DE2536598B2

DE2536598B2 - Anordnung zur elektronischen Auswertung von Schwingungsabklingvorgängen eines mittels eines Erregerkreises erregten Testobjektes

Info

Publication number: DE2536598B2
Application number: DE2536598A
Authority: DE
Inventors: John Stefan East Moline Ill. Mutziger (V.St.A.)
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 1974-08-19
Filing date: 1975-08-16
Publication date: 1979-08-30
Also published as: US3939405A; DE2536598A1; DE2536598C3; IT1048306B; FR2282626A1; JPS5121877A; GB1489663A; CA1010551A; FR2282626B1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektronischen Auswertung von Schwingungsabklingvorgängen eines mittels eines Erregerkreises erregten Testobjektes unter Benutzung eines durch einen Triggerkreis betätigbaren Zweistrahl-Oszilloskops, an dem das auszuwertende Signal über einen Eingangskreis und einen logarithmischen Kreis und ein elektronisch erzeugtes Vergleichssignal liegen und ein Erzeugerkreis so für das Vergleichssignal sowie eine Einstelleinrichtung für den Deckungsabgleich der beiden Signale auf dem Zweistrahl-Oszilloskop vorgesehen sind.

Eine Anordnung dieser Art ist aus der DE-OS 49 370 bekannt. Bei der bekannten Anordnung, die mit einem Oszilloskop arbeitet, erfolgt die Auswertung der auf dem Oszilloskop dargestellten Kurven nicht durch direkte Vermessung. Das auszuwertende Signal wird vielmehr alternierend oder gleichzeitig mit einem elektronisch erzeugten Vergleichssignal dargestellt, das w exponentiell abklingt. Die Darstellung wird so verändert, bis ein Deckungsabgleich erzielt ist. Die bekannte Anordnung ist besonders für die Auswertung von auf Magnetband aufgezeichneten Nachhallvorgängen bestimmt. Das Vergleichssignal wird in einer /?C-Schal- t' Uing gewonnen, der ein in seiner Haltezeit variabler, den Ladevorgang des Kondensators der Schaltung steuernder monostabiler Multivibrator vorgeschaltet ist. Der Ausgang der ÄC-Schaltung führt zu einem Umschalter, der in seiner einen Stellung das Vergleichssignal und in seiner anderen Stellung das auszuwertende Signal vorzugsweise über einen logarithmischen Verstärker dem Oszilloskop zuführt Sobald die beiden auf dem Oszilloskop erscheinenden Kurven zur Deckung gebracht sind, kann die Nachhallzeit an einem in Sekunden geeichten Meßpotentiometer der RC-Schaltung abgelesen werden. Je nachdem ob eine alternierende oder eine gleichzeitige Darstellung erfolgen soll, wird der Umschalter von einem bistabilen Multivibrator oder einem astabilen Multivibrator gesteuert.

Bei einer anderen bekannten Anordnung zum Messen der Dämpfungseigenschaften von Konstruktionseinheiten wird die gemessene Dämpfung mit einer vorgegebenen Dämpfung auf einem Zweistrahl-Oszilloskop verglichen. Die dabei festgestellten Abweichungen können dann bezüglich Materialermüdung, Beeinträchtigung der Stabilität oder dergleichen gedeutet werden. Auch kann bei kritischen Situationen über diese Anordnung eine Gegenmaßnahmen auslösende Überwachungseinrichtung gesteuert werden (US-PS 36 20 069).

