ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВО

ИЗУЧЕНИЕ ВИБРАЦИЙ

Очти любое движение сопровождается вибрациями. Вибрируют движущиеся части и основания станков, крылья самолётов, вращающиеся роторы электрических моторов, паровых турбин и гидрогенераторов, дрожат мосты, когда по ним проходят поезда, и т. д.

Вибрации возникают в результате воздействия сил, периодически изменяющих своё направление. Такие на­грузки, называемые знакопеременными, пред­ставляют большую опасность для любого механизма или сооружения. Известны случаи, когда в результате знако­переменных нагрузок разрушались различные оси, валы, лопатки турбин, мосты и здания.

При определённых условиях размах колебаний во время выбрации резко возрастает. Так, не особенно силь­ная вибрация грунта, вызываемая, например, работой бензинового движка, способна иногда раскачать много­этажное здание; строевой шаг взвода солдат — разрушить мост и т. д.

Частота вибраций (она показывает, сколько раз в еди­ницу времени меняется нагрузка) может изменяться в широких пределах — от десятой доли до сотен и даже тысяч колебаний в секунду.

Положим, что с вибрирующим телом жёстко связана камера акселерографа. Тогда на его груз будет воздейст­вовать сила, пропорциональная ускорению вибрирующего тела. Однако это ускорение периодически меняется по величине и характеру (ускорение — замедление) в соответ­ствии с изменением нагрузки. Поэтому и сила, воздейст­вующая на груз, носит знакопеременный характер. Сле­довательно, в цепи пьезоэлектрической пластинки возбуж­дается переменный электрический ток. В этом случае стрелка электрического прибора, измеряющего величину зарядов, будет колебаться с частотой вибрации, и мы не сможем уловить её показаний.

Однако эти неуловимые колебания стрелки можно за­рисовать на бумаге. Для этой цели используются особые приборы — самописцы.

На рис. 27 показано, как работает простейшее само­пишущее устройство. На барабан, вращающийся со строго постоянной скоростью, наматывается бумажная лента. Поперёк этой ленты скользит стрелка электрометра осо­бой конструкции. На конце стрелки укреплено пишущее перо, которое оставляет на ленте свой след. Если бы лента была неподвижна, то при выбрациях перо двигалось бы вверх — вниз по одному и тому же месту. Но поскольку лента в свою очередь перемещается, перо чертит на ней извилистую линию — кривую вибраций.

НМІЯІ

6)

0

Рис. 28. а) Кривая колебаний крыла самолёта после удара,

Б) кривая вибраций фундамента паровой турбины,

В) колебания неотрегулированного электромотора.

Эта зарисованная на бумаге картина вибраций может быть легко расшифрована. Высота пиков на кривой по­казывает величину размаха колебаний вибрирующего тела. Зная скорость вращения барабана и число пиков на отрезке ленты, легко найти и частоту вибрации.

Однако при высокой частоте выбраций самопишущие устройства оказываются непригодными. Вследствие того, что детали самописца обладают инерцией, пишущее перо
не успевает следовать за быстрыми движениями вибри­рующего тела.

В этом случае пьезоэлектрический акселерограф сое­диняется с осциллографом. На экране осциллографа непо­средственно наблюдается светящаяся кривая вибраций — осциллограмма, которую легко зафиксировать с помощью фотоаппарата. Примеры осциллограмм даны на рис. 28.