Устройство для контроля параметров ударов Советский патент 1988 года по МПК G01M7/00 

4

о

ГчЭ

00

ts3 tsD

Изобретение относится к технике испытаний на удар и может быть использовано для контроля параметров ударных нагрузок по ударному спектру при испытаниях объектов на удар.

Цель изобретения - повышение точности устройства для контроля параметров ударов - достигается за счет измерения параметров исходных импульсов ударов и учета их при определении ударного спектра, а также тем, что анализирующий тракт выполнен в цифровой форме, в котором цифровой резонансный контур является колебательным звеном, в котором могут произвольно изменяться резонансная частота, а разрешающая способность анализа будет

10

ры, первый 21 и второй 22 блоки задержки, регистр 23 уставки резонансной частоты ш„ контура и регистр 24 уставки коэффициента затухания б„, первый 25 и второй 26 блоки инвертирования, первый 27 и второй 28 блоки потенцирования, блок 29 cos и восемь множительных блоков 30-37.

Блок 11 управления ударной установкой представляет собой генератор форм одиночных импульсов с изменяемой оператором длительностью, амплитудой, скважностью и формой импульсов.

Принцип действия устройства для контроля параметров ударов основан на измерении пиковых значений амплитуд откликов

определяться дискретностью выбора частоты 15 колебательных фильтров (при б„ - О фильт- с точностью до единицы младшего разря- Р становятся консервативными идеальными

да счетчика, кроме того, коэффициент затухания может изменяться от б„ О до б„ : 00 (максимальная емкость регистра), причем при 5„ О колебательное звено перейдет в консервативное, а фильтр станет идеальным.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для контроля параметров ударов; на фиг. 2 - структурная схема цифрового анализирующего тракта; на фиг. 3 - структурная схема цифрового резонансного контура, выполненного в виде колебательного звена, которое переходит в консервативное при коэффициенте затухания б„ 0.

Устройство для контроля параметров ударов содержит ударную установку 1, на платформе которой устанавливаются объект 2 испытаний и преобразователь 3 ударных ускорений. Выход преобразова еля 3 ударных ускорений подключен к широкополосному согласующему усилителю 4, соединенному с аналого-цифровым преобразователем 5. Выход аналого-цифрового преобразователя 5 подключен к первым входам цифровых ана- лизируюш.их трактов 6.1-6.N и к входам последовательно соединенных цифрового пикового детектора 7 и запоминающего блока 8, и к входу блока 9 измерения длительности импульса удара.

Кроме того, устройство содержит двух- параметрические элементы 10.1 -10.N индикации, а также блок 11 управления ударной установкой, синхронизатор 12 и генератор 13 тактовых импульсов.

Каждый цифровой анализирующий тракт (6.1-6.N) содержит цифровой резонансный контур 14, выполненный в виде колебательного звена, блок 15 умножения, амплитудный детектор 16, блок 17 памяти и блок 18 деления.

Первым выходом каждого цифрового анализирующего тракта 6.1-6.N является выход блока. 15 умножения, а вторым - выход блока 18 деления.

Цифровой резонансный контур 14 устройства для контроля параметров ударов содержит первый 19 и второй 20 сумматобез затуханий), вычислении отношений пиковых откликов к пиковому значению амплитуды импульса удара, вычислении произведений длительности импуль- 20 са удара т„ на значение собственных частот резонаторов (о„ и отображения этих (wnT,,) произведений, а также отношений

двухпараметрических

35

40

45

50

на

Апик Г диулиарамегрических элементах 25 индикации. Число анализирующих трактов и соответствующих им двухпараметрических резонаторов в устройстве может быть произвольным (N 1) и равно числу полос разрешения анализа.

Набор цифровых анализирующих трак- тов (6.1-6.N) устройства пpeдcтaBv яeт собой цифровую модель многомассовой колебательной системы, возбуждаемой ударным воздействием.

Движение каждого осциллятора устройства - цифрового резонансного контура, возбужденного ударом, описывается уравнением переходной характеристики вида

gn{M) А„ехр(-6nAt)cos((o,iAt), где А„ - размерный множитель;

8п - коэффициент затухания;

(й„- собственная круговая частота осциллятора-фильтра;

At - частота дискретизации при цифровом представлении сигнала.

