DD263122A1 - Messkopf zur messung mechanischer schwingungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Messkopf zur Messung von Frequenz, Phasenlage, Amplitude und Elongation mechanischer Schwingungen. Mit diesem Messkopf koennen den Verlauf mechanischer Schwingungen entsprechende elektrische Signale gewonnen werden. Fuer die Signalgewinnung wird der Halleffekt genutzt. Das Signal wird durch das Zusammenwirken einer Hallsonde mit einem auf einem Aufnahmestoessel befestigten Magneten ueber die Hallspannung gebildet. Figur

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Meßkopf zur Umwandlung von Kenngrößen mechanischer Schwingungen in elektrische Signale und wird bei der Messung mechanischer Schwingungen eingesetzt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die in der Schwingungsmeßtechnik häufig eingesetzten piezoelektrischen Aufnehmer (z. B. DE 3522399) haben den Nachteil, daß das Piezokristall ein resonantes Gebilde darstellt, wodurch sie fetztlich nurfür einen relativ eng begrenzten Frequenzbereich eingesetzt werden können. Bei mechanischen Schwingungen extrem niedriger Frequenz treten durch den Ladungsausgleich innerhalb des Piezokristall weitere Meßfehler auf.

Ebenfalls auf dem piezoelektrischen Effekt beruht die in der Patentschrift DD 149573 beschriebene Lösung bei der die Auswertung der Phasenlage im Frequenzbereich und die Resonanzfrequenz des Piezokristall erfolgt.

Die Lösungen haben die Nachteile, daß diese Aufnehmersich nur für einen relativ eng begrenzten Frequenzbereich eignen und zur Auswertung der Phasenlage eine umfangreiche Außenbeschaltung benötigt wird.

Dazu gehört u. a. ein frequenzstabiler Generator und eine Schaltung zur Auswertung der Phasenlage.

Meßköpfe auf elektrostatischem Prinzip (DD 8950 und DD 6784) haben den Nachteil, daß der nachgebildete Kondensator relativ stark temperaturabhängig ist und weiterhin eine Beschaltung zur Frequenzkompensation erforderlich ist. Die Auswertung des Signals erfolgt meist durch eine relativ aufwendige und frequenzabhängige Brückenschaltung. Zur Bereitstellung des zur Messung erforderlichen'Wechselspannungssignals ist weiterhin ein frequenzgenauer Generator erforderlich. .

Meßköpfe auf elektrodynamischem Prinzip werden in den Patentschriften DE 2629005 und DE 3133035 beschrieben. Diese Meßköpfe sind für mechanische Schwingungen extrem niedriger sowie hoher Frequenz nur bedingt durch besondere konstruktive Maßnahmen (Einsatz von Spezialwerkstoffen) einsetzbar.

Der Frequenzeinfluß bei solchen Anordnungen muß durch zusätzliche Schaltungstechnik kompensiert werden.

Meßköpfe auf optoelektrischer Basis werden z.B. in den Patentschriften DE 3422963, DE 3239247 u.a. beschrieben. Diese Meßköpfe haben neben ihrem Vorteil der berührungslosen Messung den Nachteil, daß es bei praktischer Messung oftmals durch Verschmutzungen zu Meßfehlern kommen kann.

In den Patentschriften DE 3308311 und DE 3306957 sind Meßköpfe beschrieben, die auf dem Prinzip der Hochfrequenzsignalaussendung und der Auswertung der Phasenlage des reflektierten Signals beruhen. Diese Meßköpfe lassen

sich nur sinnvoll bei metallischen Meßkörpern anwenden. ' .

Ziel der Erfindung ' .

Ziel der Erfindung ist ein einfach herzustellender möglichst störungsfrei arbeitender Meßkopf zur Wandlung mechanischer Schwingungen in elektrische Signale, der über einen möglichst breiten Frequenzbereich und auch unter rauhen Bedingungen bei Messungen in der Praxis einsetzbar ist. Der schaltungstechnische Aufwand zur Auswertung der Signale soll möglichst gering sein. -

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist ein Meßkopf für mechanische Schwingungen, der unter Ausnutzung des Hall-Effektes Kenngrößen mechanischer Schwingungen in elektrische Signale über einen möglichst breiten Frequenzbereich umsetzt. Die gewonnenen Signale sollten möglichst einfach aufzubereiten sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein mechanisch vorgespannter Aufnahmestößel aus einer Öffnung eines Gehäuses ragt, wobei innerhalb des Gehäuses an dem Aufnahmestößel ein Magnet befestigt ist und im Gehäuse an einer Gehäusewand eine Hallsonde angeordnet ist.

