DE2743989C2

DE2743989C2 - Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes oder zur Untersuchung der Geschwindigkeit mechanischer Schwingungen

Info

Publication number: DE2743989C2
Application number: DE19772743989
Authority: DE
Inventors: Werner 5000 Köln Komenda
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1977-09-30
Filing date: 1977-09-30
Publication date: 1986-04-30
Also published as: FR2404856A1; DE2743989A1; FR2404856B3

Description

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Magnetfeld auf und schwingt sie derart zwischen den Natürlich ist auch die kinematische Umkehrung

Spulen eines Spulenpaares nach der Erfindung, daß ihre möglich, d. h., das sich bewegende Objekt trägt das Amplitude kleiner ist als der Durchmesser der Spulen, Spulenpaar, während der Magnet oder mehrere hintereindann entspricht das in dem Spulenpaar erzeugte Span- ander angeordnete Magneten ruhen, nungssignal und damit das auf dem Meßgerät erschei- 5 Zur Vermeidung von Wirbeiströmen, die eine bremnende Bild der Momentangeschwindigkeit des Gegen- sende Rückwirkung auf das Meßobjekt haben, besteht Standes. Zweckmäßigerweise Ist die Amplitude des der Spulenkörper zweckmäßigerweise aus Nichtmetall, schwingenden Massepunktes nicht größer als V₂ r, da Auch alle anderen in der Umgebung des Meßobjektes - wie Messungen ergeben haben - in diesem Bereich das befindlichen Bauteile, z. B. Schienen, Gleitflächen usw., vom Gegenstand in den Spulen induzierte Signal direkt io bestehen aus diesem Grunde zweckmäßigerweise aus proportional zur * lomentangeschwindigkeit ist. Durch Nichtmetall. Das Spulenpaar oder jeder einzelne Spule elektronische Differenzier- oder Integrierglieder können können weiterhin zweckmäßigerweise eine Ummanteaus dem Geschwindigkcitssignal ein Beschleunigungs- lung aus Nichteisen-Material aufweisen. Eine solche bzw. Wegsignal gewonnen werden. Abschirmung unterdrückt Störsignale (Rauschen) in den

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der 15 Spulen. Zur Vermeidung von Wirbelströmen weist die Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles Ummantelung zweckmäßigerweise eine isolierende erläutert. Unterbrechung auf. Aus dem gleichen Grund können die

Das dargestellte Ausführungsbeispiel dient der Unter- Spulenausgänge auch mit Siebketten oder Tiefpassfiltern suchung der Schwingungen einer an einer Feder ! aufge- beschälte», sein, hängten Masse 2. die von einem Scheibenmagneten

gebildet wird. Zur Messung der Geschwindigkeit des

schwingenden Gegenstandes sind die koaxial angeordne- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

ten Ringspulen 3 und 4 vorgesehen, zwischen denen sich

der Schwingungsweg des Scheibenmagneten 2 - angedeutet durch den Doppelpfeil 6 - befindet. Sowohl die Spulen 3 und 4 als auch die Feder 1 sind an dem mit 7 bezeichneten Stativ gehaltert.

Infolge der Bewegung des Scheibenmagneten 2 zwischen den Spulen 3 und 4 wird In diesen Spulen ein Spannungssignal erzeugt. Über die Leitung 8 sind die Spulen derart miteinander verbunden, daß das Sparnungssignal sich addiert. Dieses Summensignal wird dann über die Leitungen 9 und 10 dem /-^-Schreiber 11 zugeführt, der direkt die Geschwlndigkelt-Zeit-Kurve liefert. Nach erfolgter Eichung z. B. mit der Beziehung ^ω»ιο. = Cm«. ^ω (wobei o)_mia = Geschwindigkeitsamplitude ist; ς_ηΛι = Schwingungsamplitude, ω = Kreisfrequenz der Schwingung) läßt sich auch die Momentangeschwindigkeit zu jei';m Zeltpunkt der Bewegung anhand des Diagramms bestimmen.

