RU158498U1 - RESONANCE FREQUENCY INDICATION DEVICE - Google Patents
RESONANCE FREQUENCY INDICATION DEVICE Download PDFInfo
- Publication number
- RU158498U1 RU158498U1 RU2015106368/28U RU2015106368U RU158498U1 RU 158498 U1 RU158498 U1 RU 158498U1 RU 2015106368/28 U RU2015106368/28 U RU 2015106368/28U RU 2015106368 U RU2015106368 U RU 2015106368U RU 158498 U1 RU158498 U1 RU 158498U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- source
- light source
- vibrator
- resonance frequency
- resonant frequencies
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
1. Устройство индикации резонансных частот, содержащее вибратор для установки на нем объекта контроля и источник света, отличающееся тем, что источник света выполнен в виде трех светодиодов разного цвета, при этом один источник света подключен к источнику постоянного тока, а другие два - к источнику стробирующих импульсов, при этом устройство дополнительно содержит цифровой осциллограф, по входам соединенный с усилителем вибратора и с источником стробирующих импульсов.2. Устройство индикации резонансных частот по п. 1, отличающееся тем, что источник света выполнен в виде трех светодиодов разного цвета красного, синего и зеленого.3. Устройство индикации резонансных частот по п. 1, отличающееся тем, что один источник света, например, зеленый, подключен к источнику постоянного тока, а синий и красный подключены к источнику стробирующих импульсов.4. Устройство индикации резонансных частот по п. 1, отличающееся тем, что источник стробирующих импульсов и источник постоянного тока собраны на микроконтроллере.5. Устройство индикации резонансных частот по п. 1, отличающееся тем, что микроконтроллер соединен с усилителем вибратора для подачи синусоидального сигнала и с цифровым осциллографом.1. A device for indicating resonant frequencies, comprising a vibrator for mounting a test object and a light source, characterized in that the light source is made in the form of three LEDs of different colors, with one light source connected to a constant current source, and the other two to a source gating pulses, while the device further comprises a digital oscilloscope, connected at the inputs to a vibrator amplifier and to a source of gating pulses. 2. The resonance frequency indication device according to claim 1, characterized in that the light source is made in the form of three LEDs of different colors red, blue and green. 3. The resonance frequency indication device according to claim 1, characterized in that one light source, for example, green, is connected to a direct current source, and blue and red are connected to a strobe source. The resonance frequency indication device according to claim 1, characterized in that the source of the strobe pulses and the direct current source are assembled on a microcontroller. 5. The resonance frequency indication device according to claim 1, characterized in that the microcontroller is connected to a vibrator amplifier for supplying a sinusoidal signal and to a digital oscilloscope.
Description
Полезная модель относится к области измерительной техники, а конкретно, к устройствам определения резонанса конструкции для выбора режима испытаний на вибропрочность, виброустойчивость и выбора дальнейших конструктивных решений.The utility model relates to the field of measurement technology, and specifically, to devices for determining the resonance of a structure for selecting the test mode for vibration resistance, vibration resistance and the choice of further design solutions.
Резонансной частотой конструкции является частота колебаний при условии, что частота возбуждающей системы совпадает с собственной частотой конструкции.The resonant frequency of the structure is the oscillation frequency, provided that the frequency of the exciting system coincides with the natural frequency of the structure.
Классический метод определения резонансных частот заключается в установке на исследуемый объект пьезоэлектрических датчиков и анализ их сигналов по амплитуде. Недостаток этого метода заключается в том, что закрепленные датчики имеют массу, что вводит порой значительные искажения в их показания при установке на малогабаритные изделия, такие как микросхемы или транзисторы.The classical method for determining resonant frequencies consists in installing piezoelectric sensors on the object under study and analyzing their signals by amplitude. The disadvantage of this method is that the mounted sensors have a mass, which sometimes introduces significant distortions into their readings when installed on small-sized products, such as microcircuits or transistors.
Известно устройство определения резонансных частот конструкции (патент № US 5883715, 1999 г., патентообладатель BOSCH GMBH ROBERT), состоящее из полупроводникового лазера, оптической системы, необходимой для формирования излучения и приема отраженного оптического сигнала. Гетеродинование отраженного сигнала с лазерным излучением и выделение разностного сигнала, пропорционального амплитуде вибрации точки, на которую падает излучение, позволяет определить критическую частоту.A device for determining resonant frequencies of a structure is known (US Patent No. 5883715, 1999, patent holder BOSCH GMBH ROBERT), consisting of a semiconductor laser, an optical system necessary for generating radiation and receiving a reflected optical signal. The heterodyne of the reflected signal with laser radiation and the allocation of a difference signal proportional to the amplitude of the vibration of the point at which the radiation falls, allows you to determine the critical frequency.
