DE2629005A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen von schwinggeschwindigkeiten an schwingenden koerpern unter verwendung des elektrodynamischen prinzips - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Sahwinggeschwindig-
• keiten an schwingenden Körpern unter Verwendung des elektrodynamischen Prinzips Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Schwinggeschwindigkeiten an schwingenden Körpern unter Verwendung des elektrodynamischen Prinzips mit einem durch ein Magnetsystem erzeugten Magnetfeld und einem Spulensystem, die zueinander relativbeweglich sind, wobei an dem Spulensystem eine zur Geschwindigkeit der Relativbewegung proportionale Spannung abgenommen wird. Die Erfindung zeigt gleichzeitig eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrense Zur Messung der Schwingungen elastomechanischer Systeme werden häufig Geräte verwendet, in denen unter Ausnutzung des elektrodynamischen Effektes (Lautspreeherprinsip) eine zur 5 chwinggeschwindigkeit proportionale elektrische Spannung entsteht. Diese bekannten Geräte bestehen ausnahmslos wie ein Lautsprecher aus einer mit dem Meßobjekt mitschwingenden Spule und einem in Ruhe befindlichen Gehäuse. Die Spule bewegt sich in einem Magnetfeld, das in einem mit dem Gehäuse fest verbundenen Magnetsystem erzeugt wird. Die Zuführungen zu den Spulen, an denen die der Geschwindigkeit proportionale Spannung abgenommen wird, werden au£Dauerbruch belastet und sind daher gefährdet. Darüber hinaus vergrößert die Masse der Spule die Masse des Schwingungsaufnehmers, d.h. die Masse des schwingenden Teils. Es ist aber sinnvoll, die Masse des schwingenden Teils möglichst klein zu halten. Wegen der niedrigen Eigenfrequenzen der Spule lassen die bekannten Konstruktionen auch nur relativ niedrige Grenzfrequenzen zu. Sie sind daher nur bedingt anwendbar.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, bei denen das Spulensystem und die Zuleitung des Spulensystems nicht mehr der Gefahr einer Betätigung infolge Bewegungen ausgesetzt sind. Insbesondere sollen damit die Dauerbrüche an der Zuleitung zu dem Spulensystem vermieden werden. Es soll die Möglichkeit geschaffen werden, die Spule selbst in sichererer und geschützterer Weise aufbauen zu können.
• Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Magnetsystem in zwei die Relativbewegung zueinander ausführende Teile unterteilt wird, einer der Teile mit dem schwingenden Körper verbunden wird und daß das Spulensystem einem der beiden Teile des Magnetsystems zugeordnet wird. Durch die Aufteilung des Magnetsystems in zwei Teile ist die Möglichkeit geschaffen, die Massen in verschiedener Weise aufzuteilen, beispielsweise dem schwingenden Teil eine besonders kleine Masse zu geben, um die Rückwirkung auf das Untersuchungsobjekt zu vermindern. Durch die Zuordnung des Spulensystems zu einem der beiden Teile des Magnetsystems ergibt sich die Möglichkeit, die Spule in einfacher Weise zu sichern und fest an das betreffende Teil des Magnetsystems zu binden.
• Damit wird praktisch eine kritische Eigenfrequenz der Spule, wie sie im Stand der Technik immer beachtet werden muß, vermieden bzw. in solche Bereiche verschoben, daß die Messungen hierdurch nicht mehr gestört werden.
• Die Dauerbruchgefahr an der Spule wie auch an den Zuleitungen wird damit mit Sicherheit vermieden.
• Das Spulensystem wird vorzugsweise dem Teil des Magnetsystems zugeordnet, welches den aktiven Teil des Magnetsystems nicht aufweist. Hier ergibt sich der Vorteil, daß zur Realisierung des Fühlers in einfacher Weise ein Stabmagnet eingesetzt werden kann. Es ist aber auch möglich, das Spulensystem und den Teil des Magnetsystems, der den aktiven Teil enthält gemeinsam gehäuseseitig aufzubauen.
• In diesem Fall findet ein Ringmagnet als aktives Magnetsystem Verwendung.
• In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Unterteilung des Magnetsystems in einen Teil mit mogliehst kleiner Masse und den zweiten Teil mit der übrigen Masse durchgeführt, wobei der Teil mit der kleinen Masse mit dem schwingenden Körper verbunden wird, während der Teil mit der übrigen Masse ortsrest angeordnet wird. Hierbei handelt es sich um einen Relativaufnehmer, dessen Fühler eine besonders kleine Masse aufweist und hierdurch das Meßergebnis möglichst wenig verfälscht.
• Für Absolut aufnehmer empfiehlt es sich, wenn zum Zwecke der beweglichen Anordnung beider Teile des Magnetsystems die gesamte Masse des Magnetsystems möglichst klein gewählt wird. Dies ist im übrigen auch bei Relativaufnehmern von Vorteil.
