Устройство для испытания на случайную вибрацию Советский патент 1988 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для испытаний изделий на воздействие случайной вибрации с требу- емым спектром.

; Цель изобретения - повышение точ- ости вибрационных испытаний и расширение класса испытуемых изделий пу- фем уменьшения влияния нелинейности тракта вибратор -.изделие.

На фиг, 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2-4 - графики функции когерентности,

: Устройство для испытания на слу- чайную вибрацию содержит параллельные Каналы формирования колебаний, каждый из которых включает генератор шума 1, ролосовый фильтр 2 с регулируемой до- фротностью, регулируемьй аттенюатор

3,выход которого подключен к управляющему входу полосового фильтра 2,

а вход - к выходу фильтра 2, и регулируемый усилитель 4, второй выход которого через функциональный преоб- |)азователь 5 подключен к управляюще- входу аттенюатора 3. Выходы всех |гсилителей 4 подключены к сумматору 6, выход которого через усилитель 7 мощности подключен к входу возбу- дителя 8 механических колебаний. Устройство содержит также вибродатчик 9, Каналы обратной связи, каждый из которых включает полосовой анализируют |ций фильтр 10, измеритель дисперсии J11, схему 12 сравнения, выход которой подключен к управляющему входу соответствующего регулируемого усилителя

4,ключ 13, вход которого подключен

к выходу вибродатчика 9, а выход - к

входам каналов обратной связи, последовательно соединенные коммутатор 14 коррелометр 15, АЦП 16, блок 17 быстрого Фурье-преобразойания, первый блок 18 памяти, вычислитель 19, пер- вый выход которого подключен к входу второго блока 20 памяти,-а второй - к входу третьего блока 21 памяти, схему 22 сравнения, первый вход которой подключен к выходу второго блока 20 памяти, а второй - к выходу третьего блока 21 памяти, выходы схемы 22 сравнения подключены к входам 23 задатчика режима, вы54оды которого подключены к вторым входам схем 12 сравнения каналов обратной связи, а также блок 24 управления, первый вы- .ход которого подключен к управляющему входу ключа 13, второй выход

Q

5 0

5 g

0

,

0

к управляющему входу коммутатора 14, третий выход - к управляющим входам второго и третьего блоков памяти , (соответственно 20 и 21), а четвертый вькод - к управляющему входу первого блока 18 памяти, пятый выход - к вторым управляющим входам регулируемых усилителей 4, шестой выход - к управляющему входу задатчика 23 режима.

Устройство работает следующим образом.

Блок 24 управления переводит устройство в режим Настройка. При этом по сигналу, поступающему с его пятого выхода на вторые управляющие входы регулируемых усилителей 4, у последних выставляется коэффициент усиления, соответствующий малому уровню выходного сигнала. Выход вибродатчика 9 отключается от входов каналов обратной связи. Случайньй сигнал с непрерывным спектром в рабочем диапазоне частот с генератора шума 1 поступает через полосовой фильтр 2 с регулируемой добротностью и регулируем11й усилитель 4 на сумматор 6, С выхода сумматора 6 случайный сигнал поступает на вход усилителя 7 мощности, ко- торьй управляет возбудителем 8 механических колебаний. Механические колебания преобразуются вибродатчиком 9 в электрический сигнал, который затем поступает на первый вход коммутатора 14, на второй вход коммутатора 14 поступает сигнал с выхода усилителя 7 мощности. По управляющим сигналам, поступающим с второго выхода блока 24 управления коммутатор 14 последовательно подключает к входам коррелометра 15 выход усилителя 7 мощности, выход вибродатчика 9 и одновременно выход усилителя 7 мощности и вибродатчика 9. Сигнал с выхода коррелометра 15 описывает соответственно корреляционные функции сигнала на входе и на выходе тракта вибратор- изделие, и взаимную корреляционную функцию сигналов на входе и выходе тракта вибратор - изделие. Этот сигнал, преобразованный в АЦП 16 в циф- ровзто форму, поступает на вход блока 17, в котором вычисляются спектры на входе и йа выходе вибратор- изделие и взаимный спектр сигналов на входе и выходе тракта. Значения спектров заносят в первый блок 18 памяти по адресу, выставляемому на его

