Механические приборы для измерений виброперемещений, частот колебаний и регистрации виброграмм.

К числу простейших механических приборов, применяе­мых для измерения амплитуды колебании, относятся индикаторы часового типа и амплитудоизмеритель А. М Емельянова и В. Ф. Смотрова.

Индикатор часового типа закрепляется относительно неподвижной точки, не связанной с испытываемой конструкцией (рис 8.13). Его штифт упирают в колеблющуюся поверхность параллельно ее перемещениям.

Размах колебаний, равный удвоенной амплитуде вычисляют по шкале прибора, на котором при установившихся колебаниях появляется затемненный сектор. Сектор образуется, если скорость колебания стрелки , и глаз наблюдателя различает четкие линии только по его краям, против которых по большей шкале индикатopa и берутся отсчеты. Этим методом можно определить размах колебаний дo 1 мм при частоте до 7 Гц, и до 0,25 мм при частоте 0,7— 40 Гц. С увеличением частоты проявляются инерци­онные свойства прибора и непрерывный контакт между штифтом и конструкцией нарушается.

Если при измерениях неподвижная точка отсутствует, например, при обследовании конструкций здания, когда источник колебаний находится за его пределами, такую точку создают искусственно с помощью вертикального или гори­зонтального маятника (рис. 8.14, а, б).

Если частота колебаний исследуемой конструкции пре­вышает 400 Гц, для определения размаха колебаний можно применить амплитудоизмеритель А. М. Емельянова и В. Ф. Смотрова. Прибор состоит из тяжелой обоймы, исполь­зуемой в качестве инерционной массы, прикрепленной к основанию четырьмя ленточными пружинами (рис. 8.14, в).Штифт индикатора упирается в головку микрометрическо­го винта, и прибор устанавливается на горизонтальную по­верхность конструкции так, чтобы колебания совпадали с направлением оси штифта индикатора. Колебания вызывают перемещения стрелки индикатора, образующей затемнен­ный сектор. Частота собственных колебаний инерционной массы равна 2-2,5 Гц. Чем выше частота колебаний кон­струкции, тем точнее измерения.

 

Рис. 8.13. Применение индикатора часового типа

для измерения амплитуды колебаний:

1- индикатор; 2- испытываемая конструкция

 

 

а б в

 

 

Рис.8.14. Схемы:

а – вертикального маятника; б – горизонтального маятника;

в- амплитодоизмерителя; 1 – индикатор; 2- гири; 3 – пружина;

4- подвески; 5- балка; 6 – обойма; 7 – ленточные пружины;

К простейшим частотометрам относятся многолепестковые и однолепестковые.

Многолепестковый частотомер (рис. 8.15, а)со­стоит из набора металлических пластинок различной дли­ны с прикрепленными к ним массами. Частота собственных колебании каждого лепестка различна и заранее определена. Прибор закрепляется на конструкции в таком положении, чтобы направление колебаний было перпендикулярно к лепесткам. Один из лепестков, у которого частота собственных колебаний совпадает с частотой вынужденных колебаний, попадает в резонансную зону и начинает резко отклоняться из плоскости прибора. Характеристики лепест­ков замаркированы на корпусе, что позволяет довольно точно определить частоту колебаний конструкции.

В одполепестковом частотомере (рис. 8.15, б)изменяют длину лепестка, добиваясь резонанса, при кото­ром по шкале прибора определяют частоту колебаний.

Более точные измерения можно выполнить приборами с регистрацией показаний - ручными вибрографами и вибро­графом Гейгера.

 

Рис. 8.15. Частотометры:

а- многолепестковый; б - однолепетковый

 

К ручным вибрографам относятся приборы типа ВР-1, ВР-2 и Вр-3. В практике освидетельствования строительных конструкций наиболее часто используется виб­рограф ВР-1 (рис. 8.16), которым измеряют амплитуду ко­лебаний от 0,5 до 6 мм при частоте 5-100 Гц.

Инерционной массой слу­жит масса прибора. Вибро­граф держат в руках или устанавливают на штативе так, чтобы направление ко­лебаний совпадало с про­дольной осью подвижного стержня, а наконечник упи­рают в точку конструкции, колебания которой записы­вают. Запись виброграммы производится в натуральную величину, с двух- или шести­кратным увеличением на красной восковой ленте ши­риной 25 мм путем снятия тонкого цветного слоя ост­рым металлическим пером. За ходом записи можно на­блюдать через окно с откид­ным зеркалом. Отметчик времени работает от вну­тренней батареи или внеш­него источника тока и нано­сит на ленту метки с задан­ным интервалом, обычно че­рез 1с.

