RU2624411C1 - Method of determining the valuability of a mechanical vibrational system - Google Patents
Method of determining the valuability of a mechanical vibrational system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2624411C1 RU2624411C1 RU2016128297A RU2016128297A RU2624411C1 RU 2624411 C1 RU2624411 C1 RU 2624411C1 RU 2016128297 A RU2016128297 A RU 2016128297A RU 2016128297 A RU2016128297 A RU 2016128297A RU 2624411 C1 RU2624411 C1 RU 2624411C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- driving force
- position sensor
- mechanical
- quality factor
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерениям добротности механических колебательных систем с одной степенью свободы. Такая задача часто возникает при использовании различных виброметрических датчиков: вибровискозиметров, вибровесов и других.The invention relates to the field of measuring equipment, namely to measuring the quality factor of mechanical oscillatory systems with one degree of freedom. This problem often arises when using various vibrometric sensors: vibro viscometers, vibrobalances and others.
Известен способ определения добротности механической колебательной системы, совершающей колебания под действием периодической вынуждающей силы, по которому выполняют следующую последовательность операций:There is a method of determining the quality factor of a mechanical oscillatory system that oscillates under the action of a periodic driving force, according to which the following sequence of operations is performed:
- снимают амплитудно-частотную характеристику колеблющейся массы механической колебательной системы, снабженной датчиком положения;- remove the amplitude-frequency characteristic of the oscillating mass of a mechanical oscillatory system equipped with a position sensor;
- с учетом скорости и ускорения вынужденных колебаний вычисляют резонансную кривую, характеризующую механическую колебательную систему, максимум которой соответствует собственной частотеω0 колебательной системы;- taking into account the speed and acceleration of forced oscillations, a resonance curve is calculated that characterizes a mechanical oscillatory system, the maximum of which corresponds to the natural frequency ω 0 of the oscillatory system;
- условно определяют ширину резонансной кривой на половине ее высоты. Ширина резонансной кривой выделяет область частот Q2-Q1, лежащих соответственно до и после резонанса;- conditionally determine the width of the resonance curve at half its height. The width of the resonance curve identifies the frequency region Q 2 -Q 1 lying respectively before and after the resonance;
- добротность Q механической колебательной системы определяют по формуле Q=ω0/Ω2-Ω1 (далее для частоты используется общепринятое обозначение "ω") [Ю.И. Иориш, Виброметрия, Изд. второе.- М.: Гос. изд-во машиностроительной литературы, 1963. - С. 179].- the Q factor of a mechanical oscillatory system is determined by the formula Q = ω 0 / Ω 2 -Ω 1 (hereinafter, the commonly used designation "ω" is used for frequency) [Yu.I. Iorish, Vibrometry, Ed. second.- M .: State. publishing house of engineering literature, 1963. - S. 179].
Известный способ имеет следующие недостатки: достаточно высокие сложность и длительность процедуры измерения. Снятие с достаточной точностью амплитудно-частотной характеристики колебательной системы требует многочисленных шагов дискретного изменения частоты ω вынуждающей силы. Измерение с достаточной точностью амплитуды выходного сигнала датчика положения и сохранения в памяти каждого результата измерения. Число указанных шагов пропорционально диапазону изменения частоты от ω1 до ω2. Сложность и длительность известного способа особенно заметны при организации процедуры автоматического непрерывного по времени определения добротности механической колебательной системы в процессе ее эксплуатации, что существенно ограничивают скорость и время определения добротности.The known method has the following disadvantages: a sufficiently high complexity and duration of the measurement procedure. Removing with sufficient accuracy the amplitude-frequency characteristics of the oscillatory system requires numerous steps of discrete changes in the frequency ω of the driving force. Measurement with sufficient accuracy of the amplitude of the output signal of the position sensor and storing in memory of each measurement result. The number of these steps is proportional to the frequency range from ω 1 to ω 2 . The complexity and duration of the known method is especially noticeable when organizing the automatic time-continuous determination of the quality factor of a mechanical oscillating system during its operation, which significantly limit the speed and time of determining the quality factor.
Техническая задача изобретения заключается в том, чтобы уменьшить время определения добротности механической колебательной системы с сохранением точности измерений.The technical task of the invention is to reduce the time to determine the quality factor of a mechanical oscillatory system while maintaining the accuracy of the measurements.
