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

ENO

SD

Изобретение относится к испытательной технике и может применяться при ускоренных виброиспытаниях механических изделий. С целью повышения производительности испытаний за счет использования алгоритма выбора фазового сдвига, учитьшающего ортогональность собственных форм колебаний ме- :ханической системы с распределенньв и параметрами, в устройство, содержащее генератор 1, сопровождающий фильтр

Фиг.1

2, самописец 4, усилитель 5 мощности, вибрат/эр 6, вибропреобразователь 7, изделие 9, согласующий усилитель 10, фазовый детектор I1, детектор 12 абсолютной величины, интерполятор 13, дифференциатор 14, нуль-детектор 15, счетчик 16, согласующий усилитель 17, введены сопровождающие фильтры 3.1- 3.N, вибропреобразователи 8,1-8.N, вычислительные блоки 18.1-1.N, содержащие аналоговые перемножители

Изобретение относится к испытательной технике и может применяться при ускоренных виброиспытаниях механических изделий. .

Цель изобретения - повьшение производительности испытаний за счет ис- полвзования алгоритма выбора фазового сдвига tf , учитывающего ортогональность собственных форм колебаний меха нической системы с распределенными параметрами.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2(а-д) - частотные диаграммы его работы; на фиг. 3 - « переходная характеристика фазового да тектора.

Устройство содержит генератор 1, сопровождающий фильтр 2, сопровож- дающие фильтры 3.1f3.II, самописец 4, усилитель 5 мощности, вибратор 6, вибропреобразователь 7, вибропреобразователи 8.1-8.N, изделие 9, согласующий усилитель 10, фазовый детектор 11, детектор 12 абсолютной величины, интерполятор 13, дифференциатор 14, нуль-детектор 15, счетчик 16, согласующий усилитель 17, вычислительные блоки 1В.1-18.и, в состав которых входят аналоговые перемножители 19.1- 19.N, аналоговые коммутаторы 20.1- 20.N, многоканальные регулируемые делители 21,1-21.N. Устройство также содержит N-входовые суммирующие уси- лители 22, 23, источник 24 опорного напряжения. Выход генератора 1 через усилитель 5 мощности подключен к входу вибра тора 6, на выходе которого

установлен вибропреобразователь 7, выход которого через согласующей уси литель 10 подключен .к входу сопровождающего фильтра 2. Каждый вычислительный блок 18.1-18.и содержит многоканальный регулируемый делитель 21,1-21.Ы, выходы которого подключены к сигнальным входам аналогового коммутатора 20.1-20.N, вьпсод которого подключен к входу аналогового перемножителя 19,1-19.N.

Устройство работает следующим образом.

Электрический сигнал с выхода генератора 1 после усилителя 5 мощности преобразуется вибратором 6 в механические колебания, амплитуда которых стабилизируется цепью компрессии, образованной вибропреобразователем 7, установленном на выходе вибратора 6, согласующим усилителем 10, фильтром 2, информационный выход которого подключен к входу блока компрессии генератора 1. Сопровождающий фильтр 2 с целью селекции основной частоты вибрации управляется от генератора 1, в связи с чем его управляющий вход соединен с выходом блока развертки частоты генератора 1. Установленные на изделии 9 вибропреобразователи 8.1- 8.N вырабатьшают электрические сигналы, пропорциональные величине отклика изделия 9 на приложенное.со стороны вибратора 6 воздействие, которые после усилителей 17,1-17,N подаются на входы сопровождающих фильтров 3.I-3,N упра15ляющие входы- которых объединены с аналогияным входом фильтра 2.

на выходе коммутатора 20, являющемся сигнальньм выходом вычислительного блока 18, формируется напряжение,соответствующее значению одного слагаемого функции у.(t).

