DE2002633B2 - Messanordnung zur selbsttaetigen und fortlaufenden messung des daempfungsverhaltens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf erne Meßanordnung zur selbsttätigen und fortlaufenden Messung des Dämpfungsverhaltens eines durch Zufallschwingungen beanspruchten Meßobjektes zwecks Feststellung der Ermüdungsgrenze während eines zu überwachenden Betriebsablaufes.

Wenn Körper willkürlichen Kräften ausgesetzt werden, werden gewisse innere Schwingungen im Körper aufgebaut, wenn er versucht, die ihm erteilte Energie zu absorbieren. In einigen Fällen kann die ihm erteilte Energie seine physikalischen Grenzen überschreiten und ein Ermüdung einleiten, die zum Versagen des Körpers führt. Optimal sind Körper, die gewissen Arien von Spannungen und Beanspruchungen ausgesetzt werden sollen, mit einer geeigneten Verstärkung in denjenigen Bereichen versehen, die einem Versagen zufolge induzierter innerer Schwingungen unterworfen sind. Jedoch wird in den meisten Fällen eines Versagens erst durch Anwendung eines Verfahrens, bei dem der Körper aufgeschnitten und dann untersucht wird, festgestellt, was zur Zerstörung des Körpers geführt hat

Zur Ermittlung von Dauerfestigkeitskurven von Probekörpern bei statischer Beanspruchung ist es bekannt (Maschinenbautechnik 1962, S. 593ff), Probekörper auf einem Schwingtisch mit Hilfe eines Zufallsgenerators zu erregen und jeweils die Zahl der Schwingungen bis zum Auftreten von Haarrissen zu ermitteln. Durch Auswertung einer Vielzahl dei-artiger Versuche an einander entsprechenden Probekörpern kann schließlich eine Aussage über die wahrscheinliche Zahl der Lastwechsel bei einer angenommenen Belastung gemacht werden. Aussagen über die Ermüdungsgrenze eines beanspruchten Körpers bereits während der Belastung sind jedoch nicht möglich,
ίο Bei einer weiteren bekannten Meßanordnung (Materialprüfung 1966, S.262ff) wird zur Verringerung des meßtechnischen Aufwands vorgeschlagen, ein Magnetbandgerät mit einem Rechner zu kombinieren.

Bei einem anderen bekannten Schwingungstestsystem (US-PS 31 57 045) werden Prüflinge mechanischen Beanspruchungen im Audiofrequenzbereich ausgesetzt und in bestimmten Frequenzbereichen untersucht Auch hier ist keine Aussage über die Ermüdungsgrenze eines beanspruchten Körpers bereits während der Belastung

des Körpers möglich.

Nach einem bekannten Verfahren zur Messung einer physikalischen Größe mittels eines elektrischen Gerätes (DT-PS 8 37 476) werden mehrere räumlich voneinander getrennt am Prüfling angebrachte Wandler

abgetastet und deren Kurvenverläufe gemeinsam auf

einer Kathodenstrahlröhre dargestellt. Eine Aussage

über die Ermüdungsgrenze des Prüflings kann nicht erhalten werden.

Bei einem bekannten Betriebsüberwachungssystem für Luftfahrzeuge (DT-AS 16 23 888) werden die Übertragungswege für die in elektrische Signale umgewandelten Meßwerte mehrfach ausgenutzt, diese Signale in digitale Signale umgewandelt und in quasi-analoger Form angezeigt Line Aussage über die

Ermüdungsgrenze des überwachten Luftfahrzeuges ist jedoch nicht vorgesehen.

Verschiedene Versuche sind bisher unternommen worden, um Daten zu erhalten, die zur Gestaltung versagungssicherer Ausführungen und/oder zur mitlau-

fenden Überwachung herangszogen werden können, um einen Vorgang einzuleiten, durch den die angelegten Kräfte aufgehoben oder verringert werden können, die ansonsten eine Beschädigung der Ausführung hervorrufen könnten. Obwohl es viele bekannte Vorrichtungen zum Messen des Ansprechens von Körpern oder Ausführungen auf willkürliche Schwingungen gibt, sind diese so kompliziert, daß eine den Test durchführende Person nicht leicht sagen kann, wann sich aufgrund der erhaltenen Daten eine wesentliche Änderung der Eigenschaften des Körpers oder der Ausführung ergibt. Windkanaluntersuchungen, beispielweise bei Flatterschwingungsuntersuchungen von dynamischen Modellen von Fahrzeugen haben gezeigt, daß Entscheidungen nicht auf der Grundlage der Beobachtung des Zeitverlaufes der betreffenden Größen allein getroffen werden können, da dieser zu kompliziert ist, als daß der Beobachter mehr als den Pegel der Signale interpretieren könnte. Die auftretenden Beanspruchungen sind besonders kritisch nahe den Flatterbereichen, wo Unkenntnis des Trends der Dämpfung und der Frequenz zur Zerstörung führen kann.