Предлагается способ определения добротности механической колебательной системы, при котором под действием периодической вынуждающей силы изменяют частоту вынужденных колебаний колеблющейся массы механической колебательной системы, снабженной датчиком положения, отличающийся тем, что изменяют частоту вынужденных колебаний и экспериментально определяют частоту собственных колебаний механической колебательной системы ω0 из условия сдвига фазы между вынуждающей силой и выходным сигналом датчика положения, равного π/2, экспериментально определяют частоту ω1 вынуждающей силы из условия сдвига фазы ϕ(ω1) между вынуждающей силой и выходным сигналом датчика положения, равного π/2+ϕ1, при этом модуль фазового сдвига |ϕ1|<π/2, и добротность Q механической колебательной системы определяют по формуле:A method for determining the quality factor of a mechanical oscillatory system is proposed, in which under the action of a periodic driving force, the frequency of the forced oscillations of the oscillating mass of the mechanical oscillating system equipped with a position sensor is changed, characterized in that the frequency of the forced oscillations is changed and experimentally determine the natural frequency of the mechanical oscillatory system ω 0 from the condition phase shift between the driving force and the output signal of the position sensor equal to π / 2, experiment no determine the frequency ω 1 of the driving force from the condition of phase φ shift (ω 1) between the driving force output signal and the position sensor equal to π / 2 + φ 1, wherein the phase shift module | φ 1 | <π / 2, and Q-factor Q mechanical oscillatory system is determined by the formula:
. .
Предлагаемый способ основан на том факте, что для механических колебательных систем с одной степенью свободы на собственной частоте ω0 сдвиг фазы ϕ на выходе датчика положения относительно вынуждающей силы всегда равен π/2 при любом значении добротности колебательной системы Q [там же с. 173]. Это следует из теоретически известной фазочастотной характеристики такой системы [там же с. 170, уравнение (5.15), с учетом (4.90), (5.13)]:The proposed method is based on the fact that for mechanical oscillatory systems with one degree of freedom at the natural frequency ω 0, the phase shift ϕ at the output of the position sensor relative to the driving force is always π / 2 for any value of the quality factor of the oscillatory system Q [ibid. 173]. This follows from the theoretically known phase-frequency characteristic of such a system [ibid. P. 170, equation (5.15), taking into account (4.90), (5.13)]:
или или or or
где ω - частота вынужденных колебаний; ξ=ω/ω0; Q=1/ε.where ω is the frequency of forced oscillations; ξ = ω / ω 0 ; Q = 1 / ε.
При изменении частоты от ω0 до ω1 фазовый сдвиг между вынуждающей силой и выходным сигналом датчика положения изменится и становится равным π/2+ϕ1, и в соответствии с (1), будет справедливо следующее выражение:When the frequency changes from ω 0 to ω 1, the phase shift between the driving force and the output signal of the position sensor will change and becomes equal to π / 2 + ϕ 1 , and in accordance with (1), the following expression will be valid:
Как известно, As known,
Из (2) и (3) добротность определяется как:From (2) and (3) the quality factor is defined as:
где ω1 - частота вынужденных колебаний, на которой фазовый сдвиг равен π/2+ϕ1.where ω 1 is the frequency of the forced oscillations at which the phase shift is π / 2 + ϕ 1 .
С учетом выше изложенного заявляемый способ реализуется следующим образом.In view of the foregoing, the claimed method is implemented as follows.
