Автоматическое устройство для регистрации частотных характеристик Советский патент 1983 года по МПК G01H1/08 G01H13/00 

1

Изобретение относится к средствам автоматизашш исследования частотных характеристик и может быть использовано в самолетостроении, приборостроении и других отраслях промышленности

; при испытаниях на моногармоническую вибрацию, например, прецизионных механических систем с применением ЦВМ.

Известна автоматизированная система обработки реализаций вибрационных процессов, содержащая блоки воспроизведения, анализа и контроля, аналого-цифровой преобразователь, блок управления перфоратором и перфоратор

Система позволяет регистрировать частотную характеристику объекта исследования, однако при наличии активных помех, обусловленных работой объекта, она Б значительной степени искажается

.спектром вибрации самого объекта.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является автоматическое устройство для регистрации частотных характеристик, содержащее генератор возбуждения с преобразователем аналог-частота, подключенный к его вы ходу усилитель мощности, вибровозбудйтель,размещаемый на объекте контроля вибропреобразователь, синхронный фильтр, к управляющему входу которого выходом подключен умножитель, соединенный вхог дом с генератором возбуждения, и блок регистрации С2 .

Недостатком известного устройства является наличие значительной дополнительной погрещности при регистрации частотной характеристики вследствие искажения ее спектром собственных колебаний объекта, например, прецизионной роторной системы, работающей на номинальных оборотах.

Целью изобретения является повышв ние точности регистрации частотных ха рактеристик.-