In vielen Fällen werden lediglich Untersuchungen durchgeführt, um später mittels Analyse feststellen zu können, ob die Stabilitätsgrenzen unrichtig bestimmt waren oder ob die Aufzeichnungen nicht lang genug durchgeführt worden waren, um diesen charakteristische Werte zu entnehmen. Außerdem wurden aus Sicherheitsgründen viele Aufzeichnungen langer als

erforderlich durchgeführt, so daß wertvolle Windkanalzeit vergeudet wurde.

Es sind auch Spektralanalysegeräte für mitlaufende Verwendung entwickelt worden, bei denen Dämpfungsdaten dadurch erhalten werden können, daß die Bandbreite der Halbwertspuütte gemessen wird. Jedoch erfordert diese Art der Analyse viel Zeit, um genaue Dämpfungswerte zu erhalten, und sie führt zu unrichtigen Ergebnissen bei nicht linearen Systemea

Es sind auch Korrelationsrechner für mitlaufende Verwehdung entwickelt worden, bei denen Dämpfungsdaten aus dem Dekrement der Autokorreiationsfunktion erhalten werden. Jedoch geben diese Korrelationsrechner nur die Dämpfung bei der Amplitude des Effektivwerts des willkürlichen Ausgangs oder Zufallsausgangs an. Um Dämpfungswerte bei niedrigeren Amplituden zu erhalten, ist viel Zeit erforderlich, Dämpfungswerte bei höheren Amplituden können nicht erhalten werden. Demgemäß können Korrelationsrechner nur mit linearen Systemen verwendet werden. Weiterhin ist die Genauigkeit der Dämpfungsmessung begrenzt, weil z. B. zwei große Zahlen subtrahiert werden müssen, um eine kleine Zahl zu erhalten, wenn die Dämpfung klein ist

Ein weiterer Nachteil der bekannten Ausführungen besteht darin, daß die Dämpfungsanzeigen nicht direkt als elektrische Spannungen erhalten werden, die in einem Steuersystem verwendet werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung zur selbsttätigen und foi .laufenden Messung des Dämpfungsverhaltens eines durch Zufallssschwingungen beanspruchten Meßobjekts zu schaffen, durch welches aus den Meßwerten die Ermüdungsgrenzen des Meßobjekts bereits während des Meßvorgangs festgestellt werden können.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Kombination folgender Merkmale:

a) zur Feststellung des Betriebsdämpfungsverhaltens eines Meßobjekts ist jeweils eine durch einen Schalter angesteuerte Meßumformereinrichtung für positive Halbwellen bzw. für negative Halbwellen über jeweils eine Torschaltung und einen Schalter an jeweils einen Meß-Haltestromkreis bzw. zwecks Spannungsvergleich angeschlossen;

b) die Ausgangsspannungen des Meß-Haltestromkreise·? werden jeweils über Folgeschalter im Takt der Zeitgeberimpulse einer Zeitgebereinrichtung der Gesamtanordnung auf Ausgangsleitungen geschaltet und

c) nach Ablauf einer Impulsfolge wird über die Torschaltung der Schalter jeweilf ibgeschaltet.

Zur fortlaufenden Mittelwertbildung sind Anordnungen und eine Abtasteinrichtung an die Ausgänge angeschlossen, zur Korrektur des angezeigten Fehlverhaltens der Meßobjekte ist an den Ausgang der Abtasteinrichtung ein auf einen Rechner gestütztes Korrekturnetzwerk am Ort der Meßobjekte vorgesehen.

. Die Ausgangsdaten der Meßanordnung sind zur Bestimmung sicherer Arbeitsbedingungen von Ausrüstungen geeignet und ermöglichen, drohendes Versagen festzustellen. Die Messung wird während des Arbeitens einer Ausrüstung durchgeführt, und die erhaltenen Ausgangssignale können in einem Steuersystem verwendet werden, um gefährliche nicht normale Bedingungen selbsttätig zu korrigieren.

Bei einer besonderen Anwendung werden durch die Meßanordnung Dämpfungsdekremente verschiedener Luftfahrzeugteile für solche Zeiten ermittelt, in denen willkürliche Eingänge vorhanden sind, beispielsweise während des Rollens beim Landen, beim Starten, während des Flugs durch Turbulenz- oder Wirbelzonen 5 oder beim normalen Flug unter Grenzschichtbedingungen. Solche willkürlichen Eingänge können auch künstlich unter Verwendung eines Zufallsgenerators erzeugt werden. Das ermittelte Dämpfungsdekrement wird mit einem Standarddekrpment auf einem Zweispuroszilloskop durch den Flugingenieur verglichen.

