Устройство для измерения параметров свободных крутильных колебаний объектов

 

Изобретение относится к виброизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и уменьшение времени определения декремента затухания за счет дискретизации процесса измерений. Блок 5 считывания преобразует колебания светового луча в электрические импульсы, которые считаются двоичными счетчиками 14 и 16. В качестве счетчика времени используется генератор 13 опорной частоты. Расчет декремента затухания по меткам времени производится вычислителем 21, связанным с оперативным запоминающим устройством 15 посредством шин 18-20 данных, адреса и управления. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 Н 1/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4678311/28 (22) 14.04.89 (46) 07.04.91. Бюл. ЬЬ 13 (72) А.И. Краюшкин, О. В. Костюков и В. И. Леви(53) 620.178(088.8) f56) Авторское свидетельство СССР

М 691697, кл. G 01 Н 1/10, 1978.

Авторское свидетельство СССР

%781599, кл. G 01 Н 1/10, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СВОБОДНЫХ КРУТИЛЬНЫХ

КОЛЕБАНИЙ ОБЪЕКТА

„,5U(, 1640554 А1 (57) Изобретение относится к виброиэмерительной технике, Цель изобретения — повышение точности и уменьшение времени определения декремента затухания за счет дискретизации процесса измерений. Блок 5 считывания преобразует колебания светового луча в электрические импульсы, которые считаются двоичными счетчиками 14 и

16. В качестве счетчика времени используется генератор 13 опорной частоты, Расчет декремента затухания по меткам времени производится вычислителем 21, связанным с оперативным запоминающим устройством 15 посредством шин 18 — 20 данных, адреса и управления. 2 ил.

1640554

50

Изобретение относится к виброизмерительной технике, в частности к системам для измерения параметров свободных крутильных колебаний, и может быть использовано при проведении физико-механических испытаний материалов и образцов.

Цель изобретения — повышение точности при больших значениях декремента затухания и уменьшение времени измерения при малых значениях последнего эа счет дискретизации измерений и вычисления декремента для каждой полуволны колебаний.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — график затухающих колебаний.

Устройство содержит осветитель 1, выполненный в виде источника 2 света и закрепленного на объекте 3 зеркала 4, блок 5 считывания, выполненный в виде трех фотоэлектрических приемников 6-8, установленных в фиксированных точках относительно положения равновесия и оптически связанных с зеркалом 4, три формирователя 9-11 импульсов, входы которых соединены соответственно с выходами фотоэлектрических приемников 6-8, схему

ИЛИ 12, входы которой соединены с выходами формирователей 9-11 импульсов, соединенные генератор 13 опорной частоты и первый двоичный счетчик 14, оперативное запоминающее устройство 15 (ОЗУ), второй двоичный счетчик 16, первый вход которого соединен с выходом третьего формирователя 11 импульсов, триггер 17, S-вход которого соединен с выходом первого формирователя 9 импульсов, а выход — с вторыми входами двоичных счетчиков 14 и

16, шину 18 данных, соединенную с выходом первого двоичного счетчика 14 и первым выводом ОЗУ 15, шину 19 адреса, соединенную с вторым выводом ОЗУ 15, шину 20 управления, соединенную с третьим и четвертым выводами ОЗУ 15, с выходом схемы ИЛИ 12 и соединенными между собой выходом двоичного счетчика 16 и Rвходом триггера 17, вычислитель 21, связанный с шинами 18 — 20 данных, адреса и управления, и блок 22 индикации, входы которого соединены с шинами 18-20 данных, адреса и управления.

Устройство работает следующим образом.

Испытываемый образец 3 закручивается на угол а0, превышающий ап, соответствующий амплитуде Ап, и устройство начинает совершать крутильные колебания, вследствие чего луч от источника 2 света, - отражаясь от зеркала 4, совершает колебательные движения вдоль блока 5 считывания и последовательно освещает фотоэлектрические приемники 6-8.

Начальная амплитуда светового луча А несколько превышает исходную амплитуду

An (фиг, 2).

