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Einrichtung zum Messen von Erschütterungen Für die Messung von Erschütterungen
sind zahlreiche Einrichtungen bekanntgeworden, jedoch fehlte bisher ein Gerät, das
allen zu stellenden Anforderungen gerecht wird. Die Ursache hierfür liegt darin,
daß bei dem weitaus größten Anwendungsgebiet, den Gebäudeerschütterungen, die Erschütterungsamplituden
außerordentlich klein sind und auch die absoluten Beträge der Beschleunigungen,
die in der Regel durch die Messung erfaßt werden sollen,~ sehr gering sind. Es sind
bisher für Erschütterungsmessungen, abgesehen von mechanischen und mechanisch optischen
Geräten, im wesentlichen zweiPrinzipien benutzt worden, der Kohledruckempfänger
und die Methode des Piezo-Quarzes. Mit beiden Prinzipien ist es möglich, Trägheitskräfte
linear in Stromgrößen umzusetzen.
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Ist der Empfänger genügend hoch abgestimmt, so erhält manAusschläge,
die den Beschleunigungen direkt proportional sind. Gelegentlich ist auch das Kondensatormikrophonprinzip
benutzt worden, das gleichfalls eine lineare Abhängigkeit in bezug auf die Systembeweguqg
aufweist. Alle diese Methoden sind jedoch in der Anwendung. verhältnismäßigkompliziert
bzw. unsicher.
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Die Methode des Piezo-Quarzes erfordert höchste Isolation. Es werden
aus diesem Grunde zweckmäßig hochisolierte Spezialröhren für den Verstärker verwendet;
die Verbindungen zwischen Verstärker und Empfänger- müssen kurz sein; zweckmäßig
werden Empfänger und erstes Rohr konstruktiv vereinigt. Wegen der erforderlichen
hohen Isolation ist der Empfänger sehr feuchtigkeitsempfindlich.
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Der Kohledruckbeschleunigtmgsmesser weist andere Mängel auf. Er ist
vor allen Dingen inkonstant und besitzt häufig eine Reizschwelle und Hysteresiserslcheinungen.
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Deshalb leignet er -sich zum mindesten für die Messungen kleiner Beschleunigangen
wenig.
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Für das Kondensatormikrophon liegen die V;erhältnisse etwa wie beim
Piezo-Quarz. -Eine weitere Schwierigkeit liegt auch noch darin, daß in vielen Fällen
noch keine Einigkeit darüber besteht, ob die Amplitude, die Geschwindigkeit oder
die Beschleunigung als ausschlaggebende Einwirkung einer Erschütterung angesehen
werden kann. Bei jeder der drei oben angegebenen Arten der Meßgröße werden aber
andere Beziehungen zwischen Aufnahme- und Anzeigegerät notwendig. Die Erfindung
geht von der Überlegung aus, daß die. Frequenzabhängigkeit der an sich bekannten
induktiven Erschütterungsmesser (sie wird in einem Fall zur blevorzug ten Aufzeichnung
höherer Frequenzen ausgenutzt, hat aber. im übrigen die allgemeine Abdehnung des
Induktionsprinzips zur Folge)
in verhältnismäßig einfacher Weise
beseitigt werden kann. Damit kommt die einfache und zuverlässige Ausführungsm öglichkeit
wie auch die hohe Empfindlichkeit des induktiven Erschütterungsmessers voll zur
Geltung. Bei dem induktiven Empfänger, der ein abgestimmtes Diaphragma besitzt,
das den Anker trägt, vollfiihrt dieser eine Bewegung, die je nach der Diaphragmenabstimmung
der zu messenden Beschleunigung, Geschwindigkeit oder dem zu messenden Wege verhältnisgleich
ist. Andererseits werden aber durch die Ankerbewegung in der Wicklung eines Magnetsystems
Spannungen oder Ströme induziert, die der Geschwindigkeit der Ankerbewegung proportional
sind. Die durch die zu messenden Größen (Beschleunigung usw.) erzeugten Spannungen
oder Ströme wachsen demzufolge mit der Frequenz, d. h. sie sind nicht mehr allein
von der anzuzeigenden Meßgröße abhängig. Dieser Anstieg derEmpfindlichkeit mit der
Frequenz kann erfindungsgema..ß durch einen Abfall der Empfindlichkeit der übrigen
Apparatur. proportional der Frequenz ausgeglichen werden mitt Hilfe eimer an sich
bekannten Vorrichtung, die den Frequenzgang mit Hilfe integrierender Mittel kompensiert.
