Устройство для измерения затухания колебаний в системах с турбулентным трением Советский патент 1990 года по МПК G01R27/28 

л

1я

Ј ЗЭ Х

с

Изобретение может быть использовано, в частности, при диагностике, ресурсных испытаниях гидравлических демпферов автомобилей при измерении затухания колебаний в системах с турбулентным трением. Цель изобретения - повышение точности контроля-достигается введением в устройство для измерения блока 1 задержки, делителей 2, 4, сумматора 8. Устройство содержит также запоминающие блоки 3, 5, компаратор 6, коммутирующий блок 7, блок 9 вычисления модуля. 2 ил.

Фиг.Г

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении, например, при диагностике, ресурсных испытани- ях гидравлических демпферов автомобилей, шасси самолетов, других амортизирующих, демпфирующих устройств, а также для оценки диссипативных характеристик материалов.

fЈ

Целью изобретения является повышение точности.

Цель достигается тем, что, во- первых, в качестве оценки затухания используется показатель затухания g, не зависящий от амплитуды огибающей колебаний и, следовательно, сохраняющий свое значение в течение всего времени наблюдения. Поэтому можно проводить усреднение результатов измерения в отдельных циклах и тем самым уменьшить случайную составляющую погрешности измерения. Во- вторых, полностью устраняют методическую погрешность измерения показателя затухания в системах с турбулентным трением, при этом увеличение аппаратурной точности устройства может быть оценено в 10-25%. В-тре- тьих,независимость измеряемого пока- зателя от значения огибающей позволяет работать в любом удобном динамическом диапазоне по возбуждающему колебания устройству, компаратору, запоминающим блокам и др., что также позволит добиться повышения аппаратурной точности измерений, применять устройство для систем с большим затуханием.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Вход устройства подключен к блоку 1 задержки, выход которого через делитель 2 подключен к первому запоминающему блоку 3, через делитель 4 к второму запоминающему блоку 5, к компаратору 6. Выход компаратора 6 подключен к входу коммутирующего блока 7, первый выход которого подключен к управляющему входу первого запоминающего блока 3, а второй - к управляющему входу второго запоминающего блока 5 и управляющему входу сумматора 8. Выходы запоминающих блоков 3 и 5 подключены к входам сумматора 8, выход которого подклю

5

0

5 0 0 5

5

0

5

0

чен к входу блока 9 вычисления модуля.

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства поступает сигнал Y(t), представляющий собой затухающие по гиперболическому закону гармонические колебания (фиг. 2), возбужденные в анализируемой систе - ме. Блок задержки 1 осуществляет задержку ординат колебаний Y(t) на период Ј (фиг. 2а). В моменты вреТ Т мени 12, , - и так

далее (равенства нулю ординат колебаний ...0) сигнал, поступающий с выхода компаратора 6 на вход коммутирующего блока 7, изменяется указанным (Аиг. 26) образом (Т - период колебаний). Коммутирующий блок

7работает в режиме двухпозиционно- го распределителя импульсов с задержкой на период Ј (фиг. 2в):

С t3-t2 tt-ti- t9-t и т.д.

Рассмотрим работу устройства, начиная с момента времени tu. В этот момент времени ордината колебаний равна нулю: . С первого выхода коммутирующего блока 7 на управляющий вход первого запоминающего блока 3 поступает . сигнал (импульс тока), который обеспечивает запись в запоминающий блок 3 величины 1 /У., , где yt - значение ординаты колебаний, соответствующее моменту времени tn, поступающее с блока задержки I через делитель 2 на вход запоминающего блока 3 в момент времени , +. Полярность записанного сигнала положительная (фиг. 2д). Через время, равное периоду задержки Т, с второго выхода коммутирующего блока 7 на управляющий вход второго запоминающего блока 5 поступает сигнал (импульс тока), которьй обеспечивает запись в запоминающий блок 5 величины I/Уъ, где УЗ - значение ординаты колебаний, соответствующее моменту времени t3 ti+ L, поступающее с входа устройства через делитель 4 на вход запоминающего блока 5. Полярность записанного сигнала отрицательная (4иг.2е). Таким образом, с момента времени t, на первый и второй входы сумматора

8поступают сигналы 1/У, и 1/У3 соответственно. Сигнал, поступающий в мо-1мент времени t с второго выхода коммутирующего блока 5 на управляющий вход сумматора 8, обеспечивает запись в сумматоре 8 величины

К(-- + --), и на выходе блока 9 вы- У, У5

числения модуля формируется сигнал

Ј--К: + МВ следующий момент времени tf равенства ординаты колебания нулю () работа компаратора 6 и коммутирующего блока 7 будет происходить аналогичным образом. В момент времени t; произойдет запись в первый запоминающий блок 3 величины 1/У, , где У - значение ординаты колебаний, соответствующее моменту времени t, поступающее с блока 1 задержки через делитель 2 на вход запоминающего блока 3 в момент времени + C. Полярность записанного сигнала отрицательная (фиг. 2д).Через время С во второй запоминающий блок 5 запишется величина 1 /У& , где У ь - значение ординаты колебаний, соответствующее моменту времени , поступающее с входа устройства через делитель 4 на вход запоминающего блока 5. Полярность записанного сигнала положительная (фиг. 2е). Сигнал, поступающий в момент времени t с второго выхода коммутирующего блока 5 на управляющий вход сумматора 8, обеспечивает запись

в сумматор 8 величины К(-- + --) и,

У 4 уб

соответственно, на выходе блока 9 вычисления модуля (выходе устройства)

величины

Ј,

+

мВ последующие циклы измерения работа устройства происходит аналогично.

