Meßgerät zum elektrischen Messen der Schwingungsausschläge von Rüttelschwingungen,
insbesondere einer Brennkraftmaschine Die Erfindung tezieht sich auf ein Meßgerät
zum elektrischen Messen der Schwingungsausschläge von Rüttelschwingungen, insbesondere
einer Brennkraftmaschine, und besteht aus einer nach dem Trägerfrequenzmodulatiansverfahren
arbeitenden elektrischen Einrichtung zum Messen von Induktivitätsänderungen mit
einem als Modulator wirkenden Geber, der aus einer elastisch aufgehängten trägen
Masse an einem auf dem zu untersuchenden Körper befestigten Halter besteht und entsprechend
den Schwingungsausschlägen des untersuchten Körpers die relative Lage einer Spule
des Trägerstromkreises gegenüber dem Spulenkern ändert.Measuring device for electrical measurement of the oscillation deflections of shaking vibrations,
in particular an internal combustion engine. The invention relates to a measuring device
for electrical measurement of the vibration deflections of shaking vibrations, in particular
an internal combustion engine, and consists of one according to the carrier frequency modulation method
working electrical device for measuring inductance changes with
a transmitter acting as a modulator, which consists of an elastically suspended sluggish
There is mass on a holder attached to the body to be examined and accordingly
the vibration deflections of the examined body the relative position of a coil
of the carrier circuit changes compared to the coil core.
Dabei bilden entweder die Spule oder der Spulenkern eine elastisch
aufgehängte träge Masse, oder es sind diese mit einer solchen verbunden. Die träge
Masse, die auch einer Dämpfung ausgesetzt sein kann, ist z. B. an einer insbesondere
mit Löchern versehenen Biegehaut befestigt, oder auf einer von einer Rückstellfeder
beeinflußten, Pendelstütze gelagert. Als Dämpfungsmittel dient z. B. eine Flüssiigkeit,
insbesondere öl, fü-r das z. B. durch eine feine Böhrung in einer Luftkammerwand
des vorzugsweise zylindrischen Gehäuses eine Ausgleichsmöglichkeit für wechselnde
Temperatur geschaffen ist. Außerdem kann ein federnder Gewichtsausgleich für die
träge Masse, insbesondere für eine stehende Anwendung des Meßgerätes vorgesehen
sein.Either the coil or the coil core form an elastically suspended inertial mass, or they are connected to such a mass. The inertial mass, which can also be subjected to damping, is z. B. attached to a particularly perforated bent skin, or mounted on a pendulum support influenced by a return spring. As a damping means z. B. a liquid, especially oil, for the z. B. by a fine bore in an air chamber wall of the preferably cylindrical housing, a compensation option for changing temperature is created. In addition, a resilient counterbalance can be provided for the inertial mass, in particular for standing use of the measuring device.
Durch die Anwendung der Trägerfrequenzmodulation besteht die Möglichkeit,
das Meßgerät so klein zu bauen, daß man es auch an sehr kleinen zu untersuchenden
Teilen anordnen kann, ohne daß
deren Eigenfrequenz durch die Masse
des Gerätes verschoben wird, Außerdem bedeutet die Anordnung der Trägerfrequenzmodulation
gegenüber dem bisher üblichen Induktionsverfahren einen Vorteil bei der Auswertung,
weil bei der Trägerfrequenzmodulation nidh,t die Geschwindigkeit der Spulenankerschwingung,
sondern deren Ausschlag als Meß 'größe auftritt. Es muß dieser daher nicht erst
durch Integrieren der Geschwindigkeitswerte errnittelt werden. Durch die obenerwähnte
Pendelstütze ist es möglich, auf eine sehr niedrig,- Eigenfrequenz zu kommen.By using the carrier frequency modulation it is possible to build the measuring device so small that it can also be arranged on very small parts to be examined without their natural frequency being shifted by the mass of the device The usual induction method has an advantage in the evaluation, because in the case of carrier frequency modulation it is not the speed of the coil armature oscillation, but its deflection as a measured variable. It does not have to be determined by integrating the speed values. The above-mentioned pendulum support makes it possible to arrive at a very low natural frequency.
Es sind zwar bereits Einrichtungen bekannt, bei denen eine modulierte
Wechselspannung erzeugt wifrd, deren Scheitelwerte jeweils gleich dem Schwingungsw-eg
sind. Doch lassen diese nicht erkeimen, ob der Wert (von einer ursprünglichen Stellung
aus) in positiver oder negativer Richtung gegangen wird. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß dort zwei Spannungen miteinander verglichen werden und die resultierende Spannung
in der Rirhestellung dL-n Wert »-Null« annimmt, während beim Erfindungsgegens:tand
die Induktivität -,-m,-ssen wird, die nie »-Nall« oder gar negativ werden kann.