Abweichungen können im Hinblick auf die Ermüdung oder die Verschlechterung der Stabilität interpretiert werden.

Das ermittelte Dämpfungsdekrementsignal kann auch als Steuersignal in einem elektrischen Steuersystem des Luftfahrzeugs verwendet werden, um in gefährlichen Situationen augenblicklich in einer Zeit, die kürzer als die menschliche Reaktionszeit ist, einen Steuervorgang einzuleiten, beispielsweise bei Annäherung an die sogenannte Flattergrenze. Das ermittelte Dämpfungsdekrement kann auch gespeichert und bei der Wartung des Luftfahrzeugs herangezogen werden.

Die Meßanordnung kann auch bei Flatter- und Schwingungstests an dynamischen Modellen im Windkanal eingesetzt werden, um die für statistische Auswertungen benötigte Aufzeichnungsdauer zu ermitteln, wodurch die Prüf- und die Analysenzeit verringert werden können.

Bei Anwendung der Meßanordnung bei der Herstellung bestimmter Teile von Luftfahrzeugen, Automobilen, Raumfahrzeugen u. dgl. können einzelne außerhalb des Standards liegende Teile ausgesondert werden.

Die Meßanordnung kann auch zur Anzeige des Betriebszustands von in Betrieb befindlichen Systemen herangezogen werden, beispielsweise bei Brücken und Gebäuden, die durch Windbelastungen erregt sind, bei Fahrzeugen, die durch Rauhigkeit der Straße erregt sind usw.

Als allgemeines Laboratoriumsgerät kann die Meßanordnung ,gemäß der Erfindung verwendet werden, um Dämpfung von nichtlinearen und linearen Systemen zu messen. Sie kann auch als Gerät zum Klassifizieren biologischer Proben verwendet werden.

Ein Vorteil der Meßanordnung gemäß der Erfindung besteht darin, daß eine Dämpfungsmessung während des Arbeitens des Meßobjekts in Form eines elektrischen Signals erhalten werden kann, das seinerseits als Verfahrenssteuergröße verwendet werden kann. Auch werden Meßwerte schneller und genauer als bei bisher verwendeten Verfahren erhalten, unabhängig davon, ob es sich um lineare oder nichtlineare Systeme handelt.

Mit Hilfe der Meßanordnung gemäß der Erfindung können die Wirkungen von nicht-stationären Einflüssen erfaßt und selbsttätig kompensiert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

\ i g. 1 ist eine einfache Darstellung eines Körpers der veranlaßt ist, bei Ansprechen auf angelegte willkürliche Kräfte zu schwingen;

F i g. 2 ist ein Diagramm, in dem die Schwingungszu stände dargestellt sind, die in einem gegebenen Körpei bei Ansprechen auf an ihn angelegte Kräfte hervorgeru fen werden;
F i g. 3 ist ein Blockdiagramm der Meßanordnung;

F i g. 4 ist ein Zeitdiagramm, in dem das Arbeiten de Meßanordnung gemäß F i g. 3 dargestellt ist;

F i g. 5 ist ein Diagramm einer Reihe von Übergangs kurven, die bei Ansprechen auf die Ausgänge de

Meßanordnung gemäß F i g. 3 erhalten werden;

F i g. 6 ist ein Diagramm, in dem die Dämpfungsdaten dargestellt sind, die durch Abtasten der gemittelten Ausgänge der Meßanordnung gemäß F i g. 3 erhalten werden;

F i g. 7 ist eine schematische Ansicht einer zweistufigen Meßanordnung;

Fig.8 ist eine schematische Ansicht einer mit mehreren Eingängen versehenen abgewandelten Ausführungsform einer Meßanordnung;

Fig.9 ist eine schematische Darstellung einer Meßanordnung mit einem Steuersystem;

Fig. 10 ist ein Diagramm eines Ausgangs, der beispielsweise mit der Meßanordnung gemäß Fig.9 erhalten werden kann.

Wenn ein Körper gemäß F i g. 1 willkürlichen Kräften ausgesetzt wird, werden Schwingungen aufgebaut, die in Übereinstimmung mit den mechanischen Charakteristiken des Körpers gedämpft werden. Durch Anschließen eines Schwingfühlwandlers an den Körper gemäß Fig. 1, wenn dieser willkürlichen Kräften ausgesetzt wird, kann ein Schwingungssignal abgenommen werden, welches von der Art ist, wie es in Fi g. 2b dargestellt ist. Die Kurve in dieser Figur zeigt die Schwingungsausschläge des Körpers bei Ansprechen auf angelegte willkürliche Kräfte.

