книги из ГПНТБ / Максимов Л.С. Измерение вибрации сооружений справ. пособие

§ 3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Установившейся классификации методов регистрации колебаний не существует. В настоящее время наиболее широко распространены раз­ личные методы, связанные с нанесением на ленту виброграмм — види­ мых графиков перемещения, скорости, ускорения или других парамет­ ров колебательного процесса в функции от времени. Виброграммы затем могут быть просмотрены исследователем и обработаны для полу­ чения необходимых количественных данных с помощью линеек, сеток, па­ леток или специальных устройств для считывания кривых. Наиболее

мерно движущейся ленты из светочувствительной бумаги или пленки. Светолучевые осциллографы могут одновременно регистрировать боль­ шое количество процессов. Выпускаются серийные универсальные осцил­ лографы, предназначенные для регистрации до 30 процессов. Но необ­ ходимость в последующем проявлении и закреплении изображения яв­ ляется их серьезным недостатком. Перспективным является применение электрографических светолучевых осциллографов, обеспечивающих полу­ чение видимой записи на простой бумажной ленте (кальке, миллимет­ ровке и т. п.).*

Э л е к т р о н н о - л у ч е в ы е о с ц и л л о г р а ф ы , рассматривае­ мые в том же параграфе, используются для визуального наблюдения электрических сигналов, а также для регистрации высокочастотных про­

дающие сразу видимую запись без использования светового луча. Опи­ санию этих приборов посвящен § 3.3.

Чтобы избежать процесса считывания виброграмм и преобразования их ординат в электрический сигнал, который может затем анализиро­ ваться с помощью электрических анализаторов, в последние годы на­ чали применять регистрацию на магнитной ленте с помощью м а г н и ­ т о г р а ф о в , аналогично тому как записывают звук с помощью магни­ тофонов. Основным недостатком магнитной регистрации является отсут­ ствие привычного для исследователя и часто просто необходимого видимого изображения процесса, что в известной мере компенсируется возможностью перезаписать процесс в удобное для исследователя время,

меры к организации его серийного производства.

52

тографа, либо просмотреть процесс с помощью электроннолучевого ос­ циллографа. Измерительные многоканальные магнитографы имеют и ряд достоинств, однако в настоящее время выпуск их еще настолько ограничен и они столь дороги, что применяются пока весьма редко. Тем не менее, учитывая их перспективность, им уделено существенное внимание в § 3.4.

§ 3.2. ОСЦИЛЛОГРАФЫ

*

Принципиальная схема светолучевого осциллографа [30, 227, 254, 264] показана на рис. 3.1. Свет от лампы 1 через конденсор 2 и линзу 3 падает на зеркало гальванометра 4, которое, поворачиваясь вместе

с рамкой 5 под влиянием протекающего через рамку электрического тока, отражает световой луч под разными углами через линзы 3 и 6 на движущуюся светочувствительную ленту 7. В некоторых осциллогра­ фах предусмотрено в и з у а л ь н о е н а б л ю д е н и е п р о ц е с с а , для чего часть светового луча после гальванометра ответвляется с помощью призмы или зеркала 8 на вращающийся граненый зеркальный барабан 9 и от него — на экран из матового стекла 10. Зеркальный барабан дает развертку луча во времени, причем, регулируя скорость его вращения, можно подобрать наиболее удобную для наблюдения развертку.

прямо пропорционально длине светового указателя, то для того, чтобы перемещение светового пятна на экране визуального наблюдения за процессом осуществлялось в том же масштабе, что и на фотоленте, суммарную длину всех отрезков светового луча от зеркала гальвано­ метра до экрана делают равной длине светового указателя. Исключе­ нием является осциллограф Н102 (МП02), в котором масштаб на экране в 4 раза больше, чем на фотоленте.

процесса называют у н и в е р с а л ь н ы м и . К сожалению, промышлен­ ность выпускает мало универсальных осциллографов, в связи с чем

53

эксплуатирующие организации иногда переделывают неуниверсальные осциллографы, добавляя к ним устройства для визуального наблюдения процесса.

р о л я п о л о ж е н и я с в е т о в о г о п я т н а п р и о т с у т с т в и и с и г н а л а и н а б л ю д е н и я р а з м а х а колебаний светового пятна при наличии сигнала. Они имеют вместо зеркального барабана 9 непо­

торых из них можно наблюдать положение и размах светового пятна, установив экран вместо фотоленты. В остальных это наблюдение воз­ можно вообще только при проведении наладки и требует вскрытия кор­ пуса осциллографа. Осциллографы со слепой записью применяются для динамических исследований сооружений весьма редко.

