Устройство для испытания на случайные вибрации (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для использования в различных отраслях машиностроения, Известно устройство для испытания на случайные вибрации, содержащее генератор белого шума, гребенку формирующих фильтровj сумматор, под ключенный к его выходу усилитель мошности, возбулитель колебаний, ви родатчик, гребенку анализирующих фильтров, входы которых подключены выходу вибродатчика, выходы анализа торов подключены к управляющим входам регулируемых усилителей, подключенных к вьходам соответствующих формирующих фильтров ij . Устройствр позволяет проводить и пытания изделий на широкополосную вибрацию, однако точность воспроизведения спектра и, следовательно, и пытаний невысока. Так как не учитывается вибрация вне рабочего диапаз на частот, что ведет к перегрузкам при испытаниях многомассовых сложных конструкций. Наиболее близким к предлагаемому по, технической суиности является ус ройство для испытания на случайные вибрации, содержащее генератор бело го шума, подключенный к нему многоканальный формирователь, каждый канал которого включает последователь но соединенные формирующий узкополо ный фильтр и регулируемый усилитель последовательно соединенные первый сумматор, к входам которого подклю чены выходы регулируемых усилителей усилитель, мощности и возбудитель колебаний, вибродатчик и цепь обратной связи, образованную многоканальным анализатором, каждый канал которого включает анализирующий узкополосный фильтр, измеритель дисперсии и блок сравнения, к второму входу которого подключен задатчик, выход блока сравнения каждого канала подключен к управляюсему входу соответствующего регулируемого усилителя 2j . Устройство позволяет проводить испытания изделий на случайную широкополосную вибрацию, осуществляя при этом управление по нескольким. компонентам вибрации. Однако испытании сложных конструкций, имеющих нелинейные характеристики, возникает необходимость управлять вибрациями в соответствии с возбуждаемыми вибрациями вне рабочего диапазона частот, не превышая уровень перегрузок и учитывая уровень общей дисперсии в рабочем диапазоне, что не обеспечивает известное устройство Цель изобретения - повыпение достоверности испытаний путем обеспечения возможности управления вибрацией вне рабочего диапазона частот. Поставленная цель по первому варианту достигается тем, что устройство для испытания на случайные вибрации, содержащее генератор белого шума, подключенный к нему многоканаль кый формирователь, каждый канал которого включает последовательно соединенные формирующий узкополосный фильтр и регулируемый усилитель, последовательно соединенные первый сумматор, к входам которого подключены выходы регулируемых усилителей, усилитель мощности и возбудитель колебаний, вибродатчик и цепь обратной связи, образованную многоканальным анализатором, каждый канал которого включает анализирующий узкополосный фильтр, измеритель дисперсии и блек сравнения, к второму входу которого подключен задатчик, выход блока сравне-ния каждого канала подключен к управляющему входу соответствующего регулируемого усилит.еля, снабжено в одном из каналов анализатора широкополосным фильтром, подключенньтм к выходу вибродатчика, вторым сумматором и умножителем, включенньт4 между выходом вибродатчика и вторым входом второго сумматора, второй вход умножителя через нелинейный элемент подключен к выходу блока сравнения канала анализатора, предназначенного для управления вибрацией вне рабочего диапазона частот. По второму варианту выполнения устройства поставленная цель достигается тем, что вибродатчик вьтолнен из трех датчиков для измерения вибрации по трем координатным осям, а устройство снабжено умножителем, вторым сумматором, входом црдключенным к выходу первого датчика, а выходомк входу многоканального анализатора, и в одном из каналов анализатора - измерителем модуля вектора общей дисперсии, вход которого подключен к трем датчикам, а выход - к входу соответствующего блока сравнения, выход последнего подключен к входу умножителя, второй вход умножителя подключен к выходу первого датчика, а выход умножите-; ля - к второму входу сумматора. На фиг. 1 представлена структурная схема первого варианта устройства для испытания на случайную вибрацию; на фиг. 2 - структурная схема второго варианта устройства/ осуществляющего управление вибрациями с учетом изменения модуля вектора обшей дисперсии. Устройство по первому варианту содержит (фиг. 1) последователь носоединенные генератор 1 белого шума и многоканальный формирователь, каждый канал которого включает последовательно соединенные узкс-полосный фильтр 2 и регулируем - усилитель 3,

последовательно соединенные первый (сумматор 4,входы которого подключена к выходам усилителей 3, усилитель 5 мощности, возбудитель б колеС5аний, вибродатчик 7, умножитель 8 и многоканальный анализатор, каждый канал которого включает анализирующий узкополосный фильтр 9, измеритель 10 дисперсии и блок 11 сравнения, вторюй вход которого подключен к задатчику 12 уровня спектральной плотности, а выход - к управляющему входу соответствующего усилителя 3. Для управления уровнем вибрации вне рабочего диапазона частот служит оди из каналов анализатора, образованный широкополосным фильтром 13,вход которого подключен к выходу вибродатчика 7, и через измеритель 14 общей дисперсии к блоку 15 сравнения, второй вход которого подключен к задатчику 16 уровня спектральной плотности, а выход блока 15 сравнения через нелинейный элемент 17 подключен к второму входу умножителя 8, последний через второй сумматор 18 подключен к входам анализирующих фильтров 9. Выход вибродатчика 7 подключен также к входу второго сумматора 18.

