Способ измерения резонансной частотыОб'ЕКТОВ Советский патент 1981 года по МПК G01H13/00 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РЕЗОНАНСНОЙ ЧАСТОТЫ ОБЪЕКТОВ

1

Изобретение относится к виброизмерительной технике определения физических характеристик твердых тел по резонансной частоте колебаний испытуемого материала и может быть использовано в лабораториях для исследования влияния температуры на характеристики упругости.

Известен способ измерения резонансной частоты объектов путем измерения сдвига фаз сигналов, возбуждающей силы и амплитуды возбуждающего пьезопреобразователя. При измерении сдвига фаз влияние помех значитально меньще, чем в случае измерения амплитуды. Преимущество измерения сдвига фаз перед измерением амплитуды состоит в том, что производная сдвига фаз по частоте в момент резонанса оказывается максимальной. При этом наблюдение сдвига фаз непрерывно дает информацию о направлении необходимого изменения частоты возбуждения 1.

Недостаток заключается в том, что способ применим только при наличии жесткой связи возбудителя колебаний и исследуемого образца, но жесткая связь изменяет резонансную частоту исследуемого образца и,

следовательно, уменьщает точность измерения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения резонансной частоты объектов, заключающийся в том, что посредством периодически меняющейся внешней силы возбуждают колебания исследуемого объекта, измеряют амплитуду смещений одной из точек объекта, измеряют сдвиг фаз между возбуждающей силой и амплитудой смещений и частоту возбуждения 2.

Недостатком известного способа является зависимость результатов измерений от неконтролируемой величины сдвига фаз в устройствах возбуждения и приема колебаний, что снижает точность измерения резонансной частоты колебаний исследуемого образца.

Цель изобретения - повыщение точности измерения резонансной частоты механических колебаний исследуемого образца.

Указанная цель достигается тем, что воспроизводят зависимость амплитуды смещений от сдвига фаз, а частоту возбуждения измеряют в момент достижения этой зависимостью максимального значения.

На чертеже изображена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство для реализации способа содержит цилиндрический образец 1, две тонких нити 2 и,3, возбудитель 4 колебаний, приемник 5 колебаний, генератор 6, частотомер 7, усилитель 8, амплитудный детектор 9, фазовый детектор 10, осциллограф 11.

Способ измерения резонансной частоты объектов заключается в том, что посредством периодически меняющейся внешней силы возбуждают колебания исследуемого объекта, измеряют амплитуду смещений одной из точек объекта, измеряют сдвиг фаз между возбуждающей силой и амплитудой смещений и частоту возбуждения, воспроизводят зависимость амплитуды смещений от сдвига фаз, а частоту возбуждения измеряют Б момент достижения этой зависимостью максимального значения.

Способ осуществляют следующим образом.

Молибденовый цилиндрический образец 1 диаметром 8 мм, длиной 100 мм подвещивают на двух тонких нитях 2 и 3 в рабочем пространстве нагревателя, верхние концы нитей 2 и 3 крепят к возбудителю 4 и приемнику 5 колебаний. Продольнью перемещения нити 2 вызывают изгибные или крутильные колебания образца 1, при помощи нити 3 регистрируют эти колебания. Частоту возбуждения задают генератором 6 и измеряют частотомером 7. Электрический сигнал с приемника 5 колебаний подают через усилитель 8 на амплитудный детектор 9 и фазовый детектор 10. При этом амплитудным детектором 9 измеряют амплитуду смещений и преобразуют ее в постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде. Фазовым детектором 10 измеряют и преобразуют в по стоянное напряжение сдвиг фаз между напряжением генератора 6 и напряжением на выходе усилителя 8, которое связано со сдвигом фаз между возбуждающей образец силой и смещением образца 1 в точке подвеса на нити 3. Между измеряемыми сдвигами фаз существует - постоянная разность, влияние которой исключает описываемый способ. Зависимость Амплитуды смещений от сдвига фаз воспроизводят с помощью осциллографа 11 «с послесвечением, для чего сигнал от амплитудного детектора 9 подают на вход осциллографа 11, а сигнал с фазового детектора 10 - на другой вход. Изменяют частоту генератора 6 от частоты несколько ниже (например, на 50 Гц) ожидаемой резонансной до частоты несколько выще ожидаемой. Наблюдают на осциллографе 11 высвечивание зависимости амплитуды от сдвига фаз. Повторно производят, изменение частоты возбуждения и фиксируют ,эту частоту в момент прохождения зависимости амплитуды от сдвига фаз через

максимум. Измеренная таким образом частота возбуждающего генератора равна резонансной, частоте образца. Частоту генератора измеряют частотомером 7.

Наличие неконтролируемого постоянного сдвига фаз, образующегося в цепях возбудителя 4 и приемника 5 колебаний, а также усилителя 8, приводит к смещению воспроизводимой зависимости. Поскольку резонансную частоту отыскивают по максимуму амплитуды, а значение сдвига фаз используют для корректировки направления изменения частоты, то неконтролируемый постоянный сдвиг фаз в устройствах возбуждения и приема не влияет на поиск резонансной частоты.

Положительный эффект использования

предлагаемого способа состоит в увеличении точности измерения резонансной частоты путем уменьшения влияния постоянного сдвига фаз, что позволяет определять собственные резонансные частоты механических колебаний исследуемого образца в присутствии вибрации, электромагнитных полей, а также в случае значительного декремента затухания колебаний и при нагреве образцов в вакууме переменным током при вибрации всего устройства, электрической наводке на приемник колебаний и повышении декремента затухания колебаний, в особенности при нагреве выше 1000°С.

Формула изобретения

Способ измерения резонансной частоты объектов, заключающийся в том, что посредством периодически меняющейся внешней силы возбуждают колебания исследуемого объекта, измеряют амплитуду смещеНИИ одной из точек объекта, измеряют сдвиг фаз между возбуждающей силой и амплитудой смещений и частоту возбуждения, отличающийся тем, ЧТО; с целью повышения точности измерения, воспроизводят зависимость амплитуды смещений от сдвига фаз, а частоту возбуждения измеряют в момент достижения этой зависимостью максимального значения.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе 0 1. Авторское свидетельство СССР № 517841, кл. G 01 N 29/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР № 513266, кл. G 01 Н 13/00, 1976 (прототип).