Многофункциональное устройство для вибрационных испытаний конструкций Советский патент 1985 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для вибрационных и виброударных испытаний конструкций.

Известно многофункциональное устройство для вибрационных испытаний, содержащее последовательно соединенные генератор шума, первый коммутатор, сумматор, усилитель мощности и возбудитель колебаний, источник гармонического сигнала, генератор треугольных импульсов, вибродатчики, устанавливаемые на конструкции, анализатор, к входам которого подключены выходы вибродатчиков, блок выравнивания спектра, подключенный к выходу анализатора и цветовой индикатор 1.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности его использования для проведения виброударных испытаний и получения информации о колебаниях конструкции по трем координатным осям, что снижает достоверность испытаний.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является многофункциональное устройство для вибрационных испытаний конструкций, содержащее генератор щума, источник гармонического сигнала, первый коммутатор, входы которого подключены к выходам генератора щума и источника гармонического сигнала, последовательно соединенные формирователь, первый сумматор, усилитель мощности и возбудитель колебаний, а также вибродатчики, устанавливаемые на конструкции по трем взаимно перпендикулярным направлениям, по числу вибродатчиков согласующие усилители, входы которых подключены к вибродатчикам, анализатор, входы которого соединены с выходами усилителей, последовательно соединенные экстремальный ограничитель, входы которого подключены к выходам анализатора, и блок выравнивания спектра, второй коммутатор, командный выход которого подключен к входу блокировки первого коммутатора, а информационный выход подключен к второму входу первого сумматора, генератор треугольных импульсов, выход которого соединен с входом второго коммутатора, и цветовой индикатор 2.

Недостатком известного устройства является невысокая точность испытаний из-за существенной погрешности анализа воспроизводимых воздействий. Устройство также не позволяет проводить испытания с применением сканирующей гармонической и узкополосной случайной вибрации.

Целью изобретения является повышение точности и расщирение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что многофункциональное устройство для вибрационных испытаний конструкций, содержащее генератор шума, источник гармонического сигнала, первый коммутатор, входы которого подключены к выходам генератора шума и источника гармонического сигнала, последовательно соединенные формиро, ватель, первый сумматор, усилитель мощности и возбудитель колебаний, а также вибродатчики, устанавливаемые на конструкции по трем взаимно перпендикулярным направлениям, по числу вибродатчиков согласующие усилители, входы которых

подключены к вибродатчикам, анализатор, входы которого соединены с выходами усилителей, последовательно соединенные экстремальный ограничитель, входы которого подключены к выходам анализатора, и

5 блок выравнивания спектра, второй коммутатор, командный выход которого подключен к входу блокировки первого коммутатора, а информационный выход подключен к второму входу первого сумматора, генератор треугольных импульсов, выход которого соединен с входом второго коммутатора, и цветовой индикатор, снабжено вторым сумматором, включенным между первым коммутатором и формирователем, узкополосным перестраиваемым фильтром, вход которого

5 соединен с выходом генератора щума, а выход - с вторым входом второго сумматора, свип-генератором, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора, и блоком управления, выполненным в виде блока оптимальной фильтрации, три входа

0 которого подключены к выходам согласующих усилий, а четвертый вход подключен к выходу свип-генератора, трех цифровых вольтметров, первые входы которых подключены к выходам анализатора, вторые входы - к выходам блока оптимальной фильтрации, а выходы соединены с первыми тремя входами цветового индикатора, трех цифровых фазометров, первые входы которых соединены с выходом свип-генератора, а вторые входы соединены с выходами блока оптимальной фильтрации, цифрового частотомера, включенного между выходом свип-генератора и четвертым входом индикатора, микро-ЭВМ, выход которой соединен с пятым входом индикатора, блока

аналогового управления, вход которого подключен к выходу микро-ЭВМ, а выход - к управляющему входу формирователя и управляющему входу генератора треугольных импульсов, блока задания, выход которого подключен к второму входу блока аналогового управления и шестому входу индикатора, блока сопряжения, входы которого соединены с выходами трех вольтметров, трех фазометров, цифрового частотомера и блока задания, а выход соединен с вхо- дом микро-ЭВМ, и блока регистрации, вход которого подключен к второму выходу микро-ЭВМ, второй выход блока аналогового управления соединен с управляющим в.ходом микро-ЭВМ и седьмым входом индикатора.

а блок выравнивания спектра включен между первым сумматором и усилителем мощности.

На чертеже представлена блок-схема многофункционального устройства для вибрационных испытаний.

