Способ контроля спектра случайной вибрации изделий при испытании на широкополосную случайную вибрацию на электродинамическом вибростенде и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01M7/00 

3151

подключен к выходу коммутатора, входы которого соединены с выходами измерителей дисперсии, последовательно соединенными вторым ключом, сигнальный вход которого подключен к выходу AJ,n, и первым блоком памяти, последовательно соединенными третьим ключом, сигнальный вход которого подключен к выходу А1Ц1, и вторым блоком памяти, вычислительным блоком, информационные входы которого соединены с выходами блоков памяти, пяФро- аналоговым преобразователем (ЦДЛ),

14

подключенным к выходу вычислительного блока , последовательно соединенными измерителем общей дисперсии, к входу которого подключен виброизме- рительный преобразователь, делителем, второй вход которого подключен к выходу сумматора, и умножителем, второй вход которого подключен к выходу

11ДИ, а выход соединен с индикатором, и блоком управления, выходы которого соединены с управляющими входами всех ключей, блоков памяти, АЦП, вычислительного блока и ЦДЛ.

Цель изобретения - повышение точности. Сущность: измеряют дисперсию вибрации с помощью виброизмерительного преобразователя, установленного на изделии. Устройство для осуществления способа содержит параллельные каналы анализа, каждый из которых включает последовательно соединенные узкополосный анализирующий фильтр и измеритель дисперсии, индикатор, коммутатор и установленный на испытуемом изделии виброизмерительный преобразователь. Оно дополнительно снабжено постоянным резистором, дифференциатором, первым ключом, имеющим два сигнальных входа, сумматором, аналого-цифровым преобразователем, последовательно соединенными вторым ключом и первым блоком памяти, последовательно соединенными третьим ключом, и вторым блоком памяти, вычислительным блоком, цифроаналоговым преобразователем, последовательно соединенными измерителем общей дисперсии, делителем и умножителем. 1.

Изобретение относится к вибрационным испытаниям изделий и может быть использовано для контроля спектра случайной вибрации при испытании изделий на широкополосную случайную вибрацию на электродинамическом вибростенде,

Цель изобретения - повышение точности контроля спектра случайной вибрации изделия.

На фиг.1 изображена структурная

схема устройства для осуществления

предлагаемого способа; на фиг.2 - временные диаграммы работы блока управления устройства; на фиг.З - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) дифференциатора.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит парал лельные каналы анализа, каждьм из которых включает последовательно со единенные узкополосный анализирующий фильтр 1 и измеритель 2 дисперсии, индикатор 3, коммутатор 4, устанавливаемый на испытуемом изделии 5 виброизмерительный преобразователь 6 постоянный резистор 7, из выво- дов которого заземлен, а второй подключен к выводу подвижной катущки электродинамического вибратора 8, дифференциатор 9, вход которого соединен со вторым выводом резистора 7, первый ключ 10, имеюпщй два сигнальных входа, один из которых подключен к второму выводу резистора 7, а другой - к выходу дифференциатора 9, сумматор It, к входу которого подключены выходы измерителей 2 дисперсии, аналого-цифровой преобразователь (А1Щ) 12, информационньй вход которого подключен к выходу коммута0

0

5

0 5 Q 5

тора 4, входы которого соединены с выходами измерителей 2 дисперсии, последовательно соединенные второй ключ 13, сигнальный вход которого подключен к выходу АЦП 12, первый блок 1Д памяти, последовательно соединенные третий ключ 15, сигнальный вход которого подключен к выходу АЦП 12,, второй блок 16 памяти, вычислительный блок 17, информационные вхо- дь которого соединены с выходами блоков 14 и 16 памяти, цифроанало- говьй преобразователь (ИДИ) 18, подключенный к выходу вычислительного блока 17 последовательно соединенные измеритель 19 общей дисперсии, к входу которого подключен виброизмерительный преобразователь .6, делитель

20,второй вход которого подключен к выходу сумматора 11, умножитель

21,второй вход которого подключен к выходу ЦАП 18, а выход соединен с

индикатором 3, и блок 22 управления, выходы которого соединены с управляющими входами ключей 10, 13 и 15, блоков 14 и 16 памяти, АЦЦ 12, вычислительного блока 17 и ЦАП 18 соответственно .