Es ist weiterhin eine Vorrichtung zum Feststellen der akustischen Eigenschaften von Räumen bekannt (US-PS 33 43 627), bei der über einen Impulsgenerator und einen Filter verstärkte Signale zur Erzeugung von Schall in dem untersuchenden Raum gebildet werden. Ober Mikrofone wird der Schall aufgenommen und in elektrische Signale umgewandelt, die entweder über einen Gleichrichter oder aber über einen die Signale in Rechteckwellen umwandelnden Kreis einem Integrationskreis zugeführt werden. Die Ausgangssignale werden einerseits direkt, andererseits über einen Verzögerungsweg einem Subtraktionskreis zugeführt, dessen Ausgangssignal verstärkt einem Oszilloskop zugeführt wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß auf einfache Weise eine genaue und vor allem sehr rasche Messung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur direkten Erregung und Schwingungsabnahme vom Testobjekt im Erregerkreis des Testobjekts eine bei Erregung des Objekts geschlossene, Unterbrecherkontakte aufweisende Schalteinrichtung derart vorgesehen ist, daß bei Öffnen der Unterbrecherkontakte der Triggerkreis zum gleichzeitigen Auslenken der beiden Oszilloskopstrahlen und der Erzeugerkreis für das Vergleichssignal an das Zweistrahl-Oszilloskop angeschlossen sind. Hierbei kann das vom Testobjekt abgenommene Schwingungssignal direkt, d.h. ohne einen Schalter, dem Oszilloskop zugeleitet werden, andererseits werden bei Umschalten der Schalteinrichtung sowohl der das gleichzeitige Auslenken der beiden Oszilloskopstrahlen auslösende Triggerkreis als auch der Erzeugerkreis für das Vergleichssignal, an das Zweistrahl-Oszilloskop angeschlossen. Durch wiederholtes Betätigen der Schalteinrichtung und unter gleichzeitiger Veränderung des Bezugssignals kann auf sehr rasche und zuverlässige Weise eine genaue Deckung der beiden Darstellungen auf dem Oszilloskop erreicht werden. Liegt Deckung der beiden Darstellungen vor, kann die Abklinggeschwindigkeit der erzeugten Schwingungen direkt an der Einstelleinrichtung des Erzeugerkreises für das Vergleichssignal abgelesen werden. Die Bedienung ist somit sehr einfach. Der Abgleich zur Erzielung der Deckung der beiden

Darstellungen erfolgt mit größter Genauigkeit und vor allem außerordentlich rasch, da der Abgleich ständig und unmittelbar am Oszilloskop überwacht werden kann.

Die Schalteinrichtung kann einen Dreifach-Zweistellungsschalter aufweisen, der in seiner ersten Stellung den Errergerkreis für das Testobjekt schließt und den Eingang einer mit ihrem Ausgang mit dem Steuereingang des Oszilloskops für den zweiten Strahl verbundenen Integrationsschaltung mit einer Rückstell- und Auslöseeinrichtung verbindet und der in seiner zweiten Stellung die genannten Verbindungen unterbricht und den Eingang der Integrationsschaltung mit einer einstellbaren Bezugssignal-Gleichspannung und den Triggereingang des Oszilloskops mit dem Triggerkreis verbindet Dadurch wird es möglich, in den Zeiten, in denen der Triggerkreis nicht mit dem Oszilloskop verbunden ist, die Integrationsschaltung auf einem Anfangswert zu halten, der nur relativ wenig von dem zu erwartenden Meßwert abweicht Dadurch wird eine genaue rasche Messung noch begünstigt

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung nach der Erfindung erläutert.
Es zeigt

F i g, 1 ein Blockschaltbild, ₂s

Fig.2 eine teilweise schematische Darstellung des Stromkreislaufes mit einem Blockschaltbild.

In der Zeichnung ist in F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Prüfgerätes dargestellt, zu dem eine Erregerenergiequelle 10 gehört, die als Vorrichtung zur Erzeugung jeder physikalischen Störgröße bzw. jedes Signales dienen kann und einen Rauschgenerator, einen Sinuswellenoszillator oder einen stationären Signalgenerator enthält Die Erregerenergiequelle 10 ist über eine Eingangsleitung 14 an ein Abklingratemeßgerät 12 und über eine Ausgangsleitung 18 an einen Erregungsgeber 16 angeschlossen. Der Erregungsgeber 16 ruft ein mechanisches, akustisches oder elektrisches Erregersignal hervor, das durch das elektrische Erregersignal der Erregerenergiequelle 10 erzeugt wird, um somit ein Testobjekt 20 an einer Stelle in Erregung bzw. in Schwingung zu versetzen.

