Устройство для определения динамических характеристик материалов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЙН ИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ , содержащее последовательно соединенные усилитель мощности, электромеханический возбудитель кол баний г вибропреббразователь, свяэывae вaй с исследуемь материалом,уси литель ,полосовой фильтр,фазовращате автоматический регулятор уровня воз буждения и ключ,выход которого соед нен с входом усилителя мощности, и по ключеннЕа е к выходу полосового фильт ра последовательно соединенные амплитудный дискриминатор, счетчик импульсов и регистратор, отличающееся тем, что,с целью повышения тс чности и автоматизации измерений свободно затухающих колебаний , оно снабжено вторым амплитудным дискриминатором, вход которого соединен с входом первого амплитудного дискриминатора, функциональным преобразователем, вьшолненным в виде первого триггера, первого и второго таймеров, соединенных входами с неинвертирующим и инвертирующим выходами первого триггера ответственно, и второго триггера, соединенного неинвертирующим и инвертирующим входами с выходами первого и второго таймеров соответственно ,, а неинвертируквдим выходом - с управляющим входом ключа, второй выход первого и выход второго с1МПЛИтудных дискриминаторов соединены с неинвертирующим и инвертирующим i входами первого триггера соответственно , и схемой совпадения, вклю- , ченной между первым выходом первого амплитудного дискриминатора и счетным входом счетчика импульсов, неийвертирукяций выход первого триггера подключен ко второму вЗсоду схемы совпадения, .а управляющий вход счетчика импульсов соединен с выходом второго таймера.

,.SU„„1021953 А

COOS COBETCHHX

COIN

РЕСПУБЛИК

3(Ц) С 01 Н 1/08; G N 29/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ! (. ° .-.

« -"- -: ау

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф (21) 3383932/18-28 (22) 21 ° 01.82 (46) 07.06.83. Бюл. В 21 (72) Ю.С. Балашов, А.Л., Беляков, Ю.К. Нетусов и Ю.В.- Худяков (71) Воронежский политехнический институт (53) 620.178.53з620.179.16(088.8) (56) 1. Криштал М.A. Внутреннее трение и структура металлов. И., " Металлургия, 1976. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК NATEPHAЛОВ, содержащее последовательно. соединенные усилитель мощности, электромеханический возбудитель колебаний, -вибропреобразователь, связываемый с исследуемым материалом,усилитель,полосовой фильтр,фаэовращатель автоматический регулятор уровня возбуждения и ключ, выхоД которого соединен с входомусилителя мощности, и подключенные к выходу полосового фильтра последовательно соединенные ам- плитудный дискриминатор., счетчик импульсов и регистратор, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности и автоматизации измерений свободно затухающих колебаний, оно снабжено вторым амплитудным дискриминатором, вход которого соединен с входом первого амплитудного дискриминатора, функциональным преобразователем, выполненным в виде первого триггера, первого и второго таймеров, соединенных входами с неинвертирующим и инвертирующим выходами первого триггера со- ответственно, и второго триггера, соединенного неинвертирующим и инвертирующим входами с выходами первого и второго таймеров соответственно, а неинвертирующим выходом - с уп-. равляющим входом ключа, второй выход первого и выход второго ампли- Е тудных дискриминаторов соединены с неинвертирующим и инвертирукщим входами первого триггера соответственно, и схемой совпадения, вклю-. ченной между первым выходом первого амплитудного дискриминатора и счетным входом счетчика импульсов, неинвертирующий выход первого триггера подключен ко второму входу схемы совпадения, а управляющий вход счетчика импульсов соединен с выходом() второго таймера.

1021953

Изобретение относится к измери тельной технике и MoxsT быть использовано для исследования физико-механических свойств материалов по измеренным параметрам свободно затухающих колебаний.

Наиболее близким к изрбретению по технической сущности является устройство для определения динамических характеристик материалов, содержащее последовательно соединенные усилитель мощности, электромеханический возбудитель колебаний, вибропреобразователь, связываемый с исследуемым материалом, усилитель„ полосовой фильтр, фазовраща- 1э тель, автоматический регулятор уровня нозбуждения и ключ, выход которого соединен с входом усилителя мощности,и подключенные к выходу полосового фильтра последовательно соеди- Я ненные амплитудный дискриминатор, счетчик импульсов и регистратор pl).

Недостатком устройства янляется низкая точность измерения, обусловленная тем, что измерению в автомати- 25 ческом режиме подлежит расход электрической мощности возбудителя, пропорциональный внутреннему трению при .вынужденных колебаниях. Однако эта мощность, кроме потерь на внутреннее трение, в сильной степени зависит от изменения модуля упругости материала под воздействием внешних факторов (например, температуры, радиации и т.д.), от расстояния между материалом и электромеханическим возбудителем. Это расстояние может изменяться как в процессе проведения эксперимента (изгиб, закручивание вследстние воздействия, например, температуры), так и в процессе усталости материала от одного опыта к другому. Частичная компенсация низкой точности измерения достигается тем, что проводят дискретные (в ручном режиме) измерения электронным 45 блоком калибровки при свободно затухающих колебаниях.