Unterhalb des Scheibenmagneten 2 ist noch ein in seiner Höhe verstellbarer metallischer Becher 12 vorgesehen, der so weit nach oben verschoben werden kann, daß der Scheibenmagnet 4 beim Schwingen verschieden tief in die Öffnung des Bechers 12 eintaucht und dabei bremsende Wirbelströme erzeugt. So können verschieden große Schwtngungsdämpfungen untersucht und demonstriert werden. Anstelle des Bechers kann auch eine anders geformte metallische Wand vorgesehen sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit ist vielseitig einsetzbar. Sollen z. B. schwingende Systeme von mehreren, z. B. miteinander gekoppelten Massepunkten untersucht werden, dann ist zweckmäßigerweise jedem der Gegenstände eine Vorrichtung nach der Erfindung zuzuordnen. Die Anwendung der Erfindung Ist jedoch nicht auf schwingende Systeme beschränkt. Auch durch das Spulenpaar - oder mehrere hintereinander angeordnete Spulenpaare hlndurchgelührte sich linear bewegende Gegenstände, z. B Wagen, Gleiter oder dergleichen, können hinsichtlich Ihrer Geschwindigkeit untersucht werden. Das gleiche gilt auch für Gravttationspendel, Drehpendel oder Bewegungen auf Kreisbögen bzw. Kurvenstücken veränderlicher Krümmung Wesentlich ist nur, daß mit ihnen ein Magnetfeld mitbewegt wird. In der Regel wird das ein Dipolfeld eines Stab-, Sehelben- oder Elektrodenmagneten sein. Dieses erzeugt In einem Spulenpaar nach der Erfindung ein geschwindigkeitsproportionales Signal.

Claims

rende Unterbrechung aufweist Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes, wobei ein mit dem Gegenstand 5

verbundener Magnet relativ zu mindestens einer Spule Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung

bewegt und die in der Spule erzeugte Spannung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes, wöbe* ein mit gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gegenstand verbundener Magnet relativ zu mindestens einer Spule bewegt und die in der Spule erzeugte

- die Spule als Ringspule (3, 4) ausgebildet 1st und io Spannung gemessen wird. Außerdem bezieht sich die

- die Bewegungsrichtung und die Magnetlslerungs- Erfindung auf eine Vorrichtung zur Untersuchung der richtung des Magneten (6) etwa senkrecht zur Geschwindigkeit mechanischer Schwingungen eines Ringspulenachse liefen. schwingenden oder pendelnden Gegenstandes.

Bei der Messung der Geschwindigkeit von Gegenstän-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 15 den. Körpern, Massen oder dergleichen, insbesondere im zeichnet, daß ein etwa koaxial angeordnetes Paar von experimentalphyslkallschen Unterricht, besteht Immer Spulen (4, 3) vorgesehen ist, die - bezogen auf den das Problem, daß diese Messung möglichst ohne Beein-Weg des Gegenstandes - einander gegenüberliegend flussung, d. h. Berührung, des sich bewegenden Gegenangeordnet «tid. Standes erfolgen soll. Ein bekanntes Hilfsmittel Ist z. B.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 20 der Funkenschreiber, der jedoch einen relativ großen zeichnet, daß die Spulen (3, 4) derart hintereinander experimentellen Aufwand erfordert und darüber hinaus geschaltet sind, daß sich die in den einzelnen Spulen noch langwierige Auswertearbeiten nötig macht, induzierten Spannungswerte derart addieren, daß das Aus der DE-OS 19 OS S3S ist eine Vorrichtung zur gesamte Spannungssignal möglichst groß ist. Messung der linearen Geschwindigkeit eines Gegenstan-

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2, oder 3, dadurch 25 des bekannt, bei der .sich ein vom Gegenstand mltgeführgekennzeichnet, daß zur Auswertung und Demonstra- ter Magnet zwischen zwei Spulen bewegt, deren Achsen tion der von den Spulen (3, 4) gelieferten Spannungs- sich parallel zur Bewegungsrichtung erstrecken. Die signale ein r-v-Schreiber (U) oder ein Oszilloskop, Spulen umfassen relativ lange Wicklungen mit einer z. B. mit Speicher, vorgesehen ist. Vielzahl von Windungen. Innerhalb und außerhalb der

