способ измерения добротности объекта и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ измерения добротности объекта, заключающийся в том, что электромеханическим преобразователем возбуждают изменяющиеся по частоте механические колебания в объекте и по параметрам амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) этого объекта определяют его добротность, отличающийся тем, что при контроле объекта из пленочного материала из последнего выполняют кольцевой образец, который зажимают по периферии в электромеханическом преобразователе, последним возбуждают крутильные колебания в образце, дифференцируют АЧХ по частоте, фиксируют полосу частот в пределах экстремумов АЧХ и по соотношению этой полосы и резонансной частоты образца определяют его добротность.

2. Устройство для измерения добротности объекта, содержащее свип-генератор, связанный с его выходом электромеханический преобразователь и соединенный с последним блок индикации и обработки сигналов выполнен в виде устройства дифференцирования АЧХ по частоте, включенных в нее элементов памяти значений частот экстремумов этой АЧХ и вычислителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании диссипативных свойств различных пленочных материалов.

Известны способы измерения таких характеристик, как тангенс угла механических потерь tg , логарифмический декремент колебаний и добротность системы Q, функционально связанных друг с другом и являющихся характеристикой рассеяния энергии в не вполне упругих материалах за один период колебаний [1]

tg 1/Q 1/ . (1)

Общепринятым способом оценки добротности механический системы является ее расчет по резонансной частоте ₀ амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и так называемой ширине резонансного пика (фиг. 1) по формуле

Q /, (2) где =₁-₂ изменение частоты возмущающей силы, необходимое для изменения амплитуды колебаний А от половины ее максимального значения А₀по одну сторону резонансной кривой до половины максимального значения по другую сторону.

Если ширина резонансного пика определяется на уровне 0,7 А₀, то коэффициент в формуле (2) заменяется единицей [2 и 3]

Недостатком данного способа является невысокая точность амплитудных измерений и недостаточные функциональные возможности вследствие отсутствия в этих способах соответствующих функциональных узлов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения добротности [4] в котором амплитудные измерения заменены временными, позволяющими повысить точность и автоматизировать процесс измерения.

Недостатком этого способа является большая продолжительность процесса измерения и малая автоматизация процессов измерения и расчета.

Цель изобретения состоит в повышении точности и скорости измерений и расчета и расширения функциональных возможностей способа и устройства.

Цель достигается тем, что в способе измерения добротности механической системы электромеханическим преобразо- вателем возбуждают крутильные колебания в образце, реализуют свипирование подаваемого на катушку возбуждения сигнала с одновременным синхронным дифференцированием АЧХ по частоте, снимаемой с датчика смещения, и фиксируют в памяти электронного блока две граничных и резонансную частоты (фиг. 1).

Устройство для измерения добротности механической системы содержит свип-генератор, вибровозбудитель, электромеханический преобразователь, введенные устройства для дифференцирования АЧХ по частоте и запоминания трех частот и цифровое вычислительное устройство, рассчитывающее добротность по определенному алгоритму.

На фиг. 1 представлена АЧХ пленочного кольцевого образца и алгоритм определения добротности по стандартной методике; на фиг. 2 график, полученный в результате дифференцирования АЧХ; на фиг. 3 схема устройства, реализующего способ.

Устройство состоит из свип-генератора 1, генератора 2 опорной частоты, фазового корректора 3, вибровозбудителя 4, электромеханического преобразователя 5, селективного усилителя 6, синхронного детектора 7, схем электронных блоков 8, 9, 10, блока 11 сопряжения и цифрового вычислительного устройства 12.

Сущность способа заключается в следующем. Если изображенную на фиг. 1 АЧХ продифференцировать по частоте, то получается кривая А" dA/d , изображенная на фиг. 2, (dA/d ) ₌ ) cответствует резонансной частоте, а экстремумы (dA/d) и (dA/d) соответствуют точкам перегиба на левой и правой ветвях АЧХ, т.е. как раз в области резонансной кривой, где определяется ее ширина _{2 1}. Затем необходимо запомнить эти частоты и по алгоритму формулы (2) рассчитать добротность Q с помощью цифрового вычислительного устройства. Указанная программа расчета реализуется с помощью следующей электронной схемы (фиг. 3), состоящей из свип-генератора 1, генератора 2 опорной частоты _оп, частота которого _оп >> _max свип-генератора, фазового корректора 3, вибровозбудителя 4, связанного через исследуемую механическую колебательную систему 13 с электромеханическим преобразователем 5, сигнал с которого, обработанный селективным усилителем 6, настроенным на опорную частоту _оп, и синхронным детектором 7, поступает на схемы 8, 9, 10, фиксирующие соответственно две граничные и резонансную частоты ₁, ₂, ₀ (фиг. 2), информация о которых с блока 11 сопряжения поступает в цифровое вычислительное устройство 12.

Представленная схема работает следующим образом. Сигнал от свип-генератора 1, модулированный опорной частотой _оп от генератора 2, подается на вибровозбудитель 4, который воздействует на механическую колебательную систему 13, связанную с электромеханическим преобразователем 5, сигнал которого изображен на фиг. 1. В результате обработки этого сигнала селективным усилителем 6, выделяющим сигнал с частотой _оп, и синхронным детектором 7, на выходе последнего получается сигнал, изображенный на фиг. 2. Для компенсации фазового сдвига, возникающего вследствие работы элементов устройств 1, 4, 13, 5 и 6, служит фазовый корректор 3. Фиксация частот ₁, ₂ и ₀осуществляется в элементах устройства 8, 9 и 10, цифровой код которых через блок 11 сопряжения подается на цифровое вычислительное устройство 12, реализующее расчет добротности по формуле (2).

Использование предлагаемых способа и устройства автоматизирует процессы измерения и расчета вязкоупругих параметров и повышает точность их измерения.