К достоинствам данного решения следует отнести бесконтактное дистанционное измерение перемещений (вибрации) контролируемой точки поверхности, на которую падает лазерное излучение. Недостатком является очень высокая стоимость и относительно низкий динамический диапазон входного сигнала, а также большое время измерения.The advantages of this solution include non-contact remote measurement of displacements (vibration) of a controlled point on the surface onto which the laser radiation is incident. The disadvantage is the very high cost and relatively low dynamic range of the input signal, as well as the long measurement time.
Известно устройство определения резонансных частот с использованием стробоскопа «Генкина М.Д. Вибрация в технике. Измерение и испытания. В 6-ти. томах. Том 5. «Машиностроение», - М. 1981 г. стр. 125-126», принцип действия которого основан на стробоскопическом эффекте, т.е. при циклическом перемещении объекта с частотой f1 в определенный момент времени происходит вспышка света с частотой f2=f1+4 Гц. Где f1 - частота предполагаемого резонанса. При наличии резонанса, когда f1=f2 оптически видны высвечиваемые стробоскопом штрихи частотой приблизительно 4 Гц. Недостаток метода заключается в том, что при небольшой амплитуде визуально трудно определить момент возникновения резонанса и оценить его характер.A device for determining resonant frequencies using a stroboscope "Genkina MD Vibration in technology. Measurement and testing. At 6. volumes.
Наиболее близким, взятым в качестве прототипа, является установка определения резонансных частот (патент №2377509, 2008 г., патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет), содержащая вибратор, на подвижной части которого закреплен объект контроля и источник света. Момент резонанса фиксируется по максимальной величине ширины линии, отраженной от объекта контроля. Недостатком известного способа является недостаточная точность и сложность используемой конструкции, которая должна иметь отражательную способность.The closest, taken as a prototype, is the installation for determining resonant frequencies (patent No. 2377509, 2008, patent holder State Educational Institution of Higher Professional Education Moscow State Institute of Electronic Technology (Technical University), containing a vibrator, on the moving part of which the control object is fixed and light source. The resonance moment is fixed by the maximum value of the line width reflected from the object of control. The disadvantage of this method is Sufficient accuracy and complexity of the design used, which should have reflectivity.
Задачей предлагаемого способа является повышение точности определения резонансных частот конструкции.The objective of the proposed method is to increase the accuracy of determining the resonant frequencies of the structure.
Поставленная цель достигается за счет того, что в известном устройстве индикации резонансных частот, содержащем вибратор для установки на нем объекта контроля и источник света, источник света выполнен в виде трех светодиодов разного цвета: красного, синего и зеленого, при этом один источник света, подключен к источнику постоянного тока, а другие два - к источнику стробирующих импульсов, например, зеленый, подключен к источнику постоянного тока, а синий и красный подключены к источнику стробирующих импульсов. При этом источник стробирующих импульсов и источник постоянного тока собраны на микроконтроллере, а микроконтроллер соединен с усилителем вибратора для подачи синусоидального сигнала и с цифровым осциллографом.This goal is achieved due to the fact that in the known device for indicating resonant frequencies, containing a vibrator for installing the control object and a light source, the light source is made in the form of three LEDs of different colors: red, blue and green, while one light source is connected to a direct current source, and the other two to a source of strobe pulses, for example, green, connected to a direct current source, and blue and red are connected to a source of strobe pulses. In this case, the source of the strobe pulses and the direct current source are collected on the microcontroller, and the microcontroller is connected to a vibrator amplifier for supplying a sinusoidal signal and to a digital oscilloscope.
Технический результат заявленного решения достигается за счет того, что при смешении трех цветов исследуемый объект подсвечивается белым цветом. Затем при изменении частоты колебаний, в стробоскопическом свете, направленном на объект контроля от источников разного цвета, при совпадении резонансной частоты объекта контроля и частоты механических колебаний вибростенда, наблюдается разделение одной полосы белого цвета на три полосы разных цветов: красного, синего и зеленого. Визуально наблюдаемые оптические эффекты, представляющие устойчивые разноцветные полосы, позволяют с большой точностью фиксировать момент резонанса.The technical result of the claimed solution is achieved due to the fact that when mixing three colors, the studied object is highlighted in white. Then, when the oscillation frequency changes, in stroboscopic light directed at the control object from sources of different colors, when the resonance frequency of the control object coincides with the frequency of the mechanical vibrations of the vibrating stand, one band of white is divided into three bands of different colors: red, blue and green. Visually observed optical effects, representing stable multi-colored stripes, make it possible to accurately record the resonance moment.