Wenn eine einzelne Kraft an den Körper angelegt werden soll und der Körper dann bei Ansprechen auf die einzelne Kraft unbehindert schwingen gelassen wird, wurden die Dämpfungscharakteristiken des Körpers bewirken, daß die Schwingung des Körpers exponentiell abklingt, wie es in F i g. 2a dargestellt ist. Wenn jedoch willkürliche Kräfte kontinuierlich an den Körper angelegt werden, können die Schwingungsausschläge des Körpers nicht auf Null zurückgehen und der Körper schwingt mit einer unregelmäßigen Frequenz weiter, die durch die Summe der willkürlichen Kräfte und die Dämpfungscharakteristiken des Körpers bestimmt ist.

Durch Messung der Wirkung der durch die willkürlichen Kräfte erzeugten Schwingungen können unter Verwendung einer mitlaufenden oder dauernd wirksamen Meßanordnung gemäß der Erfindung die Dämpfungscharakteristiken des Körpers erhalten werden, so daß wertvolle Informationen hinsichtlich der mechanischen Charakteristik des Körpers erhalten werden.

F i g. 3 ist ein Blockdiagramm einer selbsttätigen mitlaufenden Meßanordnung gemäß der Erfindung. Diese umfaßt einen Schalter 10, der einen Schalter 12 steuert, um das Eingangssignal auf einer Leitung 14 an eine erste Meßumformereinrichtung 16 und an eine zweite Meßumformereinrichtung 18 anzulegen. Eine Bezugsspannungsquelle 20 ist vorgesehen, um an die beiden Einrichtungen 16 und 18 eine Bezugsspannung anzulegen. Eine Torschaltung 22 bzw. 24 ist an den Ausgang der Vergleichseinrichtung 16 bzw. 18 geschaltet, um einen Schalter 26 bzw. 28 zu steuern, welcher das Eingangssignal auf der Leitung 14 an einen Haltestromkreis 30 bzw. 32 anlegt Eine Bezugsspannungsquelle 34 bzw. 36 liefert eine Bezugsspannung an den Haltestromkreis 30 bzw. 32.

Mit dem Ausgang -*z% Haltestromkreises 30 bzw. 32 ist ein η-stufiger Folgeschalter 38 bzv. 40 verbunden, welcher die Prüfspannungen auf eine Mehrzahl von Ausgangsleitungen 1,2,3... π legt. Die Schalter 26 und 28. die Haltestromkreise 30 und 32 und die n-stufigen Folgeschalter 38 und 40 sind sämtlich durch eine Zeitgebereinrichtung 42 gesteuert, welche die verschiedenen Komponenten synchronisiert und den Schrittschaltvorgang der Folgeschalter 38 und 40 einleitet. Die Ausgänge 1, 2, 3... η des Folgeschalters 40 sind mit gleichen Ausgängen des Folgeschalters 38 gekoppelt. Nachstehend wird unter zusätzlicher Bezugnahme auf F i g. 4 die Arbeitsweise der Meßanordnung gemäß F i g. 3 erläutert. Die in F i g. 4 gezeigte obere Kurve 15 ist eine auseinandergezogene Ansicht der ersten drei abgefühlten Schwingungen von derjenigen Art, wie sie ίο in Fi g. 2b dargestellt sind. Die Spannung V_rer der Bezugsspannungsquelle 20 ist auf einen geeigneten Wert des auf der Leitung 14 erscheinenden Eingangssignals eingestellt. Die Impuls- oder Zeitgebergeschwindigkeit der Zeitgebereinrichtung 42 wird dann so ausgewählt, daß eine Anzahl von Proben von dem gegebenen Eingang genommen wird. Ein äußerer Startknopf wird dann betätigt, der bewirkt, daß der Schalter 10 den Schalter 12 einschaltet und ermöglicht, daß das Eingangssignal auf der Leitung 14 zu den ίο Meßumformereinriohtungen 16 und 18 gelangt.

Hie Meßumformereinrichtung 16 ist so eingestellt, daß ein Ausgangssignal geliefert wird, wenn die Spannung des an sie angelegten Eingangs die Bezugsspannung Vrci erreicht. Wenn der Punkt A\ auf der Kurve 15 erreicht ist, bewirkt die Torschaltung 22 das Einschalten des Schalters 26, um das auf der Leitung 14 erscheinende Eingangssignal 15 an den Haltestromkreis 30 anzulegen. Der Ausgang der Zeitgebereinrichtung 42 wird ebenfalls mit dem Haltestromkreis 30 verbunden, wenn der Schalter 26 geöffnet wird, um zu bewirken, daß der Haltestromkreis 30 eine Sehrittschaltausgangsspannung erzeugt, die sich mit jedem Zeitgeberimpuls bei Ansprechen auf den augenblicklichen Wert des Eingangssignals 15 ändert.

