Способ измерения динамической силы и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям динамических сил, передаваемых через упругие связи, и может быть использовано при оценке вибрационных сил, передаваемых через неопорные связи в условиях вибрационных и электрических помех. Цель изобретения - повышение точности путем снижения чувствительности к электрическим и вибрационным помехам. Способ измерения динамической силы заключается в передаче колебаний от колеблющегося объекта через упругую связь к изолируемому объекту, приложении к изолируемому объекту в точке крепления упругой связи компенсирующей силы с частотой, равной частоте колебаний, измерении и фиксации амплитуды компенсирующей силы, при которой амплитуда колебаний изолируемого объекта превышает уровень помех, а также изменении и фиксации тех значений фаз компенсирующей силы, при которых колебания точек крепления упругой связи к изолируемому объекту минимальны. Затем увеличивают амплитуду компенсирующей силы от нуля до величины, при которой колебания точек крепления упругой связи возрастают , а потом уменьшают эту амплитуду и измеряют ее максимальное и минимальное значения, при которых колебания точек крепления упругой связи равны уровню помех , при этом динамическую силу определяют как полусумму максимального и минимального значений компенсирующей силы. Устройство для измерения динамической силы содержит генератор опорных сигналов , амплитудный и фазовый регуляторы, блок вибровозбуждения, связанный через упругую связь с колеблющимся объектом, блок измерения вибрации, выход которого связан с первым входом блока определения экстремума, связанного своим выходом с первым входом блока управления, блок сравнения амплитуд вибраций, блок памяти и блок измерения компенсирующей силы. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. СО с XI ю CJ N О О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 1 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4737164/10 (22) 15.06.89 (46) 30.03.92. Бюл. М 12 (71) Институт машиноведения им. А.А.Благонравова (72) Э.Л,Рымалов, С.В.Кравченко, Н.А.Моисеева и А.Г,Чистяков (53) 531.781(088.8) (56) Генкин М.Д., Елезов В.Г. и др. Система виброизоляции с управлением по силе,—

Акустический журнал, 1977, 23, 3, с. 479480.

Барков А.В., Ветчинкий А.С., Малахов

B.Â. Некоторые вопросы автоматизации систем активного подавления вибраций. -Акустический журнал, 1977, 23, 3, с. 474. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИЛЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям динамических сил, передаваемых через упругие связи, и может быть использовано при оценке вибрационных сил, передаваемых через неопорные связи в условиях вибрационных и электрических помех. Цель изобретения — повышение точности путем снижения чувствительности к электрическим и вибрационным помехам. Способ измерения динамической силы заключается в передаче колебаний от колеблющегося объекта через упругую связь к изолируемому

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению динамических сил, передаваемых через упругие связи, и может быть использовано при оценке вибрационных сил, передаваемых через объекту, приложении к изолируемому объекту в точке крепления упругой связи компенсирующей силы с частотой, равной частоте колебаний, измерении и фиксации амплитуды компенсирующей силы, при которой амплитуда колебаний изолируемого объекта превышает уровень помех, а также изменении и фиксации тех значений фаз компенсирующей силы, при которых колебания точек крепления упругой связи к изолируемому объекту минимальны. Затем увеличивают амплитуду компенсирующей силы от нуля до величины, при которой колебания точек крепления упругой связи возрастают, а потом уменьшают эту амплитуду и измеряют ее максимальное и минимальное значения, при которых колебания точек крепления упругой связи равны уровню помех, при этом динамическую силуопределяют как полусумму максимального и минимального значений компенсирующей силы, Устройство для измерения динамической силы содержит генератор опорных сигналов, амплитудный и фазовый регуляторы, блок вибровозбуждения, связанный через упругую связь с колеблющимся объектом, блок измерения вибрации, выход которого связан с первым входом блока определения экстремума, связанного своим выходом с первым входом блока управления, блок сравнения амплитуд вибраций, блок памяти и блок измерения компенсирующей силы. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. неопорные связи в условиях вибрационных и электрических помех.