Schließlich sind auch kapazitive Einrichtungen bekannt, bei denen an einer federnd
aufgehängten Masse eine Spule aufgehängt ist, die zwischen einem permanenten Magneten
schwingt, wobei ein in der Spu-leentstehender Strom zur Messung dient. Es hat jedoch
die bekannte Anordnung init dem mit Trägerfrequenzmodulation arbeitenden Anmeldungsgegenstand
nichts zu tun, weil dort mangels einer phasenrichtigen Demodulation eine Doppelwertigkeit
des Meßwertes eintritt und unter Umständen sogar eine Frequenzverdoppelung eintreten
t# kann, so daß weder eine Auswertung nach Frequenz noch eine Auswertung nach Amplitude
möglich ist.There are already devices known in which a modulated
AC voltage is generated, the peak values of which are equal to the oscillation path
are. But these do not let germinate whether the value (from an original position
off) is moved in a positive or negative direction. This is due to,
that there two voltages are compared with each other and the resulting voltage
in the initial position dL-n assumes the value "-zero", while in the subject of the invention: tand
the inductance -, - m, - must, which can never become "-Nall" or even negative.
Finally, capacitive devices are also known in which one is resilient
suspended mass a coil is suspended between a permanent magnet
oscillates, with a current generated in the coil being used for measurement. However, it has
the known arrangement with the subject of the application working with carrier frequency modulation
nothing to be done, because there is a dual value there due to the lack of phase-correct demodulation
of the measured value occurs and, under certain circumstances, the frequency may even double
t # can, so that neither an evaluation according to frequency nor an evaluation according to amplitude
is possible.
In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt und an einem Anwendungsbeispiel erläutert. Es zeigt Abb. i den Geber
der Trägerfrequenzmodulation im Längsschnitt mit an zwei Biegehäuten aufgehängter
träger Masse, Abb.:2 den Endabscbnitt des Gehäuses nach Abb. i im Längsschnitt mit
auf einer Pendelstütze abgestätzter träger Masse, und Abb. 3 einen Längsschnitt
durch den Endabschnitt des Gebergehäuses mit einer Ausgleichsfeder für die träge
Masse, Abb. 4 einen elastisch auf einen Fahrgestellrahrnen gelagerten Motor eines
Kraftfahrzeuges, schematisch.In the drawing, the invention is shown in several exemplary embodiments and explained using an application example. Fig. I shows the transmitter of the carrier frequency modulation in a longitudinal section with an inertial mass suspended from two flexible skins, Fig. 2 shows the end section of the housing according to Fig. I in a longitudinal section with an inertial mass supported on a pendulum support, and Fig. 3 shows a longitudinal section through the end section of the encoder housing with a compensating spring for the inertial mass, Fig. 4 an engine of a motor vehicle elastically mounted on a chassis frame, schematically.
Wie die Abbildungen zeigen, besteht der Geber aus einem Gehäuse7,
das durch eine Zwischenwand 12- in eine Luftkammer 8 und in einen evtl. mit
einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Raum 13 unterteilt ist. In dem Raum sind in
einigem Ab-
stand voneinander zwei gelochte Biegehäute5, 6
und zwischen
diesen, an einer Ringschulter 14, eine elektrisc-ihe Spule i i eingesetzt. Das Spulenloch
15 durchsetzt ein Stab4, der im Bereich der Spule einen nichtmagnetischen Eisenkern3,
und nahe seinen beiden Enden je einen Zylinderkörper 1, 2 trägt, die beide
zusammen eine träge, gegebenenfalls unter der Dämpfungswirkung der Flüssigkeit stehende
Masse bilden. Die Enden des Stabes -1
sind an den erwähnten Bitgehäuten
5 und 6 befestigt. Die Anschlüsse 16 der Spule führen zur Brückenschaltung
des Trägerfrequenzmodulators.As the figures show, the transmitter consists of a housing 7 which is divided by an intermediate wall 12 into an air chamber 8 and into a space 13 that may be filled with a damping fluid. In the space are at some distance-from each other, two perforated Biegehäute5, and between these 6, ii used on an annular shoulder 14, a elektrisc-ihe coil. The spool hole 15 passes through a Stab4, of a non-magnetic Eisenkern3 in the region of the coil, and carries near its two ends a cylinder body 1, 2, which together form an inertial properties, optionally with the damping action of the fluid mass. The ends of the rod -1 are attached to the bit skins 5 and 6 mentioned. The connections 16 of the coil lead to the bridge circuit of the carrier frequency modulator.
