Устройство для испытания на случайные вибрации Советский патент 1984 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к испытательной технике.и может быть использовано в приборостроении, машиностроении для испытания изделий на шрокополосную случайную вибра1Ш8.

Известно устройство для испытания на случайные вибрации, содержащее генератор шума, подключенный к его выходу формирователь, каждшй канал которого включает полосовой фильтр,регулируемый по добротности и частоте настройки и усилитель, первый сумматор, входы которого подключены к выходам усилителей, а выход через усилитель мощности к входу возбудителя колебаний, вибродатчик, многоканальный анализатор, каждый канал которого включает набор полосовых фильтров, измерители дисперсии, вычитатели и второй .сумматор, ко входу которого подключен задатчик, выход второго сумматора каждого канала анализатора подключен к управляющему входу соответствующего усилителя, а выходы вычитателей соединены с входами соответствую иих полосовых фильтров формирователя С1 3.

Устройство позволяет формировать спектр случайных вибраций, осуществляя при этом частичную настройку добротности частоты полосовых фильтров формирователя. Однако точность формирования спектра устройством недостаточная, что обусловлено взаимовлиянием каналов формирования, проявляющимся особенно в области сопряжения фильтров. Кроме того, методика настройки отличаетСЯ: большой сложностью.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для испытания на случайные вибрации, содержащее последовательно соединенные источник случайного сигнала, формирователь спект-ра, каждый канал которого включает в себя регулируемый по добротности и частоте полосовой фильтр и управляемый усилитель, первый сумматор, вычитатель, последовательно соединенные усилитель мощности и возбудитель колебаний с установленным на его подвижной части вибродатчиком, анализатор спектра, включаювшй в себя квадратичный детектор, набор полосовых анализирующих фильтров и второй сумматор 23.

Устройство обеспечивает формирование заданного спектра вибраций и частичную настройку формирующих фильтров по добротности и частоте с учетом амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) вибротракта, одHQKO точность формирования недостаточная. Это обусловлено тем, что в устройстве невозможно оптимально

учесть взаимное влияние каналов форми{)ования.

Даль изобретения - повьпиение точности формир ования.

- Указанная цель достигается тем, что в устройство для испытания на случайные вибрации, содержащее последовательно соединенные источник случайного сигнала, формирова.тель спектра, каждый канал кото рого включает в себя регулируемый по добротности и частоте полосовой фильтр и управляемый усилитель, первый сумматор, вычитатель, последовательно соединенные усилитель

5 мощности и возбудитель колебаний с установленным на его подвижной части вибродатчиком, анализатор спектра, включающий в себя квадратичный детектор, набор полосовых

0 анализирующих фильтров и второй сумматор, снабжено управляюще-вычислительным блоком с ячейками памяти, генераторами функций и гармонического сигнала, первым и вторым

5 генераторами пилообразного напряжения, дифференциатором, делителем, знакочувствительным.вентилем, а также в каждом канале формирователя спектра - первым и вторым ключами,

Q дополнительными управляемыми третьим, четвертым и пятым ключами, источник случайного сигнала выполнен многоканальным, каждый канал которого подключен через первый ключ , ко входу соответствующего полосового фильтра формирователя спектра, второй ключ которого в каждом канале соединяет выход управляемого усилителя с входом первого сумматора, выходом подключенного через

0 вычитатель ко входу усилителя мощности, управлякяцие входы первых и вторых ключей, полосовых фильтров,: управляемых усилителей формирователя спектра и пятого ключа соеди5 нены с управляюще-вычислительным блоком, анализатор спектра выполнен в виде последовательно соединенных квадратичного детектора, входом подключенного к вибродатчнку, ко