Недостаток ручного вибрографа - сравнительно невы­сокая точность (до 8 %) и ограниченный диапазон измеряе­мых амплитуд и частот.

 

Рис. 8.16. Схема ручного вибрографа ВР -1:

1 - подвижный стержень; 2- рычажное перо;3- бумажная лента; 4- отметчик времени; 5 – барабан; 6- часовой механизм

 

Наиболее совершенным механическим прибором кон­тактного типа с регистрацией показаний является виброграф Гейгера (рис. 8.17), устанавливаемый на испытываемую конструкцию. Принцип работы прибора основан на колебании корпуса, соединенного системой рычагов со стрелкой, относительно неподвижной инерционной массы, удерживае­мой в. заданном положении спиральной пружиной. Виброграмма записывает пером на движущейся бумажной ленте шириной 50 мм.

Лента приводится в движение часовым механизмом с ручным заводом и плавной регулировкой скорости в пределах от 0,5 до 2 и от 5 до 20 см/с при двух положениях переключателя. Амплитуда от 0,05 до 10 мм записывается с увеличением в 3 -12 раз с погрешностью до 5 % в интервале частот 2,5-300Гц. Отметчик времени бегает с интервалом в 1 с от привода лентопротяжного механизма или с меньшим интервалом от внешнего источника тока.

Инерционная масса ориентируется соответствующим образом для измерения вертикальных, горизонтальных или угловых колебаний. Если

Рис.8.17. Схема вибрографа Гейгера:

1 – пружина; 2 – инерционная масса; 3 – корпус прибора;

4 – бумажная лента; 5 – перо; 6 - штифт

 

податливую пружину заменить жесткой, прибор можно использовать в качестве виброакселерометра для измерения ускорения. Однако механическая передача ограничивает возможности записи как малых, так и больших колебании. Поэтому виброграф Гейгера обеспечивает удовлетворительную точность лишь при определенных интервалах частот.

 

ЛЕКЦИЯ 9. ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ, ПЕРВИЧНЫЕ ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕСКОЙ РАБОТЫ КОНСТРУКЦИЙ. ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ.

Оптические приборы

Наиболее простой амплитудоизмерительный прибор оп­тического типа - вибромарка. Вибромарка вычерчивается на бумаге в виде треугольника с основанием и длиной и наклеивается на поверхность кон­струкции, совершающей колебания в направлении стрелок (рис. 9.1). При частоте колебаний более 7 Гц четкость ли­ний исчезает и наблюдатель может измерить расстояние l до пересечения сдвоенных треугольников, а затем опреде­лить размах колебаний по формуле .

При установившихся колебаниях вибромарка позволяет приближенно определить амплитуду колебаний от 1 до 20 мм. Для измерения малых амплитуд колебаний порядка 0,1- 0,2 мм на черную бумагу наклеивают тонкую блестя­щую проволоку и освещают ее ярким светом. Ширину раз­мытого изображения проволоки измеряют микроскопом.

 

Рис. 9.1. Вибромарка

 

К более совершенным относятся зеркальные и фотогра­фические приборы.

Оптические приборы по сравнению с механическими имеют важное преимущество - безинерционность светового рычага. Принципиальная схема светового рычага (рис. 9.2) дает возможность получить многократное увеличение при ограниченных габаритах прибора. Запись показаний удобно производить на фотобумаге.

К фотографическим методам относятся: фототеневые, фотоэлектронные, скоростной киносъемки и стереофотограм-метрические. В практике испытаний строительных кон­струкций они еще не получили достаточного распростране­ния, но находят применение при испытаниях моделей.

Для измерения амплитуд колебаний высотных сооруже­ний применяются геодезические оптические приборы, среди которых наибольшего внимания заслуживает фотоэлектрическийнивелир, состоящий из лазерного передатчика и приемной станции. Лазерный передатчик устанавливается в неподвижной точке, а приемная станция - в исследуемой. Колебания фиксируются самописцем относительно опорной линии, задаваемой лучом лазера.

Всем перечисленным ранее приборам присущ общий недостаток они регистрируют параметры колебаний конструкций только в заданной точке. Преимуществом обладает фотограмметрический метод, позволяющий наблюдать за колебаниями нескольких точек или конструкции в целом. Однако и этому методу присущи недостатки, применение довольно сложных и дорогостоящих кинофототеодолитов, кинокамер или фотокамер, снабженных телеобъективами с фокусным расстоянием 300 – 1000 мм, а также понижение точности измерений и четкости изображения из-за вибрации самих фотоприборов при съемке.

 

Рис. 9.2. Запись показаний оптическим рычагом:

1- осветитель; 2- зеркальце с гибкой связью; 3 – барабан с фотобумагой