Если бл О, то колебательная система переходит в консервативную и осциллятор становится идеальным консервативным резонатором без потерь, который описывает- сч переходной характеристикой вида g(At) A,,cos(co«At).

Пиковые значения амплитуд откликов каждого из резонаторов, отнесенные к пиковой амплитуде импульса .удара на каждой из собственных частот резонаторов, умноженных на длительность импульса удара, составят ударный спектр.

В устройстве для контроля параметров 55 ударов предусмотрен выбор и уставка значений собственных резонансных частот ш„ резонаторов фильтров и коэффициентов затухания б„, что обеспечивает выбор и на

ры, первый 21 и второй 22 блоки задержки, регистр 23 уставки резонансной частоты ш„ контура и регистр 24 уставки коэффициента затухания б„, первый 25 и второй 26 блоки инвертирования, первый 27 и второй 28 блоки потенцирования, блок 29 cos и восемь множительных блоков 30-37.

Блок 11 управления ударной установкой представляет собой генератор форм одиночных импульсов с изменяемой оператором длительностью, амплитудой, скважностью и формой импульсов.

Принцип действия устройства для конт5 колебательных фильтров (при б„ - О фильт- Р становятся консервативными идеальными

без затуханий), вычислении отношений пиковых откликов к пиковому значению амплитуды импульса удара, вычислении произведений длительности импуль- 0 са удара т„ на значение собственных частот резонаторов (о„ и отображения этих (wnT,,) произведений, а также отношений

двухпараметрических

5

0

5

0

на

Апик Г диулиарамегрических элементах 5 индикации. Число анализирующих трактов и соответствующих им двухпараметрических резонаторов в устройстве может быть произвольным (N 1) и равно числу полос разрешения анализа.

Набор цифровых анализирующих трак- тов (6.1-6.N) устройства пpeдcтaBv яeт собой цифровую модель многомассовой колебательной системы, возбуждаемой ударным воздействием.

Движение каждого осциллятора устройства - цифрового резонансного контура, возбужденного ударом, описывается уравнением переходной характеристики вида

gn{M) А„ехр(-6nAt)cos((o,iAt), где А„ - размерный множитель;

8п - коэффициент затухания;

(й„- собственная круговая частота осциллятора-фильтра;

At - частота дискретизации при цифровом представлении сигнала.

Если бл О, то колебательная система переходит в консервативную и осциллятор становится идеальным консервативным резонатором без потерь, который описывает- сч переходной характеристикой вида g(At) A,,cos(co«At).

Пиковые значения амплитуд откликов каждого из резонаторов, отнесенные к пиковой амплитуде импульса .удара на каждой из собственных частот резонаторов, умноженных на длительность импульса удара, составят ударный спектр.

В устройстве для контроля параметров 5 ударов предусмотрен выбор и уставка значений собственных резонансных частот ш„ резонаторов фильтров и коэффициентов затухания б„, что обеспечивает выбор и на

стройку устройства на желаемый диапазон частот анализа и любую разрешающую способность анализа с точностью до единицы младшего разряда регистров уставок, а также возможность контроля различных изделий по заданному ударному спектру путем уставки расчетных или экспериментальных значений б„ О для соответствующих осцилляторов (Ол - цифровых анализирующих трактов.

Устройство для контроля параметров ударов работает следующим образом.

- В исходном состоянии устройстсва синхронизатор 12 по входу «Взвод находится в состоянии готовности, при этом генератор 13 тактовых импульсов, соединенный с выходом синхронизатора 12 выключен.

На третьи и четвертые входы цифровых резонансных контуров 14, являющиеся входами соответственно регистров 23 и 24 уставок резонансной частоты (й„ и коэффициента затухания бл, подаются оператором со- ответствующие уставки, значения которых выражают величины собственных резонансных частот цифровых анализирующих трактов 6.1-6.N и коэффициентов затухания в них б„.

Значение уставок на входы регистров могут подаваться несколькими известными способами, например через триггеры, управляемые счетным количеством импульсов от генератора тактов или путем ручного набора с пульта оператора.

После установки на платформу ударной установки 1 объекта 2 испытаний и преобразователя 3 по входу «Пуск блока 11 управления ударной установкой поступает сигнал, который приводит в действие ударную установку 1 и одновременно включает синхронизатор 12, который в свою очередь, запускает генератор 13 тактовых импульсов. Тактовые импульсы поступают на вторые входы цифровых резонансных контуров 14, являющихся четвертыми входами цифровых анализирующих трактов 6.1 - 6.N.

