Устройство для формирования случайных вибраций Советский патент 1984 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам Для Нормирования случайных вибраций.

Известно устройство для формирования заданного сигнала, содержащее последовательно соединенные источник сигнала, ортогональные фильтры (линии задержки), набор регулируемых . усилителей и сумматор Cl3Устройство позволяет формировать требуемую функцию времени, разлагая ее по ортогональной системе функций. Требуемая форма сигнала реализуется на выходе регулируемых усилителей, на вход которых поступает сигнал с выхода соответствующих ортогональных фильтров. Коэффициент передачи усилителей соответствует коэффициентам разложения заданной функции времени по ортогональному базису.

Устройство можно использовать в различных формирующих системах, однако оно не располагает средствами для формирования заданного вибропроцесса.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для формирования случайных вибраций, содержащее последовательно соединенные генератор белого шума и многоканальньй формирователь, выполненньй в виде набора частотноизбирательных фильтров, многоканальный .регуляторов уровня, каждьй канал которого включает регулируемый усилитель, задатчик, выход которого подключен к управляющему входу Соответствующегб регулируемого усилителя, сумматор, к входам которого подключены выходы регулируемых усилителей, последовательно соединенные усилитель мощности, вход которого подключен к выходу сумматора, и возбудитель колебаний, на подвижной части которого установлен вибродатчи а также аппаратуру изменения и анализа, подключенную к выходу вибродатчика 2 3..

Известное устройство позволяет формировать заданный спектр вибраций, однако наличие больщого числа частотно-избирательных фильтров, имеющих неидеальные частотные характеристики, снижают точность формирования спектра. Кроме того, недостатками являются сложность настройки и высокая стоимость изготовления фильтррв.

Цель изобретения - повьшение точности формирования спектра вибраций.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для формирования случайных вибраций, содержащее генератор белого шума, многоканальный формирователь, многоканальный регулятор уровня, каждьй канал которого состоит из регулируемого усилителя и задатчика, сумматор, к входам которого подключены выходы регулируемых усилителей,,последовательно соединенные усилитель мощности, входом подключенный к выходу сумматора, возбудитель механических колебаний с вибродатчиком и блок измерения, введены матричный пересчетный блок, входы которого подключены к выходам задатчика, выходы - к управляющим входам регулируемых усилителей в каждом канале п -канального регулятора зфовня, фильтр низких частот, подключенный к выходу генератор белого шума, а п-канальный формирователь вьшолнен в виде 2 h последовательно соединенных ортогональных фильтров, вход первого из которых подключен к выходу фильтра низких частот, и п вычитателей, при этом выходы ортогональных фильтров попарно, начиная со средних, подключены к входам соответствующих вычитателей, выходы которых соединены с сигнальными входами соответствующих регулируемых усилителей ,п-канального регулятора зфовня.