• Die Spule wird vorzugsweise dem ortsfest angeordneten Teil des Magnetsystems zugeordnet, wenn es sich um einen Relativaufnehmer handelt. Hierbei besteht die Mögliehkeit, die Spule sicher am Gehäuse des Relativaufnehmers zu lagern und die Zuleitung zu dem Spulensystem ortsfest anzuordnen.
• Für den Fall des Absolutaufnehmers ist es vorteilhaft, wenn die Spule mit dem Teil des Magnetsystems verbunden wird, das mit dem schwingenden Körper verbunden ist. Hierbei besteht dann die Möglichkeit, die Zuleitungen über den schwingenden Körper zu verlegen.
• Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß das Magnet system in zwei die Relativbewegung zueinander ausführende Teile unterteilt ist und einer der Teile mit dem schwingenden Körper verbunden ist, wobei das Spulensystem einem der beiden Teile des Magnetsystems zugeordnet ist. Das Spulensystem kann dabei dem Teil des Magnetsystems zugeordnet sein, welches den aktiven Teil des Magnetsystems nicht aufweist. FUr besondere Anwendungsfälle ist es sinnvoll, daß der Teil, mit dem das Spulensystem verbunden ist, ortsfest vorgesehen ist. Die Teile des Magnetsystems sind so angeordnet, daß sich der Magnet fluß vom bewegten Teil über den ortsfesten Teil torusförmig schließt. In einer besonderen Ausführungsforn ist der bewegliche Teil des Magnetsystems mit dem schwingenden Körper verbunden und weist einen axial ausgerichteten Stabmagneten auf, an den sich beidseitig Je eine das Magnetsystem ergänzende Weioheisenscheibe anschließt; dabei bildet der andere Teil des Magnetsystems das Gehäuse und besteht zumindest teilweise ebenfalls aus Weicheisen, wobei das Spulensystem zwei gegenläufig gewickelte und in Reihe geschaltete Spulen aufweist, die an dem inneren Umfang des Gehäuses gegenüber den Weicheisensoheiben angeordnet sind. Auch andere Ausführungen sind denkbar.
• Das Magnetfeld ist im Bereich des Spulensystems unabhängig von der Amplitude des schwingenden Körpers konstant ausgebildet.
• Die Erfindung ist anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen verdeutlicht und wird im folgenden beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen schematisierten Querschnitt durch eine erste Aus führungs form der Vorrichtung, Fig. 2 einen schematisierten Querschnitt durch eine zweite Aus führungs form und Fig. 3 einen schematisierten Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung.
• Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist gleichermaßen als Relativaufnehmer wie auch als Absolutaufnehmer geeignet. Es ist ein Gehäuse 1 vorgesehen, welches zweckmäßig zumindest teilweise aus Weicheisen besteht. In diesem Gehäuse ist der Fühler 2 relativbeweglich gelagert. Der Fühler 2 besitzt einen Permanentmagneten 3, an dem sich die beiden Weicheisenscheiben 4 und 5 anschließen. Die Weicheisenscheiben 4 und 5 bilden einen Teil 4, 5 des Magnetsystems. Der andere Teil 6 des Magnetsystems wird von dem Gehäuse 1 gebildet. Die beschriebenen Teile bilden insgesamt das Magnetsystem 4, 5, 6.
• Im Anschluß an die Weicheisenscheiben 4, 5 sind die beiden Spulen 7 und 8 auf der Innenseite des Gehäuses 1 vorgesehen und angeordnet. Es handelt sich dabei um zwei gegenhäufig gewickelte Spulen, die in Reihe geschaltet sind.
• Die beiden Spulen 7 und 8 bilden das Spulensystem 7, 8.
• In Fig. 1 ist zusätzlich noch der Magnetfluß 9 eingezeichnet.
• Wird die Vorrichtung gemäß Fig. 1 als Relativauftehmer eingesetzt, dann wird das Gehäuse 1 ortsfest gelagert, so daß auch die beiden Spulen 7 und 8 und die entsprechenden Zuleitungen zu diesen Spulen ortsfest angeordnet sind. Der Fühler 2 wird mit dem schwingenden Untersuchungsobjekt verbunden. Es versteht sich, daß die Amplitude der Schwingung so gewählt ist, daß sich die Weicheisenscheiben 4 und 5 jeweils nur in dem Bereich der Spulen 7 und 8 bewegen. Durch die Bewegung des Fühlers 2 und die Verlagerung des Magnetfeldes bzw. Magnet flusses wird in den Spulen 7 und 8 in an sich bekannter Weise eine Spannung induziert, die proportional zu der Relativgesehwindigkeit ist und in bekannter Weise als Meßgröße herangezogen wird.
• Bei der Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 als Absolutaufnehmer findet eine Kopplung des Fühlers 2 mit dem Gehäuse 1 über eine - Je nach Anwendungsfall schwach oder stark ausgebildete - Feder statt. Das Gehäuse 1 wird mit dem Untersuchungsobjekt verbunden, so daß der Fühler 2 auch hier eine Relativbewegung gegenüber dem Untersuchungsobjekt und dem Gehäuse 1 ausführen kann. Da das Gehäuse 1 aber gegenüber dem Untersuchungsobjekt ortsfest angeordnet ist, ist die Möglichkeit gegeben, die Zuleitungen zu dem Spulensystem 7, 8 ebenfalls über das Untersuehungsob-Jekt, also ortsfest, zu führen.
