DD253292A1

DD253292A1 - MEASURING DEVICE FOR IMPACT IMPULSE PARAMETERS

Info

Publication number: DD253292A1
Application number: DD29527686A
Authority: DD
Inventors: Carsten Schwer; Joachim Leuschner; Helmar Koch; Herbert Eisenblaetter
Original assignee: Berlin Ing Hochschule
Priority date: 1986-10-15
Filing date: 1986-10-15
Publication date: 1988-01-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Bestimmung des Stoss- und Deformationsverhaltens viskoelastisch-plastischer Koerper. Ziel der Erfindung ist eine schnelle, zuverlaessige Messung der dynamischen Deformationsparameter. Ausgehend vom Ziel liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die mittels eines geeigneten Stossimpulswandlers die dynamischen Deformationsparameter viskoelastisch-plastischer Koerper beim Aufprall auf eine starre Unterlage in elektrische, messbare Impulse umwandelt. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass zur Stossimpulswandlung ein Elektretwandler in Form einer Kondensatoranordnung mit veraenderlichen Elektrodenabstand verwendet wird, dass die beim Stoss auftretenden Deformationsparameter als dynamischen Groessen in elektrische Impulse umgewandelt und von einer Auswerteeinheit elektronisch registriert werden.The invention relates to a measuring device for determining the shock and deformation behavior viscoelastic plastic body. The aim of the invention is a fast, reliable measurement of the dynamic deformation parameters. Based on the object of the invention, the object of the invention to provide a device that converts the dynamic deformation parameters visco-elastic-plastic body on impact with a rigid pad into electrical, measurable pulses by means of a suitable shock pulse. According to the invention, the object is achieved by using an electret transducer in the form of a capacitor arrangement with variable electrode spacing for the impulse pulse conversion, that the deformation parameters occurring at impact are converted into electrical impulses as dynamic quantities and electronically registered by an evaluation unit.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur dynamischen Messung des Stoßverhaltens viskoelastisch-plastischer Körper. Insbesondere können die beim Stoß von viskoelastisch-plastischen Körpern gegen eine starre Unterlage auftretenden Deformationsparameter dieser Körper ermittelt werden. Damit lassen sich u.a. Untersuchungen des Deformationsverhaltens von Obst in Abhängigkeit von der Fallhöhe zum Zwecke der Verringerung von Transport- und Lagerungsverlusten durchführen. Des weiteren ist eine Anwendung als Druckwandler für Wechseldrücke sowie als Frequenzmesser für nieder-und mittelfrequente Schwingungen möglich.The invention relates to a device for dynamically measuring the impact behavior of viscoelastic-plastic bodies. In particular, the deformation parameters of these bodies occurring in the collision of viscoelastic-plastic bodies against a rigid base can be determined. This can u.a. Carry out studies of the deformation behavior of fruit as a function of the height of fall for the purpose of reducing transport and storage losses. Furthermore, an application as a pressure transducer for alternating pressures and as a frequency meter for low and medium frequency vibrations is possible.

Characteristic of the known technical solutions

Die Messung von Stoßimpulsen wird außer bei der Entwicklung und Konstruktion von Maschinen und Geräten auch in zunehmendem Maße zur Bestimmung dynamischer Kenngrößen von Werkstoffen und Erntegütern der Landwirtschaft verwendet. Stoßimpulswandler arbeiten nach verschiedenen physikalischen Wirkprinzipien, weit verbreitet sind piezoelektrische Meßvorrichtungen.In addition to the development and design of machinery and equipment, shock pulse measurement is also increasingly used to determine dynamic characteristics of agricultural materials and crops. Shock pulse transducers work according to various physical principles of action, piezoelectric measuring devices are widely used.

