Устройство для виброрезонансных испытаний изделий Советский патент 1986 года по МПК G01M7/00 

1249367

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам, служа- ндим для виброрезонансных иснытаний изделий.

Цель изобретения - повьпнение производительности испытаний за счет оптимизации скорости сканирования частоты вибро- нагружепия и повышение достоверности иснытаний за счет новышения точности па- стройки вибровозбудителя па резонансные частоты иснытуемого .

Поставленная цель достигается за счет нрограммпого изменения скорости рования частоты вибронагруженкя для быстрого перехода от одного резонанса к другому в зависимости от добротности иснытуемого изделия иабсолютпого значения резонансной частоты, а также за счет программного задания частоты колебаний исгтытуе- мого изделия и абсолютного значения резонансной частоте (с учетом изменений этой частоты в процессе испытаний) в сочетании с иснользованием фазового критерия ноиска резонанса.

На чертеже изображена блок-схема пред лагаемого устройства для виброрезопансных иснытаний изде. шй.

Устройство содержит программируемый задатчик 1, фазовый детектор 2, блок 3 регулировки частоты, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выхода.ми фазового детектора 2, последовательпо соединенные задающий генератор 4, вход которого соединен с нервы.м выходом блока 3 регулиро- ки частоты, усилитель 5 MOHIHOCTH, вибро- возбудите:1ь 6 и измерительный вибронреоб- разователь 7, служан.ий для преобразования механических колебаний исньггуемого изделия 8 в э;1ектрические колебат1Я.

Фазовый детектор 2 содержит первый формировате. 1Ь 9 нрямоугольпых импульсов. вход которого соединен с выходом задающего генератора 4 и является первым входом фазового детектора 2, второй формирователь 10 прямоугольных и.мпульсои, вход которого соединен е выходом измерительного вибропреобразователя 7 и яв, :яется вторым входом фазового детектора 2, D-триг- гер 11, С- и D-входы которого соединены соответственно с выходами первого и второг о формирователей 9 и 10 прямоугольных импульсов, а вход «Установка в «О О-трипе- ра 11 соединен с первым выходом программируемого задатчика 1 и служит четвертым входом фазового детектора 2, соединенного с выходами D-триггера 11 коммутатора 12, формирователь 13 коротких импульсов, вход которого соединен с прямым выходом D-триггера 11, двоичный счетчик 14, счетный вход которого соединен с выходом формирователя 13 коротких импульсов, а вход «Устаповка в «О соедипен с первым выходом нрограммируемого задатчика I, триггер 15, вход «Устаповка в «1 которого соединен с выходом «Переполнение

5

0

5

0

5

0

5

2

двоичного счетчика 14, вход «Установка в «О соединен с первы.м выходом нрограммируемого задатчика 1, а прямой выход, являющийся третьим выходом фазового детектора 2, соединен с первым входо.м нрограммируемого задатчика 1, управляемый делите. ш 16 частоты, первый вход которого соединен с выходом триггера 15, а второй вход с сигнальным выходом двоичного счетчика 14, генератор 17 прямоугольных импульсов, вход которого соединен с третьим выходом нрограммируемого задатчика 1 и служит нятым входом фазового детектора 2, а выход соединен с третьим входом управляемого делителя 16 частоты, и второй коммутатор 18, сигпальный вход которого соединен с выходом угЕравляемого де- ;|ителя 16 частоты, управляющий вход со- динен с выходом первого коммутатора 12, первый выход служит нервым выходом фазового детектора 2 и соединен с первым входом блока 3 регулировки частоты, а второй выход соединен с вторы.м входом блока 3 регулировки частоты и служит третьим выходом фазового детектора 2.

