8.4. 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.