Известен способ измерения вибрационной силы, заключающийся в измерении импеданса точек механической конструк !723466 10

20

35

50 ции, к которой приложена вибрационная сила, и измерении реакций(например, скорости) данной точки механической конструкции на выбранной частоте. Искомая сила определяется как произведение импеданса на скорость.

Недостатком способа является малая точность измерения из-за погрешности при измерении импеданса, поскольку точки. приложения измеряемой и калибровочной сил при определении импеданса удается редко совместить. Общая погрешность измерения силы равна произведению погрешностей при измерении импеданса и скорости, Известно устройство для измерения сил, содержащее пьезоэлемент и регистрирующий прибор.

Недостатком его является необходимость встраивать пьезоэлемент для измерения силы в упругий элемент или устанавливать пьезоэлемент и упругий элемент последовательно, что не всегда возможно.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения вибрационной силы, заключающийся в таком приложении компенсирующе!л силы к точке крепления упругого элемента к изолируемому объекту, при котором колебания точки крепления (нап ример, скорость) ра вн ы нулю.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является устройство автоматического активного подавления вибраций, включающее последовательнс соединенные генератор опорных сигналов, амплитудный и фазовый регуляторы, блок возбуждения вибраций, блок измерения вибраций, блок определения экстремума, соединенный с блоком измерения вибраций, и блок управления, соединенный с блоком определения экстремума и регулятором амплитуды, Недостатком известных способа-прототипа и устройства-прототипа является неоднозначность измерений при наличии помех.

Объясняется это тем, что снизить скорость колебаний очки крепления до нуля н8 удается. Снижение же скорости колебаний лишь до уровня помех приводит к неоднозначности измерений, так как снижение колебаний может быть достигнуто не только за счет компенсации вибрационной силы, т.е. когда компенсирующая сила равна по величине и противоположна по фазе возмущающей силе, передаваемой через упругий элемент, но и за счет управляемого демпфирования резонансных колебаний, когда компенсирующая сила противоположна по фазе скорости колебаний точки крепления, Целью изобретения является повышение точности измерений при наличии элекТр »ч8ских и Вибрацион ныx помех.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения длнамической силы, заключающемся В передаче колебаний от колеблющегося обьекта через упругую связь к !из

С!ЛЛ Ы, ОnPBДBЛЯ!От yÎOBBHЬ ПОМС;<, фЛКСИРУют такую амплитуду комг!8!!сирующей силы, пои кот ОрОй э!ИплитуДэ колебаHий I золu»py-!

/i0I0 обьекта превышает уровень помех, фиксируют те зна:-,ения фаз компенсирующей силы, прл которых колебания точек крепления упругой связи к изолируемому

Объекту мини!!Эльны., а =-.àòåì увеличивают амплитуду ксмпенсир /1-!1,ей силы от нуля

До Величины, пр!» котор!Ii) колебания точе!.

КОЕПЛЕI-!ИЯ IРУГОй СВЯЗИ I< ИЗОЛИРУ8МОМУ объекту на одной и -, зафикслрованных фаз

Возрастают, затем при это, ;,::,B фазе уменьШЭЮ ЭМ!П/»MT!iÄУ КОМП8HCИ!ЬУЮ!Цвй СИЛЫ И измеряют ее максимальное и минлмальное значения, при которых колебания точек крепленля упругол связи к изолируемому

ОбъеKту ОЭВ Ihl уоОВHю помех, э Вина!1иче

СКу !0 СYiЛУ 0! !PЕДCЛЯ!01 i<Э К О/1УО умi .» / МBКСИ

МЭЛЬНОГО И МИ!- !IМЭГ!ЬНОГО 3!!3ЧВНИЙ компенсирующей силы.