Устройство по второму варианту содержит последовательно соединенные генератор 1 белого шума и многоканалный формирователь, каждый канал которого включает последовательно соединенные узкополосный фильтр 2 и регулируемый усилитель 3, последовательно соединенные первый сумматор 4, входы которого подключены к Bbixoдам усилителей 3, усилитель 5 мощности, возбудитель 6 колебаний, вибродатчик 7, умножитель В и многоканальный анализатор, каждый канал которот. го включает анализирующий узкополосный фильтр 9, измеритель 10 дисперсии и блок 11 сравнения, второй вход которого подключен к задатчику 12 . уровня спектральной плотности, а выход - к управляющему входу соответствующего регулируемого усилителя 3. Для управления уровнем вибрации по величине модуля вектора общей дисперсии вибродатчик выполненИЗ трех датчиков 7, 13 и 14 для измерения вибрации цо трем координатным осям, а канал измерения состоит из измерителя 15 модуля вектора общей дисперсии, подключенного к выходам датчиков 7, 13 и 14, подключенного к измерителю 15 блока 16 сравнения, к второму входу которого подключен эадатчик 17 уровня спектральной плотности, а выход блока 16 сравнения через нелинейный элемент 18 - к второму входу умножителя 8, к первому входу которого подключен выход первого датчика 7, а выход умножителя 8

подключен к второму входу второго сумматора 19, к первому входу которого подключен выход первого датчика 7, а выход второго сумматора 19 подключен к входам узкополосных фильтров 9 анализатора,

Устройство по первому варианту работает следующим образом.

Сигнал генератора 1 разделяется на N полос формирующими фильтрами 2, с выхода которых узкополосные сигналы поступают на вход регулируемых усилителей 3. Коэффициент усиления усилителей 3 устанавливается по сиг налам с выходов блоков 11 сравнения, формирующих сигнал рассогласования между сигналом задатчика 12 и сигналом, измеренным анализатором (не показан) . Сигналы с выходов усилителей 3 суммируются сумматором 4, усиливаются усилителем 5 мощности и подаются на вход возбудителя 6 колебаний. Сигнал с выхода вибродатчика 7 поступает на вход умножителя 8 и на вход канала (не показан) для измерения общей дисперсии. За счет нелинейности характеристики испытуемой конструкции возбуждаются вибрации с частотами, выходящими за рабочий диапазон. Причем уровень вибраций вне диапазона может оказаться таким, что вызовет разрушение испытуемой конструкции, хотя в рабочей полосе частот был сформирован заданный спектр вибраций, гарантирующий безаварийную работу, устройства. Сигнал вибродатчика 7 через широкополосный фильтр 13 поступит на .вход измерителя 14 общей дисперсии.