Im Teil Il der F i g. 4 ist der Zeitgebersignaleingang für den Haltestromkreis 30 dargestellt, und er entspricht den Punkten ai.a?... a„ auf der Kurve lSdesTeilesIder Fig.4. Die durch den Haltestromkreis 30 gehenden Zeitgeberir.ipulse bewirken weiterhin, daß der Folgeschalter 38 Ausgangsleitungen mit dem von dem Haltestromkreis 30 erzeugten Spannungssignal ändert oder wechselt. Demgemäß entspricht der Ausgang auf der Leitung 1 bei Ansprechen auf das über den Schalter 26 gehende Eingangssignal dem ersten Impuls, der in F i g. 4 im Teil IV angedeutet ist. Die zweite abgenommene Spannung, die der Spannung an dem Punkt a₂ entspricht, wird an den Ausgang 2 des Folgeschalters 38 angelegt und sie erscheint als der erste positive Impuls, der im Teil V der F i g. 4 dargestellt ist In ähnlicher Weise entspricht die an den Ausgang 3 des Folgeschalters 38 angelegte Ausgangsspannung dem ersten im Teil IV der F i g. 4 dargestellten Impuls, und die dem Punkt a„ entsprechende Spannung, die an dem n-ten Ausgang des Schalters 38 erscheint entspricht derjenigen, die im Teil VIl der F i g. 4 durch den ersten Impuls dargestellt ist Die Anzahl der Proben n, die von einem gegebenen Eingangssignal genommen werden, ist allgemein so gewählt daß wenigstens zwei positive Schnittpunkte des Eingangssignals erhalten werden.

Die Meßumformereinrichtung 18 ist so eingestellt daß sie ein Ausgangssignal erzeugt wenn das Eingangssignal 15 mit seiner negativen Halbwelle die Bezugsspannung kreuzt, wie es an dem Punkt Bi im Teil 6s I der F i g. 4 dargestellt ist An dem Punkt Bi bewirkt die Torschaltung 24, daß der Schalter 28 das Eingangssignal IS auf der Leitung 14 an den Haltestromkreis 32 anlegt der gleichfalls von der Zeitgebereinrichtung 42 ge-

teuert ist, wobei Ausgänge für die Leitungen 1,2,3... η ies Folgeschalters 40 entsprechend den Punkten b\, bi...b_n'm der Weise geschaffen werden, wie es oben mit Bezug auf den Ausgang des Schalters 38 erläutert ist. Durch Anschalten des Schalters 28 wird weiterhin ein Aus-Signal an den Schalter 10 angelegt, wodurch der Schalter 12 ausgeschaltet wird.

Die Ausgänge des Folgeschalters 40 sind direkt an die entsprechenden Ausgänge des Folgeschalters 38 gekoppelt, so daß die vollständigen Ausgänge auf den Leitungen I₁2,3 ... η zwei Impulse umfassen, von denen der erste dem Ausgang der Α-Stufe und der zweite dem Ausgang der ß-Stufe entspricht, wie es in den Teilen IV bis VII der F i g. 4 dargestellt ist.

Wenn jeder der Folgeschalter 38 und 40 den η-ten Ausgang erreicht, wird ein Aus-Signal erzeugt und an die Torschaltung 22 bzw. 24 angelegt, um den Schalter 26 bzw. 28 auszuschalten. Kurz nachdem der Folgeschalter 40 sein Schrittschaltverfahren beginnt, wird ein Ausgang 44 erzeugt, der für einstufiges Arbeiten zu dem äußeren Startknopf des Schalters 10 zurückgeführt werden kann oder der an eine zweite Stufe angelegt werden kann, um zweistufiges Arbeiten einzuleiten, wie es unter Bezugnahme auf F i g. 7 beschrieben wird.

Für Zwecke der Vereinfachung wird die Meßanord- ₂j nung gemäß Fig.3 als RANDOMDEC-Vorrichtung bezeichnet. Die verschiedenen Ausgänge dieser Vorrichtung können auf verschiedene Weisen abgelesen werden. Beispielsweise kann eine analoge Mittelwertbildungsschaltung verwendet werden, so daß die Ausgän- _J0 ge jeder Leitung gemittelt werden und angenäherte Werte der Periode und des Dämpfungsdekrementes erhalten werden, wie es in den F i g. 5 und 6 dargestellt ist. Die in F i g. 5 dargestellten Kurven stellen die typischen Spannungsübergänge eines RANDOMDEC-Ausgangs nach Durchgang durch einen Mittelwertbildungsstromkreis dar. Durch Abtasten dieser Ausgänge und Darstellung an einer Kathodenstrahlröhre in zeitlicher Folge, wie es in F i g. 6 dargestellt ist, können sowohl die Periode als auch das Dämpfungsdekrement des getesteten Körpers bequem bestimmt werden.

