(21)3947708/2А-09
(22)19.08.85
(46) 30.01.88. Бюл.
№ 4
(72) Ю. П. Щуров, Г. А. Маликов и Н. С. Данилин
(53)621.396.67(088.8)
(56) Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справоч- ник/ Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1978, т. 2, с. 45-47.
Авторское свидетельство СССР № 381039, кл. G 01 R 25/00, 1973.
(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИИ
(57) Изобретение м.б. использовано для бесконтактного исследования параметров вибрации эл-тов конструктивно сложных объектов. Цель изобретения - увеличение локальности измерений и обеспечение измерения резонансных уровней колебаний при изменении частоты вибрации в процессе испытаний миниатюрных и микроминиатюрных эл-тов. Устр-во содержит автогенераторы 1 и 10, аттенюаторы 2 и 9, направленные ответвители 3,6 и 8, детекторные секции 4 и 11, фильтры 5 и 7, блок 12 регистрации, коммутатор 13, рупорный излучатель 14, оптич. видоискатель 15, вибратор 16, исследуемый эл-т 17. 1 ил.
(Л
с
Л
8
00
о ел со
IN9
Изобретение относится к технике измерений параметров вибрации бесконтактным методом и может использоваться для бесконтактного иссле- дования параметров вибрации элементов конструктивно сложных объектов.
Цель изобретения - увеличение локальности измерений и обеспечение измерения резонансных уровней коле- баний при изменении частоты вибрации в процессе испытаний миниатюрных и микроминиатюрных элементов.
На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения параметров вибрации.
Устройство для измерения параметров вибрации содержит первый автогенератор 1, первый аттенюатор 2, первый направленный ответвитель 3, первую детекторную секцию 4, первый фильтр 5, третий направленный ответвитель 6, второй фильтр 7, второй }1аправленный ответвитель 8, второй аттенюатор 9, второй автогенератор 10, вторую детекторную секцию 11, блок 12 регистрации, коммутатор 13, рупорный излучатель 14, оптический видоискатель 15, вибратор 16, исследуемый элемент 17.
Устройство для измерения параметров вибрации работает следующим образом .
Первый и второй автогенераторы 1 и 10, частоты которых: должны быть разнесены в соотношении t 7, 2f, , функционируют одновременно либо поочередно, В первом случае излучаемый первым автогенератором сигнал сантиметрового диапазона длин волн с частотой f, после первого аттенюатора 2 р азветвляется посредством первого и третьего направленных от- ветвителей 3 и 6 по двум каналам; измерительному - на первую детектор- ную секцию 4 и приемно-излучаюшему каналу рупорного излучателя 14, геометрическая ось диаграммы направленности которого для проведения измере
0 5 0
5 5
0
второго направленного ответвителя 8 на вторую детекторную секцию 11 и через второй фильтр 7 и третий направленный ответвитель 6 - в прием- но-излучающий канал рупорного излучателя 14. Сигнал f на вход первой детекторной секции 4 и автогенератора не проходит, так как первый фильтр 5 является полосовым фильтром частоты f,.
Взаимодействие исследуемого элемента 17 с электромагнитным полем, излучаемым рупорным излучателем 14, позволяет реализовать режим работы, при котором на возмутения несущих частот первого и второго автогенераторов 1 и 10 оказывают влияние только условия их согласования с нагрузкой. Эти условия изменяются с изменение 1 частоты и уровня колебаний исследуемого элемента 17, возбуждаемого вибратором 1 6.
В результате возникновения вынужденных и резонансных колебаний конструктивных элементов исследуемого элемента 17 возникают возмущения проводимости колебательной системы автогенератор - исследуемый объект, сопровождаемые динамическим затягиванием частот первого и второго автогенераторов 1 и 10. Первый и второй автогенераторы 1 и 10 переходят в режим чувствительных элементов вибрации. Возникает амплитудно-частотная модуляция сигналов несущих частот f, и f, , огибающие которых выделяются первой и второй детекторными секциями 4 и 11. Проведение спектрального или временного анализа сигналов низкой частоты с выходов первой и второй детекторных секций 4 и 11 в блоке 12 регистрации поочередно через коммутатор 13 позволяет получить информацию об амплитуде вибросмещения на частотах вынужденных и резонансных колебаний конструктивных элементов исследуемого элемента 17,
Использование в качестве чувстви
ний ориентируется на исследуем1 1Й эле-50 тельного элемента автогенератора мент 17. Напряжение сигнала частоты первого автогенератора 1 на вход второй детекторной секции 1 1 и второго автогенератора 10 не проходит благодаря второму фильтру 7, который 55 является полосовым фильтром часто-
приводит к тому, что параметричес кая связь между чувствительным э ментом и нагрузкой имеет место со значительно более высокой - в 1 +
+ (2) )
м-
раз - чувствительностью
ты fj. Сигнал излучения второго автогенератора 10 после второго аттенюатора 9 разветвляется посредством
тельного элемента автогенератора
приводит к тому, что параметрическая связь между чувствительным элементом и нагрузкой имеет место со значительно более высокой - в 1 +,
тельного элемента автогенератора
+ (2) )
м-
раз - чувствительностью
преобразования, где т, М - соответственно индекс частотной и коэффициент амплитудной модуляции, а следовательно, и более широким динамическим диапазоном изменений сигнала огибающей.