In der DD-PS 225226 wird im Rahmen eines Verfahrens zur Bestimmung der Masseverluste gelagerter Äpfel ein Gerät beschrieben, bei welchem ein auf einem Scherenhubtisch liegender Prüfkörper mit definierter Geschwindigkeit gegen einen Stempel gedrückt wird. Mittels einer am Stempel befestigten Kraftmeßdose wird das Eindringverhalten in den Prüfling in elektrische Signale umgewandelt und als Kraft-Weg-Kennlinie aufgezeichnet.In DD-PS 225226 a device is described in the context of a method for determining the mass loss of stored apples, in which a lying on a scissor lift test specimen is pressed at a defined speed against a stamp. By means of a load cell attached to the stamp, the penetration behavior is converted into the test specimen in electrical signals and recorded as a force-displacement curve.

Die DE-OS 2638261 beschreibt ein rein mechanisches Prüfverfahren, bei dem ein federbelasteter Eindringkörper auf den Prüfkörper wirkt und die Eindringtiefe als Maß für die Festigkeit ermittelt wird.DE-OS 2638261 describes a purely mechanical test method in which a spring-loaded indenter acts on the test specimen and the penetration depth is determined as a measure of the strength.

Der gemeinsame Nachteil dieser beiden Lösungen besteht im wesentlichsten darin, daß sie nur statische und quasistatische Kenngrößen liefern, die sich nicht für dynamische Stoßvorgänge verallgemeinern lassen.The common disadvantage of these two solutions is essentially that they provide only static and quasi-static characteristics that can not be generalized for dynamic shock processes.

In der DD-PS 130 964 wird ein elektrodynamischer Stoßtisch beschrieben, der Hertzsche Stöße gegen einen Prüfkörper ausführt.In DD-PS 130 964 an electrodynamic impact table is described which performs Hertz collisions against a specimen.

Der Prüfkörper ist mit piezoelektrischen Aufnehmern verbunden, die die Stoßimpulse in elektrische Signale umformen.The specimen is connected to piezoelectric transducers, which transform the shock pulses into electrical signals.

Ein analoges Prinzip liegt dem mechanischen Stoßprüfgerät zugrunde, das mit der DD-PS 92140 vorgeschlagen wird. Hier fällt ein federbelasteter Stoßkörper auf dem Prüfkörper, der mit einem Piezogeber gekoppelt ist.An analogous principle is the mechanical shock tester proposed with the DD-PS 92140. Here falls a spring-loaded impactor on the specimen, which is coupled with a piezoelectric encoder.

Die wesentlichen gemeinsamen Nachteile dieser Lösungen bestehen darin, daß die Verwendung von Piezogebern einen komplizierten Meßaufbau mit vielen Störgrößen bedingt, daß keine mehraxialen und Stoßzeitparallelen Messungen möglich sind und daß auf Grund elastoplastischer Eigenschaften der Prüfkörper das erhaltene Meßergebnis nicht den tatsächlichen dynamischen Größen beim Stoß entspricht.The main common disadvantages of these solutions is that the use of piezoelectric encoders causes a complicated measurement setup with many disturbances, that no multi-axial and peak time parallel measurements are possible and that due to elastoplastic properties of the test specimen, the measurement result obtained does not correspond to the actual dynamic variables at impact.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist eine Meßeinrichtung die eine Bestimmung des dynamischen Stoß- und Deformationsverhaltens, insbesondere der Deformationsfläche und der Deformationszeitdauer von viskoelastisch-plastischen Körpern gestattet. Die Einrichtung soll zur schnellen, genauen und sicheren Ermittlung der dynamischen Deformationsparameter von Obst u.a. Prüfkörpern in Abhängigkeit von der Aufprallhöhe geeignet sein.The aim of the invention is a measuring device which allows a determination of the dynamic shock and deformation behavior, in particular the deformation surface and the deformation time period of viscoelastic-plastic bodies. The device is designed to quickly, accurately and safely determine the dynamic deformation parameters of fruit and others. Be suitable for test specimens depending on the impact height.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung zu schaffen, die mittels eines geeigneten Stoßimpulswandlers die Deformationsparameter von viskoelastisch-plastischen Körpern beim Aufprall auf eine starre Unterlage mißt und das Meßergebnis anzeigt.The invention has for its object to provide a measuring device which measures the deformation parameters of visco-elastic-plastic bodies on impact on a rigid surface by means of a suitable shock pulse transducer and displays the measurement result.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Stoßimpulswandlung ein Elektretwandler, bestehend aus einer starren, unbeweglichen Elektrode, einer darauf befindlichen geladenen Elektretfolie und einer zweiten, beweglichen Elektrode, vorgesehen ist, daß beim Stoß von viskoelastisch-plastischen Körpern gegen den Wandler die zweite Elektrode eine Bewegung im elektrischen Feld des Elektreten ausführt und dadurch die Stoßimpulspärameter in elektrische Impulse umgewandelt werden.According to the invention the object is achieved in that for shock pulse conversion, an electret transducer, consisting of a rigid, immovable electrode, a charged electret foil thereon and a second, movable electrode, is provided that upon impact of visco-elastic-plastic bodies against the transducer, the second electrode performs a movement in the electric field of the electret and thereby the Stoßimpulspärameter be converted into electrical impulses.