Die Punkte 1, 2, 3 ... η gemäß F i g. 6A entsprechen einem Prüfen der Ausgänge 1, 2, 3...Π, die von der RANDOMDEC-Vorrichtung gemäß Fig.3 abgenommen worden sind, nachdem sie gemittelt worden sind, um die in Fig. 5 dargestellten stabilisierten Ausgangssignale zu erzeugen. Durch geeignete Eichung der Kathodenstrahlröhrendarstellung kann das Dämpfungsdekrement sehr genau in der Weise abgelesen werden, wie es in F i g. 6B der Zeichnung dargestellt ist. Durch _J0 einen geeigneten Maßstab kann das Dämpfungsverhältnis anstelle des Dämpfungsdekrements direkt abgelesen werden.

In Fi g. 7 ist eine zweistufe RANDOMDEC-Vorrichtung dargestellt Bei dieser Ausführungsform, die eine erste RANDOMDEC-Vorrichtung 50 und eine zweite solche Vorrichtung 52 derjenigen Art wie sie in F i g. 3 im einzelnen da-geste'.it ist aufweist werden die Ausgänge gemeinsam an einen Satz von Ausgangsanschlfissen 1, 2, 3...77 geschaltet. Das an einen _fo Eingangsanschluß 54 angelegte Eingangssignal wird direkt an den Eingang der beiden Vorrichtungen 50 und 52 angeschlossen. Wenn die erste Stufe durch ein bei 56 angelegtes äußeres Signal gestartet wird, wird die erste Stufe 50 betätigt um eine Reihe von Impulsen zu schaffen, wie es oben beschrieben worden ist

Zu einem gewissen vorbestimmten Zeitpunkt nach Erregung der ersten Stufe wird durch diese ein Zeitsteuerausgangssignal 58 erzeugt, um die zweite Stufe einzuschalten, die einen anderen Satz von Impulsen schafft entsprechend späteren Teilen der im Teil I der Fig.4 dargestellten Kurve 15. Der Zeitsteuerausgang 60 der zweiten Stufe ist zu der ersten Stufe rückgekoppelt, so daß er an der nächsten Spitze arbeitet bzw. wirksam wird. Auf diese Weise sind alle Spitzen in den Berechnungen eingeschlossen.

Gewöhnlich sind nur zwei solcher Vorrichtungen 50, 52 erforderlich, um das Dekrement zu erhalten, weil die Stufenarbeitszeit, die benötigt wird, nur geringfügig länger als eine Periode ist. Bei gewissen Laboratoriumsanwendungen kann es erwünscht sein, mehr als eine Periode des Dekrementes zu betrachten, in welchem Fall irgendeine Anzahl von Stufen in ähnlicher Weise hinzugefügt werden kann, um zu gewährleisten, daß alle Spitzen erfaßt werden.

In Fig.8 ist eine abgewandelte Ausführung mit mehrkanaligem Eingang dargestellt, die dazu verwendet werden kann, viele verschiedene Bedingungen gleichzeitig zu überwachen. Bei dieser Ausführungsform sind beispielsweise Eingänge 1 und 2 über eine zweipolige Schaltereinrichtung 62, die durch eine Zeitgebereinrichtung 64 und durch Ein-Aus-Signale von der Torschaltung 22 gemäß F i g. 3 gesteuert ist, an einen Haltestromkreis 66 bzw. 68 geschaltet. Wie es unter Bezugnahme auf die oben dargestellten Stromkreise beschrieben ist wird der Ausgang der Haltestromkreise 66 und 68 in eine n-stufige Folgeschalteinrichtung 70 bzw. 72 geführt, die eine Mehrzahl von Ausgängen 1, 2, 3... π für jeden Eingang 1 bzw. 2 schafft. Diese Ausgänge können gleichzeitig auf irgendeine geeignete Weise dargestellt werden. Wenn der Vergleich durch eine menschliche Bedienungsperson erfolgt, kann es zweckmäßig sein, eine Rotlichttafel mit einer Einrichtung zum Schalten einer Kathodenstrahlröhrendarstellung an kritischen Stellen zum Betrachten zu verwenden. Mehrfachkanäle können ebenfalls in kritischen Fällen verwendet werden, um die Zuverlässigkeit der erhaltenen Messung zu überprüfen. Die Mehrkanalanwendung gibt den Phasenwinkel zwischen den Eingängen sowie die Dämpfung und die Periode wieder. Diese Anwendung der Erfindung ist analog der Querkorrelation zweier Signale, jedoch hat sie die gleichen Vorteile wie diejenigen, die mit der RANDOMDEC-Arbeitsweise gegenüber der Autokorrelation erhalten werden.