В моменты прохождения световым лучом фотоэлектрических приемников 6 — 8 формирователи 9-11 формируют в моменты времени t1, tz, тз, t4,...ä соответствующие импульсы. Так на графике на фиг. 2 в моменты времени ц, t6, t1 формируются импульсы запуска с первого фотоэлектрического приемника 6, в t2, t5, т8, t11, t12 — импульсы декремента затухания с второго фотоэлектрического приемника 7, в 1з, t4, te, t1o, т1з, 114 — импульсы измерения периода колебаний с третьего фотоэлектрического приемника 8.

В исходном состоянии первый двоичный счетчик 14 обнулен, второй двоичный счетчик 16, предназначенный для счета числа циклов измерения периода, предварительно установлен на определенное число циклов, Вторые входы двоичных счетчиков

14 и 16 предназначены для их останова при поступлении на данные входы логического

"0". Первые входы являются счетными, В исходном состоянии на выходе триггера 17 уровень логического "0".

В начале колебаний первый импульс в момент времени 11 (фиг. 2) поступает с первого фотоэлектрического приемника 6 и формируется формирователем 9 импульсов. Этот импульс запуска устанавливает на выходе триггера 17 уровень логической "1", что открывает двоичные счетчики 14 и 16.

На первый (счетный) вход первого двоичного счетчика 14 начинают поступать временные импульсы с генератор "1а 13 и он начинает заполняться, Одновременно йа выходе схемы ИЛИ 12 формируется импульс записи содержимого первого двоичного счетчика 14 через шину 18 данных в ОЗУ 15.

В момент времени tz на выходе второго фотоэлектрического приемника 7 возникает импульс, который формируется формирователем 10 импульса и через схему ИЛИ 12 производит запись очередного содержимого первого двоичного счетчика 14 в ОЗУ 15.

В момент времени 1з на выходе третьего фотоэлектрического приемника 8 возникает импульс, который формируется формирователем 11 импульсов и аналогичным образом через схему ИЛИ 12 производит запись содержимого первого двоичного счетчика 14 в ОЗУ 15 и записывается во второй двоичный счетчик 16, Таким образом, с момента времени t1 начинается заполнение первого двоичного счетчика 14 временными импуль сами с генератора 13 опорной частоты.

1640554

На каждое прохождение световым лучом каждого из фотоприемников 6-8 формируется импульс записи в ОЗУ 15 содержимого первого двоичного счетчика

14 через шину 18 данных. Второй двоичный 5 счетчик 16 производит подсчет количества циклов измерения периода. При подсчете необходимого числа циклов на выходе второго двоичного счетчика 16 формируется импульс, который поступает на второй вход 10 триггера 17 и устанавливает на выходе уровень логического "0", что приводит к останову обоих двоичных счетчиков 14 и 16, при этом этим импульсом через шину 20 управления происходит запуск вычислителя 21. 15

График затухающего колебания (фиг. 2) описывается заранее известной функцией, имеющей вид

А=Ао 1(P, T,Л), где А — текущее значение амплитуды коле- 20 баний;

Ао — начальное значение амплитуды колебаний;

Р декремент затухания;

Т вЂ” период колебания; . 25

t — текущее значение времени;

f(P T, t) — функция, зависящая отф и Т.

Выражение для амплитуд А1 и An в моменты времени t5, t6, t7, te:

А1=-Ао f(p,Т, т5)=Ао f(p>T, tB), 30

Ап=Ао f(P T, t6)=Ao f(P Ò, т7).

Получают систему уравнений с тремя неизвестными Ао, Р и Т (эначения А> и Ап заранее известны):

А1=Ао f(P,Ò, t5), Ап=Ао f(P,Т. t6), Т=т9 тз

Решив эту систему, возможно найти

Ри Т. Поскольку в ОЗУ 15 записаны значения временй прохождения световым лучом 40 фотоэлектрических приемников 6-8 для нескольких периодов, то вычислитель 21, решив систему уравнения относительно ф и Т для одного периода, может усреднить значения декремента за ухания и периода за 45 несколько колебаний.

