Устройство для виброиспытаний Советский патент 1988 года по МПК G01M7/00 

00 Од 9д (Х СО

,рительной технике и может быть использовано для определения частотных характеристик испытуемого изделия.

Цель изобретения - повьшение точности измерения частотных характеристик изделия за счет компенсации динамических искажений амплитудной и фазовой частотных характеристик.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 с блоками компрессии и развертки частоты, подключенные к нему управляющими входами два гетеродинных сопровождающих фильтра 2 и 3, подключенный управляющим -входом самописец 4 и чере усилитель 5 мощности - вибрато р 6

два вибропреобразователя 7 и 8, пер- 20 вертора 19, а-его выход через после- вый из которых размещен на вибраторе довятельно соединенные второй умножи- 6, а второй - на испытуемом изделии 9, Первый вибропреобразователь 7 через

тель 36 на ,пятый i-37, шестой 38, седьмой 39 и восьмой 40 интеграторы подключен к объединенным вторым вхопервый согласующий усилитель 10 подключен к информационному входу фильт- 25 дд третьего 22 и седьмого 23 дели30

ра 2, выход которого соединен с входом компрессии генератора 1. Второй вибропреобразователь 8 через второй согласующий усилитель 11 подключен к информационному входу фильтра 3. К единичным выходам фильтров 2 и 3 подключен фазовый детектор 12. Устройство также содержит аналоговый перемножитель 13, блок 14 дифференцирования, функциональный блок 15 косинуса и функциональный блок 16 синуса, объединенные входы которых соединены с выходом фазового детектора 12, а выходы - соответственно с первыми входами первого 13 и второго 17. аналого- 40 вых перемножителей, объединенные вторые входы которых через лервый инвертор 18 соединены с информационным выходом второго фильтра 3. Кроме тотельных блоков и входу третьего квад ратора 41 (так же). Второй вход пято го делительного блока 25 объединен с входом седьмого интегратора 39. Трети сумматор 42, входами соединен соответственно с выходами второго 34 и третьего 41 квадраторов, а его выход через функциональный блок 43 извлечения квадратного корня подклю- 35 чен к информационному входу самописца 4. Информационный вход второго самописца 4 через функциональный блок 45 арктангенса соединен с выходом седьмого делительного блока 33.

Устройство работает следующим образом.

Электрический сигнал с выхода генератора 1 после усилителя 5 мощносвыходами первого 20, четвертого 23 и пятого 25 делительных блоков, а его

выход через последовательно соединенные первый блок 28 умножения на 8, первый 29, второй 30, третий 31 и черветый 32 интеграторы подключен к объединенным второму входу четвертого 23 и первому входу седьмого 33 делительных блоков, а также к входу второго квадратора 34. Второй инвертор 19 входом подключен к выходу шестого делительного блока 26, второй вход

которого объединен с входом третьего интегратора 31. Входы второго сумматора 35, соединены соответственно с выходами второго 21 и третьего 22 делительных блоков и выходом второго инвертора 19, а-его выход через после- довятельно соединенные второй умножи-

тель 36 на ,пятый i-37, шестой 38, седьмой 39 и восьмой 40 интеграторы подключен к объединенным вторым вхо30

40

тельных блоков и входу третьего квадратора 41 (так же). Второй вход пятого делительного блока 25 объединен с входом седьмого интегратора 39. Трети сумматор 42, входами соединен соответственно с выходами второго 34 и третьего 41 квадраторов, а его выход через функциональный блок 43 извлечения квадратного корня подклю- 35 чен к информационному входу самописца 4. Информационный вход второго самописца 4 через функциональный блок 45 арктангенса соединен с выходом седьмого делительного блока 33.

Устройство работает следующим образом.