Экспериментально определяют частоту вынуждающей силы для механической колебательной системы равной ω0, при которой сдвиг фазы ϕ между вынуждающей силой и выходным сигналом датчика положения равен π/2 на основании известной фазочастотной характеристики (1). Далее частоту вынуждающей силы для колебательной системы изменяют до значения ω1, при которой сдвиг фазы между вынуждающей силой и выходным сигналом датчика положения становится равным π/2+ϕ1 при этом ϕ1 произвольно выбирается оператором из условия |ϕ1|<π/2. Например, ϕ1 можно выбрать равным π/4, при этом tg(ϕ1)=1. При уменьшении задаваемого значения ϕ1 уменьшается диапазон перестройки частоты от ω0 до ω1, что повышает оперативность определения текущего значения добротности Q механической колебательной системы. Поэтому целесообразно задавать минимальное значение ϕ1, при котором погрешность определения добротности остается допустимой.Experimentally determine the frequency of the driving force for a mechanical oscillatory system equal to ω 0 at which the phase shift ϕ between the driving force and the output signal of the position sensor is π / 2 based on the known phase-frequency characteristic (1). Next, the frequency of the driving force for the oscillatory system is changed to a value of ω 1 , at which the phase shift between the driving force and the output signal of the position sensor becomes π / 2 + ϕ 1 and ϕ 1 is arbitrarily selected by the operator from the condition | ϕ 1 | <π / 2 . For example, ϕ 1 can be chosen equal to π / 4, with tg (ϕ 1 ) = 1. By decreasing the set value ϕ 1 , the frequency tuning range decreases from ω 0 to ω 1 , which increases the efficiency of determining the current quality factor Q of a mechanical oscillatory system. Therefore, it is advisable to set the minimum value of ϕ 1 at which the error in determining the quality factor remains valid.
Зная значения ω0, ω1 и tg(ϕ1), по уравнению (4) находят значение добротности механической колебательной системы Q расчетным путем, преимущественно программными средствами. Таким образом, определение добротности по заявляемому способу требует только двух экспериментальных операций определения значений частот ω0 и ω1.Knowing the values of ω 0 , ω 1 and tg (ϕ 1 ), according to equation (4), the quality factor of the mechanical oscillatory system Q is calculated by calculation, mainly by software. Thus, the determination of the quality factor of the present method requires only two experimental operations for determining the frequencies ω 0 and ω 1 .
При реализации заявляемого способа для повышения точности определения добротности целесообразно использовать цифровые способы измерения и контроля частоты и фазы.When implementing the proposed method to improve the accuracy of determining the quality factor, it is advisable to use digital methods of measuring and controlling the frequency and phase.
Заявляемый способ позволяет существенно упростить процедуру определения добротности за счет исключения операций измерения и запоминания текущих значений амплитуды выходного сигнала датчика положения колеблющейся массы, исключены операции по нахождению производной, максимума амплитуды и граничных значений амплитуды выходного сигнала датчика положения колеблющейся массы. Также оперативность повышается за счет сокращения требуемого диапазона перестройки частоты вынуждающей силы.The inventive method allows to significantly simplify the process of determining the quality factor by eliminating measurement operations and storing the current values of the amplitude of the output signal of the position sensor of the oscillating mass, excluding operations to find the derivative, maximum amplitude and boundary values of the amplitude of the output signal of the position sensor of the oscillating mass. Efficiency is also improved by reducing the required tuning range of the frequency of the driving force.
Заявляемый способ может быть автоматизирован с помощью микропроцессорной техники и позволяет осуществить определение добротности механической колебательной системы в процессе ее эксплуатации.The inventive method can be automated using microprocessor technology and allows the determination of the quality factor of a mechanical oscillatory system in the process of its operation.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016128297A RU2624411C1 (en) | 2016-07-12 | 2016-07-12 | Method of determining the valuability of a mechanical vibrational system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016128297A RU2624411C1 (en) | 2016-07-12 | 2016-07-12 | Method of determining the valuability of a mechanical vibrational system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2624411C1 true RU2624411C1 (en) | 2017-07-03 |
Family
ID=59312750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016128297A RU2624411C1 (en) | 2016-07-12 | 2016-07-12 | Method of determining the valuability of a mechanical vibrational system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2624411C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2820169C1 (en) * | 2023-07-17 | 2024-05-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Device and method for evaluation of dynamic states of working members of vibration process machines |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU842486A1 (en) * | 1979-09-20 | 1981-06-30 | Ташкентский Политехнический Институтим.Беруни | Viscosity meter |
