Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Messen mechanischer Schwingungen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mes sen mechanischer Schwingungen, z. B. von elastisch gelagerten Kraftfahrzeug-Brenn- kraftmaschinen relativ zum Fahrgestellrah- men oder dergleichen.
Die Erfindung besteht darin, dass man eine Trägerfrequenz durch die mechanischen Schwingungen moduliert und mit Hilfe der modulierten Trägerfrequenz die Grössen der Schwingungsausschläge als Weg misst, d. h.
man misst direkt den Betrag des Schwingungs- ausschlages 8, der proportional zur Änderung dL einer Induktivität (bzw. einer Kapazität) ist. Man erhält so als Aufzeichnungsergebnis, z.
B. durch einen Oszillographen oder ein Zeiger- oder Schreibgerät, irrmittelbar den zeitlichenVerlauf der Schwingungsausschläge und nicht wie bei bekannten Verfahren die Geschwindigkeit, aus der dann. erst durch Integrieren die Schwingungsausschläge er mittelt werden müssen. Ein zur Durchfüh- rung des Verfahrens geeignetes Messgerät, und zwar vor allem dessen Geber, lässt sich so klein bauen,
dass man es auch an sehr kleinen zu untersuchenden Teilen anordnen kann, ohne dass deren Eigenfrequenz durch die Masse des Gerätes fühlbar beeinflusst wird.
Da bei dem Messverfahren nach der Erfindung unmittel bar der Ausschlag als Messgrösse auftritt, ist das yIessresultat ausserdem von der Frequenz unabhängig, so dass eine statische Eichung des Gebers möglich ist. Hierzu verwendet man einen solchen Geber, der z. B. aus einer elek trischen Spule mit einem sich darin bewegen den ferromagnetischen Kern besteht.
Dieser bildet entweder selbst eine elastisch auf gehängte Masse von einer solchen Grösse, dass sie gegenüber den auf das Gerät einwirkenden Schwingungen praktisch ihre Ruhelage im Raum beibehält oder es ist der Kern mit einer solchen Masse verbunden. Es kann aber auch die Spule mit dieser Masse verbunden und elastisch aufgehängt sein. Für die Dämpfung des beweglichen Geberteils kann eine beson dere Flüssigkeit vorgesehen sein.
Das Verfahren wird nachstehend an Hand von Ausfübrungsformen und Vorrichtungen, die zu seiner Durchführung geeignet sind, unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich nung erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 den Geber im Längsschnitt mit der an zwei Biegehäuten aufgehängten Masse des Systems.; Fig.2 den Endabschnitt des Gehäuses nach Mg. 1 im Längsschnitt, mit auf einer Pendelstütze abgestützten Masse des Systems;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch'den End- abschnitt des Gebers, mit einer Ausgleich feder für die Masse des Systems und <B>Mg.</B> 4 einen elastisch auf einem Fahr- gestellrahmen gelagerten Motor eines Kraft- fahrzeuges, schematisch.
Wie die Figuren zeigen, besteht der Geber aus einem Gehäuse 7, das durch eine Zwi- schenwand-12 in eine Luftkammer 8-und in einen eventuell mit einer Dämpfungsflüssig- keit, z. B. Öl, gefüllten Raum 13 unterteilt ist.
In dem Raum sind, in einigem Abstand voneinander, zwei gelochte Biegehäute 5, 6 und zwischen diesen, an einer Ringschulter 14, eine elektrische Spule 11 eingesetzt. Das Spulenloch 1-5 durchsetzt ein Stab 4, der im Bereich der Spule einen Weicheisenkern 3, und nahe seinen beiden Enden je einen Zy linderkörper 1, 2 trägt,
die beide zusammen die gegebenenfalls unter der Dämpfungs- wirkung der Flüssigkeit stehende Masse des in bezug auf das Gebergehäuse beweglichen Systems bilden. Die Enden des Stabes 4 sind an den erwähnten Biegehäuten 5 und 6 be festigt. Die Anschlüsse 16 der Spule führen zur Brückenschaltung des Trägerfrequenz modulators. Dieser ist an sich für andere Messzwecke bekannt.
Es wird die Brücken schaltung durch einen Wechselstromgenera tor mit Hochfrequenz versorgt, der gleich zeitig eine Wechselspannung zur phasen richtigen Demodulation an einen Demodula- tor abgibt. Im Eichzweig der Brücke liegt ein veränderlicher Widerstand, der auch eine Induktivität oder Kapazität sein kann.
In einem oder in zwei der Messzweige der Brücke liegt eine mit den zu messenden Schwingungs- ausschlägen veränderliche Induktivität oder Kapazität. Je mehr man die Brücke ab gleicht, desto mehr nähert sich die Wechsel spannung an der Ausgangsseite dem Wert 0, um jenseits des Wertes wieder grösser zu wer den. Sobald man dagegen phasenrichtig de moduliert, erhält man einen linear sich än dernden Spannungsverlauf, der bei dem vor liegenden Messverfahren, z.
