RU158498U1 - RESONANCE FREQUENCY INDICATION DEVICE - Google Patents

RESONANCE FREQUENCY INDICATION DEVICE Download PDF

Info

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
Application number
RU2015106368/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Дмитриевич Андреев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон" filed Critical Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон"
Priority to RU2015106368/28U priority Critical patent/RU158498U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU158498U1 publication Critical patent/RU158498U1/en

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. Volume 5. "Engineering", - M. 1981, pp. 125-126 ", the principle of which is based on the stroboscopic effect, ie during cyclic movement of an object with a frequency f 1 at a certain point in time, a flash of light occurs with a frequency f 2 = f 1 + 4 Hz. Where f 1 is the frequency of the proposed resonance. In the presence of resonance, when f 1 = f 2 optically visible strobe light strokes with a frequency of approximately 4 Hz. The disadvantage of this method is that with a small amplitude it is visually difficult to determine the moment of resonance occurrence and evaluate its nature.

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 vibrator 1 and amplifier 2 of vibrator 1. On the moving part of vibrator 1, the studied object 3 is fixed (control object). In front of control object 3, three LEDs are installed: a red LED 4, a blue LED 5 and a green LED 6. A red LED 4 and a blue LED 5 are connected to the source of the strobe pulses 7 (in this case, the signal is switched in phases of 90 degrees between the red signal and blue LEDs), and the green LED 6 is connected to a direct current source 8. The device contains a 4-channel digital oscilloscope 9, connected at its inputs to an amplifier 2 of a vibrator and to a source of gating pulses 7.

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 stand 1, which is driven into oscillatory motion with a variable frequency. Emissions from three light sources are directed to control object 3: red LEDs 4, blue LEDs 5 and green LEDs 6. At the beginning of work, all three light sources are adjusted so that when the three colors are mixed, the object under investigation is highlighted in white (see Fig. 2). In this case, the green LED 6 is connected to a direct current source 8, and it is constantly on, and the red LED 4 and the blue LED 5 are supplied with strobe pulses with a duration of approximately 1/20 of the period of the signal supplied to the vibrator 1. Then they begin to increase vibration frequency of the moving part of the vibrator 1. When the structure enters into resonance, red, blue and green stripes appear at the control object. Due to the color difference, the amplitude of movement is more clearly visible. The resonance moment is visually recorded, according to the appearance of multi-colored stripes at the control object (see Fig. 3).

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 vibrator 1, after which the installation is switched on in the frequency scanning mode. In this case, the source can adjust the strobe pulses to the signal supplied to the vibrator 1 and observe them on the oscilloscope 9.

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:

Figure 00000002
Figure 00000002

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

Figure 00000003
ГцThe calculated value of the resonant frequency
Figure 00000003
Hz

Измеренное значение составляет

Figure 00000004
ГцThe measured value is
Figure 00000004
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):

Figure 00000005
Figure 00000005

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)

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.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, while one light source is 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. Устройство индикации резонансных частот по п. 1, отличающееся тем, что источник света выполнен в виде трех светодиодов разного цвета красного, синего и зеленого.2. The device for indicating resonant frequencies 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. 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.3. The device for indicating resonant frequencies 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 source of strobe pulses. 4. Устройство индикации резонансных частот по п. 1, отличающееся тем, что источник стробирующих импульсов и источник постоянного тока собраны на микроконтроллере.4. The device for indicating resonant frequencies according to claim 1, characterized in that the source of the strobe pulses and the constant current source are assembled on a microcontroller. 5. Устройство индикации резонансных частот по п. 1, отличающееся тем, что микроконтроллер соединен с усилителем вибратора для подачи синусоидального сигнала и с цифровым осциллографом. 5. The device for indicating resonant frequencies 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.
RU2015106368/28U 2015-02-25 2015-02-25 RESONANCE FREQUENCY INDICATION DEVICE RU158498U1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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