Светолучевой осциллограф

Светолучевой осциллограф предназначен для визуального наблюдения и синхронной записи на фотоленте функций одной или нескольких (до 12) исследуемых величин времени, называемых осциллограммами. Это обеспечивается набором гальванометров с различными собственными частотами и широким диапазоном скоростей движения фотоленты.

Для записи быстро меняющихся напряжений или деформаций конструкции с успехом применяются проволочные тензорезисторы с записью осциллограммы (виброграммы) на осциллографе. Тензорезисторы для динамических испытаний применяются такие же, как и для статических, но со значительно повышенным омическим сопротивлением до 500—1000 Ом, а иногда и до 2000 Ом.

При записи осциллограмм приходится усиливать ток, подаваемый про­волочными датчиками на осциллограф.

Взаимное расположение отдельных частей установки показано на рисунке 12. Если источником питания является переменный ток, то приборы соединяются в последовательности, показанной на рисунке: к мостику Уитстона 1 подключается усилитель переменного тока 2, к усилителю подключается выпрямитель 3, а к последнему присоединяется осциллограф 4. Усилитель совместно с выпрямителем образуют тензометрический усилитель.

Осциллографы разделяются на инерционные (шлейфовые) - для регистрации частот до 1000 Гц и безинерционные (катодные) - для частот выше 1000 Гц. Наиболее распространены шлейфовые осциллографы.

Шлейфовые осциллографы (светолучевые). Основными частями осциллографа являются измерительный шлейф и устройство для визуального наблюдения и фотозаписи осциллограмм.

Осциллографы могут быть одношлейфовыми и многошлейфовыми.

Шлейф (вибратор) осциллографа (рис. 13) состоит из магнита 1, выполненного в виде цилиндрической подковы, между полюсами которого расположена вертикальная проволочная петля 2, натягиваемая спиральной пружиной 3. На петле закреплено легкое зеркальце 4 размерами 1,0X1,0x0,05 мм. К концам петли присоединены провода от петлевого тензорезистора, наклеенного на исследуемый объект. Зеркальце находится в постоянном магнитном поле, создаваемом магнитом. При прохождении по петле тока, посылаемого тензорезистором, вокруг петли создаётся свое магнитное поле, вступающее во взаимодействие с полем магнита и вызывающее закручивание петли, и поворот зеркальца. Величина и направление угла поворота зеркальца зависят от силы и направления тока, проходящего через петлю. На зеркальце направляется луч лампочки, пропущенный через соответствующие линзы, и при повороте зеркальца этот луч отклоняется на угол, тем больший, чем более сильный ток проходит через датчик и петлю. Луч света, посылаемый зеркальцем, направляется на движущуюся фотопленку и записывает на ней осциллограмму.

Рассмотрим оптическую схему восьмишлейфового универсального осциллографа типа Н 700 (рис. 14). Лампочка 1 испускает пучок света, проходящий через конденсор 2 и диафрагму 3 в виде пластинки с восемью узкими вертикальными щелями, разбивающими общий световой параллельный поток света на восемь плоских пучков в виде световых пластинок.

В дальнейшем описании и на чертеже рассматривается трансформация лишь одного плоского пучка света, так как все остальные семь пучков трансформируются аналогично показанному на схеме.

Каждый плоский пучок света попадает на свое вертикальное поворотное зеркало 4. Эти зеркала установлены таким образом, что луч света, отразившись от зеркала 5, а затем от зеркала 8, попадает через линзу шлейфа 7 на его зеркало 6, укрепленное на проволочной петле; на два шлейфа, расположенных в середине, пучки света проходят, минуя зеркала 8. Луч света, отражаемый от зеркала 6, проходит снова через линзу 7 и, отра­жаясь от зеркала 8, попадает частично на зеркало 9 и частично на отрицательную сферическую линзу 16. Часть светового луча, попавшего на зеркало 9, отражается от него, а затем от зеркала 10 и, пройдя цилиндрическую линзу 11, фокусируется на фотоленту 12. Другая часть светового луча проходит через отрицательную сферическую линзу 16, цилиндрическую линзу 15, отражается от зеркальных граней вращающегося барабана 14 и попадает на матовый стеклянный экран 13.

Для получения масштаба времени на фотоленте, предусмотрен отметчик времени, представляющий собой микрофонный зуммер, подвижная часть которого совершает колебания определенной частоты, записываемые на той же ленте. Отметчик времени устанавливается взамен одного из шлейфов в первом гнезде, в котором для этого предусмотрены соответствующие контактные стержни. Отметчик времени регистрирует частоту 500 или 50 Гц с точностью до ± 1 %.

С помощью осциллографа можно записать:

- фибровые деформации;

- деформации при изгибе (прогибы);

- ускорения и другие характеристики.

На одной ленте можно производить одновременную запись нескольких осциллограмм, принимаемых с разных шлейфов. Скорость движения ленты можно регулировать от 1 до 5000 мм в секунду.

Тензометрический усилитель предназначен для усиления сигналов от тензорезисторов, включенных в мостовую схему (рис. 12). Частота измеряемого процесса в 5 - 7 раз ниже и находиться в пределах 0 - 7000 Гц.

Усилитель состоит из автономного или встро­енного блока питания, нескольких однотипных блоков, генератора несущей частоты, указателя выходного тока, тумблеров, ручек и шлицев включения, настройки, градуировки и балансировки моста. Выходы усилителя рассчитаны на подключение гальванометров (шлейфов) светолучевых осциллографов.

Принцип работы усилителей заключается в том, что рабочий тензорезистор, наклеенный на конструкцию, подключается к прибору и предварительно балансируется при ненагруженном состоянии конструкции. Стрелка гальванометра устанавливается на ноль. При нагружении конструкции вследствие деформации тензорезистор изменяет свое сопро­тивление, происходит разбаланс моста и появляется напряжение несущей частоты, которое усиливается и подается на фазочувствительный детектор с фоном несущей частоты. Полученный на выходе сигнал пропорционален измеряемой деформации. Этот сигнал подается на миллиамперметр и гальванометр осциллографа. В каждом блоке усилителя имеется переключатель для ступенчатого измерения коэффициента усиления. усилителю, кроме гальванометров светолучевых осциллографов, могут быть подключены электронные осциллографы и магнитографы.

Цели и задачи работы

Целью работы является знакомство с методикой определения основных параметров колебательного процесса (частоты вынужденных колебаний, собственная частота, явление резонанса).

Задачи осуществляемые работой:

1 Познакомиться с устройствами для динамических испытаний.

2 Познакомиться с приборами для определения динамических характеристик.

3 Изучить методику определения динамических напряжений в несущих строительных конструкциях.

4 Определить теоретическим расчётом собственную частоту балки и сравнить её с результатами, полученными из опыта.

5 Определить погрешность эксперимента.

6 Составить заключение по результатам испытания.