Электрический сигнал с выхода генератора 1 после усилителя 5 мощнос

Изобретение относится к виброизмерительной технике и может быть использовано для определения частотных характеристик испытуемого изделия. Целью изобретения является повышение точности определения частотных характеристик изделия за счет компенсации динамических искажений амплитудной (АЧХ) и фазовой (ФЧХ) частотных характеристик; Возникающие искажения АЧХ и ФЧХ устраняются путем решения в реальном масштабе времени непосредственно во время испытаний уравнения с комплексной переменной вида W o(jw)W5.Xjuj-jVp d Wc( ju) /ЗиЯ-1 /8v2 w a Uc(ja)) / Ju)% где W(,(jco) - комплексная передаточная функция механической системы (т.е. передаточная функция, получаемая при действии внешней силы постоянной частоты - истинная передаточная функция системы); W.(ju)) - динамическая комплексная передаточная функция механической системы (т.е. получаемая при действии силы переменной частоты) , V - скорость развертки частоты ц) . при V const. Уравнение решается относительно W(.(ju)). 1 ил. i СЛ

го, устройство содержит второй инвер- 45 ти преобразуется вибратором 6 в мехатор 19.

Выходы аналоговых перемножителей 13 и 17 соединены соответственно с первыми входами первого 20 и второго 21 делительных блоков, вторые входы которых совместно с первыми входами третьего 22 и четвертого 23 делительных блоков соединены через первый квадратор 24 с объединенными первыми входами пятого 25 и шестого 26 делительных блоков, соединенными в свою очередь через блок 14 дифференцирова- .ния с выходом сигнала развертки частоты генератора. Входы первого сумманические колебания платформы, амплитуда которых стабилизируется цепью компрессии: вибропреобразователь 7 - согласующий усилитель 10 - фильтр 2 50 вход блока компрессии генератора 1. Фильтр 2 перестраивается по сигналу .с генератора 1 с целью селекции основ- ной частоты вибрации. Установленный на испытуемом изделии 9 второй вйбро55 преобразователь 8 вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный отклику изделия на приложенное воздействие, который после согласующего усилителя 11 подается на информационный

вход второго фильтра 3, перестраивамого по управляющему входу.

Динамическая комплексная передатная функция.WQ(ты) испытуемого изде

я „

получающаяся при действии силы изменяющейся частоты со скоростью V , и комплексная передаточная функция WCjcf) изделия - истинная передатбч- ная функция изделия, которая может быть получена при действии на издел силы постоянной частоты или изменяющейся с очень малой скоростью, связаны соотнощением

W (ioJ)w(iu,) . w vjiv; wuw; jVjj 2 ,8 аю

(

Заменяя в (1) функции Wa(jtJ) и W(jw) на их представления из действительных и мнимых частей и приравнвая соответственно действительные и мнимые части слева и справа в (1), получаем исходную систему дифференциальных уравнений, использующихся устройстве для устранения искажений АЧХ и ФЧХ испытуемого изделия 9:

Sa(a))cosiKu)S,(u))4V 9u) 1 .„ ,(to)

8 d

Sa (o)) s in tXw) S , (ы)-Vjj

ЗЧ,(Ы) 2

)

8 i 5v Электрический сигнал, пропорциональный амплитуде отклика на частоте U)(t), снимается с информационного выхода фильтра 3, а электрический сигнал, пропорциональньщ фазовому сдвигу между вынужденными колебаниями изделия 9 и вынуждающими колебаниями вибратора 6, снимается с выхода фазового детектора 12, подключенного сигнальными входами к единичным выходам фильтров 2 и 3. Соответствующие преобразования указанных сигналов первым функциональным блоком 16 синуса, инвертором 18, аналоговым перемножителем 17 и первыми функцИональньш блоком 15 косинуса, инвертором 18, вторым аналоговым перемножителем 13 дают на выходах перемножителей 13 и 17 соответственно сигналы

я,

-Sa(io)sin cfCto); и

-Sa(Lo)cos if(uj) j

виде

т.е. левые части уравнений (2) с обратным знаком.

Запишем систему (2) в нормальном

/Si(u)) 8 с, . ч 8 .))

Г, F

)W W

3UJ

Q

-j- Sa(w)cosq(u)) , u)

)- § с r ч - -§1

)

У2

w

ЙЫ

Q

-J Sa(cLi)sinc/(to) .