За счет увеличения чувствитель- ности преобразования (т.к. для данли,, (о)
иого устройства m 1„М 1
fl
и можно сделать т/М 1) заданная точность может быть обеспечена при про- ведении измерений в дальней зоне излучения. В результате возникает возможность установить линейные зависимости между определяемыми параметрами и измеряемой амплитудой сигнала огибающей: а именно;
) U,j(0)sinnt; UgCO) А-х(О),
с Р
L
А а
х(0)
де х(0), и(0)
А Я),(0),ЙЫс, .
L. S } а, b
При fn
f
L
соответственно амплитудные значения вибросмещения и выходног О напряжения сигнала детектора;
чувствительность преобразования; круговая частота вибрации;
соответственно диапазоны динамического и статического затягивания частот f и f. автогенераторов 1 и 10; расстояние от рупорного излучател я 14 до исследуемого элемента 17; соответственно эффективная отражающая поверхность исследуемого элемента и площадь сечения диаграммы направленности рупорного излучателя 14 на расстоянии L ; мощность сигнала, подводимого к рупорному излучателю 14;
аппаратные коэффициенты. . Р
,, ., const, a,, So, следовательно, А , 7 А,, при перес-1ройке частоты возбужде
5
0
5
0
5
0
5
0
5
ния вибратора 16 устройство позно- ляет контролировать динамическую панораму (поле) резонансных колебаний элементов объектов в пределах S на несущей частоте f, и выявлять локаль ное положение (привязку к объекту) каждого из них на частоте f.; ,
Рупорный излучатель 14 должен быть оптимальным на частоте f, т.е. на этой частоте ширина диаграммы направленности должна быть минимальной при минимальных размерах раскры- ва рупорного излучателя 14.
Для увеличения локальной точности измерений и обеспечения контроля резонансных уровней колебаний различных элементов конструктивно сложного обьекта при изменении частоты вибрации осуществляется пространственная юстировка устройства. Юстировка осуществляется посредством совмещения в месте расположения исследуемого элемента геометрической оси рупорного излучателя 14 с оптической осью установленного на рупорном излучателе 14 оптического видоискач-еля 15, фокусное расстояние которого выбирается равным расстоянию до исследуемого элемента 17. Если расстояние меньще фокусного L,, изображение поверхности исследуемого элемента 17 объекта является нерезким и, наоборот, такое изображение является резким, если расстояние равно или больше L(, .
Для юстировки устройства на расстоянии LP рупорный излучатель 14 с оптическим видоискателем 15 перемещают относительно исследуемого элемента 17 в сторону увеличения расстояния между ними и, получив резкое изображение, осуществляют пере- ме1цение в горизонтальной плоскости (L const) так, чтобы какой-либо из резонансов, регистрируемых на частоте f,, одновременно регистрировался на частоте „. Юстировка завер- щается, когда на осциллографе и анализаторе спектра из состава блока 12 регистрации наблюдаюд-ся максимальные уровни сигналов независимо от положения включено-выключено ключа 13.
Визуально наблюдаемые и количественно регистрируемые по амплитуде и частоте резонансные колебания имеют отношение к тому элементу поверхности исследуемого элемента, на который направлен центр перекрестия оптического видоискателя 15.
Функционирование предлагаемого устройства при генерировании спектра несущих частот f и f , а также исключение комбинационных связей между каналами соответствующих автогенераторов достигаются за счет применения фильтров 5 и 7,
Полосы пропускания фильтров 5 и 7 должны удовлетворять следующим соотнощениям:
.в , ,н
duj d-t-Jo, (1)/йои,„)- (ujj -);
4Ы„(1+ iiu), (t)/dujj) i (ш -ш). ы -sLoJe nP 1 u), ) , где йш, (t), лы,р 4uij(t), uuJjo - соответственно диапазоны динамического и статического затягивания частот автогенераторов 1 и 10.
При постоянном по столу вибратора 16 уровне ускорения 7g в диапазоне частот 5 - 5000 Гц порог чувствительности устройства достигает 1,0. Погрешность измерения устройством амплитуды вибросмещения tlO%. Погрещ ность измерения частоты определяется нестабильностью частоты генератора возбуждения вибрации и на частоте до 50 Гц не хуже 0,5 Гц, на частотах выще 50 Гц - до 1%.
Формула изобретения Устройство дпя измерения параметров вибрации, содержащее последовательно соединенные первый автогенератор, первый аттенюатор, первый нап- . равленный ответвитель и первую детекторную секцию, а также блок ре- гистрации, антенну и вибратор, о т - личак)щееся тем, что, с целью увеличения локальности измерений и обеспечения измерения резонансных уровней колебаний при изменении частоты вибрации в процессе испытаний миниатюрных и микроминиа- тюрных элементов, в него введены последовательно соединенные первый фильтр, вход которого подсоединен к второму выходу первого направленного ответвителя, и второй направленный
ответвитель, выход которого соединен с входом антенны, последовательно соединенные второй автогенератор, второй аттенюатор, третий направленный ответвитель, вторая детекторная секция и коммутатор, выход которого соединен с входом блока регистрации, а второй вход коммутатора соединен с выходом первой детекторной секции, второй выход третьего направленного
ответвителя соединен последовательно через введенный второй фильтр с вторым входом второго направленного ответвителя, причем антенна выполнена в виде рупорного излучателя, на
котором установлен введенный оптический видоискатель, оптическая ось которого пересекается с электрической осью рупорного излучателяj в точке пересечения которых размещается исследуемый элемент, частота сигнала на выходе второго автогенератора f5 2f,, где f, - частота сигнала на выходе первого автогенератора.