Таким образом, за один цтжл измерения, равньй полупериоду колебаний Т/2, на выходе устройства формируется сигнал

; .- «Ј fb i- ..

где Ј, - сигнал на выходе устройства в течение 1-го цикла измерения;

У и У,-,, - ординаты колебаний, соответствующие моментам вре

мени

i

м - соответственно;

- момент времени 1-го равенства ординаты колебаний нулю.

Покажем, что при соответствующем выборе коэффициента К полученное выражение является показателем зату- хания в системах с турбулентным трением.

Процесс свободных колебаний в системах с турбулентным трением (демпфированием) описывается выраже- нием

Y(t) T+fiit ),

где to - частота свободных затуханий; S - постоянная, характеризующая

процесс затухания;

Ав и v0 амплитуда огибающей и фаза колебаний, соответствующие моменту времени .

Логарифмический декремент колебаний J1 в системах рассматриваемого типа зависит от амплитуды А и определяется по выражению

25

. и;

Поэтому в качестве характеристики потерь в системе удобнее использовать показатель затухания Ј, не за- висящий от амплитуды колебания в рассматриваемый момент времени:

Е - -А Ш

S.

35 Определим, каким должно быть значение коэффициента К, чтобы выполнялось равенство

2jsЫ

K(;i- ,i-

J -1 (+1 АО

гяе у- T;SA-% T)

значение ординаты колебания,

соответствующее моменту t.

i-t

УЫ

sin(cJtXi+D+4 0)

t,--0;

Ар

T+SA0 €(+,,

значение ординаты колебания в момент времени t.t;+Ј, где Ј - время задержки. Устройство работает таким образом, что ордината колебания в момент времени равна нулю, т.е.

yr dbvc: .

Отсюда следует, что sin(uJ i +{ )0; - wC,Kir-4 0, Ke N;

2ifs 1 --(itS JblilAe « -jj- I A0 sinCuiCj+c -cJie)

+ li§Ao{ +sA oj:,

sin(.+v7+u/C)

4 11МЈ 011§АсСI |R2CS . i

sinwCcos(oJC;+vj | IsintJccos wV))

Период опроса выбирается таким образом, чтобы выполнялись условия теоремы Котельнккова: . Поэтому sinutfX), cos( + ) tl. Тогда

. ft sinWt

к

Ј-( ЦЗАо -ЗАоЗ

A0 sinwC cos (wir+v J

при изменении N на 3% в

sinwfл 1

изменяется на 0,1

15

значив и обеспечив 3,09, можем считать, ч ное устройством значени затухания Ј будет отлич тинного значения показа ния не более чем на 0,1 грешность в 30 раз мень ация ы). При N 20 и со щем выборе К погрешност Подобная ситуация в при не приемлема.

Рассмотрим полученное выражение.

л 2fft 2ft Обозначим --- -- , где N количество периодов Ј за один период колебаний Т. Представим функцию

-i- в виде знакопеременно w x

го ряда:

х

1X

зТ

х

5 7

ыС

Известно, что в соответствии с теоремой Лейбница погрешность от заме- sin х ны функции суммой конечного

Л

числа п слагаемых ряда не превышает величины первого из отброшенных членов ряда. Пусть , т.е. за один период колебаний можно провести десять измерений ординат колебаний. Ограничимся первыми двумя членами ряда. Тогда погрешность не превысит величины 0,3%. При , что обеспечить очень просто, погрешность приближения не превышает 0,008%. Итак,

полагая и принимаяг; 12..

- :r-pj 0,9836, обеспечиваем систематическую погрешность за счет замены -х- значением 0,9836 не более

СО |/

0,008%. Известно, что в процессе эксплуатации механических систем частота свободных колебаний может изменяться на 2-3%. В нашей постановке это эквивалентно изменению N. Оценим погрешность за счет возможной динамики и). Нетрудно показать, что

Ј-( ЦЗАо -ЗАоЗ

A0 sinwC cos (wir+v J

при изменении N на 3% величина

sinwfл 10, „

изменяется на 0,1%. Итак, на5

0

5

0

5

0

5

0

значив и обеспечив ,9836 3,09, можем считать, что измеренное устройством значение показателя затухания Ј будет отличаться от истинного значения показателя затухания не более чем на 0,1% (т.е. погрешность в 30 раз меньше, чем вариация ы). При N 20 и соответствующем выборе К погрешность еще меньше. Подобная ситуация в приложениях вполне приемлема.

Формула изобретения

Устройство для измерения затуха- i ния колебаний в системах с турбулент1- ным трением, содержащее два запоминающих блока, подключенный к входу устройства компаратор, коммутирующий блок, вход которого подключен к выходу компаратора, первый выход подключен к управляющему входу первого запоминающего блока, а второй - к управляющему входу второго запоминающего блока, блок вычисления модуля, отличающееся тем} что, с целью повышения точности, в него введены последовательно соединенные блок задержки и первый делитель, второй делитель и сумматор, сигнальные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго запоминающих блоков, выход - к входу блока вычисления модуля, а управляющий вход - к второму выходу коммутирующего блока, при этом вход компаратора соединен с входами блока задержки и второго делителя, выход которого подключен к входу второго запоминающего блока, а выход первого делителя подключен к входу первого запоминающего блока.

V64 to

T i

фиг.1