Поставленная цель достигается тем, что автоматическое устройство для регистрашш частотных характеристик, содержащее генератор возбуждения с преобразователем аналог-частота, подключенный к его выходу усилитель мощности, вибровозбудитепь, размещаемый на объек те контроля вибропреобразователь, синхронный фильтр, к управляющему входу которого выходом подключен умножитель соединенный входом с генератором возбуждения, и блок регистрации, снабжено подключенным к выходу усилителя моцьности блоком управления, соединенными с его выходами интегратором и блоком коррекции, компаратором, включенным в цепь управления генератором возбуж- дения и подключенным к входу последнего блоком задания шага, выход которого соединен с блоком управления. При этом блок управления выполнен в виде последовательно соединенных генератора одиночного импульса, первого триггера, схемы ИЛИ, первой линии задержки, второго триггера, второй линии задержки, третьего триггера, третье и четвертой задержки и трех ключей, первый из которых включен меящу усилителем мощности и вибровозбудит&лем и подключен к выходу первого триггера, BTOpojR включен между вибропреобразователем и синхронным фильтром и подключен в выходу второго триггера, третий ключ включен между выходом синхронного фильтра и первым входом интегратора и подключен к выходу- треть го триггера, выход третьей линии задерж ки подключен к второму входу третьего триггера, а выход четвертой линии задержки соединен с входами первого и второго триггеров и вторым входом интегратора. Блок коррекции вьшолнен в виде двух схем И, первые входы которых подключены к выходу третьей линии .задержки, а вторые входы подключены соответстве но к прямому и инверсному выходам первого триггера, подключенных к выхо- : ду ингеграгора четвертого-и пятого ключе .вход четвертого ключа подключен it выхо ду первой схемы И, подключенных к выходу четвертого ключа последовательно соединенных первого аналогового блока памяти и элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом пятого ключа, второй вход которого соединен с выходом второй схемы Иja второ вход четвертого, ключа подключен к выходу первой схемы И. При этом блок регистрации выполнен в виде последовательно соединенных, подключенных к выходу второй схемы И блока коррекции пятой ли1ши задержки. шестого ключа, вторрй вход которого соединен с элементрм сравнения блока коррекции, второго аналогового блока памяти, цифрового вольтметра, второй вход которого соединен с выходом пятой пищш задержки, соединенного с цифровым вольтметром через схему управления перфоратора и соединенного с вторыми входами блока управления перфоратором цифрового частотомера, один вход которого соединен с выходом Ьенератора возбуждения, а второй - с инверсным выходом первого триггера. На чертеже представлена структурная схема устройства. Автоматическое устройство для регистрации частотных характеристик содержит последовательно соединенные генератор 1 возбуждения с преобразова- телем аналог-частота, усилитель 2 мощности,, первый ключ 3, вибровозбудитель 4, объект 5 контроля, вибропреобразова- тель 6, второй ключ 7, синхронный фильтр 8, третий ключ 9, интегратор 10, четвертый ключ 11, первый аналоговый блок 12 памяти, элемент 13 сравнения, щестой ключ 14, второй аналоговый блок 15 памяти, цифровой вольтметр 16, блок 17 управления перфоратором и перфоратор 18, а также последовательно соединенные генератор 19 одиночного импульса, первый триггер 20, схему ИЛИ 21, первую линию 22 задержки, второй триггер 23, вторую линию 24 задержки, третий триггер 25, третью линию 26 задержки и четвертую линию 27 задержки, выход которой связан с вторым и третьим триггерами 23 и 25 и интегратором 10, Кроме того, устройство содержит умножитель 28 с переменным коэффициентом умножения и цифровой частотомер 29, входы которых соединены с выходом генератора 1 возбуждения, а выходы - с фильтром 8 и блоком 17 управления перфоратором соответственно, первую 30 и вторую 31 схемы И, первые входы которых соединены с выходом третьей линии 26 задержки, а вторые - соответственно с прямым и инверсным выходами первого триггера 20, к инверсному выходу которого подключен цифровой частотомер 29, а к прямому выходу триггера 20 подключен блок 32 задания шага, соединенный выходом с входом генератора 1 возбуждения. На выходе интегратора 10 установлен пятый ключ 33, соединенный вторым входом с выходом второй .cxeMiii И 31, а выход ключа ссюдипсн с элема1том JL3 сравнения. Выход первой схемы И ЗО соединен с четвертым ключом 11, выход второй схемы И 31 соединен с шестым ключом 14 и пятой линией 34 задержки связанной с цифровым вольтметром 16, а в .