Die Handhabung und Wirkungss-,veise des Gebers ergibt sich aus der
Abbildung 4 ohn-. "veiteres. Es zeigt diese Abbildung schematisch einen auf
einem Fahrzeugrahmen a. mittels Gummiplifter b elasÜsch gelagerten Motor
c eines Kraftfahrzeuges. Es wird der Geber 7 als Meßgerät nun in einer solchen
Lage am Motor befestigt, daß seine Längsachse zu jener Richtung, in der die zu untersuchenden
Schwingungen auftreten, parallel liegt. Unter dem Einfluß dieser Schwingungen wird
das Gebergebäuse 7 mit der Spule i i ebenfalls in Schwingungen versetzt,
während die Masse 1, 2, -1
mit dem Kern 3 in Ruhe bleibt. Mit der Größe
der Sch-,vingungsausschläge taucht der Kern 3 mehr oder weniger tief in-
die Spule i i ein, und damit ändert sich auch deren Induktivität. Die Induktivitätsänder-Ling
ergibt also ein Maß für die Größe des Schwingungsausschlages und kann durch ein
Instrument angezeigt oder durch einen Oszillographen aufgezeichnet werden.The handling and mode of action of the encoder results from Figure 4 without. "veiteres. It this figure shows schematically a on a vehicle frame a. b means Gummiplifter elasÜsch bearing motor c of a motor vehicle. It is the encoder 7 is now fixed as a measuring instrument in such a position on the motor, that its longitudinal axis to the direction in which the Under the influence of these vibrations, the encoder housing 7 with the coil ii is also caused to vibrate, while the mass 1, 2, -1 with the core 3 remains at rest. The core 3 dips more or less deeply into the coil ii due to vibration excursions, and its inductance changes as well.
Zum Messen der Schwingungsgröße in waagerechter Richtung I (Abb. 4)
wird der Geber 7
waagerecht auf dem Motor befestigt. Die Anordnu-ng
7' dient zur Messung der Schwingungsausschläge in senkrechter Richtung II.
Auf die gleiche Weise können die am Motor c auftretenden Schwingungen in
jeder beliebigen Richtung untersucht #verden. Umgekehrt kann man mit dem Geber auch
eine bestimmte Richtung von Schwingungen ermitteln. Bekanntlich müssen Schwingungsmesser
tief abgestimmt sein. Will man in der Nähe der Eigenfrequ-enz des schwingfähigen
Systems (also beim Ausfü,h,rungsbeispiel nach Abb. 4 bei tiefen Drehzahlen des Motors)
messen, dann muß der Gebergehäuseraum 13 mit öl gefüllt werden. Zweckmäßig
ist die Dämpfung so abzustimmen, daß ein günstigstees Dämpfungsmaß D = 1/2
- Y-2 bzw. bei einer bestimmten zulässigen Fehlergrenze entsprechend kleiner
als 1/2 -1/-2entsteht.To measure the vibration magnitude in the horizontal direction I (Fig. 4), the encoder 7 is fastened horizontally on the motor. The arrangement 7 ' serves to measure the oscillation deflections in the vertical direction II. In the same way, the oscillations occurring on the motor c can be examined in any direction. Conversely, the encoder can also be used to determine a certain direction of vibrations. As is well known, vibration meters must be tuned deep. If you want to measure in the vicinity of the natural frequency of the oscillatable system (i.e. in the exemplary embodiment according to Fig. 4 at low engine speeds), then the sensor housing space 13 must be filled with oil. It is advisable to coordinate the damping so that the most favorable damping dimension D = 1/2 - Y-2 or, in the case of a certain permissible error limit, is correspondingly smaller than 1/2 -1 / -2.
Die elastische Aufhängung der trägen Masse ist nicht an die Anwendung
von Bieg-ehäute-n gebunden. Sie kann z. B. nach dem Ausführungsbeispiel von Abb.
2 auf Pendelstätzen 17 gelagert sein, die durch eine Rückführfeder 18 in ihrer Vertikalstellung
gehalten werden. Die oben angeführten Ausführungsbeispiele des Gebers dienen zum
Messen waagerechter Schwingungen. Zum Messen von senkrechten Schwingungen Ist das
Gehäuse an seinen Enden zu einem Federraum ig erweitert und in diesen eine das Gewicht
der trägen Massen ausgleichende Feder:2o eingesetzt, wie z. B. die Abb.
3 zeigt.The elastic suspension of the inertial mass is not tied to the application of flexible skins. You can z. B. according to the embodiment of Fig. 2 be mounted on pendulum sets 17 which are held by a return spring 18 in their vertical position. The above-mentioned exemplary embodiments of the encoder are used to measure horizontal vibrations. To measure vertical vibrations, the housing is expanded at its ends to form a spring chamber and in this a spring that compensates for the weight of the inertial masses is inserted, e.g. B. Fig. 3 shows.