Периодическая функция ) фор- , N . « мируется на выходе первого суммирую W(x;,t)Oj(x;)-6inrQt+Cf.(o)irf.j ZlWeCKj)/ щего усилителя 23, входы которого

10

Для получения закона управления разверткой частоты генератора 1 используется следующее исходное уравнение, следующее из теоремы о разложении установившихся вьтужденных колебаний по собственным формам:

где W(x,t) - виброперемещение испыту емого изделия в точке К; ei (со) - функции, отражающие дина мические свойства изделия на соответствующих собственных формах колебаний ;

Ь)(К) - фазовый сдвиг вынужденных колебаний по k-й форме по отношению к вибровоздействию. Из уравнения следует, что фазовый сдвиггС. (to) между вынужденными колебаниями на 1-й собственной форме испытуемого изделия 9 и воздействием 25 на частоте сд равен фазовому сдвигу между некоторой периодической фзшк- цией времени N У. (t)Zlw(xi,t)cOp(x; )

ь : -1t

соединены с сигнальными выходами соответственно всех вычислительных блоков 18, Искомьш фазовый сдвиг cpg (со) вырабатывается фазовым детектором 11, сигнальные входы которого подключень 15 к единичному выходу фильтра 2 и выходу суммирующего усилителя 21, После преобразования к однополярному виду детектором 12 абсолютной величины сигнал управления поступает на вход интерполятора 13, служащего для

20

сглаживания скачков напряжения при переходе к новой собственной форме и далее на вход отправления скоростью развертки частоты генератора 1, При Cj (w)90 развертка частоты генератора 1 происходит с некоторой скоро- стью, пропорциональной величине фазо- jBoro сдвига с|7,1 (w), т.е, скоростью мак- симачьной, если (о)- О или )

30 (по переходной характеристике фазового детектора И, фиг, З), и происходит полная остановка развертки частоты генератора 1 , если Cf g-(w)90 ,

и воздействием на частоте W.

Дпя формирования сигналов y{(t) для М собственных форм колебаний изделия , проявляющихся в диапазоне частот испытаний или же заданных для испытания, в устройстве используется источник 24 опорного напряжения, соединенный с входами вычислительных блоков 18. Собственные формы со,(х) могу. быть вычислены теоретически или же предварительно измерены путем испытания макета, так как они не зависят от. размеров изделия и уровня, воздействия, а определяются только формой изделия,; граничными условиями, .распределением массы и жесткости. Необходимое значение напряжения, соответствующее 1-й форме со.(х) в каждом вычислительном.блоке 18, посредством коммутатора 20, управляемого счетчиком 16, задает код номера формы, по которой производится управление, подается на вход аналогового перемножителя 19, на другой вход которого подается напряжение, пропорциональное отклику изделия в i-й контролируемой точке с единичного выхода соответ- . ствующего сопровождающего фильтра 3,

соединены с сигнальными выходами соответственно всех вычислительных блоков 18, Искомьш фазовый сдвиг cpg (со) вырабатывается фазовым детектором 11, сигнальные входы которого подключень к единичному выходу фильтра 2 и выходу суммирующего усилителя 21, После преобразования к однополярному виду детектором 12 абсолютной величины сигнал управления поступает на вход интерполятора 13, служащего для

25

сглаживания скачков напряжения при переходе к новой собственной форме и далее на вход отправления скоростью развертки частоты генератора 1, При Cj (w)90 развертка частоты генератора 1 происходит с некоторой скоро- стью, пропорциональной величине фазо- jBoro сдвига с|7,1 (w), т.е, скоростью мак- симачьной, если (о)- О или )

30 (по переходной характеристике фазового детектора И, фиг, З), и происходит полная остановка развертки частоты генератора 1 , если Cf g-(w)90 ,

35

С информационных выходов фильтров 3 снимаются напряжения} пропорциональ :ные амплитудам откликов издеш я 9, к которые регистрируются многоканальным самописцем 4, а также подаются на

4Q соответствующие входы второго суммирующего усилителя 22, выход которого соединен с входом дифференциатора 14. После окончания переходных процессов, что свидетельствует об установлении

4g амплитуды вьшужденных колебаний на соответствующей 1-й собственной форме, на выходе дифференциатора 14 появляется нуль, по которому нуль-детектор 15 вырабатывает импульс, переводящий счетчик 16 в новое состояние, соответствующее следующей ()-й собственной форме. Новый код формы на выходе счетчика 16 переключает все аналоговые коммутаторы 20 в Т вычислительных блоках 18 J подключающих к входу соответствующих перемножителей 19 новые 1+1 регулируемых деталей 21, что приводит к появлению на выходе первого суммирующего усилителя 23

50

55

новой функции yj:,(t). Фазовый детектор 1 на выходе вырабатывает сигнал соответствуюпшй фазовому сдвигу, близкому к нулю, который после детектора абсолютной величины 12 и интерполятора 13 подается на генератор 1 и обеспечивает управление разверткой частоты по ()-й форме.