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Die Apparatur besteht aus dem oben gekennzeichneten Empfänger, einem
frequenzgangbeein-8ussenden Glied, seinem frequenzunabhängigen Röhrenverstärker,
einem Gleichrichter und einem Anzeigeinstrument. Der gewünschte, d. h. kompensierende
Frequenzgang wie kann erzeugt werden durch 0' die integrierende Serienschaltung
einer Selbstinduktion und eines Ohmschen Widerstandes.
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Wird bei der tiefsten in Frage kommenden Frequenz der Scheinwiderstand
der Selbstinduktion bzw. des Kondensators klein bzw. groß gegen den Serienwiderstand
gemacht, so ergibt sich mit beliebiger Annäherung der gewünschte Frequenzgang, wenn
die Spannung am Widerstand bzw. an der Kapazität abgegviffen wird. Der frequenzunabhängige
Verstärker besitzt sehr große Kopplungsglieder, so daß zers bis herunter zu etwa
2 Hertz frequenzunabhängig verstärkt. DerartigeVerstärker sind für die Zwecke der
Aufzeichnung von Elektrokardiogrammen in Gebrauch. Der Gleichrichter kann ein Impulsaudion
sein.
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Bei einem solchen wird bekanntlich von dem Impuls ein das Gitter beeinfLussender
Kondensator aufgeladflefn. Die Spannung dieses Kondensators ändert sich mit der
Höhe der die Impulsreihe bildenden Impulse und ist unabhängig davon, weiche Kurvenform
die Impulsreihe als solche hat. Mithin werden in diesem Falle die Scheitelwerte
der Wechselspannungen gemessen.
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Wird als Gleichrichter ein Trockengleichrichter verwandt, so kann
dieser so geschaltet bzw. belastet werden, daß er im unteren Teil seiner Charakteristik,
die praktisch quadratisch ist, arbeitet. Das Anzeigeinstrument, ein nqrmales Drehpulsgalvanometer,
zeigt dann die Mittelwerte der jeweiligen Beschleunigungen an; die Integrationszeit
ist so gewählt, daß eine Veränderung des Erschütterungsniveaus bequem verfolgt werden
kann.
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Es hat sich eine Einstellzeit von etwa I Sek. hierbei als zwecksmäßig
erwiesen. An Stelle des Anzeigeinstrumentes können bei dieser relativ großen Einstellzeit
auch direkt schreibende Instrumente benutzt werden.
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Die Einrichtung kann in bekannter Weise durch einen Frequenzmesser
ergänzt werden, der im Ausgang des Verstärkers vor dem Gleichrichter liegt. Der
Frequenzmesser ist zweckmäßig ein Zungenfrequenzmess er mit einem Meßbereich bis
ioo Hertz. Da es sich bei Gebäudeerschütterungen in erster Linie um Resonanzschwingungen
handelt, ergeben sich ausgesprochene Eigenfrequenzen, vorzugsweise von Decken, deren
Messung im Zusammenhang mit der gemessenen Beschleunigung die Amplituden der Bewegung
zu errechnen gestattet. An Stelle von integrierenden Instrumenten kann auch ein
Oszillograph angeschlossen werden, der direkt die Beschleunigungskurve aufzeichnet.
Der Anschluß erfolgt im Ausgang des Verstärkers vor dem Gleichrichter.
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Das frequenzgangbestimmende -Glied kann durch geeignete Dimensionierung
dazu benutzt werden, unmittelbar eine gewünschte Beziehung zwischen Erschütterungsempfänger
und Anzeigegerät zu schaffen, je nachdem, ob man nun die Amplitude oder die Beschleunigung
oder die Geschwindigkeit oder auch, wie etwa in bezug auf die physiologische Einwirkung,
komplizierte Beziehungen für ansschlaggebend ansieht.
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Die Anordnung ist beispielsweise in der Zeichnung schematisch dargestellt;
hierin bedeutet I den induktiven Empfänger, 2 das frequenzgangbeeinflussende Glied,
3 einen als Potentiometer ausgebildeten Meßb ereichs chalter, V einen Verstärker,
4 das Impulsaudion, 5 das Drehspulgalvanometer, 6 den Frequenzinesser. Zur Messung
des Mittelwertes der Beschleunigungen tritt an Stelle des Impulsaudions ein im quadratischen
Teil der Kennlinie arbeitender Tro ckengleichrichter.
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Das frequenzgangbestimmende Glied gibt in diesem Falle der Apparatur
ausschließlich Empfänger einen Frequenzgang wie 1 .
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# Durch geeignete Frequenzgangkompensation können auch andere Größen
als die betrachteten gemessen werden.