Поставленная ue/Iü достигается также там, что в ус ройс: во для измерения динамической силы, содержащее последовательно соединен!-:ые гBHBp3»op опорных сигналов, амплитудный и фазовый регуляторы, блок виброаозбуждения, связанный чеоез упругую связь с v0/IBáëþùèìñÿ обьек»ом, блок измерения Вибраций, Выход которого связан с первым входом блока определения экстремума, связанного своим

Выходом с первь!м Входом блока управления, первый и второй Выходь. которого связаны с управляющими входами амплитудного и фазового,".егуляторов, ввеДены блОк cp3BI!BHèé Эмпли Г/Д В!лбраций, блОк памЯти и блОк измерениЯ ко//!! !енсирующей сллы, при этом первь!й вход блока сравнения амплитуд Вио/>эций сВязан с Выходом блока измереHI.;II вибраций, а выход и управляющий вход соотве гственHQ coBpvlнены с вторым входом и третьим Выходом блока управления, третий вход которого соединен с выходом блока памят!л, а четвертый его Выход — с !!ервым входом блока

1723466

55 памяти, второй вход которого связан с выходом фазового регулятора, причем первый вход блока измерения компенсирующей силы связан с выходом блока вибровозбуждения, вход которого соединен с выходом амплитудного регулятора, а второй вход — c пятым выходом блока управления, шестой выход которого подсоединен к управляющему входу блока определения экстремума.

На фиг.1 изображена схема устройства для реализации способа; на фиг.2 — зависимость амплитуды колебаний изолируемого объекта от фазы компенсирующей силы; на фиг.3 и 4 — то же, от величины компенсирующей силы (для двух значений фазы компенсирующей силы).

Устройство для реализации способа (фиг,1) содержит блок 1 вибровозбуждения, амплитудный 2 и фазовый 3 регуляторы, генератор 4 опорных сигналов, упругую связь

5, изолируемый объект 6, колеблющийся объект 7, блок 8 измерения вибрации, блок

9 определения экстремума, блок 10 сравнения амплитуд, блок 11 управления, блок 12 памяти, блок 13 измерения компенсирующей силы.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал от генератора 4 опорных сигналов через амплитудный 2 и фазовый 3 регуляторы подается на блок 1 вибровозбуждения, исполнительный элемент которого крепится к изолируемому объекту 6 и возбуждает его. Изолируемый объект 6 возбуждается также от колеблющегося объекта 7 через упругую связь 5. Вибрации изолируемого объекта 6 могут быть уменьшены в двух случаях; во-первых, если компенсирующая сила, создаваемая блоком 1 вибровозбуждения, противоположна по фазе силе через упругую связь 5; во-вторых, если компенсирующая сила противоположна по фазе скорости резонансных колебаний изолируемого объекта 6.

В первом случае колебания изолируемого объекта могут быть уменьшены до нуля при равенстве амплитуд возбуждающей и компенсирующей сил, во втором случае колебания до нуля не уменьшаются, Однако различить оба эти случая по уровню колебаний изолируемого объекта 6 в большинстве случаев невозможно- из-за наличия помех, поэтому при измерении сил через упругую связь с помощью компенсирующих сил возникает неоднозначность. Различить оба указанных случая путем измерения фаз в большинстве случаев из-за наличия помех также не удается.

Колебания изолируемого объекта 6 измеряются блоком 8 измерения вибраций, и сигналы подаются на блок 9 определения экстремума (минимума) колебаний и блок 10 сравнения амплитуд вибрации.

При этом блок 9 определения экстремума включается с помощью блока 11 управления, когда производится изменение фазы с помощью фазового регулятора 3, а блок 10 сравнения амплитуд включается, когда производится изменение амплитуды сигнала с помощью амплитудного регулятора 2, Когда колебания изолируемого объекта 6 достигнут минимума, то с блока 9 определения экстремума подается сигнал через блок 11 управления или непосредственно на блок 12 памяти для запоминания кода, соответствующего положению ручек регулировки фазового регулятора 3. Такой код постоянно подается на вход блока 12 памяти от фазового регулятора 3.