In Fig.9 ist eine vollständige Meßanordnung mit einem Steuersystem dargestellt. Der Eingang ist zwecks Vereinfachung der Erläuterung auf zwei Wandler beschränkt. Es ist jedoch zu verstehen, daß irgendeine Anzahl von Wandlern in irgendeiner geeigneten Weise verwendet werden kann. Die Sendewandler 76 und 77 sind in geeigneter Weise so angeordnet daß sie Schwingungen an kritischen Stellen des Körpers eines Luftfahrzeuges 78 abfühlen. Die Sendewandler 76 und 77 können Spannungsmesser, Beschleunigungsmesser oder irgendwelche anderen geeigneten Vorrichtungen sein, die dazu bestimmt sind, die gewünschte Größe zu messen.

Der Ausgang des Sendewandlers 76 bzw. 77 wird einem Filter 80 bzw. 81 zugeführt die eine Bandbegrenzung der Signale auf einen interessierenden Bereich vornehmen. Diese Signale werden dann der RANDOM-DEC-Vorrichtung 82 zugeführt die fortlaufend das Dekrement bestimmt Eine Abtasteinrichtung 86 ist zum Abtasten der verschiedenen Ausgänge von Mittelwertbildungsanordnungen 84 und 85 vorgesehen und schafft die gewünschte Information für eine Aufzeichnungsein-

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richtung 88 und eine Sichtdarstellung 90, wenn es gewünscht ist, den mitlaufend oder dauernd erhaltenen Ausgang mit einem zuvor aufgezeichneten Standard zu vergleichen.

Eine Standardauswahleinrichtung 92 ist vorgesehen zum Auswählen eines besonderen Standards aus einem Speicher 94, welcher die entsprechende Bezugsspannung und Zeitgebereinstellung an die RANDOMDEC-Vorrichtung 82 liefert. Der Standard wird dann in die Abtasteinrichtung 86 geführt und der Aufzeichnungseinrichtung 88 und der Sichtdarstellung 90 zugeführt, um eine unmittelbare Anzeige irgendeiner Abweichung der empfangenen Eingangssignale von denen des ausgewählten Standards zu schaffen.

Wie in Verbindung mit Fig.6 angedeutet, wird zum Vergleich der Dämpfung nur der Ausgang einer gemittelten Periode des Signals benötigt. Benachbarte Ausgänge werden für gewöhnlich mitgemessen, um Änderungen der Periode festzustellen. Für ein anderes Versagen als das Stabilitätsversagen, d. h. für Ermüdung, lose Verbindungen usw., kann es erwünscht sein, alle Ausgänge zu betrachten, um die gesamte RANDOM-DEC-Zeichnung mit einer Standard-Zeichnung abzustimmen.

Durch Verwendung eines Rechners 100, der auf die Abtasteinrichtung 86 anspricht, können das gemessene Signal und der Standard verglichen werden. Wenn Spannungen außerhalb der vorbestimmten Sicherheitsgrenzen liegen, kann ein Signal zu einem oder mehreren Korrekturnetzwerken 102 zurückgesendet werden, um einen geeigneten Korrekturvorgang durchzuführen. Beispielsweise könnte ein den Verlust an Stabilität anzeigendes Signal dazu verwendet werden, eine Servoeinrichtung für die Verringerung der Energiezu fuhr zu einer oder mehreren Maschinen oder zum Anschalten eines Bereitschaftssystem oder zum Steuern einer oder mehrerer Steuerflächen zu aktivieren.

Im Betrieb eines solchen Steuersystems würde die RANDOMDEC-Bcrechnung nach Verarbeitung einer vorbestimmten Anzahl von Spitzen automatisch wieder durchlaufen gelassen. Dies kann bequem dadurch erfolgen, daß ein Zähler eingebaut wird, der die äußere Stopeinrichtung betätigt, nachdem eine vorbestimmte Anzahl von Zählungen gemacht worden ist.

In Fig. 10 ist ein Beispiel der Nützlichkeit des Systems gemäß F i g. 9 dargestellt. Bei diesem Beispiel ist ein Standard gleichzeitig mit einem festgestellten Signal X. das zu dem Zeitpunkt empfangen worden ist, zu dem der geprüfte Körper begonnen hat zu versagen, und einem zweiten abgefühlten Signal Z dargestellt, das mit Bezug auf den Standard phasenverschoben ist. Die Fehlerabweichung des abgefühlten Signals X von dem Standard zeigt sehr deutlich das Versagen des überwachten Körpers an, während die Phasenverschiebung ΔΦ des zweiten Signals andere Abweichungen darstellt. Dies ist selbstverständlich ein anderer Bereich der Nützlichkeit der Erfindung, die über das einfache Bestimmen des Dämpfungsdekrementes einer gegebenen Ausführung hinausgeht.