Современные осциллографы общего назначения (см. табл. 3.1, вклейка) содержат до 30 гальванометров (каналов), позволяющих осу­ ществлять одновременную запись на фотоленте соответствующего числа процессов. Обычно используют не все каналы, так как, для того чтобы записи были удобочитаемы, необходимо иметь не менее 1,7—2 см ши­ рины бумажной ленты на канал, не считая вспомогательных линий (отметчика времени и т. п.). Длина светового указателя для всех ос­ циллографов, включенных в табл. 3.1 (кроме специально оговоренных), равна приблизительно 300 мм.

мелкосерийные осциллографы с пружинным приводом). Коробка передач позволяет регулировать скорость движения ленты, а магнитная муфта — с большой точностью включать протяжку дистанционно. Некоторые

длине равный окружности барабана. Эти кассеты применяются для ре­ гистрации кратковременных высокочастотных процессов, требующей таких больших скоростей движения ленты, которую не может обеспе­ чить ленточная кассета. Обычно барабану такой кассеты заранее при­ дается высокая угловая скорость от того же привода, который при­ меняется и для ленточных кассет, а экспонирование осуществляется с помощью дистанционно управляемого затвора в течение промежутка времени, пока барабан делает один оборот. Некоторые кассеты позво­ ляют применять 'фотоленты разной ширины, что дает возможность эко­ номить ленту при загрузке неполного числа каналов осциллографа.

Необходимо иметь в виду, что для уменьшения трения в системе протяжки ленты (что очень важно при высоких скоростях) и для пре­ дотвращения разрывов на краях внутренний размер катушки делается на 0,5—1 мм больше ширины ленты. По этой, а также и по некоторым другим причинам лента в процессе ее движения совершает случайные поперечные колебания с размахом до 1 мм. Поэтому рекомендуется за­ писывать у края осциллограммы нулевую линию. В некоторых осцилло-' графах предусмотрена возможность производить продольную линующую штриховку ленты в процессе записи. При этом необходимость записи нулевой линии отпадает. Однако следует иметь в виду, что ленты с продольной штриховкой непригодны для автоматизированной обра­ ботки современными средствами.

Применяются следующие виды фотолент:

кинолента шириной 35 мм перфорированная, черно-белая и цвет­ ная (максимальная скорость движения луча по ленте чувствительностью

54

180 ед. ГОСТ при освещении лампой накаливания ин=200 м/сек, при освещении ртутной лампой — = 3000 м/сек);

фотобумага осциллографная марки РО, шириной 60, 100, 120, 200, 300 мм, причем бумага шириной 100 и 120 мм выпускается перфориро­ ванной и неперфорированной (для лент чувствительностью 500 ед. ГОСТ Пн=180 м/сек, иР = 2600 м/сек);

фотобумага УФ с непосредственным почернением, применяемая только в осциллографах, имеющих ультрафиолетовый осветитель; не требует проявления и фиксирования (пР=2000 м/сек);

полупроводниковая электрографическая бумага ЭФО, применяемая только со специальной электрографической кассетой, в которой осуще­ ствляется немедленное проявление (пц=2 м/сек).

Цветная фотолента может применяться в осциллографах со свето­ фильтрами, что облегчает чтение пересекающихся линий.

Чем больше скорость движения ленты ѵл , выше частота f и ам­

и, соответственно, необходимая чувствительность фотоленты и яркость источника света. Во всех осциллографах предусмотрена возможность регулировки яркости лампы накаливания, а во многих — автоматиче­ ское увеличение яркости при включении высоких скоростей движения ленты.

С целью увеличения надежности и снижения трудоемкости измере­ ний, системы протяжки ленты в некоторых осциллографах оборудуются дополнительными устройствами:

1) сигнализации движения фотоленты м е х а н и ч е с к и м и , на­ пример, в виде наружной головки, связанной с подающей катушкой,

2)указания запаса ленты в кассете;

3)сигнализации о. том, что лента кончается, например, в виде све­ тового табло с надписью «осталось 3 ж»;

4)установки определенной длины записи, автоматически выклю­

чающими привод кассеты после протяжки ленты на заранее заданную величину;

5)автоматического включения и выключения какого-либо внеш­ него объекта (например машины, являющейся источником вибрации) вместе с включением и выключением записи или с заданной задержкой;

6)полного дистанционного управления с помощью выносного

гальванометрический..

Штриховой отметчик времени делает на фотоленте тонкие попереч­ ные штрихи, позволяющие с высокой степенью точности сопоставлять фазы или определять сдвиг во времени различных процессов, записан­ ных на одну ленту, но затрудняющие считывание записей с помощью автоматических устройств. Для удобства обработки иногда каждый де­ сятый или двадцатый штрих делают более толстым.

