SU552530A1 - Устройство дл измерени максимального нат жени движущегос листового материала - Google Patents

Description

ультразвуковых колебаний, два приемника ультразвуковых колебаний, установленных последовательно в направлении движени  материала, и блок измерени  с индикатором, блок измерени  содержит опорный генератор , измеритель временных интервалов, коррелометр , электрически св занные между собой , преобразователь, своим входом соединенный с выходом измерител  временных интервалов , а выходом - с индикатором, детектор уровн , электрически св занный с корректором и второй преобразователь, вход которого св зан с детектором уровн , а выход с индикатором, при этом первый приемник излучени  ультразвуковых колебаний св зан с коррелометром, а второй - соединен с детектором уровн  и с коррелометром, причем первый приемпик размещен в зоне излучател  ультразвуковых колебаний, а второй - Б зоне первого после излучател  ультразвуковых колебаний врагцающегос  ролика .

Ввиду наличи  сухого трени  между неподвижной рейкой и движущейс  лентой в последней генерируетс  интенсивный щумоподобный сигнал в широкой полосе частот, и этот сигнал используетс  дл  зондировани  материала, поэтому передающа  часть устройства весьма упрощаетс . Кроме того, прием ультразвуковых колебаний осуществл ют путем бесконтактного сн ти  сигнала, в св зи с этим значительно повыщаетс  точность и надежность измерени .

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 приведена частотна  зависимость спектральной плотности мощности 5 (со) щумового сигнала, генерируемого вследствие сухого трени  между движущимис  бумажным полотном (скорость V 5 м/сек) и неподвижной опорой (диаметр 20 мм); па фиг. 3 представлен график взаимной коррел ционной функции, получаемой па выходе коррелометра, при этом выходы первого и второго приемников подключены соответственно к первому и второму входам коррелометра; на фиг. 4 представлено распределение нат жени  по длине в движущемс  листе, где: а« - нат жение от центробежных сил листа, а - нат жение в ведомой ветви листа, Ки - удельное окружное пат жепие в ведущей ветви листа, а, - нат жепие изгиба, возникающее при огибании валов; на фиг. 5 представлена экспериментальна  зависимость усредненной амплитуды шумового сигнала, излучаемого движущимс  бумажным листом на рассто нии от неподвижной рейки до опорного валика; на фиг. 6 приведена зависимость максимальной и усредпепной амплитуды UMUKC. прин тых сигналов в зоне изгиба от нормированного нат жени  изгиба аи, материала.

Устройство включает в себ  неподвижную рейку 1 и опорный вращающийс  валик 2, которые расположены с нижней стороны листового материала 3 в непосредственном коптакте с ним и разнесены на рассто ние /одип от другого. С верхней стороны листового материала 3 па рассто пии h от него в зоне неподвижной рейки 1 установлен первый приемпик 4 и в зоне валика 2 установлен второй приемник 5.

Схема измерени  содержит: опорный генератор 6, выход которого параллельно подключен к входам измерител  7 временных интервалов и коррелометра 8, к входам последнего параллельпо подключены выходы первого 4 и второго 5 приемников, а выход коррелометра 8 последовательно соедипеп с входом измерител  7 временных интервалов; схему индикации 9, к первому входу которой посредством первого функционального преобразовател  10 подключен выход измерител  7 временных интервалов, а ко второму входу посредством второго фупкциональпого преобразовател  И и детектора уровн  12 подключен выход второго приемника 5.

Устройство работает следующим образом.

При движении листового материала 3 между ним и неподвижной рейкой 1 возпикает сухое трение, вследствие чего в материале генерирзетс  интенсивный ш)мовой сигнал в . широком диапазоне частот (см. фиг. 2). Этот сигнал распростран етс  по плоскости листа и частично излучаетс  в воздух. В плоской части листа амплитуда излучаемых колебаний отпосительпо мала, по в зоне изгиба материала , паход щейс  у валика 2, она значительно возрастает.