Полоса пропускания широкополосного фильтра выбирается так, чтобы фильтр 13 пропускал все частоты выше рабочего диапазона. Значение общей дисперсии сравнивается в блоке 15 сравнения с заданным значением, поступаюшим от задатчика 16. Разностный сигнал через нелинейный элемент 17 (выпрямитель) проходит на вход умножителя 8, на второй вход которого поступает сигнал с выхода вибродатчи ка 7. в результате сигнал на входе умножителя 8 возрастает. Завышенный сигнал поступает через сумматор 18 на вход анализатора, который-формирует на выходе измерителей 10 дисперсии в каждом канале завышенное значение по каждому каналу. Возрастают сигналы ошибки, при обработке которых изменяются коэффициенты усиления усилителей 3. В результате 5гменьшается уровень вибрации во всем рабочем диапазоне при сохранении заданной формы спектральной плотности мощности. Причем незначительное уменьшение уровня вибрации в рабочем диапазоне вызывает значительно большее уменьшение уровня вибрации вне рабочего диапазона (зависимость В кубе и пятой степени). Таким образом, исключается возможность поломки конструкции и возрастает дос товерность испытаний. Кроме того, при испытаниях конструкций, имеюших большие объемы, необходимо учитывать уровень вибраций не только по одной координатной оси, но и по двум другим координа там, так как вибрации по неконтроли руемым осям могут превосходить уро вень вибраций по той оси, относительно которой возбуждают заданньй спектр вибраций. Задачу управления вибрациями с учетом величины модуля вектора общей дисперсии решает, второй вариант устройства (фиг. 2) Устройство по второму варианту работает следукицим образом. Каналы формирователя и анализато ра работают аналогично описанному первому варианту. Канал управления модулем дисперсий работет следующим образом. Сигналы датчиков 7, 13 и 14 пост пают на вход измерителя 15 модуля jвектора общей дисперсии. Сигналы I по частоте ограничиваются полосовым фильтром (не показан), полоса пропу кания которого соответствует рабочему диапазону частот. Изменитель 15 осуществляет вычисление модуля вектора дисперсии, сигнал которого поступает на вход блока 16 сравнения. В нем заданное значение сигнала сравнивается с измеренным, и с выхода блока 16 сравнения сигнал рассогласования проходит через нелинейный злемент 18 на вход умножителя.8. На второй вход умножителя 8 поступает сигнал датчика 7, установленного для измерения вибраций по оси, относительно которой, возбуждают требуемый спектр вибраций. Пропорционально сигналурассогласования модуля общей дисперсии изменяется сигнал датчика 7, который в сумматоре 19 суммируется с сигналом вибродатчика. В результате сигнал обратной связи увеличивается и на выходе измерителя 10 дисперсии каждого канала анализатора имеется завышенное значение дисперсии в канале. Сигналы рассогласования соответствующим образом изменяют коэффициент усиления регулируеквлх усилителей 3,й уровень вибрации -во всех поддиапазонах уменьшается без изменения формы формируемого спектра вибраций. Сигналы рассогласования меньше нуля нелинейный элемент 18 не пропускает в случае, если модуль вектора обшей дисперсии меньше заданного. Использование изобретения позволит повысить достоверность испытаний путем управления вибрациями вне рабочего диапазона частот, повысит точ-; ность испытаний, реализуя управление вибрациями с учетом величины модуля вектора общей дисперсии, измеренного в рабочем диапазоне частот.

1. Устройство для испытания на случайные вибрации, содержащее генератор белого шума, подключенный к нему многоканальный формирователь, каждый канал которого включает последовательно соединенные формирующий уэкополосный фильтр и регулируемый усилитель, последовательно соединенные первый сумматор , к входам кото,poix) подключены выходы регулируемых усилителей, усилитель мощностии возбудитэль колебаний, вибродатчик и цепь обратной связи, образованную многоканальным анализатором, каждый канал которого включает анализирующий узкополосный фильтр, измеритель дис Персии и блок сравнения, к второму входу которого подключен яадатчик, выход блока сравнения каждого канала подключен к управляющему входу соответствующего регулируемого усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения Достоверности испытаний путем обеспечения возможности управления вибрацией вне рабочего диапазона частот, оно снабжено в одном из каналов анализатора широкополосным фильтром, подключенным к выходу вибродатчика, вторым cyva aioром и умножителем/ включенным между выходом вибродатчика и вторым входом второго сумматора, второй входумножителя через нелинейный элемент подключен к выходу блока сравнения канала анализатора, предназнаненного для управления вибрацией вне рабочего диапазона частот. 2. Устройство для испытания на случайные вибрации, содержащее генератор белого шума, подключенный к нему многоканальный формирователь, каждый канал которого включает.последовательно соединенные формирующий узкополосный фильтр и регулируемый усилитель, последовательно .соединённые первый сумматор, к вхоi дам подключены в ыходы регулируемых усилителей, усилитель мощности и возбудитель колебаний, вибро(Л датчик и цепь обратной связи, обрАзованную многоканальным .анализатором, каждый канал которого включает анализирующий узкополосный фильтр, измеритель дисперсии и блок сравнения, Чс второму входу которого подключен -i задатчик, выход блока сравнения ка ждого канала подключен к управляюпе-, му вхойу соответствующего регулируемого усилителя, отличаю-эо ;о щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности испытаний, вибродатчик выполнен из трех датчиков 4:: 4: для измерения вибрации по трем координатным осям, a устройство снабжено умножителем, вторым суммато00 ром, ВХОДСИ4 подключенным к выходу первого датчика, a выходом - к входу многоканального анализатора, ив одном из каналов анализатора - измерителем модуля вектора общей дисперсии, вход которого подключен к трем датчикам, a выход - к входу соответствующего блока сравнения, выход последнего подключен к входу умножителя второй вход умножителя подключен к выходу первого датчика, a выход умножителя - к второму входу сумматора

г

(Puej