DE2629005C3

DE2629005C3 - Vorrichtung zum Messen von Schwingungen an schwingenden Körpern unter Verwendung des elektrodynamischen Prinzips

Info

Publication number: DE2629005C3
Application number: DE19762629005
Authority: DE
Inventors: Ernst-August 3401 Adelebsen Dehne
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt Fuer Luft und Raumfahrt EV 5300 Bonn; Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1976-06-28
Filing date: 1976-06-28
Publication date: 1981-12-03
Also published as: DE2629005A1; DE2629005B2

Description

Vorrichtung zum Messen von Schwingungen an schwingenden Körpern unter Verwendung des elektrodynamischen Prinzips

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen von Schwingungen an schwingenden Körpern unter Verwendung des elektrodynamischen Prinzips mit einem durch ein Magnetsystem erzeugten Magnetfeld und einem Spulensystem, wobei an dem Spulensystem eine Spannung abnehmbar ist und das Magnetsystem in zwei eine Relativbewegung zueinander ausführende Teile unterteilt ist und einer der Teile mit dem schwingenden Körper verbindbar ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-AS 73 266 bekannt. Das Magnetsystem wird durch einen Stabmagneien erzeugt, der in einem Gehäuse relativbeweglich zu diesem geführt ist. Im Gehäuse ist ein Spulensystem ortsfest angeordnet. Das Magnetsystem besitzt ein Feld mit großem Streubereich, wodurch es erforderlich ist, die Spulen ebenfalls relativ groß zu bauen. Trotzdem werden die Spulen nur von einem Teil des Magnetflusses durchdrungen. Es verbleibt ein beachtlicher Streufluß, der sich außerhalb der Spulen bewegt. Bei einer Relativbewegung ändert sich nicht nur die Lage des Magnetfeldes relativ zu dem Spulensystem, sondern auch der Anteil des Magnetfeldes, der von den Spulen erfaßt wird. Abhängig von der jeweiligen Schwingungsamplitude ist zu erwarten, daß das Meßergebnis bei diesem bekannten Schwingungsaufnehmer von nichtlinearen Effekten überlagert wird.

Eine ähnliche Vorrichtung ist auch aus der US-PS 27 40 946 bekannt, wobei der magnetische Fluß durch im Bereich der Spulen angeordnete Polschuhe geführt wird. Da die Polschuhe jedoch erheblich größer als die Spulen ausgebildet sind, entsteht ein beachtlicher Streufluß, der die Spulen nicht durchdringt Zwar wird auch hier eine Meßspannung in der Spule induziert wenn sich der magnetische Fluß, der die Spule durchdringt in Abhängigkeit von der Relativbewegung ändert jedoch ist auch hier damit der Nachteil verbunden, daß in einem nichtlinearen Bereich gearbeitet wird bzw. sich nichtlineare Effekte überlagern und damit das Meßergebnis verfälschen.

Aus dem DE-GM 16 81 874 ist ein seismischer Schwingungsempfänger bekannt, bei dem unter Verwendung eines den Polkern und teilweise den Magneten umgebenden Rings ein günstiges Verhältnis von Nutzfluß zu Streufluß angestrebt wird. Mit Hilfe dieses Rings ist es zwar möglich, den magnetischen Fluß im Spaltbereich zu homogenisieren. Darüber hinaus ist auch hier ein Streufluß vorhanden. Die Anwendung eines homogenisierenden Ringes bei Vorrichtungen der zuvor beschriebenen Art führt jedoch auch nicht zur Lösung der vorliegenden Aufgabe, zumal es bei der vorliegenden Erfindung auf die Homogenität bzw. Inhomogenität des Magnetfeldes nicht ankommt.

Aus der DD-PS 83 652 ist es zwar als bekannt entnehmbar, ein Seriensystem und ein Magnetsystem bei einem elektrodynamischen Schwingungsaufnehmer so anzuordnen, daß unabhängig von der Amplitude des schwingenden Körpers das gesamte Magnetfeld vom Spulensystem erfaßt wird, jedoch besitzt dieser bekannte Schwingungsaufnehmer keine gegeneinander beweglichen Teile seines Magnetsystems. Beweglich ist vielmehr nur die Spule aufgehängt wodurch die Gefahr besteht, daß die Stromzuführungen zu der beweglichen Spule bei einer Dauerbelastung stark bruchgefährdet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß unabhängig von der Amplitude des schwingenden Körpers ein möglichst lineares Meßverhalten erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht daß das Spulensystem und das Magnetsystem derart ausgebildet sind, daß unabhängig von der Amplitude des schwingenden Körpers das gesamte Magnetfeld vom Spulensystem erfaßt ist. Es versteht sich, daß sich zwecks Induzierung einer Spannung in dem Spulensystem der magnetische Fluß ändern muß, jedoch muß mit dieser Änderung nicht zugleich und zusätzlich eine Änderung des gesamten von den Spulen erfaßten magnetischen Feldes zugelassen werden. Es ist vielmehr sinnvoll für ein lineares Meßverhalten, daß das gesamte Magnetfeld vom Spulensystem während der Messung erfaßt wird, also nur eine örtliche Verschiebung des ansonsten konstanten Magnetfeldes zugelassen wird. Jedes Magnetfeld besitzt üblicherweise eine ganz bestimmte Form, ist in ausgewählten Bereichen annähernd oder weitgehend homogen und besitzt in den Randbereichen Streufelder bzw. Abweichungen von der Homogenität. Da beim Anmeldungsgegenstand das gesamte Magnetfeld von dem Spulensystem erfaßt ist, jedenfalls von unbedeutenden Steufeldresten abgesehen, ist es für die Erfindung vorteilhaft, daß es auf die Homogenität bzw. Inhomogenität des Magnetfeldes überhaupt nicht ankommt. Infolgedessen ist es bei der Erfindung auch abwegig, einen entsprechend großen Aufwand zu treiben, um das Magnetfeld zu homogenisieren. Durch