Блок 3 регулировки частоты содержит двоичный реверсивный счетчик 19, выход которого соедипен с вторым входо.м нрограммируемого задатчика 1 и является вторым выходо.м блока 3 регулировки частоты, счетньЕЙ суммирующий и счетный вычита- ЮН1ИЙ входы которого служат соответ- ствен 1О первым и вторым входами блока 3 регулировки частоты, а управляющий вход и вход параллельного занесения нн- с|)ормапии служат третьи.м и четвертым входами блока 3 регулировки частоты, и соединены с нервым и четвертым выходами нрограммируемого задатчика 1, и цифро- аналоговый преобразователь 20, вход которого соединеп с выходом двоичного реверсивного счетчика 19, а выход является первым выходом блока 3 регу. шровки частоты. В соответствии с введенной в нрограм- .мируемый задатчик 1 программой на его выходах формируются следующие управляю- Н1ие сигналы и коды установок: на нервом вьгходе - сигнал установки схемы устройства в исходное состояние в виде сигна- .ла ну. 1евого уровня или сигнал начала работы в виде сигнала единичного уровня; на втором выходе - нризнак частоты в виде сигналов единичного уровня для четных форм резонансов или в виде сигналов нулевого уровня для нечетных форм резонансов; на третьем выхо.ае -- двоичные коды скоростей сканирования частоты вибронагружения и на четвертом выходе - двоичные коды частот резонансов испытуемого изделия, установ.чепные до начала испытаний и корректирующиеся в ходе иснытаний.

Программируемый задатчик 1 снабжен входа.ми для прие.ма сигналов: первый вход- д;1Я приема с выхода триггера 15 сигнала единичного уровня, подтверждающего соответствие частоты колебаний испытуемого изделия его резонансной частоте; второй вход - для нриема текущего значения кода частоты вибронагружения с сигнального выхода двоичного реверсивного счетчика 19.

Предлагаемое устройство для виброрезонансных испытаний изделий работает следующим образом.

После включения устройства сигнал установки в исходное состояние в виде сигнала нулевого уровня с первого выхода программируемого задатчика 1 поступает на входы «Установка в «О D-триггера 11, триггера 15 и двоичного счетчика 14 и устанавливает их в исходное состояние. Этот же сигнал поступает на управляющий вход двоичного реверсивного счетчика 19 и разрещает занесение в него кода частоты резонанса, который поступает на его вход параллельного занесения информации с четвертого выхода программируемого задатчика 1.

С второго выхода программируемого задатчика 1 на управляющий вход первого коммутатора 12 поступает признак четности, а с третьего выхода задатчика 1 на вход генератора 17 прямоугольных импульсов поступает код скорости сканирования частоты вибронагружения.

Код, занесенный в двоичный реверсивный счетчик 19, с его сигнального выхода поступает на вход цифроаналогового преобразователя 20 и, преобразованный в уровень напряжения, поступает на вход задающего генератора 4, на выходе которого появляется синусоидальный сигнал с частотой, соответствующей заданному коду. Этот сигнал через усилитель 5 мощности и вибровозбудитель б вызывает возбуждение колебаний в испытуемом изделии 8.

Наличие сигнала установки в исходное состояние на первом выходе задатчика 1 блокирует переключение тех узлов устройства, на которые он поступает, и сканирования частоты не происходит. Это является исходным состоянием устройства. После этого задатчик 1 переходит к отсчету временного интервала, необходимого для завершения переходных процессов. По истечении этого интервала на первом выходе задатчика 1 устанавливается сигнал единичного уровня, разрещающий работу устройства.

Сигналы с выходов задающего генератора 4 и измерительного преобразователя 7 поступают на входы первого и второго формирователей 9 и 10 прямоугольных импульсов, с выходов которых импульсы прямоугольной формы положительной полярности поступают на С-вход и D-вход D-триггера 11 соответственно.