LO

V

w

i

(3)

Интеграторы 29-32, служащие для понижения порядка производной первого уравнения (3), и интеграторы 37- 40, служащие для понижения порядка производной второго уравнения (3), совместно с делительными элементами 20-23 и 26 и 25, инвертором 19, сумматорами 27 и 35 и блоками 28 и 36 умножения на 8 соединены по схеме решения .системы уравнений (3). Необходимые электрические сигналы, пропорциональные скорости развертки частоты и квадрату скорости развертки получаются путем дифференцирования в блоке 14 напряжения, пропорционального частоте, снимаемого с выхода блока развертки частоты генератора 1, с дальнейшим возведением в квадрат квадратором 24.

На выходах интеграторов 32 и 40 соответственно получаются электрические сигналы, пропорциональные 5(ш) и SjCcj).

Квадраторы 34 и 41, сумматор 42 и функциональный блок 43 извлечения корня квадратного вычисляет функцию вида

|W(ju3)l 5Ды) 2+ S(cJ) 2

т.е. значение АЧХ на частоте ы , которое фиксируется самописцем 4.

Делительный элемент 33 и функцио- нальный блок 45 арктангенса вычисляют функцию вида

argW(ju)) arctg |--(,

т.е. значение ФЧХ на частоте и), которое фиксируется самописцем 44.

Таким образом, самописцы 4 и 44 сответственно фиксируют истинные, а

не искаженные АЧХ и ФЧХ испытуемого изделия.

Формулаиз обретения

Устройство для виброиспытаний, содержащее генератор с блоками компрессии и развертки частоты, подключенные к нему управляющими входами два гетеродинных сопровождающих фильтра, подключенный управляющим входом самописец и через усилитель мощности - вибратор, два вибропреобразователя, размещаемые на вибраторе и испытуемом изделии, первый из которых через первый согласующий усилитель подключен к информационному I входу первого фильтра, выход которого соединен с блоком компрессии генератора, второй вибропреобразователь через второй согласующий усилитель подключен к информационному входу второго фильтра, подключенный сигнальными входами к единичным выходам фильтров фазовый детектор, аналоговый перемножитель и блок дифференцирования, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения частотных характеристик, в него введены функциональный блок косинуса, функциональный блок синуса, второй аналоговый перемножитель, два инвертора, семь делительных блоков, три квадратора, три сумматора, два блока умножения на 8, восемь интеграторов, функциональный блок извлечения квадратного корня, функциональный блок арктангенса и подключенный управляющим входом к генератору второй самописец, фазовый детектор подключен выходом через функциональные блоки косинуса и синуса соответственно к первым входам аналоговых перемножителей, объе- динен1й|1е вторые входы которых соединены через первый инвертор с информационным выходом второго фильтра, а

их выходы - с первыми входами соответственно первого и второго делительных блоков, вторые входы которых совместно с первыми входами третьего и четвертого делительных блоков соединены через первый квадратор с объединенными первыми входами пятого и шестого делительных блоков, соединенными в свою очередь через дифференциатор с выходом блока развертки частоты генератора, первый сумматор сое- динен входами соответственно с вы- ходами первого, четвертого и пятого:

делительных блоков, а его выход через последовательно соединенные первый блок умножения на 8, первый, второй, третий, четвертый интеграторы подключен к объединенным второму вхоДУ четвертого, первому входу седьмого делительных блоков и входу второго квадратора, а второй инвертор входом подключен к выходу шестого делительного блока, второй вход которого объединен с входом третьего интегратора, второй с ь мматор соединен входами соответственно с выходами второго и третьего делительных блоков и второго инвертора, а его выход через последовательно соединенные второй блок Умно- жения на 8, пятый, шестой, седьмой, восьмой интеграторы подключен к объединенным вторым входам третьего, седьмого делительных элементов и входу

третьего квадратора, второй вход пятого делительного блока объединен с входом седьмого интегратора, третий сумматор соединен входами с выходами . второго и третьего квадраторов соответственно, его выход через функциональный блок извлечения квадратного корня подключен к входу первого самописца, а вход второго самописца через функциональный блок арктангенса

соединен с выходом седьмого делительного блока.