B. durch einen Oszillographen oder ein Zeigergerät ausge wertet wird. Zwischen Brücke und Demodu- lator kann noch ein Verstärker vorgesehen sein.
Die Art und Weise der Anordnung des Gebers an einem Maschinenteil ist aus Fig. 4 ersichtlich. Diese Figur zeigt schematisch einen auf einem Fahrzeugrahmen a mittels Gummipuffer b elastisch gelagerten Motor c eines Kraftfahrzeuges. Es wird der Geber 7 als Messgerät nun in einer solchen Lage am Motor befestigt, dass seine Längsachse zu jener Richtung, in der die zu untersuchenden Schwingungen auftreten, parallel liegt.
Unter dem Einfluss dieser Schwingungen wird das Gebergehäuse 7 mit der Spule 11 ebenfalls in Schwingungen versetzt, während die gegen über dem Gehäuse bewegliche Masse 1, 2, 4, 3 in Ruhe bleibt. Mit der Grösse der Schwin gungsausschläge taucht der Kern 3 mehr oder weniger tief in die Spule ein und damit ändert sich auch deren Induktivität. Die Induktivi- tätsänderung ergibt also das Mass für die Grösse des Schwingungsausschlages und kann, wie oben angeführt, durch ein Instrument oder einen Oszillographen aufgezeichnet wer den.
Zum Messen der Schwingungsausschläge in waagrechter Richtung (I in Fig. 4) wird der Geber 7 waagrecht auf den Motor be festigt. Die Anordnung des Gebers 7' in Fig. 4 dient zur Messung der Schwingungs ausschläge in senkrechter Richtung (II in Fig. 4).
Auf die gleiche Weise können die am Motor c auftretenden Schwingungen in jeder beliebigen Richtung untersucht werden. Um gekehrt kann man mit dem Geber auch eine bestimmte Richtung von Schwingungen er- mitteln. Bekanntlich müssen Schwingungs messer tief abgestimmt sein. Will man in der Nähe der Eigenfrequenz des schwingfähigen Systems (also beim Ausführungsbeispiel nach Fig.4 bei niedriger Drehzahl des Motors) messen, dann muss das Gebergehäuse 13 mit Öl gefüllt werden.
Zweckmässig ist durch eine geeignete Wahl des Öls die Dämpfung des innerhalb des Gebergehäuses schwingbar an geordneten Teils so abzustimmen, dass das Dämpfungsmass höchstens D = %2@/ 2 be trägt. Man kann die Dämpfung auch durch eine entsprechende Wahl der Masse gegen über der Dämpfungsflüssigkeit abstimmen, indem.man z. B. durch die Wahl eines be stimmten Durchmessers der Masse dem Durchtrittsspalt für die Dämpfungsflüssig- keit eine bestimmte Grösse gibt.
Die elastische Aufhängung der Masse des Systems muss nicht unbedingt vermittels Biegehäute erfolgen. Sie kann z. B. nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 auf Pendel stützen 17 gelagert sein, die durch eine Rück führfeder 18 in ihrer Vertikalstellung gehal ten werden. Die Ausführungsbeispiele des Gebers nach den Fig. 1 und 2 dienen zum Messen waagrechter Schwingungen. Zum Messen von senkrechten Schwingungen wird die Anordnung nach Fig. 3 vorgeschlagen.
Es ist dort das Gebergehäuse 7 an seinen Enden zu einem Federraum 19 erweitert und in die sem eine das Gewicht der Masse ausgleichende Feder 20 eingesetzt.
Der Geber kann auch derart ausgebildet sein, dass die Masse des Systems in zwei beider seits der elektrischen Spule angeordnete Teil massen aufgeteilt ist, die bei im Gehäuse fest liegendem Kern durch den Spulenkörper mit einander verbunden sind.
Method and device for the electrical measurement of mechanical vibrations. The present invention relates to a method and an apparatus for Mes sen mechanical vibrations such. B. of elastically mounted motor vehicle internal combustion engines relative to the chassis frame or the like.
The invention consists in modulating a carrier frequency by the mechanical vibrations and using the modulated carrier frequency to measure the magnitudes of the vibration deflections as a path, i.e. H.
the magnitude of the oscillation deflection 8 is measured directly, which is proportional to the change dL of an inductance (or a capacitance). One obtains as a recording result, for.
B. by an oscilloscope or a pointer or writing instrument, the temporal course of the oscillation deflections and not, as in known methods, the speed from which then. the oscillation amplitudes must only be determined by integrating. A measuring device that is suitable for carrying out the process, and above all its encoder, can be built so small that
that it can also be arranged on very small parts to be examined without their natural frequency being noticeably influenced by the mass of the device.
