Устройство для измерения спектрального состава удельной выталкивающей силы спортивного напольного покрытия

Устройство для измерения спектрального состава удельной выталкивающей силы спортивного напольного покрытия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения выталкивающей силы напольных покрытий (НИ), уложенных на стадионах и спортивных площадках. Удельная выталкивающая сила НП, как и любая другая распределенная упругая система, может быть определена методом отскока, когда стальной стержень с разной удельной массой m₁; m₂; …m_k, находясь в свободном падении, с высоты h ударяется от НП с последующим отскоком от него с частотой, определяемой формулой:

, где

w_k - угловая частота стержня с удельной массой m_k (рад/сек)

g=9,8 м/с²

λ_k - рабочий ход НП (мм) при k^ой удельной массе стержня.

Измерение рабочего хода НП-λ_k вызывает большие трудности и, как правило. заканчивается большой погрешностью, влияющей на точность определения частоты отскока w_k стержня.

Задача настоящего изобретения - повышение точности измерения частоты отскока стержня с удельной массой m_k при его свободном падении на НП.

Поставленная задача решается тем, что на верхнем торце стержня устанавливается датчик ускорения, сигнал которого через коаксиальный кабель поступает на вход спектр-анализатора с установленными в нем полосовыми фильтрами с центральными частотами w₁; w₂, …, w_n, последовательная смена которых перед очередным падением стержня и последующим его отскоком от НП позволяет выявить полосовой фильтр с такой центральной частотой w_n, при которой ускорение стержня а_nk на частоте w_n с удельной массой m_k, измеряемое подключенным к выходу спектр-анализатора вольтметром, имеет максимальное значение (a_nk)_max, что свидетельствует о совпадении частот w_n и w_k, отображаемое тождеством

где w_k - частота отскока стержня от НП с удельной массой m_k;

w_n - частота полосового фильтра, установленного в спектр-анализаторе, по которому рассчитывается удельная выталкивающая сила напольного покрытия на частоте w_k:

F_wk - удельная выталкивающая сила НП на частоте w_k (кг/мм²) при k^ой удельной массе стержня;

m_k - k^ая удельная масса стержня (кг/мм²);

(a_nk)_max - максимальное ускорение стержня k^ой удельной массы при его отскоке от напольного покрытия на частоте полосового фильтра w_n.

На чертеже приведена одна из конструкций установки, реализующей предложенный способ измерения удельной выталкивающей силы НП 1 алюминиевой трубки 2 и стального стержня 3. Нижний торец стержня заканчивается конусообразной сменяемой насадкой 4, а верхний запрессован в пластину 5, на которую крепится дополнительный груз 6, а сбоку - датчик ускорения 7, который коаксиальным кабелем соединен с входом спектр-анализатора 8, в котором сменяемыми RC-цепочками 9 поочередно устанавливаются полосовые фильтры. В качестве индикатора ускорения к выходу спектр-анализатора подключен вольтметр 10.

Процесс измерения включает в себя установку в спектр-анализаторе одного из полосовых фильтров с центральной частотой w₁, что отражается в таблице №1 в первом столбце. После чего поднимается стержень с удельной массой m₁ на фиксированную высоту. Затем он отпускается и, находясь в свободном падении, пролетает эту высоту, ударяясь об НП, приобретая при отскоке ускорение a₁₁, измеряемое вольтметром, которое заносится в квадрат, находящийся на пересечении первой строки со вторым столбцом. После измерения ускорения отскока стержня с полосовым фильтром с центральной частотой w₁ в спектр-анализаторе устанавливается второй полосовой фильтр с центральной частотой w₂ и процесс соударения стержня с удельной массой m₁ повторяется. Результат измерения ускорения - a₂₁ заносится в квадрат таблицы №1, находящийся на пересечении второй строки со вторым столбцом. Далее второй полосовой фильтр меняется на третий, а результат измерения ускорения отскока а₃₁ заносится в третью строку и второй столбец таблицы №1. Если при трех замеренных ускорений среднее из них - a₂₁ оказалось максимальным, то это означает, что полосовой фильтр с центральной частотой w₂ совпал с частотой отскока стержня с удельной массой m₁ и последующие замеры с другими фильтрами для этого стержня уже не требуются. Нахождение частоты отскока стержня с удельными массой m₁ и последующие замеры с другими фильтрами для этого стержня уже не требуются. Нахождение частоты отскока стержня с удельными массами m₂; m₃…m_k происходит аналогично рассмотренному - для стержня с удельной массой m_1. Так, из таблицы №1 видно, что при условии а₂₂<а₃₂>а₄₂ частота отскока стержня с удельной массой m₂ будет равна w₃, а для третьего стержня - при выполнении условия а₃₃<а₄₃>а₅₃ - w₄, и т.д.

Расчет выталкивающей силы напольного покрытия на частоте отскока стержня ведется по формуле (3). В таблице №1 в левой ее части приведен этот расчет для трех частот отскока стержня - w₂, w₃, w₄.

Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики: учебн. пособие для вузов. М., издательский центр «Академия», 2010. - 580 с.

Устройство для измерения спектрального состава удельной выталкивающей силы спортивного напольного покрытия, состоящее из алюминиевой трубки со скользящим внутри нее металлическим стержнем, нижний конец которого заканчивается конусообразной сменяемой насадкой, а верхний запрессован в пластину, на которую крепится дополнительный груз, отличающийся тем, что на ту же пластину крепится еще и датчик ускорения, который с помощью коаксиального кабеля соединен со входом спектр-анализатора, в котором сменяемыми RC-цепочками поочередно устанавливается полосовые фильтры, а в качестве индикатора ускорения к выходу спектр-анализатора подключен вольтметр.