0 второму входу которого подключен генератор функций, и набора полосовых анализирующих фильтров, каждый из которых через регулируемый по коэффициенту передачи усилитель соеди5 нен с входом второго сумматора, выход которого подключен ко входам третьего ключа и знакочувствительного вентиля, выходом подключенного ко входам третьего и четвертого клю0 чей, выходы которых подключены ко входам управляюще-вычислительного б.лока, ко входу которого подключен . также выход дифференциатора, причем выход второго генератора пилообразного напряжения соединен с управлякнцими входсши четвертого ключа и регулйруемах усилителей анализатора спект ра, выход генератора пилообразного напряжения соединен с управляющими входами дифференциатора генератора функций и генератора гар монического сигнала, выход которого через пятый ключ соединен с входа14 вычитателя и каждого первого ключа формирователя спектра. . Сущность изобретения заключаетс в следующем. Для решения задачи декомпозиции смеси на компоненты используют свя между заданной .функцией G{ui) спект ральной плотности мощности и преобразованной функцией G() : р(б(ы.я)гехр -у (W;J, (и где Р - оператор преобразрвания Фурье; Л - параметр; f - частота. Для фильтров, описываемых гаусс вой кривой выражение (1) приводит к соотношению /«(.л// -М 1 2() -полоса пропускания фор мирующего фильтра; -номер фильтра; J -квадрат модуля АЧХ фор ,A)F мирующего фильтра; и)ф - частота набтройки филь ра. Как видно из выражения (2) при увеличении ( полоса каждой гауссовой компоненты уменьшается, и при Я /5 она выразится в функцию в Г-фу кцию. соотношение (2) не в полняется и режим работы устройств характеризуется появлением осцилляции и отрицательными значениями функции С(и1,д), что и используется для определения параметров формиру кнцих фильтров. Нахождение (и,Д) упрощается если G(, J) - периодиче кая функция. Это используется в устройстве, где все временные сигналы, соответствующие необходимым АЧХ и спектрам, периодические. В этом случае (1) принимает где Cj и Cj соответственно коэффи циенты ряда Фурье пре образованной О{и,д) и заданной G (о)-функций; .5 - частота изменения параметра .Д. В устройстве га1 «оники, соответствующие этим коэффициентам, выделяются с помощью узкополосных фильт Д Л.ЛГ| ров, а умножение на ехр ализуется с помощью регулируемых усилителей, коэффициенты передачи которых.зависят в каждый момент времени от известных К, Т и изменяющегося по известному закону Д . Дальнейшее суммирование гармоник дает периодическую функцию G(ut, ;). Отсчеты значений этой функции запоминаются и обрабатываются) В результате определяют коэффициент передачи, частоту настройки и полосу пропускания формирующих фильтров, реализующих формирование задан ного спектра вибраций в контролируемой точке изделия. На чертеже представлена структурная схема устройства. Устройство, для испытания на случайные вибрации содержит, источник 1 случайного сигнала, многоканальный формирователь спектра, каждый канал которого образует последовательно соединенные первый ключ 2, вход которого соединен с выходом одного из каналов источника 1, регулируемый по добротности и частоте полосовой фильтр 3, управляемый усилитель 4 и второй ключ 5, общий для всех каналов первый сумматор б, последовательно соединенные вычитатель 7, усилитель 8 мощности и возбудитель 9 колебаний, вибродатчик 10, установленный на подвижной части возбудителя 9 колебаний, анализатор спектра, включающий последовательно соединенные квадратичный детектор 11, делитель 12, ко второму ; входу которого подключен генератор 13 функций, набор полосовых анализирующих фильтров 14, каждый из которых через регулируемый по коэффициенту передачи уси.лиьель 15 соединен с входом второго-с.умматора 16 и звукочувствительного вентиля 17, выход которого через третий ключ 18 соединен с входом управляюще-вычислительного блока 19. Выход знакочувствительного вентиля 17 подключен также ко входу четвертого ключа 20, информационный вход которо.го соединен с выходом второго генератора 21 пилообразного напряжения, а выход - с входом блока 19. Выход генератора 21 подключен также к , управляющим входам регулируемых по коэффициенту передачи усилителей 15. Для развертки частоты генератора Й2 гармонического сигнала служит первый генератор 23 пилообразного напряжения, выход которого подключен через дифференциатор 24 к блоку 19 и входу генератора 13 функций Выход генератора 22 гармоничесйого сигйала соединен через пятяе ключ 2 с BTojpim зхбдом вычитателя 7 и вхь дами кеькдого из первых ключ§й 2 ц Упрг18ляя 1щё входы первых ключей 2 пряосрвйх фильтрюв °3, у фавляемых усили. 4f вторих ключей S и ПЯ того 25 соединеныб управляю це-звычиелительиым блоком i9. Устройство работает следушцим Образом:... ,.-, :.. . - : ... :8 релиме Настройка все кроме: клао«1а 25, по комаяде Управляю адетвычиблнтельного блока 19 эакшяулгы. Га рлонйческий сигнал генератора 22 сзканйруефся в рабочем диапазоне часто с помойною генератора 23 пяло6б азнЬг6. )я и поступае через ключ; 25, вычитатель 7, усилитель 8 МО1циости на вход воэ буйителя 9 колебаний. Далее сигнал вибродатчика i-O проходит квадрати ВДй детектор 11 и подается на вход делитеяя 12 -Ка д ругой вход делителяпоступает сигйаЛ от генератора 13 функций. Форма сигнала которого по: торяетфор У огибающей заданного ёпектра. Сигналы на выходе делителя 12 - периодические, с периодом, равнйм перй;оду Сйгнада reHepiaTopa. 2 пилообразного напряжения. Сигнал на выходе делители 12 после операции деления по форме соответствует форме спектра, который необходимо.сфор мировать с помоийью фильтров Э для того, чтобы воспроизвести заданный спектр в контролируемой точке издег ЛИЯ Спектр пврииздического сигнала на выходе делитё;11я 12 дискре ный с частотами i21/Т (1 0,1.. .« Т - период сигнала г-енератрра 23}. Спектральные составлятацие этого сигнала ВьШеЛяются из /и ана лизирующих полосовых фильтров 14 и поступают на соответствующие регулируеьвле усилители 15. Коэффииценты передачи усилителей 15 определяются из соотнсмаения: 2Т где i - номер усилителя (1.0,1.. Uj - напряжение-второго генератора 21 пилообразного напряжения, соответствующее параметру }( (выражение 2), причем период напряжрния. генератора 21 должно быть не меньше периода Т. При увеличении Пд сигнал на выходе сумматора 16 меняет свою фор му, и при Ui /Ji появляется скачко Образное увеличение сигнала. При Ux .pj наблюдаются осциллясши сигНала и появление отрицательных значений, которые фиксируются знакочувствительным вентнлем 17. При этом сигналом вентиля 17 открываются третий и четвертый ключи 18 и 20 соответственно и в управляюще-вычислительный блок 19 поступает сигнал, выборки которого обновляются каждый период Т. В блоке 19 запоминается максимальное значение выборки, которое используется ля вычисления коэффициента усиения управляемого усилителя 4 по формуле: )i Mfif.atdtx; VPjW где Pj - полоса пропускания J-го Формируклдего фильтра; частота выборки; .- максимальное значение сигнала из выбранных за период Т J - номер формирующего канала. Частота настройки шг полосового фильтра 3 определяется исходя из того, что. ),-(), гр частота, соответствующая максимальному значению сигнала %,-. . После того как определены коэффициент усиления К-, частота нартройки iVj и полоса пропускания jj: j-го канала формирователя С11ектр$1, блок 19 устанавливает указанные параметры в канале Формирователя спектра. В этом же канале ключи 2 и 5, управляемые блоком 19, обеспечивают прохождение сигнала reHjepaTOpa б через канал и поступление его на второй вход вычитател.я 7. Вычитатель 7 реализует исключение из спектра сигнала генератора 22 уже отрегулированную j-ю спектральную составляющую. Указанные операции проводятся по всем каналам формирователя спектра. После того как определены параМетры всех формирующих фильтров 3 и коэффициенты усиления усилителей 4, кпюч 25 запирается, а ключи 2 и 5 в каждом канале обеспечивают прохождение сигнгшрв источников (например генератора белого шума) через формирователь спектра. В результате на выходе сумматора б будет сформирован такой сигнал возбужде«ия, который, пройдя вибротракт,