управляющем входе блоком 24 управления. Время подключения сигналов к входам коррелометра 15 определяется суммарным временем преобразования коррелометра 15, АЦП 16, блока 17 и задается блоком 24 управления. После записи измеренных спектров в первый 18 блок памяти, т.е. после прохождения промежутка времени , (где ty - время определения и записи спектральной функции), в вычислителе 19 производится вычисление, функции когерентности в каждой полосе формирования по формуле

.vW G:y(w;)l jf . (/ico; r-Hr -n-r-j r

Gj TuT oy TuT

где ЛСО; - i-я полоса формирования; 0:(ьц) - отсчеты спектральной плотности сигнала на входе тракта вибратор - изделие в полосе л СО; ;

Gju() - отсчеты спектральной плотно- сти сигнала на выходе трак- 25 та вибратор - изделие в полосе UQ; } G. (&О;) - отсчеты взаимной спектральной .

плотности сигналов на выходе и входе тракта вибратор i- из- зо делие в полосе йсо; . Данные о спектрах поступают в ъы- числитель 19 из первого блока 18 памяти, а результаты записываются с выхода вычислителя 19 во второй блок 20 памяти по адресу, подаваемому с третьего выхода блока 24 управления, в виде отсчетов ) во всем рабочем диапазоне частот. Затем устройство переходит в режим Испытание. Для дд этого по сигналу с первого выхода блока 24 управления ключ 13 подключает выход вибродатчика 9 к входам цепей обратной связи н по сигналу с пя15

20

J(o) функции когерентности сравнивается со значением, полученным в режиме Настройка,во всех полосах формирования. Если в какой-либо полосе формирования текущее значение функции когерентности отличается от значения, полученного в режиме Настройка, на соответствукщем выходе схемы 22 сравнения появляется запрещатого выхода блока 24 управления снима- з ющий сигнал. После прохождения интер.ется значение коэффициента усиления регулируемых усилителей 4, обеспечивающего малый уровень выходного сигнала. Далее по управляющему сигналу с четвертого выхода блока 24 управления запускается задатчик 23 режима, которьй работает по принципу последовательного (пошагового) дискрет- ного приближения к требуемому уровню вибрации. Случайный сигнал поступает с вибродатчика 9 через ключ 13 на вход анализирующего фильтра 10 каждой цепи обратной связи. Измеритель 11 дисперсии измеряет дисперсию узко50

55

вала времени, достаточного для рения текущего значения, функции, когерентности во всех полосах формирования , управляющий сигнал с четвертого выхода блока 24 управления подается на управляющий вход задатчика 23 режима, по которому разрешается изменение задания в сторону приближения к требуемому спектру. Однако задание изменяется только в тех частотных полосах, в которых функция когерентности не изменилась. В тех же полосах, в которых произошло измене-, ние функции когерентности, задание

0

5 .

о д

полосного сигнала в полосах анализирующих фильтров 10, а в схемах 12 сравнения она сравнивается со значениями, поступающими из задатчика 23 режима. Сигнал рассогласования схемы 12 сравнения поступает на первый управляющий вход регулируемого усилителя 4 соответствующего канала формирования и управляет величиной коэффициента усиления, С другого выхода регулируемого усилителя 4 сигнал, пропорциональный коэффициенту усиления, поступает на вход функциональ- 5 ного преобразования 5, в котором преобразуется по заданному закону. Вид функции преобразования выбирают в зависимости от коэффициента прямоуголь- ности амплитудно-частотн характеристики полосовых фильтров 2 каналов формирования колебаний, С выхода функционального преобразователя 5 сигнал поступает на управляющий вход регулируемого аттенюатора 3 и управляет величиной добротности полосового фильтра 2. Одновременно с настройкой каналов формирования колебаний измеряется функция когерентности в полосах формирования. Измерение производят так же, как и в режиме Настройка, с тем отличием, что результаты измерений заносят в третий блок 21 памяти по адресу, выставляемому на третьем блока 24 управления. В схеме 22 текущее значение