На выходе ударной установки 1 образуется ударный импульс, который воздействует на ббъект 2 испытаний и одновременно поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5 с выхода преобразователя 3 ударных ускорений через широкополосный согласующий усилитель 4.

Представленный в виде числовой последовательности x.(nAt), где At - частота дискретизации; п - ранг дискрета на выходе аналого -цифрового преобразователя 5 импульс удара поступает на первые входы цифровых анализирующих трактов 6.1 - 6.N, а также на входы цифрового пикового детектора 7 и блока 9 измерения длительности импульса удара.

Цифровыми анализирующими трактами 6.1-6. N. осуществляется фильтрация сиг

0

5

5

0

0

5

0

5

0

5

нала на цифровых резонансных контурах 14 с собственными резонансными частотами фильтров со,,:, а)л« и коэффициентами затухания д„, б„„ .

Одновременно с этим в блоке 7 цифро -о- го пикового детектора осуществляется определение пикового значения импульса удара.

Цифровой пиковый детектор 7 может быть выполнен, например, в виде двух регистров чисел, один из которых является регистром текущего числа, а другой - регистром хранения пиковой амплитуды, куда вначале заносится число «нуль, и компаратора, подключенного входами к выходам обеих регистров, а выходом - к другому входу регистра хранения.

Выходом цифрового пикового детектора является выход регистра хранения пикового значения амплитуды импульса удара.

Число на выходе пикового детектора 7 запоминается на запоминающем блоке 8, а в блоке 9 измерения длительности импульса удара, выполненным, напри.мер, на суммирующем регистре m чисел, - значения m цифровых отсчетов амплитуд входного сигнала, не равных нулю, образующих величину длительности импульса.

Сигналы, выражающие собой значение этой длительности, подаются на вторые входы цифровых анализирующих трактов 6.1-6.N, а величину пикового значения амплитуды - на третьи.

На первом выходе цифровых анализирующих трактов 6.1-6.N образуется сигнал, выражающий собой произведение длительности импульса удара на соответствующее значение собственной резонансной частоты со„ данного анализирующего тракта, а на втором выходе - отношение величин пикового значения амплитуды сигнала, отфильтрованного на резонансном осцилляторе данного тракта к пиковой амплитуде входного сигнала.

Сигналы с первого и второго выходов цифровых анализирующих трактов 6.1 - 6.N поступают на входы соответствующих двухпараметрических элементов 10.1 -10.N индикации, представляющие собой, например, два световых цифровых индикатора с необходимой разрядностью чисел.

Совокупность данных на двухпараметрических элементах индикации представляет собой ударный спектр импульса возмущения объекта 2 испытаний, причем одним параметром являются относительные амплитуды составляющих спектра, а другим - относительные собственные частоты.

Работа устройства прекращается по сигналу «Взвод, который подается на другой вход синхронизатора 12, который прерывает работу генератора 13 тактовых импульсов и всего устройства в целом, переведя его одновременно в состояние готовности.

Цифровые резонансные контуры 14 работают в устройстве следующим образом.

На первый вход цифрового резонансного контура 14, являющийся первым входом первого сумматора 19, подаются с выхода аналого-цифрового преобразователя 5 Дискретные отсчеты сигнала импульса удара.

На второй вход контура 14, являющийся вторыми входами первого 30 и четвертого 31 множительных блоков, поступают им- йульсы тактовой частоты с выхода гене- ратора 13 тактовых импульсов.

На третий и четвертый входы цифрового резонансного контура 14 подаются величины уставок соответственно резонансной частоты ш,г и коэффициент затухания й„.

Таким образом, работа цифрового резонансного контура 14 протекает в режиме колебательного звена, а при S,, О - в режиме консервативного звена,, т.е. на втором йыходе контура имеется сигнал

gon (t) А„ехр (-6ojiAt) cos (tooiiAt)

или при бон О,

go,, (1) An cos (соопДО . Работа данного осциллятора выражается импульсной переходной характеристикой вида

А(1--со5(саопД t) -Z

2 г cos (Ш.яAt) Z -- Z

-a,Z

. А

2 l-BiZ -baZ-

где ai cos ((Don At); bi -2cos(a)onAt);

,

;которая протекает в следующем порядке.

