Устройство для испытания на случайные вибрации Советский патент 1986 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к вибрацион цътм испытаниям изделий на прочность и может применяться в различных отраслях машиностроения.

Целью изобретения является повышение достоверности испытаний объектов с нелинейными свойствами за счет управления формой спектральной плотности в низкочастотной области, общей дисперсией и спектральным моментом. .

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства-, на фиг.2 - частотная характеристика последовательно включенных блока дифференцирования и блока умножения; на фиг.З спектральная плотность, сформированная предлагаемым устройством; на фиг. 4 - спектральн1 е плотности, полученные на базовом устройстве и устройстве-прототипе.

Устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные генератор белого шума, многоканальный формирователь, каждый канал которого включает последовательно соединенные формирующий узкополосный фильтр 2 и регулируемьй усилитель 3, последовательно соединенные первый сумматор 4, входы которого подключены к выходам усилителей 3, усилитель 5- мощности, возбудитель 6 колебаний, последовательно соединенные вибро- датчик 7, механически связанный с возбудителем .6 колебаний, измеритель

8общей дисперсии, блок 9 сравнения общей дисперсии, первый однгополяр- ный интегратор 10, первый умножитель 11, второй вход которого соединен с выходом вибродатчика 7, второй сумматор 12 и образуюш 1Й цепь обратной связи многок 1нальный анализатор, каждый канал которого вьшолнен в виде последовательно соединенных анализирующего узкополосного фильтра 13, измерителя 14 дисперсии и блока 15 сравнения, а также задатчика.1б дисперсии, вькод которого соединен с вторым входом блока 15 сравнения, выход которого связан с управляющим входом соответствующего регулируемого усилителя 3, задат- чик 17 общей дисперсии, выход которого соединен с вторым входом блока

9сравнения общей дисперсии, последовательно соединенные блок 18 дифференцирования, вход которого соединен с выходом вибродатчика 7, измеритель 19 спектрального момента, блок 20 сравнения спектрального момента, второй однополярный интегратор 21 и второй умножитель 22, второй вход которого соединен с выходом блока 18 дифференцирования, а выход - с вторым входом сумл атора 12, и задатчик 23 спектрального момента , выход которого соединен с

вторым входом блока 20 сравнения спектрального момента.

Устройство работает следуюшдм образом.

Сигнал генератора 1 разделяется

5 на N полос (число полос равно числу . каналов формирователя) формирующими узкополосными фильтрами 2, с выхода которых узкополосные сигналы поступают на вход регулируемых усилите0 лей 3 о Коэффициент усиления усилителей 3 устанавливается по сигналам - с вькода блорсов 15 сравнения, рующих сигнал рассогласования между сигналом задатчика 16 дисперсии и

5 измеренньм сигналом. Сигналы с вы-

ходов усилителей 3 суммируются сум- . маторами 4, усиливаются усилителем 5 моядности и подаются на вход возбудителя 6 колебаний, где измеряются

CI вибродатчиком 7„ За счет нелинейности характеристики испытываемой конструкции возбуждаются вибрации с чгястотами, выходящими за рабочий диапазон. Наличие высокочастотных составляющих приводит к возрастанию об- щего уровня возбуждения и эффективной частоты. Сигнал с вибродатчика 7 поступает на измеритель 8 общей дисперсии. Значение общей дисперсии сравнивается в блоке 9 сравнения об40

щей дисперсии с заданным значением.

поступающим с задатчика 17 общей дисперсии. Разностный сигнал через однополярный интегратор 10 прдается на первьй вход умножителя .11, устапавливая на нем коэффициент передачи по второму входз , -на который поступает сигнал -с вибродатчика 7, и таким образом за счет изменения уровня сигнала, идущего с вибродатчика

7 через умножитель 11 и сумматор 12 в цепь обратной связи, изменяются сигналы ошибки в блоке 15 сравнения и, следовательно, коэффициенты усиления усилителей 3. В результате изменяется уровень вибрации во всем рабочем диапазоне. Изменение уровня происходит до тех пор, пока общая дисперсия не будет равна заданной

3

задатчиком 17 общей дисперсии, т.е. пока сигнал на входе однополярного интегратора 10 не будет равен нулю. Включение в контур управления диспесией однополярного интегратора 10 делает систему астатической по дисперсии. Такой контур позволяет по сравнению с прототипом не только уменьшать уровень возбуждения в рабочем диапазоне частот, но и чивать его, что бывает необходимо при совместной работе каналов по управлению общей дисперсией и спектральным моментом. Сигнал с вибродатчика 7 поступает также на блок 18 дифференцирования. Измеритель 19 спектрального момента измеряет спекральный момент процесса, который р сравнивается в блоке 20 сравнения спектрального момента с заданным задатчиком 23 спектральным моментом, значение которого вычисляется согласно Требуемой эффективной частоте и требуемой общей дисперсии-, которые определяются следуюгцим образом:

(bx()

у о где SyCco) - спектральная мощность

случайного воздействия . в контрольной точке - объекта испытаний

оо2 г

x JS uVtJco - дисперсия;

:й J 5, (uVco tJu-первый спектральньш мо- о мент этого воздействия. Как видно из определения, спектральный момент это есть дисперсия производной сформированного воздействия. Общая дисперсия и эффективная частота являются аналогами амплитуды и частоты колебаний при гармоническом воздействии.