управляющей цепи генератора 1 возбуждения установлен компаратор 35. Пр этом элементы 2, 7, 9, 19-27 функцио нально образуют блок 36 управления, элементы 11-13, ЗО, 31 и 33 функционально образуют блок 37 коррекции, элементы 14-18, 29 и 34 образуют блок 38 регистрации. Устройство работает следующим о разом. Включают вращение ротора объекта 5 контроля, затем возбуждают моногармонические колебания вибровозбудителя 4 и регистрируют показания вибропреобразователя 6 на отстоящих друг от друга на равных интервалах дискретных частотах. При этом различают два режима возбуждения - собственные и моногармонические и только собственные. В блоке 37 коррекции вычитается из сигнала отклика объекта 5, полученного на выходе интегратора, сформированного при подаче тестового моногармонического возбуждения, сигнала отклика объекта 5 без подачи внешнего возбуждения. В первом случае сигнал отклика представ ляет собой суперпозицию сигналов откли ка на внешнее тестовое возмущение и внутреннее возмущение, обусловленное вращением ротора объекта, 5, во второ случае сигнал отклика объекта только на внутреннее возмущение объекта 5. Частота генератора 1 возбуждения изменяется дискретно с равнь1М шагом (.|р, сиределяемым блоком 32 задани mai-a, который изменяет на определенную величину напряжения на входе преобразо вателя аналог-частота генератора 1. Диа пазон изменения частоты зацаегся компаратором 35, Для исключения погрешности, вызванной наличием спектра собственных колебаний объекта 5 контроля, для каждого дискретного значения частоты проводятся два измерения: с подачей на объект моногармонического возбуждак щего колебания и без него. Во втором измерении величина сигнала определяется колебаниями ротора объекта на номи нальной частоте его возбуждения. При каждом измерении с помощью синхронно го фильтра 8 выделенные сигналы поступают на интегратор 10, а разностный сигнал, полученный в элементе 13 сра&нения, определяет амплитуду точки скор ректированной частотной характеристтсй объекта. Число точек соответствует числу двойных измерений и определяется шагом дискретизашш и шшпазоном изменения частоты. При включении устройства триггеры 20, 23 и 25 устанавливаются в иоходное состояние - логический ноль на прямом их выходе. Перестройка частоты генератора 1 возбуждения на величину шаг происходит при переходе первого триггера 2О в состояние логической единицы на прямом выходе. Этот пер&ход произойдет при подаче первого импульса генератора 19 одиночного импульса, что соответствует нажатию кнопки Пуск при ручном запуске,при этом частота генератора 1 возбуждения станет равной f ниц нач начальная частота рабочего диапазона. То есть при приходе первого импульса генератора 19 первый триггер 20 перебрасывается, частота генератора 1 возбуждения изменяется на Д{ц/д г и на его выходе будет частота {..уц f замкнется первый ключ 3 и во збуждак щая сила с частотой будет приложена к объекту 5 контроля. Через временной интервал, соответствующий наибольщей постоянной времени объекта 5 и создаваемый линией 22 задержки, пэребрасывается второй триг. гер 2v3, замыкае;ся второй ключ и вйбропреобразователь подключается к входу синхронного фильтра 8. Через временной интервал, создаваемый второй линией 24 задержки и равный постоянной времени фильтра 8, перебрасывается третий триггер 25j замыкается третий ключ 9 и выход фильтра 8 подключается к входу интегратора 10, время усреднения которого задается третьей линией 26 задержки. Затем срабатывает первая схема И 30 блока 37 коррекции, замыкается четвертый ключ 11 и первый аналоговый блок 12 памяти подключается к. выходу интегратора. Одновременно начинается от- i счет выдержки времени, создаваемой четвертой линией 27 задержки и равной времени запоминания блока 12, по истечении которого обнуляется интегратор 10 , первый 2О и второй 23 триггеры возвращаются в исходное состояние, ключи 3, 7, 9 и 11 размыкаются. Закончено первое измерение на часгтоте f цо,ц с подачей на объект 5 возбуждающей силы, и начинается второй цикл работы без подачивозбу/кдакпиой силы. 71 при котором 8 по прежнему сянх ронизируется частотой fцдц « Второе измерение отличается от первого тем, что раэомкн т первый ключ 3, логическая единнна присутствует на инверсном выходе первого триггера 2 О, и по оконч НИИ выдержки времени, определяемой третьей линией 26 задержки, срабатывае вторая схема И 31 блока 37 коррекййн, замыкается пятый 33 и шестой 14 ключи и выход интегратора 1О подключает ся к второму входу элемента 13 сра&нения. Происходит вычитание из сигнала полученнс«го при наличии внешнего возбуждения объекта 5, сигнала, полученного без внешнего возбуждения, работак шего на номинальной частоте об ъекта 5. Эта разность, соответствующая ординате точки скорректированной частотной характеристики на частоте ко(Ч замкнутый шестой ключ 14 поступает на второй аналоговый блок 15 памяти, снужащяй буферным каскацом блока 38реп.стр). Он предназначен для сокращения времени работы с объектом 5 путем раз доения во времени этапов получения .