Для возбуждения колебаний изделия 5 используют последовательно соединенные формирователь 23 спектра и усилитель 24 мощности, выход которого подключен к катушке динами- ческого вибратора 8.

Сущность способа заключается в следующем.

Сначала при равномерном спектр е возбуждающего сигнала формируют сигнал, пропорциональный току подвижной катушки вибратора 8, корректируя его

5

с учетом частотной зависимости индуктивного сопротивления вибратора 8, нагруженного испытуемым изделием 5 и измеряют его первый спектр, по которому определяют квадрат ам- гшитудно-частотной характеристики (АЧХ) вибратора, затем дновремен- но измеряют дисперсию D вибрации в одной произвольной точке изделия и второй спектр и дисперсию D сигнала, пропор1Ц онального току подвижной катушки вибратора при возбуждении его сигналом с воспроизводимым при испытании спектром, и определяют спектр случайной вибрации изделия путем умножения второго спектра на функцию, обратно пропорциональную квадрату АЧХ вибратора, на функцию, пропорциональную квадрату частоты, и на отношение дисперсий D,/Do,

Способ осуществляют следующим образом.

;

Способ осуществляют в два этапа, причем первый этап необходим для образования первого спектра и является подготовительным, а на втором этапе определяют спектр воспроизводимой случайной вибрации, т.е. второй зтап осуществления способа может быть использован как в процессе контроля

G,(U) G(tO)

К

LJ(MC - И)р + 2 W-S

сопротивление резистора 7;

спектр на выходе усилителя 24 мощности; коэффициент трансформации;

индуктивность подвижной катушки;

массы стола вибратора и подвижной катушки;

собственные частоты изде

лия; демпфировочные на час

тотах СО 5, и Wgj,

S JCOJ СО частота.

10

1161 16

спектра, так и мри настройке формирователя спектра.

Рассмотрим первый этап осуществления способа. В соответствии с временными диаграмма (фиг.2) сигнал управления с первого выходи блока 22 управления подключает первый вход первого ключа 10 к его выходу на время о, . При этом случайньп сигнал с постоянного резистора 7, спектр которого зависит от входного спектра усилителя 24 мощности и от вида комплексного входного сопротивления 15 элек.тродинамического вибратора 8, поступает через дифференциатор 9,имеющий АЧХ, прямо пропорциональную ин- ДУК1ИВНОЙ составляющей комплексного входного сопротивления, и первый ключ на входы параллельных каналов анализа. Вид АЧХ дифференциатора 9 приведен на фиг.З, где наклон прямой (угол об ) определяется конкретной величиной индуктивности подвижной катушки. Учитывая малое абсолютное значение сопротивления Rj подвижной катушки, а также, что механические резонансы изделий, как правило, лежат существенно выше 20 Гц, .. можно пренебречь величиной RI в выражении для комплексного сопротивления электродинамического в ибра- тора 8 и первьй спектр G, (со) сначала на выходе дифферен1щатора 9 представить в виде:

20

25

R 1

+С0,

(1)

+ 0)2

0

На время S , спектр сигнала на выходе усилителя 24 мощности уста- с навливается равномерным, т.е. С(ш) Gp. С выходов измерителей 2 дисперсии сигналы в виде постоянных напряжений, пропорциональных дисперсиям узкополосных сигналов в соот- ветствуюи 1х каналах анализа, поступают на соответствуюп1 1е входы сумматора 11 и коммутатора 4, который начинает поочередный опрос измерителей 2 дисперсий с временной задержкой о-,,, по отношению ко- времени t, а заканчивает в момент времени t. На управляющий вход коммутатора 4 поступает сигнал со второго выхода блока 22 управления в виде импульса длительностью Со,- С , ). АДИ 12 начинает работу одновременно с работой коммутатора А и управляется сигналом со второго выхода блока 22 управления. При этом обеспечивается синхронность работы коммутатора 4 и Aim 12, т.е. происходит синхронное подключение выхода i-ro канала анализа через коммутатор 4 на вход АЦП 12 и начало преобразования в А1Щ 12. После окончания преобразования аналогового сигнала данного i-ro канала анализа в цифровой код осуществляется переключение коммутатора 4 на следующий (i+1) выход канала анализа, С выхода А1Щ 12 сигнал в виде цифрового кода через второй ключ 13, который также открывается на время ((), - и,,) сигналом управления с третьего выхода блока 22 управления, поступает на вход перво- 170 блока 14 памяти, управляющий сигнал на управляющий вход которого также поступает с третьего выхода блока 22 управления. В момент t, заканчивается запись в первый блок 14 памяти и на первом выходе блока 22 упG («) GyCW)