die Unterteilung des Magnetsystems in zwei eine Relativbewegung zueinander ausführende Teile ist es möglich, 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.

Das Magnetsystem kann das Magnetfeld bündelnde Weicheisenscheiben aufweisen, die nur im Bereich zweier gegenläufig gewickelter und in Reihe geschalteter Spulen beweglich gelagert sind. Hierdurch wird das Magnetfeld auf den Bereich der Spulen focussiert, so daß das von den Spulen nicht erfaßte Streufeld des Magnetsystems vernachlässigbar ist.

Das Magnetsystem kann einen axial ausgerichteten stabförmigen Permanentmagneten aufweisen, an den sich beidseitig die Weicheisenscheiben anschließen. Dabei können lediglich die Weicheis:;nscheiben mit dem schwingenden Körper verbindbar sein. Das Magnetfeld kann auch durch einen gehäuseseitig gelagerten, axial magnetisierten Ringmagneten erzeugt sein. Die Erfindung ist an Hand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen verdeutlicht und wird im folgenden beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 einen schematisierten Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung und

F i g. 2 einen schematisierten Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform.

Die Vorrichtung gemäß F i g. 1 ist gleichermaßen als Relativaufnehmer wie auch als Absoiutaufnehmer geeignet. Es ist ein Gehäuse 1 vorgesehen, welches 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 Weich^isenscheiben 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 3,4,5,6,

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 gegenläufig gewickelte Spulen, die in Reihe geschaltet sind. Die beiden Spulen 7 und 8 bilden das Spulensystem 7, 8. In F i g. 1 ist zusätzlich noch die magnetische Flußdichte 9 eingezeichnet.

Wird die Vorrichtung gemäß F i g. 1 als Relativaufnehmer 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. Änderung des Magnetflusses wird in der. Spulen 7 und 8 eine Spannung induziert, die proportional zu der Relativgesch/.mdigkeit ist und als MeÜgröUe herangezogen wird.

Bei der Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 als Absolutaufnehmer findet eine Kopplung de.-= Fühlers 2 mit dem Gehäuse 1 über eine — je nach Anwr.-.idungsfall 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 I aber gegenüber dem Untersuchungsobjekt ortsfest angeordnet ist, ist die Möglichkeit gegeben, die Zuleitungen zu dem Spulensystem 7,8 ebenfalls über das Untersuchungsobjekt, also ortsfest, zu führen.

Die Ausführungsform gemäß F i g. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß F i g. 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 k=tnn. Auch diese Vorrichtung ist als Relalivaufnehmer oder als Absolutaufnehmer einsetzbar. Die Wirkungsweise entspricht der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen von Schwingungen an schwingenden Körpern unter Verwendung des elektrodynamischen Prinzips mit einem durch ein Magnetsystem erzeugten Magnetfeld und einem Spulensystem, wobei an dem Spulensystem eine Spannung abnehmbar ist und das Magnetsystem in zwei eine Relativbewegung zueinander ausführende Teile unterteilt ist und einer der Teile mit dem schwingenden Körper verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Spulensystem (7, 8) und das Magnetsystem (3,4,5,6) derart ausgebildet sind, daß unabhängig von der Amplitude des schwingenden Körpers das gesamte Magnetfeld vom Spulensystem erfaßt ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem (3, 4, 5, 6) das Magnetfeld bündelnde Weicheisenscheiben (4, 5) aufweist die nur im Bereich zweier gegenläufig gewickelter und in Reihe geschalteter Spulen (7, 8) beweglich gelagert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem (3, 4, 5, 6) einen axial ausgerichteten stabförmigen Permanentmagneten (3) aufweist, an den sich beidseitig die Weicheisenscheiben (4, 5) anschließen und daß die Weicheisenscheiben (4, 5) mit dem schwingenden Körper verbindbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld durch einen gehäuseseitig gelagerten, axit.'. magnetisierten Ringmagneten (3') erzeugt is„

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