Физически объ снить  вление амплитуды излучаемого лептой сигнала над зоной изгиба полотпа можно следующим образом.

Во-первых, полимерные листовые материалы типа бумаги  вл ютс  пегомогеппыми средами. Поэтому без заметного поглощени  через такой материал распростран ютс  только ультразвуковые волны, длина которых больше размеров пегомогенпостей. Это ограничивает диапазон примен емых частот до 1004-150 кГц. Толщина (d) типографской бумаги находитс  в пределах 0,094-0,11 мм. При этом соотпошение 2(Д 0,0054-0, С1, где К длина возбуждаемых ультразвуковых волн в бумаге. Вследствие этого при выщеуказапном частотном диапазоне в листовом материала могут существовать только две моды воли Лэнба - симметрична  5о и антисимметрична  ао. Одпако при фазова  и группова  скорость волны моды UB приближаетс  к пулю. Поэтому в полотне возбуждаетс  только волпа 5о.

Во-вторых, группова  скорость симметричной пулевой моды волны Лэлба SQ приблизительно выра каетс 

С - 1/ -g f р (1 f)

где р - плотность материала; Y - коэффициент Пуассона; Е - модуль Юнга. Нат жение изгиба . - ,Е, где Е - относительное удлинение волокон на выпуклой стороне листа ири изгибе на онорном валике 2; поэтому С 31/ . I/ eip{l-f) В зоне изгиба получаетс  скачок нат жени  листа (см. фиг. 4), вследствие этого скорость ультразвука в зоне изгиба листового материала мен етс  скачкообразно. Поэтому в этой зоне скачком мен етс  акустическое сопротивление листа, что вызывает частотное отражение акустической волны от зоны изгиба . В результате этого увеличиваетс  нормальна  составл юща  колебательного смещени  листа и следовательно повыщаетс  амплитуда излучаемого в окружающую среду сигнала (см. фиг. 5 и фиг. 6). Шумоподобный ультразвзковой сигнал в воздугцной среде принимаетс  двум  конденсаторами микрофонами, полоса пропускани  микрофонами 20 Гц-150 кГц. На выходе прпемииков 4 и 5 получают два электрических сигнала, причем на выходе приемника 5 получают сигнал, задержанный относительно сигнала на выходе первого приемника 4 за временной интервал, равный времени распространени  акустических колебаний по листовому материалу в продольном направлении между обоими приемниками. По прин тым сигналам вычисл ют взаимную коррел ционную функцию. Дл  этого сигнал с первого приемника 4 в коррелометре 8 задерживают относительно сигнала второго приемника 5 на врем , при котором получаетс  максимум взаимной коррел ционной функции. Тогда врем  задержки TO (см. фиг. 3) равно времеии распространени  ультразвуковых колебаний по листовому материалу 3 на рассто ние / между обоими приемпиками . Измеритель 7 временных интервалов запускаетс  одновременно с коррелометром 8 от опорного генератора 6, поэтому на выходе измерител  7 временных интервалов получают электрический пр моугольный импульс длительностью TQ. Следует отметить, что максимальное нат жение движущегос  листового материала где Од. - линейное нат жение, посто нное в плоской части листа, а„, -нат жение в месте изгиба, которое скачком мен етс  в зоне изгиба листа (см. фиг. 4). Известно, что линейное нат жение ленты сТл. тесно св зано со скоростью ультразвуковых колебаний С в данном нолотне: 0л. K,iC, а нат жение изгиба сТи, с коэффициентом линейной коррел ции 0,98 св зано с максимальной усредненной амплитудой наис. прин тых СИГНЭЛОВ В ЗОНе ИЗГИба Оц, - /(. (см. фиг. 4, 5, 6), где /Ci и Kz коэффициенты иропорциональности, определ емые электрическим путем. Из этого следует, что Омане. /ClC2 + .. Поэтому дл  определени  максимального нат жени  листового материала амакс. необходимо измерить скорость распространени  ультразвуковых колебаний в материале, по которой определ ют линейное нат жение, добавить нат жение в месте изгиба, которое определ ют по максимальной усредненной амплитуде излучаемых листовым материалом колебаний в зоне его изгиба. Дл  этого пр моугольный электрический сигнал длительностью То с выхода измерител  7 временных интервалов подают на вход первого функционального преобразовател  10. Функциональный преобразователь 10 выполн ет следующие функции: временной интервал То преобразует в функцию -, эту функцию умножает на величину рассто ни  I, ре.зультат возводит в квадрат, умнол ает на коэффициент нропорциональности К и исходный результат в виде посто нного наир жени  подает на первый вход блока сложени  схемы индикации 9. Одновременно электрические сигналы с выхода второго приемника 5 подают на вход детектора уровн  12, в котором эти сигналы детектируютс  и интегрируютс . Второй приемник 5 установлен в зоне изгиба ленты, ноэтому на выходе детектора уровн  12 получают электрический сигнал f/макг. в виде посто нного напр жени , который пропорционален нат жению изгиба аи,. Сигнал 7макс. подаетс  на второй функциональный преобразователь 11, который данный сигнал (t/макс.) умножает на коэффициент пропорциональности /С2 и исходный результат нодает на второй вход блока сложени  схемы индикации 9. Окончательный результат сТмакс. + K)Uyyi;c (-1 воспроизводитс  на табло ММ2 схемы индикации 9 в цифровой форме. Если измерени  провод тс  на упругих фазовых рассто ни х /, это учитываетс  при калибровке умножител  первого функционального преобразовател  10. Предлагаемое устройство обеспечивает непрерывное измерение максимального нат жени  листового материала и позвол ет точно определить место максимального нат жени  путем прозвучивани  листа шумовым сигналом. Применение бесконтактных приемников значительно повыщает надежность и точность измерени . Известно, что острота максимума коррел ционной функции тем больще, чем щире спектр сигнала. Широкий спектр сигнала в данном случае обеспечиваетс  путем генерировани  акустического сигнала вследствие сухого трени . При этом повыщаетс  номехоустойчивость по отношению к внешним шумам.

Испытани  показали надежность и большую точность устройства при измерении максимального нат жени  листового материала, движуш;егос  со скоростью до 20 м/с. Поэтому применение предлагаемого устройства создает возможность контролировать максимальное нат жение материала на ведущих валах в процессе его использовани , что зпачительно сокрашает врем  испытани  и регулировани  технологического оборудовани .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  максимального нат жени  движ)ш,егос  листового материала , содерл ашее излучатель ультразвзковых колебаний, два приемника ультразвуковых колебаний, установленных последовательно в направлении движени  материала, и блок

   измерени  с индикатором, отличающеес   тем, что, с целью повышени  точности измерени , блок измерени  содержит опорный генератор, измеритель временных интервалов , коррелометр, электрически св занпые между собой, преобразователь, своим входом соединенный с выходом измерител  временных интервалов, а выходом - с индикатором , детектор уровн , электрически св занный с коррелометром, и второй преобразователь , вход которого св зан с детектором уровн , а выход - с индикатором, при этом первый приемник изл)чени  ультразвуковых колебаний св зан с коррелометром, а второй - соединен с детектором уровн  и с коррелометром , причем первый приемник размещен в зоне излучател  ультразвуковых колебаний , а второй - в зоне первого после излучател  ультразвуковых колебаний вращающегос  ролика.

   200SOS 1000 2000 SOOO iOOOO 20000 50000 WOOOO f, Гы,

   PM2.2

   Фиг. 3

   нaкc, м S

   31WO li

   50

   150

   X,MM

   ,, и макс, w

   0,25

   w 6

   О,IS

   0,5

   (