Рассмотрим работу устройства на конкретном примере. Если фаза сигнала от задающего генератора 4 опережает фазу сигнала

от измерительного вибропреобразователя 7, то D-триггер 11 устанавливается в нулевое состояние. Если при этом на управляющий вход первого коммутатора 12 с второго выхода задатчика 1 поступает сигнал нулевого уровня, что соответствует нечетной форме резонанса, то сигнал нулевого уровня с прямого выхода D-триггера 11 через первый коммутатор 12 поступает на управляющий вход второго коммутатора 18. При этом

последний скоммутирует свой сигнальный вход на первый выход, соединенный с суммирующим счетным входом двоичного реверсивного счетчика 19. Счетные импульсы от генератора 17 прямоугольных импульсов через управляемый делитель 16 частоты и

второй коммутатор 18 начинают поступать на счетный суммирующий вход двоичного реверсивного счетчика 19 и заполнять его. Увеличение кода на выходе двоичного реверсивного счетчика 19 при помощи цифроQ аналогового преобразователя 20 вь зывает приращение уровня напряжения на входе задающего генератора 4 и увеличение его частоты. Частота следования счетных импульсов, поступающих на суммирующий счетный вход двоичного реверсивного счет5 чика 19, определяющая скорость сканирования частоты, задается кодом скорости сканирования частоты на третьем выходе задатчика 1 и коэффициентом пересчета управляемого делителя 16 частоты и определяется добротностью испытуемого изделия

- на первой форме резонанса и значением собственной частоты испытуемого объекта на заданной форме резонанса, измеряемыми до испытаний.

Коэффициент пересчета управляемого

делителя 16 частоты устанавливается кодом, поступающим с выхода двоичного счетчика 14, и уровнем сигнала, поступающим с прямого выхода триггера 15, на первый и второй входы управляемого деQ лителя 16 частоты соответственно. В начальный момент, когда содержание двоичного счетчика 14 и триггера 15 равно «О, коэффициент пересчета устанавливается минимальным, и скорость сканирования частоты максимальная относительно програм5 мно заданной частоты генератора 17 прямоугольных импульсов. По мере увеличения уровня напряжения на входе задающего генератора 4 его частота достигает собственной частоты испытуемого изделия 8, но так как испытуемого изделие 8 облада ет инерционностью, то частота его колебаний достигает собственной с некоторым запаздыванием относительно частоты задающего генератора 4, частота которого к этому моменту переходит за резонансную.

j Частота колебаний испытуемого изделия 8, следуя за частотой задающего генератора 4, также переходит за резонансную, и в соответствии с фазочастотной характеристикой

испытуемого изделия 8 фаза сигнала от измерите.пьного вибропреобразователя 7 начинает опережать фазу сигнала от задающего генератора 4. ГГри этом D-триггер 11 устанавливается в единичное состояние, так как фаза сигнала на его D-входе опережает фазу сигнала на его С-входе. Передний фронт сигнала с прямого выхода D-триггера 11 поступает на вход формирователя 13 коротких импульсов, и на его выходе появляется короткий импульс. Этот

устанавливает максимальный коэффициент пересчета. Устройство переходит в режи.м поддержания резонансной частоты, при котором скорость сканирования минимальна, а направление скорости сканирования изменяется при каждом изменении состояния D триггера 11. Сигнал с прямого выхода триггера 15 поступает также на первый вход задатчика 1, инициируя отсчет задатчи- ко.м 1 временного интервала продолжиИМПУЛЬС

поступает Ю тельности вибронагружения на данной форме

на счетный вход двухразрядного двоичного счетчика 14 и изменяет его состояние на 01. Этот код с выхода двоичного счетчика 14 поступает на второй вход управляемого делителя 16 частоты и увеличивает его коэффициент пересчета, уменьп)ая, тем самым, скорость сканирования частоты. При единичном значении D-триггера 11 высокий уровень сигнала с его прямого выхода через первый ко.ммутатор 12 поступает на управляющий вход второго коммутатора 18, ко- торый перекоммутирует серию счетных импульсов со счетного суммирующего входа на счетный вычитающий вход двоичного реверсивного счетчика 19 и изменяет направление сканирования частоты вибронагру- жения. Содержимое двоичного реверсив- ного счетчика 19 и, как следствие, частота задающего генератора 4 начинают умень- щаться. Частота колебаний испытуемого изделия 8 следует за частотой задающего генератора 4 и вновь начинает приближаться к собственной, достигает ее и переходит за нее. D-триггер 11 вновь изменяет свое состояние и примет значение, равное «1. Переход D-триггера 11 из одного положения в другое является сигналом, говоря- 1цем о переходе частоты вибронагружения через резонансную. Задний фронт сигнала с прямого выхода D-триггера 11 поступает на вход формирователя 13 коротких импульсов, и на его выходе вырабатывается импульс, изменяющий состояние двоичного счетчика 14 с 01 на 10. Такое изменение вызывает очередное увеличение коэффициента пересчета управляемого делителя 16 частоты и уменьшение скорости сканирования. Изменение состояния D-триггера 11 через первый 12 и второй 18 коммутаторы вызывает изменение направления сканирования. Описанный процесс повторяется до тех пор пока не произойдет переполнение двоичного счетчика 14, и при каждом очередном изменении состояния D-триггера 11 скорость сканирования уменьщается, а направление сканирования меняется.

