Устройство для гармонического анализа динамических характеристик вращающихся механических систем Советский патент 1960 года по МПК G01R23/16 G01H17/00 

Известны устройства для гармонического анализа динамических характеристик вращающихся механических систем, например вертолетных винтов. Причем исследуемые характеристики преобразуются в переменное электрическое напряжение той же формы кривой (например, посредством электрических датчиков). Напряжение это компенсируется напряжением вспомогательного источника электрических колебаний разных частот. Основным недостатком устройств подобного рода является сложность их конструкции.

Отличительная особенность предложенного устройства заключается в том, что в качестве упомянутого источника электрических колебаний применен датчик прямоугольных электрических импульсов. Датчик связан с валом исследуемого механизма и составлен из нескольких пар вращающихся прерывателей с различным количеством контактов, соответственно номерам гармоник. Контакты в каждой такой паре прерывателей сдвинуты на 90° ал.

Описываемое устройство конструктивно проще известных.

На фиг. 1 графически изображены сигналы /г-ного спаренного коллектора; на фиг. 2 - схема устройства.

Количество и относительная ориентировка контактных и изоляционных промежутков в каждом спаренном прерывателе выбраны так, что при подаче на него напряжения t/o (фиг. 1) его выходные напряжения являются в случае равномерного вращения вала с периодом Го, периодическими функциями периода - , сдвинутыми одна относительно

другой на одну четверть своего периода.

Т

№ 130114

и2 и

U,n- - c-js ---- / i высшие гармоники

и U и„ - - - siti -;;;- / высшие гармоники.

Первые гармоники сигналов (У,,, и U„. используются при определении соответственно косинусной и синусной составляющих л-ной гармоники сигнала x(t).

Блок настройки коэффициентов состоит из двух усилителей постоянного тока и двух делителей напряжения. Посредством блока настройки коэффициентов производится компенсация постоянных составляющих сигналов (7п| и „., также усиление этих сигналов соответственно в /С „ и /С,, раз (К„ и /( регулируются в процессе эксперимента). Выходными сигналами блока являются:

п,х 2t/o2тг« ,

а„„ А„- cosг - высише гармоники

2L/

УП, /( ,., sin / высшие гармоники.

При соответствующем выборе коэффициента усиления исследуемого сигнала (см. ниже) коэффициенты и л. могут непосредственно выражать коэффициенты разложения л (/) в ряд Фурье.

Блок сравнения представляет собой интегрально-суммирующий усилитель постоянного тока и служит для получения разности

Af7, ,t(0 -- Una- пь,

а также интегрирования разности

- /СС/о.

Сигнал используется при определении п-ной гармоники сигнала х(1, а сигнал Af/ - прн определении постоянной составляющей сигнала x(t).

Избирательная система состоит из усилителя постоянного тока с двойным Т-образным мостом в цепи обратной связи и предназначена

для выделения из сигнала Af/ гармоники с частотой па (ш - ) и для подавления низщих и высщих гармоник.

Индикатором устройства является катодный осциллограф.

В схеме, приведенной на фиг. 2, приняты следующие обозначения: . - датчик прямоугольных периодических сигналов, 2 - блок настройки коэффициентов, 3 - блок сравнения, 4 - избирательная система, 6 - индикатор и 6 - усилитель.

Принцип действия устройства основан на компенсации четной и нечетной составляющих исследуемой гармоники л:„ (/) а„ + 6„ sinncui первыми гармониками сигналов {У„„ и 0 частота которых (и „ д . (Требуемое соответствие частот обеспечивается совпадением периода вращения вала с периодом выходного сигнала, а также конструкцией датчика сигнала U,,}.

о

Компенсация производится путем последовательной регулировки коэффициентов К. и /(, в диапазоне ( - N . N), где Л |/а„ 4 .

Факт компенсации каждой из составляющих исследуемой гармоники устанавливается по минимуму амплитуды сигнала разности х„ (t) - 6/,;„- и„1, наблюдаемой на выходе фильтра (избирательной системы). Так как выходной сигнал люжно наблюдать лишь суммарно, то извыражения для его амплитуды

Л л - 1/ ( {где: Л„ - С/(„ и й„ - СК, - коэффициенты при первых гармониках соответственно сигналов и„ и и„1,) видно, что относительный минимум Лд по К.а (UK) достигается при

, независимо от К, и при Д , независимо от /(„ сс

При этом минимум по каждому из коэффициентов будет тем резче выражен, чем ближе к точке минимума подстроен второй коэффициент. Эти обстоятельства значительно облегчают процесс компенсации. Предварительным выбором масштаба исследуемого сигнала можно добиться, что минимум будет достигаться при К„ а и К. &„; поэтому при полной компенсации обеих составляющих коэффициенты /Сц и /(j, будут непосредственно выражать исковые коэффициенты Фурье.

Определение постоянной составляющей ао исследуемого сигналя производится также компенсационным методом. При этом исследуемый сигнал x(t) и регулируемая постоянная составляющая KUg подаются на вход интегрирующего усилителя (блок сравнения), который практически не пропускает колебательную составляющую. Факт компенсации можно определить по прекращению изменения выходного сигнала интегрирующего блока. При этом a(,K.Uo. Применение постоянного опооного напряжения UQ позволяет свести пересчет масщтабов сигнала x(t) к предварительной настройке коэффициента усиления сигнала x{i) п процессе тарировки.

Предлагаемый способ формирования компенсирующих сигналов обладает следующими преимуществами.

Минимум амплитуды Лд сигнала разности ДУ„, по которому определяется факт компенсации каледой из составляющих исследуемой гармоники, достигается в процессе регулирования одного из коэффициенгов Ка и KI, в точке, не зависящей от значения другого коэффициента, что значительно упрощает процесс компенсации.

Возможность использования только ламповых усилителей при формировании компенсирующего сигнала обеспечивает нормальную работу устройства в очень широком диапазоне частот, ограничиваемом снизу временем измерения (вследствие собственных переходных процессо;5 в фильтре), а сверху - предельными частотами, при которых нормально работает датчик компенсирующих сигналов.

Использование в установке прямоугольного периодического сигнала для компенсации исследуемой гармоники значительно упрощает конструкцию датчика, так как нри этом не требуется создания сложных эксцентриковых или кулачковых устройств, а также функциональных потенциометров, работа которых усложняется с повышением частоты. Кроме того, возможность жесткого крепления датчика на валу упрощает привязку начала отсчет исследуемых гармоник в плоскости винта.

Возможное число исследуемых гармоник определяется только кон струкцией датчика и равно числу спаренных вращающихся прерывателей.

- 3 -№ 130114

№ 130114 Предмет изобретения

Устройство для гармонического анализа динамических характеристик вращающихся механических систем, например, вертолетных винтов, в котором исследуемые характеристики преобразуются в переменное электрическое напряжение той лее формы кривой (например, при помощи электрических датчиков), компенсируемое напряжением вспомогательного источника электрических колебаний разных частот, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, в качестве указанного источника колебаний применен датчик прямоугольных электрических импульсов, связываемый с валом исследуемого механизма и со ставленный из нескольких пар вращающихся прерывателей с различным количеством контактов, соответственно номерам гармоник, причем, контакты прерывателей в каждой паре сдвинуты на 90° эл.

- 4 -