Устройство содержит генератор 1 шума, источник 2 гармонического сигнала, первый коммутатор 3, входы которого подключены к выходам генератора 1 шума и источника, гармонического сигнала, последовательно соединенные формирователь 4 и первый сумматор 5, второй коммутатор 6, командный выход которого подключен к входу блокировки первого коммутатора 3, а информационный выход к второму входу первого сумматора 5, генератор 7 треугольных импульсов, выход которого соединен с входом второго коммутатора 6, последовательно соединенные усилитель 8 мощности и возбудитель 9 колебаний, последовательно соединенные вибродатчики 10, устанавливаемые на испытуемой конструкции (не показана) по трем взаимно перпендикулярным направлениям, по числу датчиков согласующие усилители И, анализатор 12, экстремальный ограничитель 13 и блок 14 выравнивания спектра, включенный между первым сумматором 5 и усилителем 8 мощности, а также цветовой индикатор 15. Источник 2 гармонического сигнала состоит из генераторов 16 гармонических сигналов и третьего сумматора 17, входы которого соединены с выходами генераторов 16.

Устройство также снабжено блоком 18 управления, свип-генератором 19, вторым сумматором 20, включенным между первым коммутатором 3 и формирователем 4, и узкополосным перестраиваемым фильтром 21, включенным между генератором 1 шума и вторым входом второго сумматора 20. Блок 18 управления выполнен в виде блока 22 оптимальной фильтрации, три входа которого подключены к выходам согласующих усилителей 11, а четвертый вход подключен к выходу свип-генератора 19, трех цифровых вольтметров 23, блока 24 сопряжения, микро-ЭВМ 25, блока 26 регистрации, блока 27 аналогового управления, блока 28 задания, цифрового частотомера 29, включенного между выходом свип-генератора 19 и одним из входов цветового индикатора 15, и трех цифровых фазометров 30, первые входы которых соединены с выходом свип-генератора 19, а вторые - с раздельными выходами блока 22 оптимальной фильтрации. Входы блока 24 сопряжения соединены с выходами цифровых вольтметров 23, входы которых подключены к выходам анализатора 12 и. блока 22 оптимальной фильтрации, с выходами цифровых фазометров 30 и выходом блока 28 задания. Входы микро-ЭВМ 25 соединены с выходами блока 24 сопряжеНИН и блока 27 аналогового управления, а выходы подключены к блоку 26 регистрации, цветовому индикатору 15 и входу блока 27 аналогового управления.

Устройство работает следующим образом.

При воспроизведении полигармонической вибрации генераторы 16, входящие в состав источника 2 гармонических колебаний, формируют определенного уровня гармонические сигналы на заранее выбранных частотах, которые суммируются на сумматоре 17, с выхода которого сигнал через коммутатор 3 и второй сумматор 20 поступает

5 на вход усилителя 8 мощности. Усиленный сигнал поступает на возбудитель 9 колебаний, на столе которого устанавливают исследуемую конструкцию. На ней закрепляют вибродатчики 10, располагаемые по трем взаимно перпендикулярным плоскостям для исследования как продольных, так и поперечных крутильных колебанир элементов конструкции объекта.

Вибродатчики 10 преобразуют механические колебания в электрические сигналы, которые через согласующие усилители 11 поступают в анализатор 12, осуществляющий гармонический анализ. С выходов анализатора 12 сигналы в виде постоянных напряжений, пропорциональных а мплитудно-частотным характеристикам

(АЧХ) вибротракта, поступают на экстремальный ограничитель 13 и через вольтметры 23 на цветовой индикатор 15 и б.ток 24 сопряжения. На индикаторе 15 результирующие АЧХ вибротракта по трем коордиг натам высвечиваются различными цветами. С выхода блока 24 сопряжения сигнал в закодированном виде поступает для обработки в микро-ЭВМ 25. Применение микроЭВМ 25 при воспроизведении полигармонической вибрации позволяет осуществлять

0 по результатам гармонического анализа вибраций уточнение параметров, например частоты, добротности и коэффициента усиления отдельных пиков и провалов в воспроизводимом спектре. В случае необходимости может осуществляться протоколирование результатов испытаний в блоке 26 регистрации, например, в печатном виде. Экстремальный ограничитель 13 служит для ограничения амплитуды колебаний в случае превышения допустимых значений. Для коррекции АЧХ характеристики усилителя 8 мощности и нагруженного возбудителя 9 колебаний используется блок 14 выравнивания спектра.

Сравнение заданных и получаемых в

C результате гармонического анализа АЧХ осуществляется визуально на экране индикатора 15 и в микро-ЭВ.М 25. В случае повышения заданной погрешности воспроизведения вибрации, сигнал рассогласования

с выхода микро-ЭВМ 25 в виде кода поступает на первый вход блока 27 аналогового-управления, который вырабатывает управляющий сигнал для подстройки формирователя 4.

При воспроизведении широкополосной случайной вибрации (ШСВ) в качестве первичного источника шума используедся генератор 1 иума с равномерным в рабочем диапазоне частот спектром. Предварительная коррекция АЧХ измерительного тракта осуществляется блоком 14 выравнивания, а формирование спектра ШСВ производится формирователем -4, настройка которого осуществляется с помошью микро-ЭВМ через блок 27 аналогового управления. Сравнение заданного спектра ШСВ с полученным в контролируемых точках изделия спектром происходит также в микро-ЭВМ 25. Анализ спектра воспроизводимой ШСВ осуществляется анализатором 12. Последовательное включение формирователя 4 с блоком 14 выравнивания расширяет динамический диапазон устройства при формировании неравномерностей в спектре воспроизводимой вибрации.