Сигнал с выхода «Переполнение двоичного счетчика 14 поступает на вход «Установка в «1 триггера 15 и устанав/швает его в единичное состояние.

Предлагаемое устройство для виброрезонансных испытаний изделий позволяет проводить испытания объектов с .многорезонансными частотными характеристиками на произвольных, выбранных в любой последовательности, формах его резонансов, что дает возможность приблизить условия испытаний к эксплуатационным. Предварительное программное задание скорости сканирования частоты вибронагружения в сочеСигнал с прямого выхода триггера 15 5 тании с возможностью изменения ее в окрестпоступает на вход управляемого делителя 16 частоты, запрещает его реакцию на изменение состояния двоичного счетчика 14 и

ностях резонансных пиков и в сочетании с возможностью корректировки кодов частоты резонансов в программе испытаний

устанавливает максимальный коэффициент пересчета. Устройство переходит в режи.м поддержания резонансной частоты, при котором скорость сканирования минимальна, а направление скорости сканирования изменяется при каждом изменении состояния D триггера 11. Сигнал с прямого выхода триггера 15 поступает также на первый вход задатчика 1, инициируя отсчет задатчи- ко.м 1 временного интервала продолжи тельности вибронагружения на данной форме

резонанса.

По истечении этого интервала в задат- чик 1 вводится текущее значение кода частоты, которое поступает на второй вход задатчика 1 с выхода двоичного реверсивного счетчика 19. Этот код запоминается в задатчике 1 и в дальнейщем является программным значением кода данной частоты на этой форме резонансов. Это сделано в связи с тем, что в ходе длительных виброиспытаний в испытуемом изделии накапливаются микродефекты и его частотные характеристики меняются. Это приводит к тому, что коды частот, выявленные до начала испытаний и включенные в начальную программу испытаний, начинают значительно отличаться от кодов частот, соответствующих частотам резонансов изделия в настоящий момент. Поэтому в ходе испытаний постоянно проводится корректировка программных значений частот резонансов.

С первого выхода задатчика 1 в схему устройства поступает сигнал установки в исходное состояние в виде сигнала нулевого уровня, который запрещает его работу. На четвертом выходе задатчика 1 устанавливается код частоты следующей по программе формы резонанса, который по нулевому уровню сигнала на первом выходе задатчика 1 заносится в двоичный реверсивный счетчик 19, и начинается испытание изделия 8 на следующей резонансной частоте.

В качестве програм.мируе.мого задатчика 1 может быть применена агрегатированная микроэвм или специализированное вычислительное устройство, построенное на базе микропроцессорного комплекта интегральных схем.

Предлагаемое устройство для виброрезонансных испытаний изделий позволяет проводить испытания объектов с .многорезонансными частотными характеристиками на произвольных, выбранных в любой последовательности, формах его резонансов, что дает возможность приблизить условия испытаний к эксплуатационным. Предварительное программное задание скорости сканирования частоты вибронагружения в сочетании с возможностью изменения ее в окрестностях резонансных пиков и в сочетании с возможностью корректировки кодов частоты резонансов в программе испытаний

обеспечивает более точное программное задание резонансных частот, позволяет сократить время поиска резонансов и перестройки с одной резонансной частоты на другую, чем достигается повышение производительности виброиспытаний, а также исключает опасность пропуска резонансных пиков и попадание в зону «ложного, не собственного резонанса испытуемого изделия, что повышает достоверность испытаний.