Die Abklingcharakteristik des Testobjektes 20 wird an einer zweiten Stelle erfaßt und über einen Aufnehmer 22 in ein Eingangsdatensignal umgeformt Das Eingangsdatensignal wird über eine Dateneingangsleitung 24 an das Abklingratemeßgerät 12 geleitet Das Eingangsdatensignal wird durch das Abklingratemeßgerät 12 umgewandelt und ein Abklingdatenausgangssignal wird über eine Datenausgangsleitung 28 an eine Anzeigevorrichtung weitergeleitet, die als Zweistrahloszilloskop 26 ausgebildet ist Innerhalb des Abklingratemeßgerätes 12 wird ein Bezugsabklingratesignal erzeugt, das nachfolgend auch als Bezugssignal bezeichnet ist und über eine Bezugsausgangsleitung 30 an das Oszilloskop 26 geleitet wird Um gleichzeitig zwei Spuren des Oszilloskopes, und zwar das Abklingratesignal und das Bezugssignal zu triggern, werden das Oszilloskop 26 und das Abklingratemeßgerät 12 Über eine Triggerausgangsleitung 32 miteinander verbunden, so

In Fig.2 ist das elektrische Blockschaltbild dargestellt, in dem das Abklingratemeßgerät 12 über eine Eingangsleitung 14 an eine erste Erregerleitung 34 angeschlossen ist. Die erste Erregerleitung 34 ist über einen dreipoligen Z w^istellungs-Erregerschalter 36, der einen Erregerkontakt 376 und einen Abklingratekontakt 37a enthält, mit einer zweiten Erregerausgangsleitung 38 verbunden, die über die Ausgangsleitung 18 an den Erregungsgeber 16 angeschlossen ist.

Ein Oszi'loskoptriggerschaltkreis innerhalb des Ab klingratemeßgerätes 12 umfaßt eine erste Triggerleitung 40, die zwischen einer konstanten Erregerenergiequelle 42 und einem Triggerkontakt 37c des Zweistellungs-Erregerschalters 36 geschaltet ist. Der Zweistellungs-Erregerschalter 36 verbindet die erste Triggerleitung 40 oder den Kontakt 37d mit einer zweiten Triggerleitung 46, die über einen Widerstand 48 an Masse und an einen Kondensator 50 angeschlossen ist Der Kondensator 50 ist über eine dritte Triggerleitung 54 und einen Widerstand 52 an Masse und an eine Triggerausgangsleitung 32 angeschlossen.

Das Abklingratemeßgerät 12 enthält außerdem einen Bezugssignalgenerator, dem die Energiequelle 42 als Bezugssignai über einen Potentiometer 60 zugeordnet ist Ein Abnehmer 61 des Potentiometers 60 bewegt sich relativ zu einer Bezugssignalskala 62, die in dB/sec geeicht ist und somit das Verhältnis der einstellbaren Bezugsspannung zum durch die Einstellung des Potentiometers 60 erzeugten Bezugssign.il anzeigt Der Abnehmer 61 des Potentiometers 60 ist ferner an einen Eingangstrennverstärker 64 angeschlossen, dessen Ausgang wahlweise über einen Verstärkungswahlschalter 68 mit Jen Widerständen 70, 72 und 74 verbunden werden kann. Die Widerstände 70, 72, 74 sind an eine erste Bezugsleitung 76 angeschlossen, die an den Bezugskontakt 37e des Zweistellungs-Erregerschalters 36 angeschlossen ist Die erste Bezugsleitung 76 ist über den Zweistellungs-Erregerschalter 36 an den Integrationsschaltkreis 80 angeschlossen. Der Zweistellungs-Erregerschalter 36 verbindet ebenfalls den Integrationsschaltkreis 80 über den Rückstellkontakt 37/" mit einem Integrationsrückstell- und einem Bezugssignalsauslöseschaltkreis 81, der ferner über eine Leitung 79 mit dem Integrationsschaltkreis 80 verbunden ist. Der Ausgang des Integrationsschaltkreises 80 ist über eine zweite Leitung 82 an die Bezugsausgangsleitung 30 und dann an das Oszilloskop 26 angeschlossen.