Цель изобретения †.повышение точ ности и автоматизации измерений свободно затухающих колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения динамических характеристик материалов, содержащее последовательно соединенные усилитель мощности, электромеханический возбудитель колебаний, вибропреобразователь, связы" ваемый с исследуемым материалом,усилитель, полосовой фильтр, фазовращатель, автоматический регулятор уров- 60 ня возбуждения и ключ, выход которого соединен с входом усилителя мощности, и подключенные к выходу полосового фильтра последовательно соединенные амплитудный дискриминатор, 65 счетчик импульсов и регистратор, снабженЬ вторым амплитудным дискриминатором, вход которого соединен с входом первого амплитудного дискриминатора, функциональным преобразователем, выполненным в виде первого триггера, первого и второго таймеров, соединенных входами с иеинвертирующим и инвертирующим выходами первого триггера соответственно, и второго триггера, соединенного неинвертирующим и инвертирующнм входами с выходами первого.и второго таймеров соответственно, а неинвертирующим выходом - с управляющим входом ключа, второй выход первого и выход второго амплитудных дискриминаторов соединены с неинвертирующим и инвертирующим входами первого триггера соответственно, и схемой совпадения, включенной между первым выходом первого амплитудного дискриминатора и счетным входом счетчика импульсов, неинвертирующий выход первого триггера подключен ко второму входу схемы совпадения, а управляющий вход счетчика импульсов соединен с выходом второго таймера.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для определения динамических характеристик материалов; на фиг.2 — временные диаграммы, иллюстрирующие взаимодействие между функциональными элементами устрой1 ства.

Устройстно для определения динамических характеристик материалов содержит последовательно соединенные усилитель 1 мощности, электромеханический возбудитель 2 колебаний в исследуемом материале 3, вибропреобразователь 4 колебаний материала, усилитель 5, полосовой фильтр б, фазовращатель 7, автоматический регулятор 8 уровня возбуждения и ключ 9, а также подключенные к выходу полосового фильтра 6 последовательно соединенные дискриминатор

10, счетчик ll импульсов и регистратор 12 для автоматической записи результатов измерения.

Устройство содержит также второй дискриминатор 13, функциональный преобразователь 14, включающий в себя первый триггер 15, первый таймер lб, второй таймер 17 и второй триггер 18 и схему 19 совпадения.

Выход ключа 9 соединен с входом усилителя 1 мощности. Вход второго амплитудного дискриминатора 13 соединен с входом первого амплитудного дискриминатора 10, его выход — с иннертирующим входом первого триггера 15, второй выход первого дискриминатора 10 соединен с неинвертирующим входом триггера 15. Неинвертирующий выход первого триггера 15

1021953 соединен с входами первого таймера

16 и схемы 19 совпадения, его инвертирующий выход — с входом второго таймера 17, выходы таймеров 16 и 17 подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам второго триггера 18, неинвертирукмий выход которого соединен со входом управления ключа 9. Выход второго таймера 17 соединен с управляющим входом счетчика 11, а схема 19 совпадения включена между первым выходом первого амплитудного дискриминатора 10 и счетным входом счетчика 11 °

Устройство работает следующим образом.

Усилитель 1 мощности, электроме-. ханический возбудитель 2 колебаний в материале 3, вибропреобразователь

4, усилитель 5, полосовой фильтр 6, фазовращатель 7, айтоматический регулятор 8 уровня возбуждения и ключ 9 (в замкнутом состоянии) представляет собой электромеханичесиий автогенератор. При возбуждении электромеханического автогенератора в материале 3 возникают механические колебания на одной из его собствен.ных резонансных частот. Автоматический регулятор 8 уровня возбуждения служит для поддержания постоянной заданной амплитуды колебаний в материале 3 в режиме вынужденных колебаний независимо от физико-механических характеристик последнего.

Процесс измерения удобно рассмотреть, используя временные диаграммы (фиг. 2).

