Физические приборы - Бурсиан Э.В.
Скачать (прямая ссылка):
31 -4?
-^Se1 прибора, а сила измеряется по деформации у пружины. Деформации — это малые перемещения. Методы их измерения даны в § 5.
На рисунке 30 показаны некоторые акселерометры.
В системе прибора условие равновесия
груза выражается формулой —тх + ky = 0, где k — жесткость пружины. Таким образом,
е
Рис. 30. Акселерометры: а — для измерения вертикальной компоненты ускорения; б — для измерения горизонтальной; в — с резистор ным датчиком перемещения; г — с тензометрическим датчиком.
у сг> X, т. е. шкала акселерометра линеина. Для гашения колебаний акселерометры снабжаются демпфером (рис. 30, а, б). Акселерометры с электрическим выходом (рис. 30, в, г) применяются для дистанционных измерений и для автоматической обработки информации. Их обычно изготавливают трехосными, чтобы знать все три составляющие ускорения. В отличие от спидометра акселерометр не обязательно связан с системой отсчета, относительно которой происходит движение.
Градуировка акселерометров на ускорения от g до —g производится постепенным наклоном в поле силы тяжести (в соответствии с принципом эквивалентности общей теории относительности нахождение в поле силы тяжести эквивалентно движению с ускорением g). Акселерометры на большие ускорения градуируют (чаще всего в единицах g) с помощью баллистического маятника в виде подвижной наковальни, на которой этот акселерометр укреплен. По наковальне ударяют специальным молотом или стреляют в нее из орудия. Так получают ускорения до IO6 g.
S 8. ИНТЕГРИРОВАНИЕ ПОКАЗАНИЙ СПИДОМЕТРА И АКСЕЛЕРОМЕТРА
Интегрирующее (суммирующее) устройство преобразует показания спидометра в значение пройденного пути: Jvdt = Jxdt = х -f const. Это используется сравнительно редко. Интегрирование же
по времени показаний акселерометра с получением скорости: Jxdt = = V -f- const — и двойное интегрирование с получением пройденного пути: JJx dt dt = х -f const — бывает необходимо, когда после начала движения всякая связь с системой отсчета прервалась (так называемая «инерциальная навигация», опирающаяся только на показания трехосного акселерометра). Постоянные интегрирования находятся из начальных условий.
В принципе для однократного интегрирования достаточно убрать
из акселерометра пружину, но оставить демпфер. Тогда —тх = —fy HV = X- —у -j- const, т. е. показания прибора у линейно связаны
т
32 -Для двукратного интегрирования надо убрать и пружину и демпфер. у = X (прибор смещается, а груз по инерции остается на месте).
при этом пределы измерений хкх — малы. Интегрирование показа-акселерометра производят электронные устройства, и результа-обрабатываются ЭВМ.
Виброметр, виброграф и сейсмограф—приборы для измерения аписи сравнительно низкочастотных (от 0,1 до нескольких десят-Гц) механических колебаний. Виброметр сходен по устройству с аерометром (рис. 30, а), но без демпфера, и груз большой массы ешивается на слабой пружине. Это почти соответствует случаю йного интегрирования, когда показания прибора у почти равны смещению X. Таким образом, по смещению указателя относительно зра можно судить о колебаниях предметов, на которые виброметр ится. В вибрографе, в отличие от виброметра, вместо указателя :я перо, которое записывает смещения на движущейся бумаге функцию времени. Сейсмограф — прибор для записи колебаний ной коры при землетрясениях. Все эти приборы регистрируют ным образом амплитуду колебаний, но с их помощью можно оце-ать и частоту.
§ 9. АКУСТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Высокочастотные механические колебания твердых тел, жидкостей газовой среды называются звуком (20 Гц О < 20 кГц) и ультра-ком (v 20 кГц), а соответствующие приборы — акустическими. Источником звука может быть любое колеблющееся тело. Источ-ками монохроматического звука (преимущественно одной частоты) яются музыкальные инструменты (струнные и духовые, кроме ловых и ударных), а также меры частоты — камертоны. Струна — натянутая с определенной силой F проволока с линей-плотностью р (масса единицы длины р = т/1). Скорость попереч-
й волны в такой струне v
¦Vh
. На струне длиной L может уста-
виться только целое число полуволн: L = nil2 (рис. 31, а). Струна Жет колебаться с частотой
(12)
Y
31. Источники звука: а — струна; б — камертон; в — органная труба; г — сирена; д — громкоговоритель; в — телефон.
Заказ 771
33 где п = 1, 2, 3. При п = 1 частота наименьшая и соответствует основному тону, в свободном состоянии струна дает максимальную громкость звука на этой частоте: значения п = 2, 3, ... соответствуют кратным частотам — обертонам. Частота, таким образом, определяется длиной струны, ее массой и силой натяжения. Подстраивают частоту струны, меняя ее натяжение. Басовые (низкочастотные) струны делают длинными и специально утяжеляют, наматывая на стальную центральную жилу медную проволоку. Струны высокого тона — тонкие, короткие и сильно натянуты. Тембр звучания струны (количество и громкость обертонов) зависит от способа возбуждения колебаний.
Камертон — мера частоты, служащая для настройки музыкальных инструментов. Это металлический стержень tZ-образной формы, укрепленный на ножке (рис. 31, б). На свободных концах стержня уста-наЪливается пучность поперечной волны, в месте закрепления — узел. Таким образом, длина камертона соответствует Х/4.