Das Abklingratemeßgerät 12 weist ferner einen Datenverarbeitungsschaltkreis auf, zu dem das Eingangssignal über den Aufnehmer 22 und die Eingangsleitung 24 geleitet wird. Das Eingangssignal wird von einer ersten Datenübertragungsleitung 84 aufgenommen, die über einen Widerstand 86 an Masse und einen Trennverstärker 88 angeschlossen ist. Der Trennverstärker 88 ist an einen Kondensator 90 angeschlossen, der seinerseits an einen Regelwiderstand 92 angeschlossen ist. Das Datensignal des Regelwiderstandes 92 wird zu einem Absolutschaltkreis 94 geleitet, der über eine zweite Datenleitung 56 an einen log-Umformerschal»- kreis 98 angeschlossen ist Eine dritte Datenleitung 102 verbir.ict den zweiten log-Umformerschaltkreis 98 mit der Ausgangsleitung 28 und dann mit dem Oszilloskop 26.

Die Wirkungsweise der elektrischen Anzeigevorrichtung ist nachfolgend beschrieben. Um das Testverhalten eines Testobjekies 20 zu untersuchen, erzeugt die Erregerenergiequelle 10 eine Erregerenergie, die über den Erregerkontakt 37b dem Erregungsgeber 16 zugeleitet wird, der das elektrische Signal b«rw. die elektrische Erregerenergie in eine gewünschte Schwingung umwandelt, beispielsweise Vibration, einen Schall oder in elektrische Impulse. Das Testobjekt 20 schwingt infolge der Erregung des Erregungsgebers 16, so daß die daraus resultierenden Schwingungen vom Aufnehmer 22 erfaßt werden, der diese Schwingungen in ein elektrisches Eingangsmeßsignal umformt Das Ein-

gangsmeösignal wird dann dem Trennverstärker 88 zugeführt und über den Regelwiderstand 92 dem Absolutwertschaltkreis 94, der ein Absolutmeßwertsignal erzeugt. Der Regelwiderstand 92 erlaubt eine Einstellung des Eingangssignals dergestalt, daß MeQ-wertspitzen im Bereich der optimalen Spannung erzeugt werden. Das Absolutmeßwertsignal wird dann einem log-Umformerschaltkreis 98 zugeführt, der ein logarithmisches Signal aus dem linearen, absoluten Momentanwert des Eingangssignals erzeugt. Der Absolutwertschaltkreis 94 und der log-Umformerschaltkreis 98 sind auf Nulldrift abgeglichen. Das logarithmische Signal, das das Abklingratesignal darstellt, wird dem Oszilloskop 26 zugeführt.

Befindet sich der Zweistellungs-Erregerschalter 36 in der in Fig.2 dargestellten Stellung, dann ist der Schaltkreis 81 so geschaltet, daß der Integrationschaltkreis 80 auf den Anfangswert gebracht wird, um das Bezugssignal an einem Punkt auszulösender etwas über dem zu erwartenden Abklingratemeßwert liegt.

Um eine Prüfmessung vorzunehmen, wird der Zweistellungs-Erregerschalter 36 von seinem Erregerkontakt 37/j auf den Abklingratekontakt 37a geschaltet, wodurch die Erregung des Testobjektes beendet wird. Die Abklingrate der Schwingung erfolgt normalerweise in einer Exponentialkurve oder bei komplexen Testobjekten in einer Folge von überlappenden Exponentialkurven. Die Abklingrate wird vom Aufnehmer 22 in ein Eingangsmeßwertsignal umgewandelt, verstärkt und logarithmiert. um das Abklingen der Amplitude über der Zeit auf dem Oszilloskop 26 als geneigte Gerade darzustellen,die in dB/sec bewertet wird.