Гальванометрический отметчик времени использует один из галь­ ванометров осциллографа, который подключается к высокостабильному генератору гармонических колебаний и устанавливается так, чтобы на

55

элементами гальванометра. На рис. 3.3 показано устройство одного из петлевых автономных гальванометров [30, 69, 227]. Петлевыми они на­ зываются потому, что у них подвижная система содержит петлю 12 из двух ветвей упругой металлической немагнитной проволоки, в средней

Рис. 3.2. Внешний вид светолучевых осциллографов а — Н105 (с блоком питания); б — Н700; в — Н004; г — Н010М; 1- ' корпус; 2-

части которой приклеено зеркало 18, поворачивающееся при изгибе

инлѵкпииРнТ 3,!ркала в известных пределах пропорционален магнитной индукции в зазоре между полюсными наконечниками 21 магнита 17 и

58

силе тока в петле, причем коэффициент пропорциональности, а следо­ вательно, при постоянной магнитной индукции и чувствительность галь­ ванометра тем больше, чем больше расстояние между опорными порож­ ками 8 (пролет петли) и чем меньше диаметр провода петли и натяже-

кассета; 3 —экран визуального наблюдения

ние пружины 16, осуществляемое с помощью винта 1 и передающееся на петлю через коромысло 14. Весь измерительный механизм собран на немагнитной обойме 9, в которую залиты и полюсные наконечники. Обойма соединяется с пластмассовым корпусом 6 с помощью фикса­ тора 15 и крепежного мостика 3. В корпус вмонтированы линза 10,

59

прижимаемая резьбовым кольцом 11, штепсельные клеммы 19 и кон­ тактные пружинки 20, соединяемые с зажимами концов петли 7. Поло­ жение зеркала 18 относительно линзы 10 устанавливается с помощью винта 2.

Для обеспечения затухания и подавления паразитных вибраций ко­ лебательной системы корпус гальванометра типа МОВ2, показанного

на рисунке, заполняется демпфирующей жидкостью. В гальванометрах типа Н135, устроенных аналогично, вместо заполнения жидкостью всего корпуса применено так называемое сосредоточенное успокоение, при котором петля проходит через несколько капиллярных стаканов-успо­ коителей, заполненных кремнийорганической жидкостью. Устройство стакана-успокоителя показано ниже при описании гальванометра типа М1012. Для предотвращения вытекания и испарения жидкости, а также попадания пыли внутрь гальванометра корпус закрывается крышкой 4 через герметизирующую прокладку 5.

60

Петлевые гальванометры имеют высокую чувствительность к на­ пряжению, обеспечивают независимость динамических характеристик от сопротивления внешней схемы, просты в изготовлении и ремонте.

Рамочные автономные гальванометры отличаются в основном тем, что в них установлена рамка, намотанная из низкоомного немагнитного сплава, закрепленная на упругих немагнитных растяжках. Основным их преимуществом является возможность получения высокой чувствитель-

В этом случае один контактный провод выводится отдельно. Верхняя

одним из контактов этого гальванометра. Нижняя растяжка припаяна к пружине 8, пропущенной через отверстие штифта 9 и припаянной к колпачку 10, электрически разделенному с корпусом изоляционной втулкой 7 и являющемуся вторым контактом гальванометра.

успокоения, дополнительно предусмотрено сосредоточенное жидкостное успокоение. Для этой цели верхняя растяжка пропущена через миниа-

61

тюрныіі капиллярный успокоитель 14, содержащий каплю вязкой жид­ кости. При этом подавляются паразитные колебания подвижной системы и уменьшаются искажения частотной характеристики гальванометра. Зеркало 15 крепится на верхней растяжке. Свет к нему поступает через вклеенную в корпус линзу 3 и отверстие в пластмассовой ручке 13, имеющей головку под торцевой ключ, с помощью которого регулируется положение гальванометра-вставки в магнитном блоке. На ручке указы-

Рис. 3.5. Общий вид некоторых гальванометров

а — М004; б — М1012; в — ГЭМЗ; г — нулевая вставка; д — М001; е — ГБ-Ш; ж — НІ35 (М0В2); / — корпус; 2 — линза; 3 — контакты

ваются номер и тип гальванометра. В некоторых гальванометрах пре­ дусмотрены смотровые окна 16 для контроля положения рамки и жид­ кости.

Другие типы гальванометров могут иметь различные конструктив­ ные особенности, внешний вид и разные схемы расположения контактов (рис. 3.5). Поскольку фокусные расстояния большинства гальваномет­ ров-вставок одинаковы, применение их в осциллографах, выпущенных для других гальванометров-вставок, ограничивается главным образом различием в конструкции и расположении контактов, а при разных диа­ метрах — еще и разницей в размерах полюсных вкладышей в магнитном блоке. Гальванометры, имеющие расположение контактов и внешний вид, аналогичные показанным на рис. 3.4, а расстояние' от центра зеркала до нижнего обреза ручки равное 3,5 мм, называются гальвано­ метрами единой серии.

Такие гальванометры делаются обычно неразборными и не подле­

62