При наличии на первом входе первого |сумматх)ра 19 первого цифрового отсчета Сигнала X(nAt) спустя один такт задержки |на первом блоке 21 задержки на его вы- ходе находится сигнал, который поступает на вторые входы седь.мого и восьмого мно- жительных блоков 32 и 33, в результате чего на их выходах появляются сигналы, выражающие собой произведения текущего значения числового отсчета на коэффициенты а и bi соответственно. В результате этого на выходах множительных блоков 32 и 33 будут сигналы, которые поступят на вторые входы первого 19 и второго 20 сумматоров.

Спустя еще один такт заде)жки на втором блоке 22 задержки на его выходе образуется сигнал, который поступает на пер- вый вход второго 20 сумматора и на первый вход третьего множительного блока 34.

Сигналы на нервом и втором входах второго сумматора 20 слагаются и на втором выходе цифрового резонансного контура 14 (образуется первый цифровой отсчет от- фильтрованного сигнала конпл ра с собственной резонансной частотой-от,, этого контура и затуханием б„.

Сигналы на втором входе восьмого 33 множительного блока образуются в результате умножения значения уставки (л на выходе регистра 23 в четвертом множительном блоке 31 на At преобразования полученного произведения по функции cos в блоке 29 и уменьшения на величину ехр(-6nAt) в пятом множительном блоке 36.

Сигнал на втором входе третьего множительного блока 34 образуется как инвертируемое произведение числа «2 (6nAt),T.e.

5

0

5

0

0

п

5

а на выходе второго блока 26 инвертирования как

Ь, cos(co,,At).

Таким образом, на первом выходе цифрового резонансного контура 14 будут сигналы резонансной частоты ш„, а на втором сигналы, выражающие собой значение входного импульса, отфильтрованного узкополосным осциллятором.

Таким образом, исполнение резонансного контура 14 и анализирующего тракта 6.1-6.N в виде цифровых, а также введение аналого-цифрового преобразователя 5 генератора 13 тактовых импульсов, цифрового пикового детектора 7 и запоминающего блока 8, блока 9 измерения длительности импульса и двухпараметрических элементов 10.1 - 10.N индикации обеспечивает контроль параметров импульсов ударов с большей точностью по сравнению с прототипом за счет измерения ударного спектра, который в отличие от расчетного учитывает высокочастотные составляющие спектра и отклонение формы удара от стандартной или расчетной.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля параметров ударов, содержащее ударную установку и преобразователь ударных ускорений, соединенный выходом с входом щирокополосно- го согласующего усилителя, анализирующие тракты, число которых равно числу распознаваемых частот, включающие в себя последовательно соединенные активные резонансные контуры, амплитудные детекторы и блоки памяти, блок управления ударной установкой, подключенный выходом к входам ударной установки, и синхронизатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено аналого-цифровым преобразователем, генератором тактовых импульсов, последовательно соединенными циф ровым пиковым детектором и запоминающим блоком, блоком из.мерения длительности импульса удара и двупараметричес- кими элементами индикации, число которых равно числу анализирующих трактов, выход широкополосного согласующего усилителя подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первыми входами анализирующих трактов и с входами цифрового пикового детектора и блока измерения длительности импульса удара, первый и второй выходы анализирующих трактов подключены соответственно к первым и вторым входам двухпарамет- рических элементов индикации, выходы блока измерения длительности импульса удара и запоминающего блока соединены соответственно с вторым и третьим входами анализирующих трактов, выход блока управления ударной установкой подключен к входу синхронизатора, выход которого соединен с входом генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к чет

10

довате.тьно соединенных регистра уставки коэффициента затухания, первого и второго множительных блоков, первых блоков потенцирования и инвертирования и третьего множительного блока, второй вход которого подключен к выходу второго блока задержки, а выход соединен с вторым входом первого сумматора, первый вход которого является первым входом цифрового резонансного контура, последовательно соединенных регистра уставки резонансной частоты контура «„, четвертого множительного блока, блока cos, пятого и шестого множительных блоков, второго блока инвертирования и седьмого множительного блока, выход которого подключен к третьему входу первого сумвертым входам анализирующих трактов, ана- 15 матора, а также второго блока потенци- лизирующие тракты выполнены цифровыми.рования, вход которого подключен к выходу первого множительного блока, а выход -