0

J(o) функции когерентности сравнивается со значением, полученным в режиме Настройка,во всех полосах формирования. Если в какой-либо полосе формирования текущее значение функции когерентности отличается от значения, полученного в режиме Настройка, на соответствукщем выходе схемы 22 сравнения появляется запреща з ющий сигнал. После прохождения интер0

5

вала времени, достаточного для рения текущего значения, функции, когерентности во всех полосах формирования , управляющий сигнал с четвертого выхода блока 24 управления подается на управляющий вход задатчика 23 режима, по которому разрешается изменение задания в сторону приближения к требуемому спектру. Однако задание изменяется только в тех частотных полосах, в которых функция когерентности не изменилась. В тех же полосах, в которых произошло измене-, ние функции когерентности, задание

остается прежним, .Далее настройка каналов формирования колебаний продолжается описанным способом. В результате исключается возможность появления неуправляемых сигналов в цепях формирования из-за нелинейности тракта вибратор - изделие и расширяется класс испытуемых изделий.

ратной связи, каждай из которых содержит полосовой анализирующий фильтр измеритель дисперсии и схему сравнения, причем выход полосового анализирующего фильтра через измеритель дисперсии соединен с первым информационным входом схемы сравнения, при зтом информационный выход регулируеПусть измеренная в режиме Настрой-io мого усилителя каждого канала формил1427194-6

ратной связи, каждай из которых содержит полосовой анализирующий фильт измеритель дисперсии и схему сравнения, причем выход полосового анализирующего фильтра через измеритель дисперсии соединен с первым информационным входом схемы сравнения, при зтом информационный выход регулируей-io мого усилителя каждого канала форми

Изобретение относится к технике механических испытаний. Цель изобретения - повышение.точности вибрационных испытаний и расширение класса испытуемых изделий за счет уменьшения влияния нелинейности тракта вибратор - изделие. Устройство содержит параллельные каналы формирования колебаний, сумматор, усилитель мощности, возбудитель колебаний, вибродатчик, каналы обратной связи, ключ, коммутатор, коррелометр, аналого-цифровой преобразователь, блок быстрого Фурье-преобразования, вычкелитель, три блока памяти, схему сравнения, задатчик режима и блок управления. Контроль нелинейности осуществляют путем измерения функции когерентности сигналов на входе и выходе тракта вибратор - изделие. Устройство имеет два режима работы Настройка и Из- гдарение. В первом режиме измеряются и запоминаются функции когерентности при воздействии на тракт сигнала малого уровня. Во втором режиме формируется сигнал возбуждения по заданному уровню случайной вибрации при одновременном измерении функции ко- а гереитности и сравнении ее со значе- ® иием, полученным в режиме Настройка. В случае их различия в одноименных частотных полосах.уменьшают заданный уровень вибрации в этих поло- сах, в противном случае настройку осуществляют обычным образом. Тем самым исключают влияние нелинейности тракта вибратор - изделие и устраняют возможность разрушения испытуемого изделия из-за появления неуправляе- мых сигналов в каналах формирования, вызванных нелинейными искажениями . 4 ил. (Л ю vj wi ;о 4

,ка функция когерентности имеет вид показанный на фиг. 2. На первом шаге настройки формирователя в режиме Испытание задание имеет вид, представ ;ленный на фиг. .36, при этом текущее значение функции когерентности,(в рабочем диапазоне частрт представлено на фиг. За. Текущее значение функ- : ции когерентности - не отличается от функции когерентности , полученной в режиме Настройка, следовательно, можно перейти к следующему шагу на- I стройки. Следующий шаг настройки ил- ;люстрируется графиками, изображенны- ми на фиг. 4а и б. В диапазоне частот о, , iJ, показанном на фиг. 4 произошло изменение функции когерентности, что свидетельствует о появлении нелинейных искажений в тракте вибратор - изделие. Следовательно, в этом диапазоне необходимо вернуться к предьщущему значению задания, а в других его можно увеличить и т.д.