Реализация формирователя на основе ортогональных фильтров позволяет исключить частотно-избирательные (полосовые) фильтры прототипа, имеющие неидеальные частотные характеристики. Вьшолнение же ортогональных фильтров на основе ВС-элементов, имеющих незначительные аппаратурные погрешности, позволяет повысить,точность формирования. Кроме того, точность формирования в предложенном решении может быть повьппена увеличением числа ортогональных фильтров, т.е. увеличением числа членов разложения, причем добавление новых членов не меняет значения ранее полученных членов ряда. В известных же системах на основе полосовых фильтров увеличение числа фильтров не обеспечивает повьшения точности. В предложенном техническом решении в качестве ортогональных фильтров использованы фильтры Лагерра. Подключение, фильтров Лагерра к вычитателям дает импульсньш отклик формирователя в вице ,Ь1„..(). где L.- импульсньш отклик филь ti+m„ pa, соответствующий функции Лагерра n-t-m порядка; dp - коэффициент разложения требуемой функции врем ни t| по базису ортого нальных функций Лагерр (t) - требуемая функция времени. Преобразование Фурье от ig-(t) дает модуль мгновенного спектра 5{ш) формируемого сигнала, разложенного по взвешенным полиномам Чебьшева Т 2 +первого рода. Можно приближенно записать значе ние коэффициента разложения в виде ряда . где S()- отсчеты огибаняцей заданно спектра сигнала, взятые для значени U)u;.; ; :К - количество oTc teTOBj Ли)-1-т1оддиапазон частот формируемого спектраJ - отсчеты огибающей полином Чебьшева порядка, взятые для значений . . : Аппаратурная реализация выражения осуществляется с помощью матричного пересчетного блока,.на входы которого поступают отсчеты заданного спектра и отсчеты значений полиномов Чебышева, взятые на оси частот для значений и) со- . Отсчеты заданного спектра и значения полиномов Чебьшев записаны в блоке памяти задатчика. Причем отсчеты формируемого спектра учитьгоают неравномерность частотной характеристики возбудителя колебаний Это предискажение спектра необходимо для компенсации HepaBHOMepHocTir частотной характеристики возбудителя колебаний. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство дпя формирования случайных вибраций содержит генератор 1 белого шума, ортогональные фильтры 2, 2 Лагерра, вычитатели 3, к входам которых попарно подключены выходы фильтров 2. Фильтры 2,2j и вычитатели 3 образуют ,п -канальный формирователь 4. Для отфильтровывания составляющих сигнала с частотами выше частот рабочего диапазона служит фильтр 5 низких частот, включенный между генератором 1 и фильтром 2. Для регулировки уровня частотных поддиапазонов служит п -канальный регулятор уровня, каждьй канал кото рого включает регулируемый усилитель 6, сигнальный вход которого подключен.к выходу вычитателя 3 одноименного канала формирователя 4, а управляющий - к i-му выходу матричного пересчетного блока 7, к входам которого подключены задатчики 8/, ,, . Устройство содержит также последовательно соединенные сумматор 9, к входам которого подключены выходы регулируемых усилителей 6, а вькод связан с последовательней соединенными усилителем 10 мощности и возбудителем 11 колебаний, на подвижной части которого установлен вибродатчик 12, аппаратуру 13 измерения и анализа, подключенную к выходу вибродатчика 12. Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода генератора 1 белого шума , представляющий собой реа-г лизацию с{1учайного процесса с нормальным распределением и постоянной спектральной плотностью, постзшает на вход фильтра 5 низких частот, частота среза которого равна наиболее высокой частоте рабочего диапазона вибраций. G выхода фильтра 5 сигнал поступает на вход ортогональных фильтров 2 Ла-. герра, импульсные отклики которых соответствуют определенным функциям Лагерра. Назначение формирователя 4 - представить требуемую функцию спектральной плотности 5(u)) в виде зн-.. где коэффициент. разложения S{u)) по базису {УГП{|Л)) ортогональных функций; Vj( полином Чебышева f2fi,-i порядка.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ . СЛУЧАЙНЫХ ВИБРАЦИЙ, сЬдержащее генератор белого шума, многоканальный формирователь, многоканальный регулятор уровня, каждый канал которого состоит из регулируемого усилителя и задатчика, сумматор, к входам которого подключены выходы регулируемых усилителей, последовательно соединенные усилитель мощности. Uf НШ входом подключенньй к выходу сумматора, возбудитель механических колебаний с вибродатчиком и блок измерения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности формирования спектра вибраций, в него введены матричный пересчетньй блок« входы которого подключены к выходам задатчика, a вькоды - к управляющим входам регулируемых усилителей в каждом канале п-канального регулятора уровня, фильтр низких частот, подключенный к выходу генератора белого шума, a г -канальный формирователь вьтолнен в виде 2 м послеg довательно соединенных ортогональных. фильтров, вход первого из которых подключен к выходу фильтра низких частот, и г вычитателей, при этом вькоды ортогональных фильтров попарно, начиная со средних, подключены к входам соответствующих вычитателей, выходы которых соединены с сигнальными входами соответствующих « регулируемых усилителей п-канального регулятора уровня. ел Г2гп