Since the deflection occurs directly as a measured variable in the measuring method according to the invention, the measurement result is also independent of the frequency, so that a static calibration of the transmitter is possible. For this purpose, one uses such a transmitter, which z. B. consists of an elec tric coil with a move in it the ferromagnetic core.
This either forms itself an elastically suspended mass of such a size that it practically maintains its position of rest in space in relation to the vibrations acting on the device, or the core is connected to such a mass. However, the coil can also be connected to this mass and suspended elastically. A special liquid can be provided for the damping of the movable encoder part.
The method is explained below with reference to embodiments and devices that are suitable for its implementation, with reference to the accompanying drawing.
The figures show: FIG. 1 the transmitter in longitudinal section with the mass of the system suspended from two flexible skins. 2 shows the end section of the housing according to Mg. 1 in longitudinal section, with the mass of the system supported on a pendulum support;
3 shows a longitudinal section through the end section of the transmitter, with a compensation spring for the mass of the system and <B> Mg. </B> 4, a motor vehicle engine that is elastically mounted on a chassis frame, schematically.
As the figures show, the transmitter consists of a housing 7, which is passed through a partition 12 into an air chamber 8 and into a possibly containing a damping fluid, e.g. B. oil, filled space 13 is divided.
In the space, at some distance from one another, two perforated flexible skins 5, 6 and between them, on an annular shoulder 14, an electrical coil 11 are inserted. The coil hole 1-5 penetrates a rod 4, which carries a soft iron core 3 in the area of the coil and a cylinder body 1, 2 near its two ends,
both of which together form the mass of the system that is movable with respect to the encoder housing and is possibly under the damping effect of the liquid. The ends of the rod 4 are fastened to the aforementioned flexible skins 5 and 6 be. The connections 16 of the coil lead to the bridge circuit of the carrier frequency modulator. This is known per se for other measurement purposes.
The bridge circuit is supplied with high frequency by an alternating current generator, which at the same time outputs an alternating voltage to a demodulator for phase-correct demodulation. In the calibration branch of the bridge there is a variable resistance, which can also be an inductance or a capacitance.
In one or in two of the measuring branches of the bridge there is an inductance or capacitance that changes with the oscillation amplitudes to be measured. The more you adjust the bridge, the closer the AC voltage on the output side approaches the value 0, in order to become larger again beyond the value. As soon as you, however, de modulated in the correct phase, you get a linear changing voltage curve that occurs in the existing measuring method, z.
B. is evaluated by an oscilloscope or a pointer device. An amplifier can also be provided between the bridge and the demodulator.
The manner in which the encoder is arranged on a machine part can be seen from FIG. This figure shows schematically a motor c of a motor vehicle that is elastically mounted on a vehicle frame a by means of rubber buffers b. The encoder 7 as a measuring device is now attached to the motor in such a position that its longitudinal axis is parallel to the direction in which the vibrations to be examined occur.
Under the influence of these vibrations, the encoder housing 7 with the coil 11 is also set in vibration, while the mass 1, 2, 4, 3, which is movable relative to the housing, remains at rest. With the size of the oscillation deflections, the core 3 dips more or less deeply into the coil and thus its inductance also changes. The change in inductivity thus gives the measure of the magnitude of the oscillation amplitude and, as stated above, can be recorded by an instrument or an oscillograph.
To measure the vibration excursions in the horizontal direction (I in Fig. 4), the encoder 7 is fastened horizontally on the motor BE. The arrangement of the encoder 7 'in Fig. 4 is used to measure the vibration deflections in the vertical direction (II in Fig. 4).
In the same way, the vibrations occurring at the motor c can be examined in any direction. Conversely, the encoder can also be used to determine a certain direction of vibrations. It is well known that vibration meters must be tuned deep. If you want to measure in the vicinity of the natural frequency of the oscillatable system (that is, in the exemplary embodiment according to FIG. 4 at a low speed of the motor), then the encoder housing 13 must be filled with oil.
It is advisable to use a suitable choice of oil to adjust the damping of the oscillating part within the encoder housing so that the damping value is at most D =% 2 @ / 2. The damping can also be matched by a corresponding choice of the mass against the damping liquid, by z. B. by choosing a certain diameter of the mass, the passage gap for the damping fluid a certain size.
The elastic suspension of the mass of the system does not necessarily have to take place by means of flexible skins. You can z. B. be supported according to the embodiment of Fig. 2 on pendulum 17, which are held th by a return guide spring 18 in its vertical position. The exemplary embodiments of the transmitter according to FIGS. 1 and 2 are used to measure horizontal vibrations. The arrangement according to FIG. 3 is proposed for measuring vertical vibrations.
There is the encoder housing 7 at its ends expanded to a spring chamber 19 and in the sem a weight of the mass compensating spring 20 is used.
The encoder can also be designed in such a way that the mass of the system is divided into two partial masses arranged on both sides of the electrical coil, which are connected to one another by the coil body when the core is fixed in the housing.