Заявленное решение характеризуется высокой разрешающей способностью определения резонансных частот конструкции и низкой стоимостью по сравнению с известными методами.The claimed solution is characterized by high resolution to determine the resonant frequencies of the structure and low cost in comparison with known methods.
Заявленное решение поясняется графическими материалами, где:The claimed solution is illustrated by graphic materials, where:
На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства индикации резонансных частот.In FIG. 1 shows a functional diagram of a device for indicating resonant frequencies.
В качестве дополнительных материалов, иллюстрирующих заявленное решение, представлены фотографии проведенного эксперимента.Photos of the experiment are presented as additional materials illustrating the claimed solution.
На фиг. 2 показан начальный период измерений.In FIG. 2 shows the initial measurement period.
На фиг. 3 показан момент резонанса.In FIG. 3 shows the resonance moment.
На фиг. 4 показан экран осциллографа.In FIG. 4 shows the oscilloscope screen.
Устройство индикации резонансных частот (фиг 1.) содержит вибратор 1 и усилитель 2 вибратора 1. На подвижной части вибратора 1 закреплен исследуемый объект 3 (объект контроля). Перед объектом контроля 3 установлены три светодиода: светодиод красного цвета 4, светодиод синего цвета 5 и светодиод зеленого цвета 6. Светодиод красного цвета 4 и светодиод синего цвета 5 подключены к источнику стробирующих импульсов 7 (при этом коммутируют сигнал по фазам 90 градусов между сигналом красного и синего светодиодов), а светодиод зеленого цвета 6 соединен с источником постоянного тока 8. Устройство содержит 4-х канальный цифровой осциллограф 9, по входам соединенный с усилителем 2 вибратора и с источником стробирующих импульсов 7.The device for indicating resonant frequencies (Fig 1.) contains a
Устройство работает следующим образом. Объект контроля 3 закрепляется на подвижной части вибростенда 1, которая приводится в колебательное движение с переменной частотой. На объект контроля 3 направляют излучения от трех источников света: светодиода красного цвета 4, светодиода синего цвета 5 и светодиод зеленого цвета 6. В начале работы все три источника света настраиваются таким образом, чтобы при смешении трех цветов исследуемый объект подсвечивался белым цветом (см. фиг. 2). При этом светодиод зеленого цвета 6 подключают к источнику постоянного тока 8, и он горит постоянно, а на светодиод красного цвета 4 и на светодиод синего цвета 5 подают стробирующие импульсы длительностью примерно 1/20 от периода сигнала, подаваемого на вибратор 1. Затем начинают повышать частоту вибрации подвижной части вибратора 1. При вхождении конструкции в резонанс на объекте контроля появляются красные, синие и зеленые полосы. За счет разницы цветов более четко видна амплитуда перемещения. Момент резонанса визуально фиксируют, по появлению на объекте контроля разноцветных полос (см. фиг. 3).The device operates as follows. The control object 3 is fixed on the movable part of the vibrating
Для эксперимента на вибраторе 1 консольно закрепляется отрезок медного провода, после чего установка включается в режиме сканирования по частоте. При этом источником можно подстраивать стробирующие импульсы под сигнал, подаваемый на вибраторе 1 и наблюдать их на осциллографе 9.For the experiment, a piece of copper wire is cantilevered on the
Для оценки пригодности использования заявленного устройства произведена оценка погрешности определения резонансной частоты. Для этого теоретически рассчитывают первую собственную частоту консольного прямолинейного жесткого стержня с жесткой заделкой левого конца. Для расчета используют формулу (1). Формула для определения первой собственной частоты консольного прямолинейного жесткого цилиндрического стержня с жесткой заделкой левого конца:To assess the suitability of using the claimed device, the error in determining the resonant frequency is estimated. To do this, theoretically calculate the first natural frequency of the cantilever rectilinear rigid rod with rigid termination of the left end. For the calculation using the formula (1). The formula for determining the first eigenfrequency of a cantilevered straight-line rigid cylindrical rod with a rigid termination of the left end:
где Lст=98 мм - длина стержняwhere L article = 98 mm - the length of the rod
Dст=1,3 мм - диаметр стержняD article = 1.3 mm - the diameter of the rod
E=110 ГПа - модуль Юнга для медиE = 110 GPa - Young's modulus for copper
ρ=8,92 г/см3 - плотность медиρ = 8.92 g / cm 3 - the density of copper
Расчетное значение резонансной частоты ГцThe calculated value of the resonant frequency Hz
Измеренное значение составляет ГцThe measured value is Hz
Далее определяют относительную погрешность измерения первой собственной частоты по формуле (2):Next, determine the relative measurement error of the first natural frequency according to the formula (2):