Der Aufnahmestößel hat direkten Kontakt mit dem Meßobjekt und ist durch die Befestigung vorgespannt.

Der Befestigungsort des Meßkopfes muß relativ schwingungsfrei sein. Durch den direkten Kontakt mit dem Meßobjekt vollzieht der Aufnahmestößel die Schwingungsbewegung nach. Damit ist eine Lageänderung des Magneten zur Hallsonde im Verlauf der mechanischen Schwingungen verbunden, was wiederum zur Änderung der Magnetflußdichte durch die Hallsonde führt.

Als Folge davon wird eine Hallspannung erzeugt, die dem zeitlichen Verlauf der mechanischen Schwingung entspricht. Der gleiche Effekt entsteht auch, wenn der Magnet auf dem Aufnahmestößel gegen die Hallsonde ausgetauscht wird und der Magnet an der Gehäusewand befestigt wird.

Das erhaltene Signal kann über einer nachfolgenden Anordnung von elektronischen Bauelementen oder Baugruppen zur Signalaufbereitung der weiteren Verarbeitung zugeführt werden.

Durch die Anwendung des Halleffektes wird ein relativ frequenzunabhängiges Signal erzeugt, welches einfach aufzubereiten ist.

Der Meßkopf besitzt nur eine geringe Masse, kann einfach hergestellt werden und genügt den rauhen Bedingungen praktischer Messungen.

Ausführungsbeispiel

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die dazugehörige Zeichnung zeigt einen Schnitt des erfindungsgemäßen Meßkopfes.

Die Funktion wird an Hand der Aufnahme der Elongation eines mechanisch schwingenden Körpers erläutert.

Das Gehäuse des Meßkopfes wird an einem Ort, der sich in relativer Ruhe zum Meßobjekt befindet, befestigt, so daß der mechanisch vorgespannte Aufnahmestößel 1 mit daran befestigtem Permanentmagneten 2 direkten Kontakt mit dem Meßobjekt

Die mechanische Vorspannung des Aufnahmestößels wird über vier Vorspannfedern 3 erreicht.

In diesen Vorspannfedern 3 sind die Führungs- und Anschlagstifte 4 z. B. auf dem Gehäuseoberteil 5 sowie die Führungs- und Anschlaghülsen 6 auf dem Gehäuseunterteil 7 angebracht, die eine Bewegung des Permanentmagneten 2 und damit

Fehlmessungen vermeiden. .

An dem Gehäuseunterteil 7 ist die Hallsonde 12 befestigt. Weiterhin sind am Gehäuseunterteil 7 eine Kabeldurchführung 8 und eine Zugentlastung 9 für das Anschlußkabel 10 vorgesehen. Das Gehäuseoberteil 5 und-unterteil 7 werden mittels Schraubverbindungen 11 zusammengehalten.

Durch die bei mechanischen Schwingungen auftretende Elongation des schwingenden Körpers kommt es durch den direkten Kontakt des vorgespannten Aufnahmestößels 1 z. B. zu einer Kraftwirkung auf den Aufnahmestößel 1. Diese Kraftwirkung führt zu einer Abstandsänderung der Hallsonde 12 zum Magneten 2.

Als Folge davon tritt eine Änderung der die Hallsonde 12 durchströmenden Magnetflußdichte auf, was wiederum eine Änderung der Hallspannung bewirkt.

Somit steht mit der Hallspannung ein Signal zur Verfügung, welches dem Verlauf der mechanischen Schwingung entspricht und der weiteren Verarbeitung zugeführt werden kann. Der Querstrom durch die Hallsonde 12 muß während der Messung konstant, aber größer 0 gehalten werden.

Claims (1)

1. Meßkopf für die Messung von Kenngrößen mechanischer Schwingungen unter Ausnutzung des Hall-Effektes arbeitend, mit Bauelementen und/oder Baugruppen zur Signalumformung und Störunterdrückung, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Öffnung eines Gehäuses (5,7) ein mechanisch vorgespannter Aufnahmestößel (1) ragt, an dem innerhalb des Gehäuses (5,7) ein Magnet (2) oder eine Hallsonde (12) und im Gehäuse (5,7) an einer Gehausewand eine Hallsonde (12) oder ein Magnet (2) angeordnet ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung