Амплитудомеры

Для измерения амплитуд, если не требуется высокой точности, можно использовать довольно простые приборы, которые могут быть изготовлены самим испытателем.

Вибромарка (рис.1) изготовляется из бумаги, на которой вычерчен равнобедренный треугольник. Основание треугольника выбирается в пределах от 5 до 20 мм, высота — примерно равная десятикратному размеру основания. По высоте треугольник разделен на 10 равных частей.

Рисунок 1. Вибромарка

Измерение амплитуды колебания выбромаркой возможно при частотах более 7 гц и постоянных амплитудах.

Принцип работы ее основан на инерционности человеческого зрения. Если длительность нахождения предмета в зоне видимости меньше чем 1/7 сек, то человеческий глаз не воспринимает изображение в четком виде — оно сливается в одно общее поле.

Вибромарку можно использовать в том случае, если амплитуда изменяется в пределах от 10 до 20 мм при частоте до 500 циклов в минуту и от 1 до 10 мм при частоте до 1000 циклов в минуту. На исследуемой конструкции вибромарка крепится так, чтобы направление колебания было параллельно основанию треугольника. При колебании конструкции вместе с ней колеблется и вибромарка. Если частота и амплитуда колебаний находятся в указанных пределах, глаз наблюдателя видит затененный треугольник высотой h (заштрихованный треугольник на рис.1), Максимум амплитуды равняется отрезку а, который определяется |в зависимости от положения заштрихованного треугольника. Из подобия треугольников

.

Для треугольника, показанного на рис. 1, соотношение высот . Если основание треугольника равняется 20 мм, то ; входящий в выражение коэффициент 1, 1 учитывает оптическую погрешность, которая проявляется при визуальном определении высоты .

Индикатор. Индикатором также можно приближенно измерять амплитуду стабильного колебания (рис. 2). Для этого индикатор крепят к какой-нибудь неподвижной точке, не связанной с испытываемой конструкцией. Индикатор ориентируется так, чтобы ось его штока была параллельна направлению вибрации, а конец упирался в точку конструкции, амплитуду колебания которой измеряют. В зависимости от местных условий можно установить индикатор на испытываемую конструкцию, а конец его штока упереть в неподвижную точку. Но взятие отсчета в этом случае будет затруднено.

Рисунок 2. Измерение амплитуды колебаний индикатором

При малых частотах и амплитудах колебаний скорость движения стрелки индикатора настолько мала, что человеческий глаз свободно может взять отсчеты на шкале индикатора, соответствующие крайним положениям стрелки. Разница этих отсчетов, деленная на увеличение индикатора, дает величину амплитуды колебания. Для сравнительно больших частот измерение амплитуды колебаний индикатором происходит так же, как и вибромаркой, а именно, при быстром движении изображение стрелки сливается в сплошной сектор, на краях которого берут отсчет. Надо отметить, что такое использование индикатора, особенно при высоких частотах исследуемых колебаний, следует применять лишь в крайних случаях, так как оно может привести к порче прибора.

Выше уже говорилось, что для измерения амплитуды колебаний индикатором требуется неподвижная точка. В тех случаях, когда возле конструкции такой точки нет, ее создают искусственно. Для этих целей используют специальные маятники (рис. 3).

Рисунок 3. Простейшие виды вертикальных и горизонтальных маятников

При измерении вертикальных вибраций применяют простейший маятник, схема которого приведена на рис. 3, а. Он состоит из груза и спиральной пружины. Верхний конец пружины крепится нa исследуемую конструкцию, а на нижнем конце подвешивается груз массой около 20 кг. Под влиянием груза пружина растягивается, и груз перемещается на расстояние .

Если частота колебаний конструкции выше частоты собственных колебаний груза, то период колебаний

, (1)

где — сила, которая вызовет перемещение, груза на 1 см; — масса груза, и груз остается неподвижным,

Диаметр пружины, ее длину, сечение проволоки подбирают с таким расчетом, чтобы собственная частота маятника была бы не менее 5-кратной частоты колебаний конструкции.

При горизонтальных колебаниях для создания неподвижной точки используют горизонтальный маятник (рис.3, б). Он имеет простейшую конструкцию и представляет coбой бревно диаметром 15-20 см, длиной 1, 5-2 м, веревкой или проволокой подвешенное в четырех точках. Период колебания горизонтального маятника

, (2)

где - длина подвеса (рис.3, б).

Следует отметить, что выражение «неподвижная точка» являет условным, так как, строго говоря, эта точка тоже колеблется, но ввиду того, что частоты колебаний испытываемой конструкции и маятника намного отличаются друг от друга, положение маятника можно считать стабильным.

Маятники В. С. Мартышкина и В. Ф. Смотрова. Для измерения амплитуд колебаний в горизонтальном и вертикальном направлениях В. С.Мартышкиным и В. Ф.Смотровым были разработаны специальные маятники.

1.Маятник для измерения вертикальных амплитуд показан на рис. 4. Основной частью маятника является коленчатый рычаг 1, на конце горизонтального плеча которого помещен груз 5 массой в 10 кг; наклонное плечо рычага соединено пружинами 2 с основанием. В точке перегиба коленчатого рычага помещена призма, при помощи которой он опирается на подставки 3

Таким образом, коленчатый рычаг уравновешен с одной стороны грузом, а с другой стороны — натяжением пружины. Индикатор 4 установлен на основание прибора так, что конец штока индикатора упирается в груз 5. Для изменения частоты собственных колебаний маятника можно менять угол между плечами коленчатого рычага или передвигать груз по горизонтальному плечу. Такая система подвеса позволяет получать весьма низкие частоты собственных колебаний — менее 0, 5 гц.

Рисунок 4. Вертикальный маятник В.С. Мартышкина и В.Ф.Смотрова

2. Маятник для измерения горизонтальных колебаний (рис. 5) состоит из треугольного основания 1, стойки 2, на верхний конец которой при помощи тяг 3 подвешен груз 4 массой 10 кг. Груз упирается в стержень 5, а стержень — в стойку 2. Груз может перемещаться в горизонтальном направлении. На основании маятника 1 закреплен индикатор, шток которого упирается в торец груза так, что направление оси штока индикатора параллельно направлению движения маятника. Частота собственных колебаний этого маятника равна 0, 67 гц.

Рисунок 5- Горизонтальный маятник В. С. Мартышкина и В. Ф. Смотрова

Для измерения амплитуды рассмотренные маятники укрепляют так, чтобы направление колебаний совпадало с направлением штока индикатора. Отсчет амплитуды осуществляют так же, как и для маятника с неподвижной точкой.

Амплитудомер А. М. Емельянова и В. Ф. Смотрова (рис. 6) состоит из массивного кольца 3, которое опирается на листовые пружины 1. Нижние концы пружины крепятся к диску 6, а верхние— к диску 4. В кольцо 3 вставлен индикатор 2, шток которого упирается в микрометрический винт 5,.установленный на нижнем диске 6. Частота собственного колебания верхней части прибора (диск индикатора) равна 2, 5 гц. Прибор ставят на поверхность испытываемой конструкции так, чтобы направление колебаний совпало с направлением оси штока индикатора. Нижний диск 6 повторяет колебания испытываемой конструкции. Ввиду того, что частота свободных колебаний кольца с индикатором значительно меньше частоты колебаний исследуемой конструкции, индикатор можно считать закрепленным неподвижно.