DE870767C

DE870767C - Procedure for phase measurement of separately excited mechanical oscillators

Info

Publication number: DE870767C
Application number: DED5785D
Authority: DE
Original assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Current assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Priority date: 1944-08-05
Filing date: 1944-08-05
Publication date: 1953-03-16

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Phasenwinkel zwischen einem mechanischen Schwinger und seiner Erregung nach ebenso einfacher wie genauer Methode zu bestimmen. Erfindungsgemäß erfolgt dies in der Weise, daß die vorzugsweise über einen harmonische Kapazitätsänderungen erzeugenden Kondensator elektrisch umgeformte Fremderregung ebenso wie die ebenfalls vorzugsweise kapazitiv elektrisch umgeformte SchXingerbewegung auf die gekreuzten Plattenpaare eines Kathodenstrahloszillographen gegeben werden, wobei die innere Phasenlage des ersten Gebers vorzugsweise durch Verstellung einer Kondensatorelektrode bis zur Schließung der Lissajouschen Figur am Kathodenstrahlrohr geändert wird. The invention is based on the object of the phase angle between a mechanical oscillator and its excitation as simple as it is more accurate Method to be determined. According to the invention, this is done in such a way that the preferably Electrically transformed via a capacitor that generates harmonic changes in capacitance External excitation as well as that which is also preferably capacitively electrically converted SchXinger movement on the crossed pairs of plates of a cathode ray oscillograph are given, the inner phase position of the first encoder preferably through Adjustment of a capacitor electrode until the Lissajous figure closes is changed on the cathode ray tube.

Die Vorzüge eines solchen Phasenwinkelmeßverfahrens liegen darin, daß es erstens sowohl auf Schwingungen großer, als auch auf Schwingungen kleiner Amplitude anwendbar ist und daß zweitens das Gerät, das der Umformung der Schwingerbewegung dient, keine lineare Charakteristik zu haben bzw. die erzeugte Lissajousche Figur keine exakte Ellipse zu sein braucht. Dem letzteren zufolge ist der gemessene bzw. angezeigte Phasenwinkel unabhängig von der speziellen Lissajouschen Figur und von jene'r Kurve, zu der sich diese schließt. Überhaupt ist das erfindungsgemäße Phasenwinkelmeßverfahren, und das ist besonders wichtig für Kleinwegmessungen, durch direkte Anzeige des Phasenwinkels ausgezeichnet. Die sonst bekannten, hierher gehörenden Meßmethoden ermitteln für gewöhnlich den Phasenwinkel durch Auswertung von Kurven^ schrieben. Ferner ist das Meßverfahren nach der Erfindung den bekannten, die gleiche Größe ermittelnden Methoden an Genauigkeit überlegen. Störungen durch Oberschwingungen, wie auch durch schwankende Abstimmungen der verwandten Meßschaltung bedingen keine Fehler in der Phasenanzeige. The advantages of such a phase angle measurement method are that that there are, firstly, both large and small vibrations Amplitude is applicable and that, secondly, the device that transforms the oscillating movement serves to have no linear characteristic or the generated Lissajous figure need not be an exact ellipse. According to the latter, the measured or displayed phase angle independent of the special Lissajous figure and of the curve to which it closes. In general, the phase angle measuring method according to the invention is and this is particularly important for small path measurements, due to the direct display of the phase angle excellent. Determine the otherwise known measurement methods belonging here for usually the phase angle was written by evaluating curves. Furthermore, that is Measuring method according to the invention the known, the same size determining methods superior in accuracy. Disturbances caused by harmonics as well as fluctuating Adjustments of the related measuring circuit do not cause any errors in the phase display.

In der Zeichnung ist das Phasenwinkelmeßverfahren nach der Erfindung an dem Beispiel der Bestimmung jener Luftkräfte veranschaulicht, die bei der Schwingungserregung des Ruders eines Flugzeugflügels auftreten, sofern dieser angebIasen wird. In the drawing is the phase angle measuring method according to the invention illustrated by the example of the determination of those air forces that are involved in the excitation of vibrations of the rudder of an airplane wing if this is blown.

Der gemessene Phasenwinkel tritt auch als Bestimmungsgröße in der Bewegungsgleichung des Ruders auf, aus der dann die instationären Luftkräfte berechnet werden können.The measured phase angle also occurs as a determinant in the The equation of motion of the rudder, from which the unsteady air forces are then calculated can be.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Bewegung des den Schwinger darstellenden, in 1a gelagerten Ruders I mit der Bewegung des Kondensators 2 gekoppelt, so daß dessen Kapazitätsänderung- dem Schwingerausschlag proportional ist; das Ruder ist über die Feder 3 mit dem Flügel 4 verbunden. Zur Schwingungserregung dient eine motorisch ängetriebene Exzenterscheibe 5, die über eine Feder 8 mit dem Ruder I gekoppelt ist. In the embodiment shown, the movement is the oscillator The rudder I illustrated in FIG. 1a is coupled to the movement of the capacitor 2, so that its change in capacitance is proportional to the oscillator deflection; the rudder is connected to the wing 4 via the spring 3. A is used to excite vibrations motorized eccentric disc 5, which via a spring 8 with the rudder I. is coupled.