5. Vorricruang nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch 30 Wicklungen sind Isolierrohre vorgesehen. Außerdem gekennzeichnet, daß Eingspu.Vn (3, 4) vorgesehen erstreckt sich durch das Innenrohr beider Spulen ein sind und daß der Abstanc¹ der Spulen ungefähr r ■ \3 Magneteisen. Insgesamt Ist der Aufbau der vorbekannten betragt, wobei τ der Radius der S öle ist. Vorrichtung relativ aufwendig.

6. Vorrichtung nach Anspruch S, dadurch gekenn- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zeichnet, daß zwei Ringspuien im Abstand ¹Z₂ r ■ \3 as zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der Geschwinparallel zum Meßweg angeordnet sind. digkelt eines Gegenstandes oder zur Untersuchung der

7. Vorrichtung zur Untersuchung der Geschwln- Geschwindigkeit mechanischer Schwingungen zu schafdigkeit mechanischer Schwingungen eines schwingen- fen, deren Aufbau wesentlich einfacher ist.

den oder pendelnden Gegenstandes (Federpendel, Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kenn-

Gravitationspendel, Drehpendel oder dergleichen). 40 zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des wobei ein mit dem Gegenstand verbundener Magnet Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen relativ zu mindestens einer Spule bewegt und die in des Erfindungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Spule erzeugte Spannung gemessen wird, mit einer der Unteransprüche gekennzeichnet. Spule oder einem Spulenpaar nach einem der vorher- Bei der Messung bzw. Untersuchung der Geschwindlg-

gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 45 kelt eines Gegenstandes mit Hilfe einer erfindungsgemäß die Bewegungsamplitude des Magneten (6) Im Bereich gestalteten Vorrichtung Ist überraschenderweise die der Ringspule(n) (3, 4) liegt. Größe des von der oder den Spulen abgegebenen Span-

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- nungsslgnales der Momentangeschwindigkeit des sich zeichnet, daß dem schwingenden Gegenstand (2) ein bewegenden Gegenstandes direkt proportional, so daß verschiebbarer, metallischer Becher (12) oder eine so dieses Signal als lineares Maß zur Geschwindlgkeltsmesverschlebbare, beliebig geformte metallische Wand sung geeignet Ist. Die Auswertung kann z. B. In einfacher zugeordnet ist. Welse mit Hilfe eines t-y-Schreibers durchgeführt

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- werden, der Inzwischen zur Standardausrüstung von zeichnet, daß bei einem System von mehreren schwin- Schulen gehört. Auch ein Oszilloskop. gegebenenfalls mit genden Gegenständen jeder der Gegenstände eine 55 einem Speicher, kann Verwendung finden. Bei der Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 6 züge- Verwendung von zwei Spulen sind diese zweckmäßigerordnet Ist weise derart hintereinander geschaltet, daß der durch die

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, Induzierten Spannungen erzeugte Meßstrom die Spulen dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper aus In entgegengesetztem Richtungssinn durchfließt. Dann

■I Nichtmetall besteht. 60 wird das gesamte Spannungssignal möglichst groß. Diese

$ 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 Art der Hintereinanderschaltung ermöglicht die Auswcr-

:\: und 10, dadurch gekennzeichnet, daß entweder jede tung und Demonstration der Spannungssignale und

Spule oder das gesamte Spulenpaar mit Hilfe einer damit der Geschwindigkeiten mit Hilfe eines reglstrle- ; metallischen Ummantelung aus Nlchtelsen-Materlai renden Meßgerätes.

abgeschirmt sind. 65 Die erfindungsgemäße Vorrichtung Ist Insbesondere

;| 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch geeignet für die Untersuchung und experimentelle

Ii gekennzeichnet, daß die Ummantelung zur Vermel- Demonstration mechanischer Schwingungen einer

Ji! dung der Entstehung von Wirbelströmen eine !solle- federnd aufgehängten Masse. Weist diese Masse ein