После того как зафиксированы две фазы, при которых колебания изолируемого объекта 6 достигают. минимума, блок 11 управления включает блок 10 сравнения амплитуд вибраций, подает сигнал на блок 12 памяти, получает информацию о коде, соответствующем положению ручек управления фазового регулятора 3 при первой зафиксированной фазе, подает сигнал управления на фазовый регулятор 3 для настройки его на первую зафиксированную фазу, а за-,ем подает сигнал управления на амплитудный регулятор 2, который изменяет амплитуду компенсирующей силы от блока возбуждения.

Работа блока 10 сравнения амплитуд вибрации аналогична работе блока 9 определения экстремума, но здесь требуется не определять минимум колебаний, а только выявить, будут ли колебания изолируемого объекта 6 сначала уменьшаться, а зетем увеличиваться при изменении амплитуды компенсирующей силы от нуля до величины. превышающей ориентировочный уровень сил через упругую связь 5. Если да, то блок

10 сравнения амплитуд вибраций подает сигнал на блок 11 управления, который снова включает блок 9 определения экстремума и при минимуме вибраций изолируемого объекта 6 дает сигнал для измерения на блок 13 измерения компенсирующей силы.

Если нет, то блок 11 управления подает сигнал на блок 12 памяти и получает информацию о второй зафиксированной фазе, на которую настраивается фазовый регулятор

3. Затем, как и при первой фазе, проводится измерение компенсирующей силы при минимуме вибраций изолируемого объекта 6.

1723466

Предлагаемый способ измерения динамической силы осуществляется следующим образом.

С помощью блока 8 измерения вибрации измеряют уровень помех, который фиксируется в блоке 11 управления. Затем сигнал на выходе амплитудного регулятора

2 с помощью блока 11 управления увеличивают до тех пор, пока на измерительном блоке 8 не появится сигнал, в 2 — 3 раза превышающий уровень помех, После этого с помощью блока 11 управления и фазового регулятора 3 изменяют фазу до тех пор, пока на блоке 9 определения экстремума не будет зафиксирован минимум вибрации. Положение органов управления фазового регулятора 3, соответствующее минимуму вибрации изолируемого объекта, в закодированном виде подают в блок 12 памяти.

При изменении фазы компенсирующей силы от 0 до 360 по отношению к опорному сигналу могут быть зафиксированы два минимума вибраций точек присоединения упругой связи к изолируемому объекту(кривые

1 и 2 на фиг.2). Объясняется это тем, что уменьшение вибраций возможно либо при компенсации сил, действующих на измеряемые точки (т,е. когда компенсирующая сила противофазна возмущающей силе), либо при демпфировании резонансных колебаний изолируемого объекта (когда компенсирующая сила сдвинута на 90 по отношению к вибрации изолируемого объекта).

Из двух минимумов вибрации можно отбросить тот, при котором фаза компенсирующей силы противоположна фазе скорости колебаний точек крепления упругой связи 5 к изолируемому объекту 6. Однако измерение фазы колебаний каких-либо точек изолируемого объекта в реальных условиях, т,е. в условиях помех, представляет большую

СЛОЖНОСТЬ.

Поэтому предлагается иной способ раз.личия компенсации сил (когда компенсирующая сила противофазна скорости колебаний точек изолируемого объекта). Основывается этот способ на том, что в первом случае при увеличении компенсирующей силы от нуля до величины, превышающей силу через упругую связь 5, колебания изолируемого объекта 6 сначала уменьшаются, а затем возрастают (кривая 3, фиг.3; кривая

4 на фиг.3 соответствует уровню помех), Во втором случае при увеличении компенсирующей силы от нуля до величины, превышающей силу через упоугую связь, колебания изолируемого объекта 6 уменьшаются до определенной величины (например, до уровня помех; кривая 6, фиг.4) и возрастание колебаний не происходит (кривая 5, фиг.4). Вибирают минимум при такой фазе компенсирующей силы, при которой монотонное изменение ее амплитуды приводит сначала к уменьшению, а затем к уве5 личению модуля колебаний точек крепления упругой связи 5 к изолируемому объекту 6.