Der Kondensator 2 ist Teil einer hier nicht näher wiedergegebenen kapazitiven Brücke, an der eine Trägerfrequenz anliegt. Die verstärkte und gleichgerichtete Brückenspannung wird an die vertikalen Ablenkplatten einer Braunschen Röhre gelegt und erregt dadurch eine Lichtpunktbewegung, die proportional und phasengleich der Schwinger- bzw. The capacitor 2 is part of a not reproduced here capacitive bridge to which a carrier frequency is applied. The amplified and rectified Bridge voltage is applied to the vertical baffles of a Braun tube and thereby excites a point of light movement that is proportional and in phase with the Oscillator or

Ruderbewegung ist. Rowing movement is.

Ein zweiter Kondensator g weist eine Elektrode 9a in Form eines schief abgeschnittenen Kreiszylinders und eine plattenförmige Gegenelektrode gb auf. Die zylinderförmige Elektrode 9a wird von dem Antriebsmotor für die Exzenterscheibe 5 über eine Welle 7 5n Umlauf gesetzt. Dadurch entsteht eine Kapazitätsänderung, die proportional sin a ist, wobei a die jeweilige Winkellage des motorisch angetriebenen Exzenters kennzeichnet. Die Kapazitätsänderung dieses zweiten Kondensators wird in gleicher Weise wie die des ersten umgewandelt in eine Lichtpunktauslenkung der Braunschen Röhre, wobei diesmal die Ablenkung horizontal erfolgt. A second capacitor g has an electrode 9a in the form of an oblique cut circular cylinder and a plate-shaped counter electrode gb. the cylindrical electrode 9a is used by the drive motor for the eccentric disk 5 set over a shaft 7 5n circulation. This creates a change in capacitance, which is proportional to sin a, where a is the respective angular position of the motor-driven Identifies the eccentric. The change in capacitance of this second capacitor becomes converted into a light point deflection of the in the same way as that of the first Braun's tube, this time the deflection is horizontal.

Die Überlagerung der horizontalen und vertikalen Lichtpunktbewegung im Braunschen Rohr ergibt im allgemeinen, d. h. bei Phasendifferenz zwischen Exzenter- und Schwingerbewegung, eine Lissajousche Figur, aus der'man in an sich bekannter Weise den Phasenwinkel ausrechnen könnte. Die Phasenmessung gewinnt jedoch erheblich an Genauigkeit, wenn man durch mechanische Änderung der Phasenlage des zweiten Kondensators die Phasenzuordnung der Lichtpunktbewegungen so lange verändert, bis sich die Lissajousche Figur zu einer einfachen Linie, im Idealfall der Ellipse zu einer Geraden schließt. The superposition of the horizontal and vertical light point movement in Braun's tube generally yields, i. H. if there is a phase difference between the eccentric and swinging movement, a Lissajousche figure, from which one is known per se Way could calculate the phase angle. However, the phase measurement wins significantly in accuracy, if you change the phase position of the second capacitor mechanically the phase assignment of the light point movements changed until the Lissajousche Figure into a simple line, ideally the ellipse closes into a straight line.

Das geschieht durch Handverstellung der an sich feststehenden Gegenelektrode 9 um die Achse der zylinderförmigen Elektrode ga. Der Winkel dieser Verstellung ist dann gleich dem zu bestimmenden Phasenwinkel. This is done by manual adjustment of the stationary counter electrode 9 around the axis of the cylindrical electrode ga. The angle of this adjustment is then equal to the phase angle to be determined.

An Stelle der zur Umformung der mechanischen in eLektrische Schwingungen benutzten Kondensatoren können auch induktive Geber benutzt werden. Als Schwingweggeber kann dabei ohne weiteres ein in eine Spule tauchender Eisenstab dienen. Beim -anderen Geber kann zur-Erzeugung der harmonischen Induktivitätsänderung eine Kurvenscheibe benutzt werden, die auf der Antriebswelle der Exzenterscheibe sitzt und einen ihr federnd angepaßten Eisenstab entsprechend ihrer Randkurvenform in eine Spule taucht. Instead of converting mechanical into electrical vibrations If the capacitors are used, inductive encoders can also be used. As a displacement transducer An iron rod immersed in a coil can easily serve here. At the other The encoder can use a cam to generate the harmonic change in inductance be used, which sits on the drive shaft of the eccentric disk and one her resiliently adapted iron rod dips into a coil according to its edge curve shape.

Claims

PATENT CLAIM: Method for measuring the phase angle between a mechanical oscillator and its external excitation, characterized in that the capacitor, which is preferably generated via a harmonic change in capacitance electrically converted external excitation as well as that which is also preferably capacitive Electrically formed oscillating movement on the crossed pairs of plates of a Braunsche Rohrs are given, the inner phase position - the first encoder preferably by adjusting a capacitor electrode until the Lissajouschen close Figure is changed on the Braun tube.