информации и ее обработки. При большом числе выводимых точек характеристики исключение из времени работы с объектом 5 времени измерения цифрового вольтметра, времени работы блока 17 управления перфоратором и перфоратора 18 приводит к значительному сокращению общего времени эксперимента. окончании второго измерения на частоте (ц , по аналогии с nepsbnvi, ключи размыкаются, триггеры возвращаются в исходное состояние, интегратор обнуляется. Частота генератора 1 . возбуждения перестраивается на величину ,р, и начинается повторение первого и второго измерений для получения следующей точки скорректированной частотной характеристики. При этом через интервал времени, создаваемый пятой линией 34 задержки и равный времени запоминания блока 15, запускается цифровой вольтметр, 16, и на перфораторе 18 фиксируется измеренная ордината, соответствующая частоте ц ц Т.е. фиксация предьщущего результата идет уже после перестройки генератора возбуждения на следующую дискретную частоту... . Сканирование частоты возбуждения прекращается в момент превышения напряжением аналогового блока генератора 1 возбуждения заданного постоянна 498 го напряжения кокшаратора 35, которым определяется конечная частота рабочего диапазона. После окончания измерений на перфоленте будет нанесен массив цифр, соответствующий амплитудам скорректированной характеристики объекта 5.С целью экономии памяти ЦВМ на перфоленту не набиваются частоты, соответствующие значениям амплитуд в каждой точке характеристики, свш вычисляются по формуле f и«ч , где К - число шагов по частоте - определяется порядковым номером i -ой амплитуды, Путем включения в программу ЦВМ небольшой подпрограммы, реализующей указанное иычисленне,. массив вводимых данных уменьшается вдвое. Если учесть большое количество вводимых точек, экономия памяти значительна. Использование устройства дает во можность повысить точность регистрации частотной характеристики путем учета спектра собственной вибрации об екта контроля, Формуиа изобретения 1. Автоматическое устройство для регистрации частотных характеристик, содержащее генератор возбуждения с преобразователем анало -частота, подключенный к его выходу усилитель мои ности, вибровозбудитель, размещаемый на объекте ксжтроля вибропреобразователь, синхронный фильтр, к управляющему входу которого выходом подключен умножитель, соединеннь1й входом с генератором возб г ждения, и блок регистрации, о тличающееся тем, что, с целью повыщения точности регистрации, оно снабжено подключенным к выходу усилителя мощности блоксжл управления, со диненными с его выходами интегратором и блоком коррекции, компаратором, включенным в цепь управления генератором возбуждения и подключенным к входу пооледнего блоком задания шага, выход которого соединен с блоком управления. 2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что блок управления выполнен в виде последовательно соединенных генератора одиночного импульса, первого триггера, схемы ИЛИ, первой лшши задержки, второго триггера, второй линии задержки, третьего триггера, третьей к четвертой линий задержки и трех ключей, из KOTojHjjt включен между усилителем мощности и вибровозбудителом и подключен к выходу первого триггера, второй включеи между вибропреобразователем и синхронным фильтром и подключен к выходу второго триггера, третий ключ включен между выходом синхронного фильтра и первым входом интегратора и подключен к выходу третьего триггера, выход третьей линии задержки подключен к второму входу третьего триггера, а выход четвертой линии задержки соединен с входами первого и второго триггеров и вторым входом интегратора. 3, Устройство по пп, 1и2, отличающееся тем, что блок коррекции выполнен в виде двух схем И, первые входь которых подключены к выходу . третьей линии задержки, а вторые входы подключены соответственно к прямому и инверсному выходам первого триггера, подключенных к выходу интегратора чет..вертого и пятого ключей, вход четвертого ключа подключен к выходу первой схемы И подключенных к выходу четвертого ключа последовательно соединенных первого аналогового блока памяти и элемента сравни ния, второй вход которого соединен с выходом пятого ключа, второй вход которого соединен с выходом второй схемы И, а второй вход четвертого ключа подклк чен к выходу первой схемы И. 4. Устройство ПОШ1. 1-3, отличающееся тем, что блок регистра- . ПИИ выполнен в виде последовательно со&диненных, подключенных к выходу второй схемы И блока коррекции пятой линии задержки, шестого ключа, второй вход которого соединен с элементом сравнения блока коррекции, второго аналогового блока памяти, цифрового вольтметра, BTtvрой вход которого соединен с выходом пятой линии задержки, соединенного с иа. ровым вольтметром через схему управления перфоратора и соединенного с вторыми входами блока управления перфоратором ци4ч)ового частотомера, один вход которого сое.цинен с выходе генератора возбу)№дения, а второй - с инверсным выходом первого триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Письменов В. А., Семиврагова Т. Л. и Сундуков Е. В.Автоматизированная система обработки реализации вибрационных процессов. Сб. Виброметрия. М., МДНТП, 1979, с. 142-144. 2, Авторское свидетельство СССР № 600399, кл. G О1 Н 1/08, 1978 (прототип).