Если измеренный момент превосходит заданный, то на выходе однополярного интегратора 21 (на его выходе может появиться только положи- тельньй сигнал) появляется сигнал, поступающий на умножитель 22 и определяющий коэффициент передачи по каналу с вибродатчика через блок 18 дифференцирования, умножитель 22 и сумматор 12 в цепь обратной связи

Как видно из характеристики канала (фиг. 2), этот канал повышает уровень процесса в обратной связи

279634

на высоких частотах и уменьшает ко- эффи1у1енты усиления усилителей 3 в высокочастотной части рабочего диапазона, тем самьт понижая уровень 5 возбуждения объекта на этих частотах. Наибольщий вклад в спектральный момент вносят высокочастотные колебания и снижение их уровня позволяет добиться необходимого его значения, to Степень подавления высоких частот в возбуждающем сигнале определяется частотой среза о (фиг. 2). Эта частота при работе устройства за счет еигнала рассогласования с бло- )5 ка 20 сравнения спектрального момента сдвигается влево до тех пор, по- ка спектральный момент не будет равен заданному, т.е. пока сигнал на входе однополярного интегратора 21 2Q не станет равен нулю. Форма спектральной плотности в высокочастотной части отличается от заданной, но эффективная частота и общая дисперсия с учетом составляющих, возникаю- 25 щих из-за нелинейных свойств тракта, будут равны и1 требуемым. На фиг 3 показана спектральная плотность процесса, сформированная предлагаемым устройством при испытаниях нелиней- .,Q кого объекта (пунктиром показан требуемый спектр), На фиг. 4 для сравнения показаны спектры, сформированные на этом же объекте системой без дополнительных каналов (сплошная линия) и с каналом управления общей дисперсией (штрих-пунктирная линия). Повышение достоверности при испытаниях на прочность объясняется тем, что в устройстве поддерживаются требуемые значения общей дисперсии и эффективной частоты с учетом возникающих из-за нелинейности высокочастотных вибраций за рабочим диапазоном. Эти параметры процесса определяют число циклов нагружения и вели- чину напряжения конструкции при воздействии на нее случайной вибрации. Получение более достоверных характеристик нагружения изделия позволяет обеспечить заданный уровень 0 надежности изделия при менее жестких .требованиях к его конструктивным параметрам.

Формула изобретения

Устройство для испытания на случайные вибрации, содержащее генератор белого шума, подключенный к нему

многоканальный формирователь, каждьш канал которого вьшолнен в вщ1;е последовательно соединенных формирующего узкополосного фильтра и регулируемого усилителя, последовательно соединенные первый сумматор, к входам которого подключены выходы регу- лируемьк усилителей, усилитель мощности и возбудитель колебаний, пооледовательно соединенные вибродатчик, ю мерителем спектрального момента и измеритель общей дисперсии и блок блоком сравнения спектрального мо- сравнения общей дисперсии, задатчик общей дисперсии, выход которого подключен к второму входу блока сравнемента,. задатчиком спектрального момента, выход которого соединен с вторым входом блока,сравнения спект- ния общей дисперсии, и последователь- is рального момента, вторым умножителем, но подключенные умножитель, первый вход которого соединен с выходом вход которого соединен с вьсюдом вибродатчика, второй сумматор и образующий цепь обратной связи многока20

нальный анализатор, каждый канал которого вьшолнен в виде задатчика дисперсии и последовательно соединенных анализирующего фильтра, вход которого является входом канала анализатора, измерителя дисперсии и бло 25 рыми входами ка сравнения, второй вход которого ножителей.

блока дифференцирования, а выход - с вторым .входом второго сумматора, первым и вторым однополярными интеграторами , входы которых соединены соответственно с блоком сравнения общей дисперсии и блоком сравнения спектрально- го момента , а выход - с вто- соответствующих умсоединен с выходом задатчика дисперсии, а выход - с управляющим входом соответствующего регулируемого усилителя, отличающееся тем, что, с целью повьшения достоверности испытаний, оно снабжено последовательно соединенными блоком дифференцирования5 вход которого соединен с выходом вибродатчика, измента,. задатчиком спектрального момента, выход которого соединен с вторым входом блока,сравнения спект- рального момента, вторым умножителем, вход которого соединен с выходом

рыми входами ножителей.

блока дифференцирования, а выход - с вторым .входом второго сумматора, первым и вторым однополярными интеграторами , входы которых соединены соответственно с блоком сравнения общей дисперсии и блоком сравнения спектрально- го момента , а выход - с вто- соответствующих умфт,

W 10 1.5 10 2.5 3.0 3.5 t.Q ti.5 КГц

Редактор Т.Парфенова

Составитель Ю.Круглов

Техред И. Верес Корректор Е.Сирохман

2280/42

Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1 фиг.2

а)

Риг.З

(pus.

Изобретение относится к вибрационным испытаниям изделий на прочность и может применяться в различных отраслях машиностроения. Целью изобретения является повышение достоверности испыганий объектов с нелинейными свойствами за счет управления формой спектральной плотности в области низких частот, общей дисперсией и спектральным моментом. Сигнал с вибродатчика через блок дифференцирования поступает на измеритель спектрального момента, после чего сравнивается в блоке сравнения спектрального момента с заданным значением, при пресьшшнии которого на выходе однополярного интегратора выраба- тьшается сигнал, определяющий коэффициент передачи из блока дифференцирования через y ffloжитeль и сумматор в цепь обратной связи. 4 ип. (Л to ьр