к второму входу пятого множительного блока и восьмого множительного блока, один из входов которого по,1ключен к выходу первого блока задержки, второй вход соединен с выходом пятого множительного блока, а выход подключен к второму входу второго сумматора, выход которого является вторым выходом цифрового резонансного контура.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цифровые анализирующие тракты дополнительно снабжены блоками умножения и деления, активные резонансные контуры вы- 20 полнены цифровыми, первый вход цифрового анализирующего тракта является первым входом цифрового резонансного контура, второй вход - первым входом блока умножения, третий вход - первым входом блока деления, а четвертый вход - вторым 25 выход первого блока задержки подключен входом цифрового резонансного контура, вто- к второму %входу седьмого множительно- рой выход которого соединен с вторым вхо-го блока, на вторые входы второго и шесдом блока умножения, выход которого яв- того множительных блоков подаются уставки ляется первым выходом цифрового анали-числа «2, вторые входы первого и четвертого множительных блоков соединены между собой и являются вторым входом цифо- между собой и являются вторым входом цифрового резонансного контура, вход и выход

зирующего тракта, выход блока памяти под- ключен к второму входу блока деления, выход которого является вторым выходом цифрового анализирующего тракта.

регистра уставки резонансной частоты контура 0,1 являются соответственно третьим входом и первым выходом цифрового резонансного контура, а вход регистра установки коэффициента затухания й„ является четвертым входом цифрового резонансного контура.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что цифровой резонансный контур выполнен в виде колебательного звена, состоящего из последовательно соединенных первого сумматора, первого и второго блоков задержки и второго сумматора, после0

довате.тьно соединенных регистра уставки коэффициента затухания, первого и второго множительных блоков, первых блоков потенцирования и инвертирования и третьего множительного блока, второй вход которого подключен к выходу второго блока задержки, а выход соединен с вторым входом первого сумматора, первый вход которого является первым входом цифрового резонансного контура, последовательно соединенных регистра уставки резонансной частоты контура «„, четвертого множительного блока, блока cos, пятого и шестого множительных блоков, второго блока инвертирования и седьмого множительного блока, выход которого подключен к третьему входу первого сум5 матора, а также второго блока потенци- рования, вход которого подключен к выхок второму входу пятого множительного блока и восьмого множительного блока, один из входов которого по,1ключен к выходу первого блока задержки, второй вход соединен с выходом пятого множительного блока, а выход подключен к второму входу второго сумматора, выход которого является вторым выходом цифрового резонансного контура.

выход первого блока задержки подключен к второму %входу седьмого множительно- го блока, на вторые входы второго и шес

регистра уставки резонансной частоты контура 0,1 являются соответственно третьим входом и первым выходом цифрового резонансного контура, а вход регистра установки коэффициента затухания й„ является четвертым входом цифрового резонансного контура.

Bxffff4 О

Изобретение относится к технике испытаний на удар. Целью изобретения является повышение точности контроля параметров ударов путем измерения параметров исходных импульсов ударов и учета их при определении ударного спектра, а также за счет , что анализирующий тракт выполнен в цифровой форме, в котором цифровой резонансный контур является колебательным звеном. После установки на платформу объекта 2 испытаний по входу «Пуск блока II управления поступает сигнал, приводящий в действие ударную установку и включающий синхронизатор 12, который в свою очередь запускает генератор 13 тактовых импульсов. На выходе ударной установки I образуется ударный импульс, который воздействует на объект 2 испытаний и одновременно поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5 и далее на входы цифровых анализирующих трактов 6-1,6-N, а также на входы цифрового пикового детектора 7 и блока 9 измерения длительности импульса удара. Сигналы с выходов цифровых анализирующих трактов 6-1,6- поступают на входы соответствующих двухпараметрических элементов 10-I, 10-N индикации. Совокупность данных на этих элементах представляет собой ударный спектр импульса возмущения объекта 2 испытаний. 2 з.п. ф-лы, З ил. i (Л

Цифрой C i/ fff cr/7a3i//7, //ffu/a /7 й /// 77 ff-/,6-N

g6/xoff2

выход Ъ

в ход 5 66 Вход 2

Фиг-2