Vorteilhafter weise sollte die starre Elektrode elektrisch leitfähig sein und die bewegliche Elektrode aus einer metallisierten hochelastischen Polymerfolie bestehen, die parallel zur starren Elektrode in geringen Abstand befestigt ist.Advantageously, the rigid electrode should be electrically conductive and the movable electrode made of a metallized highly elastic polymer film, which is fixed parallel to the rigid electrode at a small distance.

Die wesentlichen Vorteile dieser Lösung bestehen darin, daß das Stoß- und Deformationsverhalten viskoelastisch-plastischer Körper dynamisch ermittelt und mit hoher Genauigkeit elektronisch gemessen werden kann. Die Einrichtung ist weiterhin auch als Druckwandler sowie zur Messung nieder- und mittelfrequenter Schwingungen verwendbar.The main advantages of this solution are that the shock and deformation behavior viscoelastic plastic body can be dynamically determined and measured electronically with high accuracy. The device can also be used as a pressure transducer and for measuring low and medium frequency vibrations.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:

Fig. 1: die Meßeinrichtung in einer QuerschnittsdarstellungFig. 1: the measuring device in a cross-sectional view

Fig.2: ein Spannungs-Zeit-Diagramm, das die Funktionsweise der Meßeinrichtung erläutert.2 shows a voltage-time diagram that explains the operation of the measuring device.

In Fig. 1 ist auf einer elektrisch leitfähigen, starren Grundplatte 1 eine geladenen Elektretfolie 2 aufgebracht. In einem Abstand a, vorzugsweise 0,3 bis 1 mm, von der Oberfläche der Elektretfolie 2 ist eine hochelastische Polymerfolie 3 befestigt, die auf ihrer der Elektretfolie 2 abgewandten Seite einen metallischen Film 4 aufweist. Durch einen Abstandsring 5, der aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, wird die Polymerfolie 3 im Abstand a von der Elektretfolie 2 fixiert. Die Polymerfolie 3 mit dem Metallfilm 4 ist zwischen dem Abstandsring 5 und einem gleitenden Ring 6, der aus elektrisch leitfähigem Material besteht, festgeklemmt.In FIG. 1, a charged electret film 2 is applied to an electrically conductive, rigid base plate 1. At a distance a, preferably 0.3 to 1 mm, from the surface of the electret foil 2, a highly elastic polymer film 3 is fixed, which has a metallic film 4 on its side facing away from the electret foil 2. By a spacer ring 5, which consists of an electrically insulating material, the polymer film 3 is fixed at a distance a from the electret 2. The polymer film 3 with the metal film 4 is clamped between the spacer ring 5 and a sliding ring 6 made of electrically conductive material.

Der Ring 6 verleiht der Folie 3 eine definierte mechanische Vorspannung.The ring 6 gives the film 3 a defined mechanical bias.

In einer anderen Ausführungsart kann die Folie 3 mit dem Film 4 auch direkt auf dem Abstandsring 5 aufgeklebt sein.In another embodiment, the film 3 may be glued to the film 4 also directly on the spacer ring 5.