Формула изобретения

Устройство для виброиспытаний, содержащее генератор, усилитель мощности, вибратор, испытуемое изделие, интерполятор,детектор абсолютной величины,, фазовый детектор, нуль-детектор, счетчик, самописец., основной

вибропреобразователь, согласуюнщй усилитель J сопровождающий фильтр, N дополнительных виброиреобразователей, N дополнительных согласующих уст-ши- телей, N аналоговых коммутаторов, основной вйбропреобразователь предназначен для установки на подвижной час ти вибратора, дополнительные вибропреобразователи предназначены для установки на испытуемом изделии, сиг- нальньш выход генератора через последовательно соединенные усилитель мощ

ности, вибратор5 основной вибропреобразователь и согласующий усилитель подключены .к сигнальному входу сопровождающего фильтра, первый выход которого подключен к первому управляющему входу генератора, второй выход сопровождающего фильтра подключен к первому входу фазового детектора, выход которого через последовательно соединенные детектор абсолютной величины и интерполятор подключен к второму управляющему входу генератора, первый и второй управляющие выхо- ды генератора подключены к управляющим входам соответственно самописца и сопровождающего фильтра, выход каждого из N дополнительных вибропреоб0

0

5

5

0

5

40

45

разователей подключен к входу соответствующего дополнительного согла- сзтощего усилителя, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности испытаний, в него введены два N- входовых суммирующих усилителя, дифференциатор, источник опорного напряжения, N дополнительных сопровождающих фильтров, N аналоговых перемножителей и N многоканальных регулируемых; делителей напряжения выход детектора абсолютной величинь подключен к входу интерполятора, выходы первого и второго суммирующих усилителей подключень соответственно к второму входу фазового детектора и входу дифференциатора, выход которого через нуль-детектор подключен к входу счетчика, выходы которого подключены к управляющ1 гм входам каждого аналогового коммутатора, выход каждого дополнительного согласующего усилителя подключен к сигнальному в:;:оду соответствующего дополнительного сопровождающего фильтра, сигнальньй выход которого подключен к первому входу соответствующего ана- логового перегдаожителя, выход которого по;.;кличеи к соответствующему входу парного суммирунт его- усилителя, выход источника опорного напряжения подклзсчек к входам многоканальных ре- гулируемьк делителей, выходы каждого из которых подключены к группе сигнальных входов соответствующего аналогового коммутатора,; выход которого подключен к второг-iy вкоду соответствующего анз-погового пбремножителя, второй управляющий выход генератора подключен к управляюпщм входа; дополнительных сопровождающих фильтров, здг- равляющий выход каждого дополнительного сопровождающего фильтра лодклю- чен к соответствующему входу второго суммирующего усилителя и соответству- ющему управляющему самописца.

V 5Г

УГ/

/г

а

01

а

W

г/ j

|Л

Цт/ 2 З

Упраб/1е

ииепошд- ynpaS/ienue поша- Упраб ение.

лр rtfnnnii . ; «л... . rtn mrftp

je второй ipopMbi

fsf(})

по (разе

тре/77беа формы

Упр фш

фЪ gjo

а

W

JW/ V

Фиг.з

Составитель В.Подолян

ДЛСравчук корректор М.Васильева Заказ 6278/44 Тираж 847Подписное

ВНИИПИ Го.сударственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

U41222

;

CJ,

03

CJ

)

а

и

6J

;

(J

г)

е.

)

Упра& ени по фше ve/rjffeafffi

фЪзе gjopMbf

У(оУ}

6/