То есть последовательность операций заключается в следующем; устанавливают поочередно фазу о1 и <ф с помощью

10 фазового регулятора 3, при которых вибрации изолируемого объекта минимальны. 3атем изменяют амплитуду компенсирующей силы с помощью амплитудного регулятора 2 от 0 до величины, превышающей ориенти15 ровочный уровень силы через упругую связь

5. Измерение комп енс и рую щей сил ы и роизводят при той фазе, при которой вибрации изолируемого объекта сначала уменьшаются, а затем увеличиваются (в данном случае

20 фаза р1, кривая 3, фиг.3). Измерение компенсирующей силы проводят при минимуме колебаний изолируемого объекта. При этом компенсирующая сила близка по величине силе через упругую связь 5. Для точного

25 определения значений действующей динамической силы измеряют компенсирующие силы Р1 и Fz (фиг.3), которые соответствуют точкам пересечения кривых 3 и 4, а искомую силу определяют из выражения

30 Р,+F, 2

Использование предлагаемого технического решения позволяет обеспечить достижение следующих технико-экономических

55 преимуществ: однозначное и точное измерение динамических сил при наличии электрических и вибрационных помех.

Формула изобретения

1. Способ измерения динамической силы, заключающийся в передаче колебаний от колеблющегося объекта через упругую связь к изолируемому объекту, приложении к изолируемому объекту в точке крепления упругой связи компенсирующей силы с частатой, равной частоте колебаний, и измене нии амплитуды и фазы компенсирующей силы, отличающийся тем, что, целью повышения точности путем снижения чувствительности к электрическим вибрационным помехам, определяют уровень помех, фиксируют такую амплитуду компенсирую-. щей силы, при которой амплитуда колебаний изолируемого объекта превышает уровень помех, фиксируют те значения фаз компенсирующей силы, при которых колебания точек крепления упругой связи к изолируемому объекту минимальны, а затем увеличивают амплитуду компенсирующей силы от нуля до величины, при которой ко1723466

10 лебания точек крепления упругой связи к изолируемому объекту возрастают, затем при этой же фазе уменьшают амплитуду компенсирующей силы и измеряют ее максимальное и минимальное значения, при которых колебания точек крепления упругой связи к изолируемому объекту равны уровню помех, а динамическую силу определяют как полусумму максимального и минимального значений компенсирующей силы.

2. Устройство для измерения динамической силы, содержащее последовательно соединенные генератор опорных сигналов, амплитудный и фазовый регуляторы, блок вибровозбуждения, связанный через упругую связь с колеблющимся объектом, блок измерения вибраций, выход которого связан с первым входом блока определения экстремума, связанного своим выходом с первым входом блока управления, первый и второй Bbliîäû которого связаны с управляющими входами амплитудного и фазового регуляторов, о тл и ч а ю ще е с ятем, что, с целью повышения точности путем сниже.ния чувствительности к электрическим и вибрационным помехам, в него введен блок сравнения амплитуд вибраций, блок памяти

5 и блок измерения компенсирующей силы, при этом первый вход блока сравнения амплитуд вибраций связан с выходом блока измерения вибраций, а выход и управляющий вход соответственно соединены с вто10 рым входом и третьим выходом блока управления, третий вход которого соединен с выxoäoì блока памяти, а четвертый его выход- с первым входом блока памяти, второй вход которого связан с выходом фазово15 го регулятора, причем первый вход блока измерения компенсирующьй силы связан с выходом блока вибровозбуждения, вход которог0 соединен с вь,ходом амплитудного регулятора, а второй вход — с пятым выхо20 дом блока управления, шестой выход которого подсоединен к управляющему входу блока определения экстремума.

1723466

Фиг.2

50

Составитель 3. Рымалов

Редактор А. Маковская Техред М.Моргентал Корректор Л. Бескид

Заказ 1059 Тираж 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

F2

Фиг. 3

"2 дбОО