Die Betätigung des Erregerschalters 36 in Richtung des Abklingratekontaktes 37a aktiviert gleichzeitig den Triggerschaltkreis und den Bezugswertgenerator. Im Triggersehaltkreis wird ein Signal bzw. eine Meßgröße über die Triggerausgangsleitung 32 dem Oszilloskop 2f zugeführt, das eine Ablenkung bzw. Krümmung dei Spur so triggert, daß gleichzeitig die Spuren de; s Abklingratesignals und des Bezugssignals gebildet werden.

Im Bezugsgenerator wird der Abnehmer 61 auf Mitte gestellt und der Verstärkungswahlschalter 68 auf einer Wert eingestellt, der dem zu erwartenden Wert de)

ίο Abklingratemeßsignals entspricht. Wird der Zweistel lungs-Erregerschalter 36 von dem Erregerkontakt 37, zu dem Abklingratekontakt 37e bewegt, so ist da< Bezugssignal, das dem Potentiometer 60 zugefühn wurde, über den Schaltkreis mit dem Integralionsschall kreis 80 verbunden, in dem das Signal über der Zeil integriert wird und dann dem Oszilloskop 26 über die Bezugsausgangsleitung 30 zugeführt wird. Auf dem Oszilloskop 26 erscheint das integrierte Bezugssignal al« eine geneigte Linie gleichzeitig mit der Linie der

-><> gemessenen Abklingrate mit einem Abfall in dB ρ rc Zeiteinheit.

Die Abklingrate der Schwingung wird durch ein Annäherungsverfahren gefunden, in dem der Zweistel· lungs-Erregerschalter 36 wiederholt zwischen dem

2i Erregerkontakt 37fc und dem Abklingratekontakt 37i bewegt wird, wobei gleichzeitig der Abnehmer 61 und der Verjtärkungsschalter 68 so eingestellt werden, daIi eine Bezi'gslinie in dB/sec mit dem Meßsignal zui Deckung gebracht wird. Wenn die beiden Linien sich

jo decken, kann die Abklingrate direkt von der Bezugsskala 62 in dB/sec abgelesen werden.

Die Ablenkungszeit des Oszilloskops 26 kann beliebig für die visuelle Erfassung gewählt werden, da da." Bezugs- und das Abklingratesignal simultan dargestellt

)■> werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur elektronischen Auswertung von Schwingungsabklingvorgängen eines mittels eines Erregerkreises erregten Testobjektes unter Benutzung eines durch einen Triggerkreis betätigbaren Zweistrahl-Oszilloskops, an dem das auszuwertende Signal über einen Eingangskreis und einen logarithmischen Kreis und ein elektronisch erzeugtes Vergleichssignal liegen und ein Erzeugerkreis für das Vergleichssignal sowie eine Einstelleinrichtung für den Deckungsabgleich der beiden Signale auf dem Zweistrahl-Oszilloskop vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur direkten Erregung und Schwingungsabnahme vom Testobjekt (20) im Erregerkreis (10, 14, 16, 18) des Testobjekts eine bei Erregung des Objekts geschlossene, Unterbrecherkontakte aufweisende Schalteinrichtung (36) derart vorgesehen ist, daß bei Öffnen der Unterbrecherkontakte der Triggerkreis (40 bis 34) zum gleichzeitigen Ausienken der beiden Oszilloskopstrahlen und der Erzeugerkreis (64, 68, 80, 81) für das Vergleichssignal an das Zweistrahl-Oszilloskop (26) angeschlossen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen Dreifach-Zweistellungsschalter aufweist, der in seiner ersten Stellung den Erregerkreis für das Testobjekt (20) schließt und den Eingang einer mit ihrem Ausgang mit dem Steuereingang (30) des Oszilloskops (26) für den zweiten &,'rahl verbundenen Integrationsschaltung (80) mit einer Rückstell- und Auslöseeinrichtung (81) verbindet und der in seiner zweiten Stellung die genannten Verbinungen unterbricht und den Eingang der Integrationsschaltung (80) mit J5 einer einstellbaren Bezugssignal-Gleichspannung (60 bis 68) und den Triggereingang des Oszilloskops mit dem Triggerkreis verbindet.