Из расчетов видно, что дистробоскопический метод имеет большие преимущества и низкую стоимость по сравнению с другими методами, представленными в ГОСТ 20.57.406-81. Очень интересным представляется вариант объединения данного метода с распространенными пакетами компьютерного моделирования. В этом случае становится возможным сравнивать экспериментально полученные значения собственных частот различных конструкций и рассчитанные в программе, например, методом конечных элементов. На основе проведенного сравнения можно выбирать наиболее устойчивую к вибрации конструкцию того или иного узла. Также метод, при соответствующей модернизации, может быть использован для поиска слабых мест в уже изготовленных изделиях, так как наличие резонанса и его вид будет определятся по изменению цвета исследуемой области, что очень легко зафиксировать.It can be seen from the calculations that the dystroboscopic method has great advantages and low cost compared to other methods presented in GOST 20.57.406-81. A very interesting option is to combine this method with common computer simulation packages. In this case, it becomes possible to compare the experimentally obtained values of the natural frequencies of various structures and calculated in the program, for example, by the finite element method. Based on the comparison, you can choose the most resistant to vibration design of a particular site. Also, the method, with appropriate modernization, can be used to search for weaknesses in already manufactured products, since the presence of resonance and its appearance will be determined by the color change of the studied area, which is very easy to fix.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015106368/28U RU158498U1 (en) | 2015-02-25 | 2015-02-25 | RESONANCE FREQUENCY INDICATION DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015106368/28U RU158498U1 (en) | 2015-02-25 | 2015-02-25 | RESONANCE FREQUENCY INDICATION DEVICE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU158498U1 true RU158498U1 (en) | 2016-01-10 |
Family
ID=55071960
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015106368/28U RU158498U1 (en) | 2015-02-25 | 2015-02-25 | RESONANCE FREQUENCY INDICATION DEVICE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU158498U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109374123A (en) * | 2018-12-14 | 2019-02-22 | 蚌埠学院 | A kind of large scale equipment intrinsic frequency measuring device |
-
2015
- 2015-02-25 RU RU2015106368/28U patent/RU158498U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109374123A (en) * | 2018-12-14 | 2019-02-22 | 蚌埠学院 | A kind of large scale equipment intrinsic frequency measuring device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9262840B2 (en) | Optical non-contacting apparatus for shape and deformation measurement of vibrating objects using image analysis methodology | |
CN106289721B (en) | The unsteady cavitation internal fluid shock wave structure capture device of attached type and method for catching | |
CN102301212B (en) | Measurement of vibration characteristics of object | |
US20050279172A1 (en) | Visualization, measurement and analysis of vibrating objects | |
FR2463926A1 (en) | MEASURING DEVICE FOR CRACK PROPAGATION | |
JP2019002714A5 (en) | ||
CA2884198A1 (en) | High frequency method for determining the non-propagation threshold of fatigue cracks | |
JP2019184321A5 (en) | ||
RU158498U1 (en) | RESONANCE FREQUENCY INDICATION DEVICE | |
CN106872014A (en) | A kind of ultra micro device vibration natural frequency test system and method for testing | |
CN203069261U (en) | Modal test system based on single-point laser continuous plane scanning vibration measurement | |
CN102721457B (en) | Ultrasonic speckle underwater steady-state vibration measuring method | |
RU2582902C1 (en) | Indication method for resonant frequencies | |
CN208313903U (en) | A kind of device measuring chopped strand elasticity modulus | |
CN108709717A (en) | It is a kind of using large amplitude laser from the device and method of mixing vibration signal measurement Multi-Longitudinal Mode laser resonant cavity FSR | |
CN102679902A (en) | Thin flat plate structure resonance modal analysis system and using method thereof | |
CN1673723B (en) | Dynamic stress testing method for micro-electromechanical system | |
Catalano et al. | Vibration analysis using a contactless acquisition system | |
Fedorchenko et al. | The optical viscometer based on the vibrating fiber partially submerged in fluid | |
RU2447410C2 (en) | Apparatus for remote measurement of vibration parameters of object | |
Hunsinger et al. | FPGA implementation of a digital sequential phase-shift stroboscope for in-plane vibration measurements with subpixel accuracy | |
Amato et al. | TURBOGEN: Computer-controlled vertically oscillating grid system for small-scale turbulence studies on plankton | |
RU2652654C1 (en) | Method of determination of distribution of weighed particles by mass | |
Chen et al. | Dynamic surface profilometry and resonant-mode detection for microstructure characterization using nonconventional stroboscopic interferometry | |
CN219758390U (en) | Piezoelectric ceramic interferometry experiment instrument |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20160226 |