НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ВИБРОСТЕНД Российский патент 1994 года по МПК G01N7/00 

Изобретение относится к виброиспытательной технике, а именно к вертикальным вибростендам для испытаний сейсмометрической аппаратуры в диапазоне инфранизких частот от 0,01 до 20 Гц.

Известен автоколебательный вибростенд, который содержит подвижную систему, установленную в упругом подвесе, датчик скорости, подвижная часть которого закреплена на подвижной системе стенда, а статор - на корпусе. Выход датчика скорости через усилитель соединен с входом магнитоэлектрического или электромагнитного возбудителя колебаний. Возбуждение синусоидальных колебаний в таком стенде осуществляется за счет цепи положительной обратной связи, содержащей датчик скорости, усилитель и возбудитель колебаний. Недостатком вибростенда является нестабильность частоты и амплитуды воспроизводимых синусоидальных колебаний, которая обусловлена изменением сил трения в подвесе, изменением во времени коэффициента преобразования усилителя, переходными тепловыми процессами в обмотке возбудителей колебаний и другими причинами. Кроме того, в таком стенде затруднена перестройка частоты колебаний. По этой причине он может использоваться лишь для воспроизведения синусоидальных колебаний на фиксированных частотах.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является низкочастотный вибростенд, который содержит основание, установленное на фундаменте, платформу, подвижную систему для установки испытуемого изделия, две стойки, шарнирно связанные с платформой и основанием и образующие с ними параллелограммный механизм, упругий подвес платформы, механизм натяжения упругого подвеса, электродинамическую систему возбуждения колебаний платформы, состоящую из четырех или восьми вибровозбудителей, виброметр, установленный на платформе, усилитель, выход которого соединен с вибровозбудителями, а входы - с выходами виброметра и задающего генератора. Виброметр, усилитель и возбудители колебаний образуют контур отрицательной обратной связи по перемещению платформы. Это позволяет повысить качество воспроизводимых синусоидальных колебаний в диапазоне частот от 0,01 до 20 Гц.

Недостаток этого низкочастотного вибростенда заключается в том, что помимо синусоидальных колебаний подвижная система воспроизводит случайные сейсмические колебания, передаваемые с фундамента, на котором расположен вибростенд. При эксплуатации вибрационных стендов в зоне промышленных объектов погрешность от случайных сейсмических движений при амплитудах воспроизводимых колебаний, меньших 10 мкм, может достигать десятков процентов.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения вертикальных синусоидальных колебаний путем компенсации случайных сейсмических движений фундамента.

Эта цель достигается тем, что в низкочастотном вибростенде, содержащем подвижную систему, соединенную посредством подвеса с основанием, установленным на фундаменте, виброметр, возбудители колебаний, соединенные неподвижными частями с основанием, а подвижными - с подвижной системой, усилитель и задающий генератор, фундамент связан с грунтом посредством упругих элементов, на фундаменте установлен сейсмопреобразователь, так что его ось чувствительности направлена по оси воспроизводимых колебаний, дополнительно введены датчики силы, соединенные не подвижной частью с грунтом, а подвижной - с фундаментом, первый и второй фильтры, второй усилитель и сумматор, входы первого и второго фильтров соединены с выходом сейсмопреобразователя, вход второго усилителя соединен с выходом первого фильтра, а выход - с входами датчиков силы, первый, второй и третий входы сумматора соединены соответственно с выходами датчика перемещений, задающего генератора и второго фильтра, а выход - с входом первого усилителя.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого низкочастотного вибростенда.

Низкочастотный вибростенд содержит подвижную систему 1, основание с фундаментом 2, виброметр 3, первый усилитель 4, возбудитель колебаний 5, задающий генератор 6, измерительную систему 7, сумматор 8, сейсмопреобразователь 9, первый фильтр 10, второй усилитель 11, датчики силы 12, второй фильтр 13 и упругие элементы 14. Фундамент 2 связан с грунтом посредством упругих элементов 14. На фундаменте установлен сейсмопреобразователь 9 так, что его ось чувствительности направлена по оси воспроизводимых колебаний. Возбудители колебаний 5 соединены неподвижными частями с основанием 2, а подвижными - с подвижной системой 1. Датчики силы 12 соединены неподвижной частью с грунтом, а подвижной - с фундаментом 2. Входы первого 10 и второго 13 фильтров соединены с выходом сейсмопреобразователя 9. Вход второго усилителя 11 соединен с выходом первого фильтра 10, а выход - с входами датчиков силы 12. Первый, второй и третий входы сумматора 8 соединены соответственно с выходами виброметра 3, задающего генератора 6 и второго фильтра 13, а выход - с входом первого усилителя 4. Вход измерительной системы 7 соединен с выходом виброметра 3.

Низкочастотный вибростенд работает следующим образом.