Г1

R + L и о

к1

,oisjis + |,

л , .:., .L(K, + Kj + «s,

Таким образом, спектры вида (1) и (2) в момент времени t находятся соответственно в первом блоке 14 памяти и втором блоке 16 памяти.

В момент времени t появляется сигнал управления на пятом вькоде блока 22 управления (фиг.2д)5 разрешающий работу блока 17 вычислений.

Блок 17 вычислений осуществляет прием цифровой информации с первого 14 и второго 16 блоков памяти и

В момент времени t появляется сигнал управления на шестом выходе блока 22 управлениязразрешающий работу ИДИ 18, который преобразует цифровой сигнал, поступающей на его вход с выхода вычислительного блока 17, в аналоговый сигнал,

3Z

появляется второй сигнал управления с отрицательной полярностью (фиг.2а), Время о , t, - tg является подготовительным, . которое определяется первый спектр сигнала вида (1).

С момента t начинается второй

этап осуи;ествления способа, т.е. измерение спектра воспроизводимой случайной вибрации. При этом сначала происходит измерение второго спектра сигнала, поступаемого с постоянного

г резистора 7 на второй вход первого ключа 10 и далее на входы параллельных каналов анализа. Далее процесс измерения второго спектра осуществляется так же, как и на первом

Q этапе осуществления способа, с той лишь разницей, что с выхода АЦП 12 сигналы в цифровом виде поступают через открытый третий ключ 15 на вход второго блока 16 памяти, управля5 емых с четвертого выхода блока 22 управления. В момент t заканчивается процесс измерения второго спектра, имеюг1;его вид

,oisjis + |,

. + «s,

(2)

умножение второго спектра вида (2) на функцию, обратную первому спектру вида (1), и на квадрат частоты. Результат заносится в память блока 17 вычислений. Весь вычислительный

процесс продолжается вре.мя 2 и заканчивается в момент времени t (фиг.2д). Таким образом, в памяти вычислительного блока 17 в момент времени t будет находиться спектр

вида

который поступает на второй вход умножителя 21, Заканчивается процесс преобразования в момент времени tJ (фиг.2е) .

Вьфажение (3) с точностью до постоянного множителя К соответствует выражению для спектра имитируе9

мой вибрации. Дня определения по- стоянцого множителя К измеряется дисперсия сигнала с выхода виброизмерительного преобразователя 6 с помощью измерителя 19 общей дисперсии и суммируются на сумматоре 11 дисперсии канальных узкполосньпс сигналов с выходов измерителей дисперсии 2.

С выхода измерителя 19 общей дисперсии сигнал поступает на первый вход делителя 20, а на его второй вход поступает сигнал с выхода сумматора 11. В результате операции деления сигнала на первом входе на сигнал на втором входе на выходе делителя 20 будет сигнал, величина которого соответствует постоянному множителю К. С выхода делителя 20 сигнал поступает на первый вход умножителя 21, на второй вход которого поступает сигнал с ЦАП 18. В резуль1110

тате операщш умножения на выходе умножителя 21 будет сигнал, соответствующий истинному усредненному спектру имитируемой случайной вибрации, которьпЧ поступает на вход индикатора 3.

, В момент времени tg. вновь появляется сигнал управления отрицательной полярности на первом выходе блока 22 управления длительностью С, и процесс измерения истинного усредненного спектра имитируемой случайной вибрации повторяется,

В результате использования спектра тока подвижной катушки вибратора в качестве контролируемого параметра изделий становится возможным

учесть все пространственные механические резонансы изделия и тем самым повысить точность контроля спектра случайной вибрации.

фиг 1