В момент времени Т = Т цепь положительной обратной связй замкнута ключом 9. При этом в электромеханическом автогенераторе начинается процесс возбуждения колебаний. В материале 3, являющемся звеном автогенератора, появляются возрастающие. колебания, электрический аналог которых после полосового фильтра 6 представлен на фиг. 2.20. С выхода полосового фильтра 6 анализируемый электрический сигнал подается на входы первого 10 и второго 13 дискри минаторов. Нижний уровень А< (фиг. 2.20) первого дискриминатора

10 совпадает с верхним уровнем второ го дискриминатора 13. В процессе рос та амплитуды колебаний до момента времени Т = Т,, когда последняя достигает верхнего уровня А„ второго дискриминатора 13. на его выходе появляются импульсы (фиг. 2.21), устанавливающие неинвертирующий и инвертирующий выходы первого триггера 15 соответственно в состояние логического нуля (фиг. 2.22, Прн

Т = T ) и в состояние логической еди ницы (фиг. 2.23, при Т = T.o) .

При дальнейшем росте амплитуды колебаний в промежутке времени от

Т до Т амплитуда колебаний находит4 ся в интервале амплитуд от нижнего

А до верхнего Аа уровней первого дискриминатора 10, и на его выходе появляются импульсы (фиг. 2.24). В момент времени Т = Т, возникающие по достижении сигналом верхнего уровня А первого дискриминатора

10 10, импульсы (фиг. 2.25) с компаратора (не показан) верхнего уровня первого дискриминатора,10 поступают на неинвертирующий вход первого триггера 15, на неинвертирующем выходе

)5 которого появляется напряжение, соответствующее логической единице (фиг. 2.22, при Т = Т ), а на инвертирующем - логическому нулю (фиг. 2.23у при т = Т ).

По спаду напряжения на инвертирующем выходе (фиг. 2.23, при Т=Т ) первого триггера 15 происходит запуск второго таймера 17, определяющего время (фиг. 2.26, при Т вЂ” Т ) нахождения электромеханического автогенератора в режиме колебаний с постоянной амплитудой (при Т вЂ” Т ) . На выходе второго таймера 17 в момент времени Т = Т вырабатывается импульс напряжейия (фиг. 2.26), устанавливающий на неинвертирующем выходе второго триггера 18 состояние логического нуля (фиг. 2.27, при

Т = Т3), соответствующего размыканию ключом 9 кольца электромехани35 ческого автогенератора и возникновению затухающих колебаний в материале 3.

Этот же импульс (фиг. 2.27, при

Т = Т3) с выхода второго таймера

40 17 сбрасывает в ноль электронный счетчик 11 импульсов, подготавливая его к приему новой информации. При свободном затухании колебаний (фиг. 2.20, при Т вЂ” Т4) в интерва45 ле амплитуд от верхнего уровня А до нижнего уровня А первого дискриминатора 10 на его выходе появляются импульсы (фиг. 2.24, прн ТЗ-Т4), которые при одновременно поступающем напряжении логической единицы .с неинвертирующего выхода первого .триггера 15 (фиг. 2. 22, при Т -T4) на вход схемы 19 совпадения, проходят на выход последней (фиг. 2.28, при Т = T3 — Т4) и поступают на вход

55. электронного c eTs xa 11 импульсов который фиксирует нх число N. В момент времени Т = Т на счетном выходе второго дискриминатора 13 появля- . ются импульсы (фиг. 2.21, при Т T6)р

60 устанавливающие неинвертирующий и инвертирующий выходы первого триггера 15 соответственно в состоянии логического нуля (фиг. 2.22, при

Т = Т ) и логической единицы (r3 (фиг. 2. 23, при T = Т5 ) .

1021953

ТIN

Я= „<д „ --КЫ, 21

9 т@ Tg 7у юг.Г

ВНИИПИ Заказ 4025/31 Тираж 873 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4

По спаду напряжения (фиг. 2. 22, при Т Т ) на неинвертирующем выходе первого триггера 15 происходит запуск первого таймера 16, определяющего время Т„(фиг. 2. 29, при

Т - Т6) считывания информации с электронного счетчика 11 импульсов и ввод ее в регистратор 12 для автоматической записи результатов измерений. По истечении этого времени первый таймер 16 вырабатываетимпульс (фиг. 2.29, num T = Т6), торый переводит неинвертирующий выход второго триггера 18 в состояние логической единицы. Это (фиг. 2.27, при Т = Т6) соответствует замыканию 15

/ ключом 9 электромеханического автогенератора в режим возбуждения. Описанный цикл неоднократно повторяется.

Зафиксированные, например, в интервале температур (на структурной Э3 схеме блок регистрации значения воздействующего внешнего фактора (не показан) значения N импульсов пропорциональны механической добротности, которая определяется выражением где А, и A — соответственно верхний и нижний ) ровни первого дискриминатора 1

N — число амплитуд (импульсов) свободно затухающих колебаний материала, находящихся между уровнями А2 и А<

К вЂ” постоянное число, являкицееся масштабирующим коэффициентом (внутреннее трение является величиной, обратной механической добротности).

Использование устройства позволяет при повышенной точности автоматизировать измерение свободно затухаю- щих колебаний.