Формула изобретения

Устройство для испытания на случайную вибра1щю, содержащее параллельные каналы формирования колебаний, каждый из которых включает в се- 40 лизирующих фильтров всех каналов цебя генератор шума, полосовой фильтр с регулируемой добротностью, регули- 1аттенюатор, регулируемый усилитель и функциональньш .преобразователь, причем в каждом канале форми- лования колебаний выход генератора шу ма подключен через полосовой фильтр с регулируемой добротностью к информационным входам регулируемого усилителя и регулируемого аттенюатора, gQ

управляющий выход регулируемого усилителя соединен через функциональный преобразователь с управляющим входом регулируемого аттенюатора, выход которого подключен к управлякицёму входу полосового фильтра с регулируемой добротностью, сумматор, усилитель мощности, возбудитель механических колебаний, вибродатчик и каналы обпей обратной связи, второй выход блока управления подключен к входу управления коммутатора, выходы которого соединены с соответствующими вхо45 дами коррелометра, выход которого соединен через аналого-цифровой преобразователь с входом блока быстрого Фурье-преобразования, выход которого подключен к информационному входу первого блока памяти, управляющий вход которого соединен с шестым выходом блока управления, а выход блока памяти соединен с входом вычислителя, дервый выход вычислителя подклюgg чен к информационному входу второго блока памяти, а второй выход вьпис- лителя - к И1формационному входу третьего блока памяти, управляющие входы второго и третьего блоков памяти

рования колебаний подключен к соответствующему входу каналов сумматора выход которого соединен через усилитель мощности с входом возбудителя

механических колебаний, выход которого подключен к входу вибродатчика, выход схемы сравнения каждого канала цепи обратной связи подключен к входу обратной связи регулируемого усилителя, соответствующего канала формирования колебаний, отличаю- щ е е с я тем, что, с целью повышения точности вибрационных испытаний и расширения класса испытуемых издеЛИЙ -путем уменьшения влияния нелинейности тракта вибратор - изделие, в него введены ключ, коммутатор, коррелометр, аналого-цифровой преобразователь, блок быстрого ФурБВ-преобразования, три блока памяти, вычислитель, схема сравнения, задатчик режима и блок управления, причем выход вибродатчика соединен с информационным входом ключа и с первым входом

коммутатора, второй вход которого подключен к выходу усилителя мощности, первый выход блока управления соединен с входом управления ключа, выход которого подключен к входам анаQ

пей обратной связи, второй выход блока управления подключен к входу управления коммутатора, выходы которого соединены с соответствующими вхо5 дами коррелометра, выход которого соединен через аналого-цифровой преобразователь с входом блока быстрого Фурье-преобразования, выход которого подключен к информационному входу первого блока памяти, управляющий вход которого соединен с шестым выходом блока управления, а выход блока памяти соединен с входом вычислителя, дервый выход вычислителя подклюg чен к информационному входу второго блока памяти, а второй выход вьпис- лителя - к И1формационному входу третьего блока памяти, управляющие входы второго и третьего блоков памяти

подключены к третьему выходу блока управления, а выходы - к первому и второму входам схемы сравнения устройства, выходы которой подключены к соответствующим входам задатчика режима, выходы которого соединены с задающими входами, вторьми информационj-V)

О),

6J

ными входами схем сравнения соответствующих каналов обратной связи, пятый выход блока управления подключен к входам управления регулируегых уси лителей соответствующих каналов формирования.

05и«. Г

0 2CJj

Фиг. 2

W и)

0)2

0) Ш

)

ei)«

0),

a):

(tiff (j(;

ФигЛ

л)(t)tf 0)