Die Grundplatte 1, die geladene Lektretfolie 2 und die Polymerfolie 3 mit dem metallischen Film 4 bilden einen Elektretwandler, der bei Änderung des Abstandes a durch Bewegung der Folie 3 elektrische Signale erzeugt, die über den Ring 6 und die Signalwege 7 der Auswerteeinheit 8 zugeführt werden. Stößt ein viskoelastisch-plastischer Prüfkörper 9 z. B. durch freien Fall auf die Meßeinrichtung auf, so wird die Folie 3 mit dem Film 4 in Richtung der Grundplatte 1 ausgelenkt. Infolge der Deformation des Prüfkörpers 9 beim Kontakt mit der starren Grundplatte 1 nähert sich ein Teil der Fläche der Folie 3, der der Deformationsfläche am Prüfkörper 9 entspricht, der Elektretfolie 2 und erzeugt damit einen elektrischen Impuls, der von der Auswerteeinheit 8 registriert wird.The base plate 1, the charged Lektretfolie 2 and the polymer film 3 with the metallic film 4 form an electret converter, which generates change in the distance a by moving the film 3 electrical signals which are fed via the ring 6 and the signal paths 7 of the evaluation unit 8 , If a viscoelastic-plastic test specimen 9 z. B. by free fall on the measuring device, the film 3 is deflected with the film 4 in the direction of the base plate 1. As a result of the deformation of the specimen 9 in contact with the rigid base plate 1, a portion of the surface of the film 3, which corresponds to the deformation surface on the specimen 9 approaches the electret 2 and thus generates an electrical pulse, which is registered by the evaluation unit 8.

Fig. 2 zeigt ein Spannungs-Zeit-Diagramm, wie es beim Stoß eines viskoelastisch-plastischen Körpers 9 gegen die Meßeinrichtung aufgenommen wird. Der positive Impulsverlauf entspricht dabei dem Stoßverhalten bis zum Erreichen der maximalen Deformation des Prüfkörpers 9. Die schraffierte Fläche unter der Spannungs-Zeit-Kurve korreliert mit der am Prüfkörper 9 maximal auftretenden Deformationsfläche. Infolge seiner Viskoelastizität führt der Prüfkörper 9 nach Erreichen der maximalen Deformation gemeinsam mit der Folie 3 eine Rückbewegung aus, die als negativer Impuls registriert wird. Die Impulsdauer to entspricht somit der Deformationszeit des Prüfkörpers 9, d.h. der Zeitdauer des Kontaktes mit der Meßeinrichtung. Die für eine Eichung der Meßeinrichtung erforderlichen Korrelationsparameter lassen sich mit Hilfe von Prüfkörpern, deren Deformationswerte bekannt sind, ermitteln.Fig. 2 shows a voltage-time diagram, as it is taken at the collision of a visco-elastic-plastic body 9 against the measuring device. The positive pulse curve corresponds to the impact behavior until the maximum deformation of the test piece 9 is reached. The hatched area under the stress-time curve correlates with the maximum deformation surface occurring on the test piece 9. As a result of its viscoelasticity, the test piece 9, after reaching the maximum deformation, performs a return movement together with the film 3, which is registered as a negative pulse. The pulse duration to thus corresponds to the deformation time of the test piece 9, i. the duration of the contact with the measuring device. The correlation parameters required for a calibration of the measuring device can be determined with the aid of test specimens whose deformation values are known.

Claims

1. Measuring device for shock pulse parameters for determining the shock and deformation behavior visco-elastic-plastic body, characterized in that the shock pulse conversion, an electret transducer in the form of a capacitor arrangement (1; 2; 3; 4; 5; 6) with variable electrode spacing (a) is used in that the deformation parameters are converted into electrical impulses as dynamic quantities and electronically registered by signal paths (7) from an evaluation unit (8).

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that an electret film (2) made of a high polymer material is used as the active element of the shock pulse converter.

3. Measuring device according to claim 1 and 2, characterized in that the movable electrode of the shock pulse transformer consists of a highly elastic polymer film (3) having on one of its surfaces an electrically conductive film (4).

4. Measuring device according to claim 1 to 3, characterized in that the movable electrode (3; 4) has a defined mechanical bias.