реализует в контрольной точке изделия или подвижной части возбудителя 10 колебаний воспроизведение заданного спектра вибраций.

Изобретение повышает точность формирования спектра вибраций, обеспечивая управление параметрами формирукяоих фильтров.

УеТРОЙСТВО ДЯЯ ИСШТАНИЯ НА ВНВР)МШ«, содержащее последовательно соёданенные источник елучайаргр сигнала, формирователь спектра, канал которого ёклтает в 1регулируекиай по добротности и частоте полосовой фильтр и управляем 1|й усилитель, первай сукочатор, вьючитательупоследовательно соединенные усилитель МОЩНОСТИ- и возбудитель колебаний с установленным на его подвижной чайти вибрбдатчиком, айализатор спектра, включающий в себя квадратичный детектор, набор полосовых аналиэируюпщх фильтров и второй сумматор, о т л и ч а ю 1Д е е с я , тем, что, с целью повышения точности формирования, оно снабжено управлякаде вычислительным блоком с ячейками пгшяти, генераторами . Функций и гармонического сигнала, первым и вторым генераторами пилообразного напряжения, дифференциатором, делителем, знакочувствительньм вентилем, а также в каждом канале Формирователя спектра. первым и вторым ключами,дополнительными управляемыми третьим, четвертым и пятьо4 ключами, источник случайносчэ сигнала выполнен многоканальным, канал которого под- ключен через первый ключ ко входу соответствуюв1его полосового фильтра формирователя спектра, второй которого в;каждс канале соединяет вьвсод управляемого усилителя с входом первого сумматора, выходом подключенного вычитат.ель ко входу уьилйтеля мотнос ти, управлякадие входы первых и вторых ключей, полосовых фильтров, управляемых усилителей формирователя спектра и пятого ключа соединены с управЛяюще-вычислительным блоком, анализатор спектра выполнен в виде последовательно соединенных кв-адратичногр детектора, входом подключенного к вибратчику делителя, ко второму входу которого подключен генератор функций, и набора полосовых анализирующих фильтров, каждый из которах регулируемый по коэффициенту передачи усилитель соединен с входом второго сумматора, выход которого под-г ключен ко входам третьего ключа и знакочувствительйого вентиля, выходом годКлючеяногр ко входам третьего и четвертого , выходы ко- ; торых подключены ко входам увравдяюте-вычислительного блока | ко входу которого подключен также выход дифференциатора, причем выход второго генератора йиЛообразногр напряжения соединен с управляющими входами Четвертого клдачга и ,регул1Фуекых усилителей анализатора (зпектра, выход первого генератора пилообразного Напряжения соедииен с управляющими дифферен191атора, генератора функций и генератора гармонического сигнала, выход которого через пятый ключ соединен с входами вычитателя и каждого первого ключа формирователя спектра.