ВИБРАЦИЯ ПОМОГАЕТ ИЗМЕРЯТЬ
Масштабы применения и разнообразие способов использования вибрации для получения различной информации чрезвычайно велпко. Многие из вибрационных приборов столь интересны в принципиальном отношении и играют столь важную роль в современной технике, что
заслуживают написания отдельных книг (и такие книги действительно написаны). Достаточно упомянуть ультразвуковые приборы различного назначения и принципа действия, широко применяемые для изучения свойств и строения вещества на макро- и микроуровнях; гидролокаторы и эхолоты; звуковизоры, являющиеся мощным средством дефектоскопии н медицинской диагностики, и, наконец, кварцевые резонаторы с исключительно стабильпой частотой колебаний, позволяющие получать очень высокие точности в приборах времени.
Здесь мы остановимся лишь на трех вибрационных приборах —вибрационном гироскопе (гиротроне), так называемом волновом твердотельном гироскопе и на приборе для измерения плотности пылинок, содержащихся в воздухе. Эти приборы схематически изображены на рис. 17.1.
|
|
|
Рис. 17.1. Схемы некоторых вибрационных приборов: я) вибрационный гироскоп (гиротрон); б) волновой твердотельный гироскоп; в) вибрационный прибор для измерения плотности пылинок, содержащихся в воздухе |
|
о |
|
/Jsinwt |
|
Ш7/. |
|
Вибрационный гироскоп (рис. 17.1, а) в простейшем варианте представляет собой камертон с двумя одинаковыми массами 1, укрепленными на его ножках 2. Ручка камертона 3 выполнена в виде торсионного стержня. Ножкам камертона сообщаются противофазные гармонические вибрации некоторой частоты оз от электромагнитного возбудителя колебаний (на рисунке не показанного). Пусть основание камертона 4 вращается относительно инерци - ального пространства вокруг оси ручки с некоторой постоянной или медленно меняющейся угловой скоростью Q. Тогда нетрудно видеть, что вследствие действия па массы сил инерции Кориолиса на ручку камертона будет действовать гармонически изменяющийся с частотой (О крутящий момент, амплитуда которого пропорциональна угловой скорости Q. Этот момент, в свою очередь, будет |
а 6 в
вызывать крутильные колебания ручкп, которые можно усилить, подбирая ее жесткость из условия резонанса на частоте о. Измеряя амплитуду этих колебаний, можно измерить и угловую скорость £2. Отсутствие вращающихся частей и высокая надежность являются серьезными достоинствами вибрационного гироскопа.
На рис. 17.1, б изображена схема волнового твердотельного гироскопа. Его основпым элемептом является упругое кольцо или оболочка вращения, в которых возбуждаются вынужденные изгибные колебапия в виде стоячей волны, соответствующей одной из форм свободных колебаний. Как показывает исследование, стоячая волна обнаруживает удивительные инерционные свойства: при вращении кольца или оболочки с угловой скоростью £2 = £2 (і) относительно иперциального пространства стоячая волна будет как твердое целое отставать от этого вращения (пе оставаясь, однако, неподвижной относительно иперциальпого пространства). Измеряя это от- ставапие, можно получить информацию о законе изменения угловой скорости Q(i).
На рис. 17.1, в изображена схема прибора для измерения плотности содержащихся в воздухе пылипок. Некоторому объему воздуха с пылипками сообщаются прямолинейные гармонические колебания. При этом, как было установлено в п. 6.6, амплитуды относительных и абсолютных колебаний частпц будут отличаться от амплитуд колебаний среды, причем это отличие будет тем больше, чем больше плотность частиц отличается от плотности среды. Поэтому, измеряя амплитуды колебаний частиц, например с помощью оптических методов, можно определить плотпость частиц.
Краткая информация об ультразвуковых и некоторых вибра - цпонпых приборах приводится в справочниках [61, т. 4; 2161. С принципом действия и теорией вибрационных гироскопов можно подробнее познакомиться по книгам [52, 76, 166]. Изящпая теория волнового твердотельного гироскопа развита в книге [95]. С виброоптическим методом измерения плотности и других параметров твердых частиц, содержащихся в воздухе, можно ознакомиться по работе [119].