SU1165937A1 (en) * | 1983-06-21 | 1985-07-07 | Институт Прикладных Проблем Механики И Математики Ан Усср | Phase method of determining vibrational energy dispersion characteristics |
WO2004032050A2 (en) * | 2002-10-01 | 2004-04-15 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Low-power signal processing using mems |
RU2285247C2 (en) * | 2004-03-02 | 2006-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева (СГАУ) | Method of measuring of resonance frequency, q-factor and amplitude of stationary oscillations |
US20070119258A1 (en) * | 2005-11-15 | 2007-05-31 | California Institute Of Technology | Resonant vibratory device having high quality factor and methods of fabricating same |
-
2016
- 2016-07-12 RU RU2016128297A patent/RU2624411C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU842486A1 (en) * | 1979-09-20 | 1981-06-30 | Ташкентский Политехнический Институтим.Беруни | Viscosity meter |
SU1165937A1 (en) * | 1983-06-21 | 1985-07-07 | Институт Прикладных Проблем Механики И Математики Ан Усср | Phase method of determining vibrational energy dispersion characteristics |
WO2004032050A2 (en) * | 2002-10-01 | 2004-04-15 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Low-power signal processing using mems |
RU2285247C2 (en) * | 2004-03-02 | 2006-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева (СГАУ) | Method of measuring of resonance frequency, q-factor and amplitude of stationary oscillations |
US20070119258A1 (en) * | 2005-11-15 | 2007-05-31 | California Institute Of Technology | Resonant vibratory device having high quality factor and methods of fabricating same |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
(стр. 25-28). * |
Черторийский А. А. и др. Совершенствование оптоэлектронных и мехатронных средств исследования наноструктурных термостимулированных процессов в многокомпонентных жидкостях. Отчет о НИР // УФИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Ульяновск, 25.01.2016 * |
Ю.И. Иориш, Виброметрия, Изд. второе.- М.: Гос. изд-во машиностроительной литературы, 1963. - С. 179. * |
Ю.И. Иориш, Виброметрия, Изд. второе.- М.: Гос. изд-во машиностроительной литературы, 1963. - С. 179. Черторийский А. А. и др. Совершенствование оптоэлектронных и мехатронных средств исследования наноструктурных термостимулированных процессов в многокомпонентных жидкостях. Отчет о НИР // УФИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Ульяновск, 25.01.2016 (стр. 25-28). * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2820169C1 (en) * | 2023-07-17 | 2024-05-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Device and method for evaluation of dynamic states of working members of vibration process machines |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10429286B2 (en) | Vibronic sensor | |
KR20170085138A (en) | Dynamometer control device and method for estimating moment of inertia using same | |
CN109313060B (en) | Electronic vibration sensor and method for operating an electronic vibration sensor | |
US11255749B2 (en) | Method and device for controlling a test stand arrangement | |
JP2013003141A (en) | Gyroscope dynamic motor amplitude compensation for enhanced rate estimation during startup | |
JP2004521335A (en) | Quick start resonance circuit control | |
KR102165991B1 (en) | Motor control unit | |
WO2013055253A1 (en) | Method for calibrating the scale factor of a hydraulic angular velocity sensor or axisymmetric vibratory gyroscope | |
RU2019142508A (en) | CONTROL OF VIBRATION TRANSMITTER VIBRATIONS ON THE BASIS OF PHASE DISCONTINUATION | |
Pacas et al. | Automatic identification and damping of torsional vibrations in high-dynamic-drives | |
RU2624411C1 (en) | Method of determining the valuability of a mechanical vibrational system | |
CN107966141B (en) | Quick oscillation starting device and oscillation starting method for silicon micro-resonator | |
JP6632037B2 (en) | Gyroscope loop filter | |
JPWO2005064781A1 (en) | Motor control device | |
JP6960342B2 (en) | Vibration test device and vibration test device equipped with this vibration device | |
US20150020593A1 (en) | Apparatus for driving inertial sensor and controlling method of the same | |
JP2012230052A (en) | Vibrator drive circuit | |
KR100649792B1 (en) | Rotation rate sensor with a vibrational gyroscope | |
RU2265193C1 (en) | Method for determining resonance frequency and quality of object's oscillations | |
RU2262671C1 (en) | Method of measuring resonant frequency, q-factor, amplitude of stationary resonant oscillations of object and level of exciting influence | |
JP2016128794A (en) | Physical quantity measurement device | |
RU2008115465A (en) | MEASURING ELECTRONICS AND METHODS FOR INSPECTION DIAGNOSTICS FOR FLOW METER | |
RU2285247C2 (en) | Method of measuring of resonance frequency, q-factor and amplitude of stationary oscillations | |
US20230228614A1 (en) | Vibronic sensor | |
RU2239165C1 (en) | Method of determination of mechanical parameters and parameters of resonance oscillations |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180713 |