• Die Aus führungs form gemaß Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 nur dadurch, daß der aktive Teil des Magnetsystems hier als axial magnetisierter Ringmagnet 3' ausgebildet ist und auf der Seite des Gehäuses 1 angeordnet ist. Dies ergibt den Vorteil, daß die Masse des Fühlers 2 sehr klein gewählt werden kann. Auch diese Vorrichtung ist als Relativaufnehmer oder als Absolutaufnehmer einsetzbar. Die Wirkungsweise entspricht der Anordnung gemäß Fig. 1.
• Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist als Absolutaufnehmer, vorzugsweise als seismischer WegauSnehmer, besonders geeignet. Auch hier ist der Fühler 2 mit dem Untersuchungsobjekt verbunden. Das Gehäuse 1 ist mit dem Fühler 2 durch eine weiche Feder gekoppelt. Das Gehäuse 1, welches die größere Masse aufweist, wird hier als seismische Masse benutzt, während der Fühler 2 wieder eine sehr kleine Masse aufweisen kann. Mit dem Gehäuse 1 sind die beiden radial magnetisierten Ringmagnete 3" verbunden, während auf dem FUhler 2 die beiden Spulen 7 und 8 angeordnet sind.
• Durch die Verbindung des Fühlers 2 mit dem schwingenden Objekt kann auch hier die Zuleitung wieder ortsfest zu dem schwingenden Objekt verlegt werden.

Claims (1)

1. Patentansprüche: fA /4) Verfahren zum Messen von Schwinggeschwindigkeiten an schwingenden Körpern unter Verwendung des elektrodynamischen Prinzips mit einem durch ein Magnetsystem erzeugten Magnetfeld und einem Spulensystem, die zueinander relativbeweglich sind, wobei an dem Spulensystem eine zur Geschwindigkeit der Relativbewegung proportionale Spannung abgenommen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Magnetsystem in zwei die Relativbewegung zueinander ausführende Teile unterteilt wird, einer der Teile mit dem schwingenden Körper verbunden wird und daß das Spulensystem einem der beiden Teile des Magnetsystems zugeordnet wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e fl n -z e i c h n e t, daß das Spulensystem vorzugsweise dem Teil des Magnet systems zugeordnet wird, welches den aktiven Teil des Magnetsystems nicht aufweist.

   5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r o h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Unterteilung des Magnetsystems in einen Teil mit möglichst kleiner Masse und den zweiten Teil mit der übigen Masse durchgeftihrt wird und daß der Teil mit der kleinen Masse mit dem schwingenden Körper verbunden wird, während der Teil mit der Obigen Masse ortsfest angeordnet wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß zum Zwecke der beweglichen Anordnung beider Teile des Magnetsystems die gesamte Masse des Magnetsystems möglichst klein gewählt wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Spule vorzugsweise dem ortsfest angeordneten Teil des Magnet systems zugeordnet wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Spule vorzugsweise mit dem Teil des Magnet systems verbunden wird, das mit dem schwingenden Körper verbunden wird.

   7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Magnetsystem (4, 5, 6) in zwei die Relativbewegung zueinander ausftkirende Teile (4, 5; 6) unterteilt ist und einer der Teile mit dem schwingenden Körper verbunden ist, wobei das Spulensystem (7, 8) einem der beiden Teile des Magnetsystems zugeordnet ist.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Spulensystem (7, 8) dem Teil (6) des Magnetsystems zugeordnet ist, welches den aktiven Teil des Magnetsystems nicht aufweist.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Teil (6), mit dem das Spulensystem (7, 8) verbunden ist, ortsfest vorgesehen ist.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Teile (4, 5, 6) des Magnet systems so angeordnet sind, daß sich der Magnetfluß (9) vom bewegten Teil über den ortsfesten Teil torusförmig schließt.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der bewegliche Teil (4, 5) des Magnetsystems mit dem schwingenden Körper verbunden ist und einen axial ausgerichteten Stabmagneten (3) aufweist, an den sich beidseitig je eine das Magnetsystem ergänzende Weicheisenscheibe (4, 5) anschließt, und daß der andere Teil (6) des Magnetsystems das Gehäuse (1) bildet und zumindest teilweise ebenfalls aus Weicheisen besteht, wobei das Spulensystem zwei gegenläufig gewickelte und in Reihe geschaltete Spulen (7, 8) aufweist, die an dem inneren Umfang des Gehäuses (1) gegenüber den Weicheisenscheiben (4, 5) angeordnet sind.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Magnetfeld im Bereich des Spulensystems (7, 8) unabhängig von der Amplitude des schwingenden Körpers konstant ausgebildet ist.