Загальні відомості

ТВЕРДИХ ТІЛ

ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ РУХУ

Л Е К Ц І Я 4

Під параметрами руху твердого тіла розуміють лінійні та кутові переміщення центру мас і всі їх похідні в часі – швидкість, приско­рення, різкість тощо.

Загалом параметри руху – векторні величини, тому їх необхідно вимірювати, визначаючи модуль відповідного вектора та кута, що характеризує положення вектора у вибраній системі координат, або визначення складових вектора на осях вибраної системи відліку. Необхідно, однак, зауважити, що здебільшого є потреба вимірювання лише модуля відповідного параметра руху.

Між параметрами руху існує просторовий та часовий зв'язок. Під просторовим розуміють взаємний зв'язок лінійних та кутових параметрів руху, наприклад, a=ε/R, (тут ε - кутове прискорення, а – лінійне прискорення на відстані R від центру обертання досліджуваного об'єкта). Це дає змогу визначити параметри лінійного руху через геометричні розміри (R) та параметри кутового руху і навпаки.

Часовий взаємозв'язок параметрів руху – це інтегрально-диференціальний зв'язок між ними, внаслідок якого одні параметри руху можуть бути визначені через інші шляхом їх інтегруванням чи диференціюванням, наприклад, знаючи швидкість, можна визначити прискорення.

Вимірюючи параметри руху з врахуванням конкретної задачі вимірювання, необхідно вибрати систему відліку. Так, визначаючи пара­метри руху елементів корабля відносно самого корабля (наприклад, параметрів вібрацій корпуса двигуна), систему відліку треба зв'язати з кораблем.

Вирішуючи навігаційні задачі (керування рухом об'єкта за наміче­ним курсом), звичайно використовують інерціальну систему координат, зв'язану з Сонячною системою, чи інерціальну систему координат з початком відліку в центрі Землі.

Методи вимірювань параметрів руху можуть бути розділені на дві групи:

- абсолютні (інерціальні) методи, в основу яких покладений спра­ведливий для класичної механіки принцип інерції; параметри руху в цьому випадку вимірюються в інерціальному просторі, тобто в просторі, в якому справедливі закони Ньютона (просторі, що не обертається довкола так званих "нерухомих зірок");

- відносні методи, для яких параметри руху одної системи коорди­нат вимірюють відносно іншої системи координат.

Залежно від методу, покладеного в основу принципу дії вимірювального засобу, всі вимірювальні засоби можуть бути розділені на дві групи: інерціальні та контактні. В інерціальних засобах вимірювань відсутній безпосередній контакт між досліджуваним об'єктом та нерухомою системою відліку, а вхідною величиною первинних перетворювачів є сила інерції, що сприймається корпусом давача, з котрим зв'язана власна (рухома) система відліку. Інерціальні прилади для вимірювань параметрів лінійного руху прийнято називати сейсмічними, а кутового - гіроскопічними.

До контактних належать засоби, основані на безпосередньому контакті між рухомим об'єктом і системою, прийнятою за нерухому. Контакт не обов'язково повинен бути механічним, він може забезпечуватись оптичними, акустичними чи іншими способами.

Перш ніж перейти до конкретних методів та засобів вимірювань параметрів руху, нагадаємо назви засобів, призначених для вимірювань тих чи інших параметрів:

Велосиметр – прилад для вимірювань швидкості при

лінійному переміщенні досліджуваного об'єкта;

Тахометр – прилад для вимірювань кутової швидкості обертання вала;

Спідометр – прилад для вимірювань швидкості поступального руху та довжини пройденого шляху (переміщення);

Акселерометр – прилад для вимірювань прискорення;

Віброакселерометр – прилад для вимірювань параметрів вібрацій (амплітуди вібрацій та віброприскорень).

Діапазон вимірюваних швидкостей дуже широкий - від часток мікрометра за секунду (осідання шахтних покрівель) до космічних швидкостей (8...12)-10 м/с і від часток оберту за секунду до понад 5 000 об/с; прискорень - від 10^-5 до 20 000 м/с².