Сигнал от задающего генератора 6 через сумматор 8, усилитель 4 и возбудители колебаний 5 сообщает подвижной системе 1 колебания, которые измеряются виброметром 3. Подвижная система 1, виброметр 3, сумматор 8, усилитель 4 и возбудители колебаний 5 образуют контур отрицательной обратной связи по перемещению подвижной системы 1. При перекосных движениях фундамента Y_п часть из них передается через пружины 14 на фундамент 2 (перемещения Y₁), а затем на подвижную систему 1 (перемещения Y₂). Для компенсации случайных движений подвижной системы в низкочастотный вибростенд введено два контура компенсации. Первый из них содержит сейсмопреобразователь 9, который измеряет движения фундамента 2 Y₂, первый фильтр 10, формирующий необходимую частотную характеристику, усилитель 11 и датчик силы 12. Этот контур осуществляет компенсацию случайных движений фундамента 2 за счет отрицательной обратной связи по перемещениям фундамента 2. Второй контур компенсации содержит сейсмопреобразователь 9, второй фильтр 13, сумматор 8, усилитель 4 и возбудители колебаний 5. Этот контур осуществляет дополнительную компенсацию случайных сейсмических движений подвижной системы 1.

Компенсация случайных сейсмических движений осуществляется следующим образом.

Сейсмические шумы поверхности Земли передаются через упругие элементы 14 на фундамент 2 с установленным на нем основанием и измеряются сейсмометром 9. Выходной сигнал сейсмометра 9 после фильтрации первым фильтром 10 и усиления вторым усилителем 11 подается на входы датчиков силы 12, которые перемещают фундамент 2 так, чтобы его движения были близкими к нулю. Для последующего уменьшения сейсмических колебаний, передаваемых на подвижную систему 1 от фундамента 2, введен второй контур компенсации, в котором сигнал о движениях фундамента 2 с выхода сейсмометра 9 через усилитель мощности 4 поступает на возбудитель колебаний 5, который воздействует на подвижную систему 1 так, что она движется в сторону, противоположную движению фундамента 2.

Подвижная система 1, виброметр 3, усилитель 4, возбудители колебаний 5 и основание с фундаментом 2 образуют единую конструкцию, в качестве которой может быть использована, например, установка ПСВУ, изготавливаемая ОКБ ИФЗ АН СССР. При этом виброметр 3 выполнен емкостным, усилители 4 и 11 выполнены на операционных усилителях и транзисторах и имеют полосу пропускания от нулевых частот до 100 Гц. Возбудители колебаний 5 могут быть электродинамическими. В качестве сейсмопреобразователя 9 могут быть использованы сейсмометр СМ-3 или сейсмостанция ССМ, изготавливаемые ОКБ ИФЗ АН СССР. Фильтры 10 и 13 представляют собой интегродифференцирующие цепи с передаточными функциями
W_ф(p) = где T_i, T_j - постоянные времени дифференцирующих и интегрирующих звеньев. Датчики силы 12 - электродинамического типа, упругие элементы 14 могут быть изготовлены в виде витых пружин сжатия. В качестве задающего генератора могут использоваться генераторы типа Г3-110, Г6-33 и т.п., а измерительной системой может служить цифровой вольтметр В7-43.

Экспериментальные исследования показали, что использование в низкочастотном вибростенде двуступенчатой системы компенсации случайных сейсмических шумов позволило уменьшить их уровень более, чем в 10 раз. Это позволяет воспроизводить с помощью предложенного вибростенда синусоидальные колебания в диапазоне частот от 0,01 до 20 Гц при уровне сейсмических шумов не более 1 мкм.

Использование: для испытаний сейсмометрической аппаратуры в диапазоне инфранизких частот от 0,01 до 20 Гц. Цель: повышение точности воспроизведения колебаний. Сущность изобретения: низкочастотный вибростенд содержит подвижную систему, соединенную посредством подвеса с основанием, установленным на фундаменте, виброметр, возбудители колебаний, соединенные неподвижными частями с основанием, а подвижными - с подвижной системой, усилитель и задающий генератор, фундамент связи с грунтом посредством упругих элементов, на фундаменте установлен сейсмопреобразователь так, что его ось чувствительности направлена по оси воспроизводимых колебаний, введены датчики силы, соединенные неподвижной частью с грунтом, а подвижной - с фундаментом, первый и второй фильтры, второй усилитель и сумматор, входы первого и второго фильтров соединены с выходом сейсмопреобразователя, вход второго усилителя соединен с выходом первого фильтра, а выход - с входами датчиков силы, первый второй и третий входы сумматора соединены соответственно с выходами виброметра, задающего генератора и второго фильтра, а выход - с входом первого усилителя . 1 ил.

НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ВИБРОСТЕНД, содержащий подвижную систему, соединенную посредством подвеса с основанием, установленным на фундаменте, виброметр, возбудители колебаний, соединенные неподвижными частями с основанием, а подвижными - с подвижной системой, усилитель и задающий генератор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения колебаний, фундамент связан с грунтом посредством упругих элементов, в вибростенд дополнительно введены сейсмопреобразователь, датчики силы, соединенные неподвижной частью с грунтом, а подвижной - с фундаментом, первый и второй фильтры, второй усилитель и сумматор, входы первого и второго фильтров соединены с выходом сейсмопреобразователя, вход второго усилителя соединен с выходом первого фильтра, а выход - с входами датчиков силы, первый - третий входы сумматора соединены соответственно с выходами виброметра, задающего генератора и второго фильтра, а выход - с входом первого усилителя, а сейсмопреобразователь установлен на фундаменте так, что его ось чувствительности направлена по оси воспроизведения колебаний.