Im Rahmen weiterer Ausgestaltungen der Erfindung können verschiedene Änderungen vorgenommen werden. Beispielsweise können die Haltestromkreise aus der Schaltung gemäß F i g. 3 fortgelassen werden, wodurch sich jedoch ein gewisser Verlust an Genauigkeit ergibt. In ähnlicher Weise könnte die Zeitgebereinrichtung eine kontinuierlich laufende Uhr od. dgl. sein, die einfach angeschaltet wird und nicht gestartet wird, was in gewissem Ausmaß zu Lasten der Zeitsteuerung geht. Der Mittelwertbildungsstromkreis kann in seiner einfachsten Form ein Potentiometer sein. Weiterhin könnte das Arbeiten der RANDOMDEC-Vorrichtung durch gleichwertige Stromkreise erzielt werden, bei denen Fluidik-Komponenten und/oder Digitalrechner anstelle der Haltestromkreise verwendet werden.

Zusätzlich können parallele RANDOMDEC-Vorrichtungen verwendet werden, um die Dämpfung an vielen verschiedenen Pegeln durch Versetzen der Bezugsspannungswerte jeder RANDOMDEC-Vorrichtung gleichzeitig zu bestimmen. Die Präzision der RANDOMDEC-Vorrichtung könnte selbstverständlich weiter durch Speichern der Ausgänge des Folgeschalters 38 und durch Synchronisieren dieser Ausgänge mit den Ausgängen des Folgeschalters 40 verbessert werden. Dies würde zu einer Einengung der Steuerung der Werte um den Mittelwert herum führen. Für lineare und nicht-lineare Systeme, die um Null symmetrisch sind, kann die Arbeitsgeschwindigkeit durch Hinzufügen von Stufen verdoppelt werden, die beim negativen Wert der Bezugsspannung arbeiten, gemessen vom Mittelwert. Dies kann auch ausgeführt werden durch Gleichrichten des Signals und Verdoppelung der Anzahl der Stufen, die sich auf positiven Bezugsniveau befinden.

Weiterhin kann zusätzliche Genauigkeit durch Hinzufügen einer logischen UND-Einrichtung zu der äußeren Starteinrichtung, und einer Vergleichseinrichtung, die angeschaltet ist, wenn die Eingangsspannung niedriger als die Bezugsspannung ist, erhalten werden.

Ohne dies startet jedoch das System bei 6i, wenn die Spannung höher als der Bezugswert ist, wenn die äußere Starteinrichtung angeschaltet wird. Dies kann weiterhir verhindert werden durch Anordnen eines Flip-Flops und eines Schalters zwischen dem Schalter 12 und dei Vergleichseinrichtung 18, die durch das Zeitsteuersigna von dem Schalter 26 angeschaltet und durch da; Zeitsteuersignal von dem Schalter 28 abgeschaltet wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   L Meßanordnung zur selbsttätigen und fortlaufenden Messung des Dämpfungsverhaltens eines durch ZuJaUschwingungen beanspruchten Meßobjektes zwecks Feststellung der Ermüdungsgrenze während eines zu überwachenden Betriebsablaufes, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) zur Feststellung des Betriebsdämpfungsverhaltens eines Meßobjektes ist jeweils eine durch einen Schalter (10,12) angesteuerte Meßumformereinrichtung (16,20) für positive Halbwellen bzw. (18, 20) für negative Halbweilen über jeweils eine Torschaltung (22, 24) und einen Schalter (26, 28) an jeweils einen Meß-Haltestromkreis (30, 34) bzw. (32, 36) zwecks Spannungsvergleich angeschlossen;

   b) die Ausgangsspannungen des Meß-Haitestromkreises (30,34 bzw. 32,36) werden jeweils über Folgeschalter (38 und 40) im Takt der Zeitgeberimpulse einer Zeitgebereinrichtung (42) der Gesamtanordnung auf Ausgangsleitungen (1,2,3... /^geschaltet, und

   c) nacn Ablauf einer Impulsfolge wird über die Torschaltung (22, 24) der Schalter (26, 28) jeweils abgeschaltet.
2. 2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur fortlaufenden Mittelwertbildung Anordnungen (84, 85) und eine Abtasteinrichtung (86) an die Ausgänge (1, 2, 3..n) angeschlossen sind.
3. 3. Meßanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur des angezeigten Fehlverhaltens der Meßobjekte (76,77) an den Ausgang der Abtasteinrichtung (86) ein auf einen Rechner (100) gestütztes Korrekturnetzwerk (102) am Ort der Meßobjekte vorgesehen ist.