Л Е К Ц І Я 4

Вимірювання параметрів руху твердих тіл

4.1 Загальні відомості

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.