При воспроизведении виброударного воздействия формирование спектра ШСВ осуществляется, как при испытаниях на широкополосную случайную вибрацию, а для формирования необходимой формы удара в процессе испытания измеряется АЧХ вибротракта с помошью гармонического сигнала, источником которого является свип-генератор 19., Блок 22 оптимальной фильтрации осуществляет выделение из широкополосного щума гармонического сигнала по всем трем координатам. Цифровые вольтметры 23 и фазометры 30 измеряют уровни гармонических сигналов и их фазы, которые кодируются в блоке 24 сопряжения и поступают в микро-ЭВМ 25. После измерения АЧХ и фазочастотных характеристик вибротракта по всем координатам в микро-ЭВМ 25 осуществляется Фурье-преобразование передаточной функции K(jte))B импульсную переходную функцию h(t) согласно выражению

со Jh(t) 21гДкО«)К dt.

Значение импульсной переходно-й функции вибротракта позволяет осуществить коррекцию формы и длительности сигнала генератора 7 треугольных импульсов таким образом, чтобы получить в заданной точке контроля испытуемого изделия необходимую форму и длительность удара. Такой способ настройки виброудара позволяет увеличить точность его воспроизведения и осуществлять его косвенный контроль путем постоянного измерения АЧХ и ФЧХ вибротракта в процессе испытаний. Уровень измерительного гармонического сигнала при этом выбирается значительно ниже уровня испытательного сигнала и не влияет на процесс испытания. Частота гармонического сигнала контролируется с помощью частотомера 29.

При проведении виброиспытаний на узкополосную случайную вибрацию сигнал формируется на выходе фильтра 21, средняя частота которого может перестраиваться в заданном частотном диапазоне.

Задание временных режимов работы блока 18 управления осуществляется блоком 28 задания. Наличие в устройстве первого 3 и второго 6 коммутаторов, первого 5 и второго 20 сумматоров позволяет сформировать любой из возможных испытательных вибрационных сигналов на входе возбудителя 9 колебаний.

Использование предлагае.мого устройства позволяет повысить достоверность испытаний за счет расширения воспроизводимых режимов виброиспытаний и повышения точности испытаний. Последнее достигается за счет дополнительной обработки результатов гармонического анализа, контроля импульсной переходной функции вибротракта в процессе испытаний и коррекции формы и длительности возбуждающих импульсов.

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ КОНСТРУКЦИЙ, содержащее генератор шума, источник гармонического сигнала, первый коммутатор, входы которого подключены к выходам генератора шума и источника гармонического сигнала, последовательно соединенные формирователь, первый сумматор, усилитель мощности и возбудитель колебаний, а также вибродатчики, устанавливаемые на конструкции по трем взаимно перпендикулярным направлениям, по числу вибродатчиков согласующие усилители, входы которых подключены к вибродатчикам, анализатор, входы которого соединены с выходами усилителей, последовательно соединенные экстремальный ограничитель, вхЪды которого подключены к выходам анализатора, и блок выравнивания спектра, второй ко.ммутатор, командный ыход которого подключен к вхо-ду блокировки первого коммутатора, а информационный выход подключен к второму входу первого сумматора, генератор треугольных импульсов, выход которого соединен с входом второго коммутатора, и цветовой индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, оно снабжено вторым сумматором, включенным между первым коммутатором н формирователем, узконолосным перестраиваемым фильтром, вход которого соединен с выходом генератора шума, а выход - с вторым входом второго сумматора, свип-генераторбм, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора, и блоком управления, выполненным в виде блока оптимальной фильтрации, три входа которого подключены к выходам согласующих усилителей, а четвертый вход подключен к выходу свип-генератора, .трех цифровых вольтметров, первые входы которых подключены к выходам анализатора, вторые входы - к выходам блока оптимальной фильтрации, а выходы соединеi ны с первыми тремя входами цветового индикатора, трех цифровых фазометров, пер(Л вые входы которых соединены с выходом свип-генератора, а вторые входы соединены с с выходами блока оптимальной фильтрации, цифрового частотомера, включенного меж§ ду выходом свип-генератора и четвертым входом индикатора, микро-ЭВМ, выход которой соединен с пятым входом индикатора, блока аналогового управления, вход САЭ которого подключен к выходу микро-ЭВМ, 00 4 СО а выход - к управляющему входу формирователя и управляющему входу генератора треугольных импульсов, блока задания, выход которого подключен к второму входу блока аналогового управления и шестому входу индикатора, блока сопряжения, входы которого соединены с выходами трех вольтметров, трех фазометров, цифрового частотомера и блока задания, а выход соединен с входом микро-ЭВМ, и блока регистрации, вход которого подключен к второму вы.ходу микро-ЭВМ, второй выход блока аналогового управления соединен с управляющим входом микро-ЭВМ и седьмым входом индикатора, а блок выравнивания спектра включен между первым сумматором и усилителем мощности.