Формула изобретения

Устройство для виброрезонансных испытаний изделий, содержашее последовательна включенные блок регулировки часто- ты, задающий генератор, усилитель мошно- сти и вибровозбудитель, подвижная часть которого служит для закрепления испытуемого изделия, измерительный вибропреобразователь колебаний изделия и фазовый детектор, первый вход которого соединен с выходом задаюпдего генератора, второй вход - с выходом измерительного вибропреобразователя, а выход - с входом блока регулировки частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения производительно- сти испытаний за счет оптимизации скорости сканирования частоты вибронагружения и повышения достоверности испытания, оно снабжено программируемым задатчиком, фазовый детектор выполнен в виде первого формирователя прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом задающего генератора и является первым входом фазового детектора, второго формирователя прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом измерительного вибропреобразователя и является вторым входом фазового детектора, D-триггера, С-вход и D-вход которого соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей прямоугольных импульсов, а вход «Установка в «О служит третьим входом фазового детектора и соединен с первым выходом программируемого задатчика, первого коммутатора, первый и второй сигнальные входы которого соединены соответственно с прямым и инвертируюшим выходом D-триг- гера, а управляющий вход служит четвер- тым входом фазового детектора и соеди

0

5 0

5 5 0 5 5

0

нен с вторым выходом программируемого задатчика, формирователя коротких импульсов, вход которого соединен с прямым выходом D-триггера, двоичного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом формирователя коротких импульсов, а вход «Установка в «О соединен с первым выходом программируемого задатчика, триггера, вход «Установка в «I которого соединен с выходом «Переполнение двоичного счетчика, вход «Установка в «О соединен с первым выходом программируемого задатчика, а прямой выход служит вторым выходом фазового детектора и соединен с первым входом программируемого задатчика, управляемого делителя частоты, первый вход которого соединен с выходом триггера, а второй вход - с сигнальным выходом двоичного счетчика, второго коммутатора, сигнальный вход которого соединен с выходом управлямого делителя частоты, управляющий вход соединен с выходом первого коммутатора, первый выход служит первым выходом фазового детектора и соединен с первым входом блока регулировки частоты, а второй выход соединен с вторым входом блока регулировки частоты и служит третьим выходом фазового детектора, и генератора прямоугольных импульсов, вход которого служит пятым входом фазового детектора и соединен с третьим выходом программируемого задатчика, а выход - с третьим входом управляемого делителя частоты, блок регулировки частоты выполнен в виде двоичного реверсивного счетчика, выход которого соединен с вторым входом программируемого задатчика и служит вторым выходом блока регулировки частоты, счетный суммирующий и счетный вычитающий входы которого служат соответственно первым и вторым входами блока регулировки частоты, а управляющий вход и вход параллельного занесения информации служат соответственно третьим и четвертым входами блока регулировки частоты и соединены соответственно с первым и четвертым выходами программируемого задатчика, и цифроаналогового преобразователя, вход которого соединен с выходом двоичного счетчика, а выход является первым выходом блока регулировки частоты.

Изобретение относится к испытательной технике. Целью изобретения является повышение производительности испытаний за счет оптимизации скорости сканирования частоты вибронагружения и повышение достоверности испытаний за счет повышения точности настройки вибровозбудителя на резонансные частоты. С помош,ью программируемого задатчика изменяется скорость сканирования частоты вибронагружения для быстрого перехода от одного резонанса к другому. Она выбирается в зависимости от добротности испытуемого изделия и значения резонансной частоты. Повышение достоверности испытаний обеспечивается за счет программного задания частоты колебаний испытуемого изделия, достаточно близкой к его резонансной частоте, с учетом изменения этой частоты в процессе колебаний из-за накопления деформации в сочетании с фазовы.м критерием поиска резонанса с помощью фазового детектора. I ил. 1C to 4 ;о со О5