор 6 выполнен в виде полуволнового электромеханического резонатора с волновым механическим сопротивлением, превосходящим волновое сопротивление выходного полуволнового механического резонатора 8, а переменное волновое сопротивление механической резонансной системы уменьшено к резонатору 8. Устройство работает следующим образом. Перед измерениями входной коммутатор 5 включен, а выходной коммутатор 9 выключен. Генератор 3 электрических колебаний питает электромеханическую резонансную систему, включающую электрическую и механическую цепи вибратора 6, механическую резонансную систему 7 и выходной полуволновой механический резонатор 8, механически объединенный с чувствительными элементом 2 вибро- преобразователя 1 механических колебаний контролируемого объекта 12. В установившемся режиме колебаний в электромеханической системе входной коммутатор 5 отключают, а выходной коммутатор 9 включают. Электрические колебания с чувствительного элемента 2 поступают в систему регистрации. Электрический контур 10 создает рабочее смещение в чувствительном элементе 2 вибропреобразователя 1. Во время измерений опорные колебания для синхронного детектора 4 поступают от вибратора 6, совершающего свободные механические колебания. Чтобы исключить нелинейные эффекты при преобразовании электрических колебаний в предельно большие механические перемещения чувствительного элемента 2, вибратор 6 выполняют в вице мощного полуволнового электромеханического пре.

обраэовагеля с механическим волновым сопротивлением, превосходящим волновое сопротивление выходного полуволнового механического резонатора 8. Для лучшей передачи механической мощности от вибратора 6 в резонатор 8 между ними находится механическая резонансная система 7, выполняющая функции согласующей цепи.и накопителя механической энергии Эта система совершает продолжительные опорные колебания.

Чувствительный элемент 2 вибропре- обрааователя выполнен в виде дифферен- циального конденсатора, заземленного через неподвижную обкладку. Переменное напряжение опорной частоты в конденсаторе образуется за счет вибраций обкладок в поле источника 11 постоянного напряжения. При небольших расстояниях между обкладками дифференциального конденсатора и при предельно больших амплитудах механических колебаний обкладки, связанной с выходным полуволновым механическим резонатором 8, обеспечивается высокая напряженность переменного электрического поля.

Использование собственных колебаний механической резонансной системы, создающих опорные колебания чувствительного элемента 2 вибропреобразователя 1, дает возможность регистрировать колебания исследуемого объекта на фоне собственных шумов чувствительного элемента.

Формула изобретения

1. Способ измерения механических колебаний объекта, заключающийся в том, что электрические колебания генерируют, преобразуют их в механические и выдеЛ5пот амплитуду измеряемого сигнала на комбинационной частоте, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, перед измерением накапливают механическую энергию, возбуждают опорные колебания, а амплитуду измеряемого сигнала выделяют из смешанных комбинационных частот с учетом опорных колебаний.

2.Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее вибропреобразовагель,

включающий чувствительный элемент, генератор электрических колебаний, связанный с вибропреобразователем и систему регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствигель- ности, между генератором электрических

колебаний и вибропреобразователем установлены последовательно соединенные входной коммутатор, вибратор, выполненный в, в виде полуволнового электрического пре-

5 образователя, механическая резонансная система с переменным волновым меха- ническим сопротивлением и выходной по- луволновой механический резонатор, при этом вибропреобразователь и вибратор

0 соединены с системой регистрации через выходной коммутатор.

3.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно снабжено электрическим контуром, вибропреобра-

5 зователь выполнен в виде дифференциального конденсатора, общая обкладка которого предназначена для связи с контролируемым объектом, одна из обютадок связана с выходным полуволновым ме0 ханическим резонатором, а к обкладкам дифференциального конденсатора через электрический контур подключен источник постоянного напряжения.

4.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно снабжено механической резонансной системой, вибратор выполнен в виде полуволнового электромеханического резонатора с волновым механическим сопротивлением, превосходящим волновое сопротивление выходного полуволнового резонатора, а переменное волновое сопротивление механи-о ческой резонансной системы уменьшено

к волновому резонатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 323640, кл. Q 01 В 7/О6, 1972 (прототип).

I/2

J /

Фи9,2