Таким образом, измерение периода и декремента начинается с момента времени

t4, т. е. практически сразу после начала колебаний. В известном устройстве измере- 50 ние периода и декремента затухания начинается только после того, как амплитуда колебаний Ап станет равной точке расположения первого фотоэлектрического приемника 6. При малом декременте зату- 55 хания количество колебаний до начала измерения может быть значительным, что увеличивает время измерения. При малом декременте число колебаний до уменьшения амплитуды до второго фотоэлектриче- =. ского приемника 7 в известном устройстве также значительно, что приводит к увеличению времени измерения.

В известном устройстве для начала измерения необходимо совпадение амплитуды колебания светового луча с расположением первого фотоэлектрического приемника 6. На практике же, особенно при больших значениях декремента затухания, происходит только двойное пересечение световым лучом фотоэлектрического приемника 6. На фиг. 2 точки t6 и t7, а затем амплитуда уменьшаются до А2, что не вызывает срабатывания первого фотоэлектрического приемника 6 и устройства в целом. Предлагаемое устройство лишено этого недостатка, что повышает надежность срабатывания устройства.

При больших значениях декремента затухания (фиг. 2) количество полных колебаний N=2 до уменьшения амплитуды до величины Ai, При этом не учитываются неполные колебания, что приводит к большим погрешностям измерения декремента затухания, Предлагаемое устройство лишено этого недостатка, так как вычисление декремента происходит для каждой полуволны колебания. По окончании вычислений результат отображается на блоке 22 индикации.

Частота fi генератора 13 опорной частоты выбирается исходя из требуемой точности измерения периода колебаний. Так при точности измерения +. 0,01 с 1 =100 Гц.

Разрядность первого двоичного счетчика

14 (одновременно и шины 18 данных) определяется полным временем измерения периода колебаний и декремента затухания.

Разрядность определяется по формуле и logz(t<» тг), где n — разрядность шины 18 данных;

t — максимальное время измерения;

fr — частота генератора 13 опорной частоты.

При виэм=600 с, fr100 Гц и !о92(600 100) = 15,9, т. е. и-16. При этом тимм =655 с.

Объем ОЗУ 15 определяется количеством заносимых в него точек времени. Так при количестве циклов K--100 максимальное число точек гл=100 6+3=603, где 6 — число точек на период (t4, t5, ы, t7, тв, t9);

3 — начальные точки (ti, t2, t3.

Объем ОЗУ равен m Х n=á03 16=9648 бит (1206 байт), т. е. достаточен объем ОЗУ—

2 Кбайт.

Таким образом, за счет дискретизации измерения колебаний, т. е, перевода перио1640554 да и соответствующих амплитуд колебаний в количество считываемых импульсов, устройство позволяет сократйть время измерения при малых значениях декремента затухания и повысить точность при больших значениях декремента затухания.

Составитель Ю.Круглов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т. Малец

Редактор Е.Папп

Заказ 1013 Тираж 321 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров свободных крутильных колебаний объекта, содержащее осветитель, выполненный в виде оптически связанных источника света и закрепленного на объекте зеркала, блок

Считывания, выполненный в виде трех фотоэлектрических приемников, предназначенных для установки в фиксированных точках относительно положения равновесия и оптически связанных с зеркалом, и три формирователя импульсов, входы которых соединены с выходами соответствующих фотоэлектрических приемников, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения времени измерения, оно снабжено схемой ИЛИ, входы которой соединены с выходами формирователей импульсов. соединенными генератором опорной частоты и первым двоичным счет 5 чиком, вторым двоичным счетчиком, первый вход которого соединен с выходом третьего формирователя импульсов. триггером, 3вход которого соединен с выходом nepaofo формирователя импульсов, а выход — с вто10 рыми входами двоичных счетчиков, шиной данных, соединенной с выходом первого двоичного счетчика, шиной адреса, шиной управления, соединенной с выходом схемы

ИЛИ и с соединенными между собой выхо15 дом второго двоичного счетчика и R-входом триггера, оперативным запоминающим устройством, связанным одним выводом с шиной данных, одним — с шиной адреса и двумя -с шиной управления, вычислителем, 20 связанным с шинами данных, адреса и управления, и блоком индикации, входы которого соединены с шинами данных, адреса и управления.