Устройство для вибрационных испытаний объектов Советский патент 1991 года по МПК G01M7/00 

ИзоОрс-Tf .ые тгн;сится к устройствам испытания, контроля и диагностики объектов, например репизиочпыл роторных систем, и молет быть использовано для определения их резонансных частот.

Цель изобретения - расширение оп- применения устройства за счет обеспечения испытаний динамически сложных объектов с малой добротностью в режиме авгоподстройки резоь и частоты при i кии рни резонанса, не cot н т с: 1 ьу чдем кратности 90 .

На фиг,1 представлена ф нкцио- напьнля схе,а устройства ;v.i вибра- цшнчих испытании о .ектов; н фнг Функционалы1ач c.-iiMc) .азоггго ,етск- lopaj }ia фм; 3 ьозмона pt, пима- пич блока управления; на фиг,-- - - ире- менные диаграммы, объясняю че .(.- ,- устро ICTBI; на фиг 5 - т. б истин

J

.«А

ности, объясняющая работу блока управления; на фиг о 6 - схема формирования синусоидального напряжения, вариант выполнения с

Устройство содержит последовательно соединенные фазовый детектор 1 , блок 2 управления, реверсивный счетчик 3, цифровой синтезатор 4 частот, делитель 5 частоты, формирователь 6 синусоидального напряжения, усилитель 7 мощности и вибростенд 8, последовательно соединенные вибродатчик 9, предварительный усилитель 10 и вольтметр 11, последовательно соединенные первый полосовой фильтр 12 и первый усилитель-ограничитель 13, последовательно соединенные второй полосовой фильтр 14 и второй усилитель-ограничитель 15, кварцевый генератор 16, выход которого подключен к входу цифрового синтезатора 4 частот, и блок 17 сопряжения о Вход первого полосового фильтра 14 подключен к выходу предварительного усилителя 100 Выходы первого 13 и второго 15 усилителей- ограничителей, подключены соответственно к первому и второму входам фазового детектора 1„ Третий вход фазового детектора 1 подключен к выходу цифрового синтезатора 4.частот0 Первый и второй входы делителя частоты блока 2 управления подключены к выходам делителя 5 частоты„ Выходы адреса, данных и управления блока 17 сопряжения подключены к соответствующим входами фазового детектора 1, блока 2 управления, реверсивного счетчика 3 и формирователя 6 синусоидального напряжения0 Вторые выходы вольтметра 11 и блока 17 сопряжения являются выходами устройства для связи с внешними устройствами управления, в качестве которых может быть использована ЭВМ„ Определяются резонансные частоты объекта 18

Фазовый детектор 1 может содержать последовательно соединенные первый программируемый таймер 19, первый D-триггер 20 и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21,, последовательно соединенные второй программируемый таймер 22 и второй D-трнггер 23, выход которого подключен к второму входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, последовательно соединенные третий программируемый таймер 24,и третий D-триггер 25„ Входы запуска первого 19

5

0 5 0

5

0

5

0

5

второго 22 и третьего 24 программируемых таймеров объединены и являются первым входом фазового детектора 1. Входы синхронизации первого 20, второго 23 и третьего 25 D-триггеров объединены и являются вторым входом фазового детектора 1„ Тактовые входы первого 19, второго 22 и третьего 24 программируемых таймеров объединены и являются третьим входом фазового детектора 10 Входы адреса, данных и управления первого 19, второго 22 и третьего 24 программируемых таймеров объединены и являются соответственно входами адреса, данных и управления фазового детектора 1 Выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 является первым выходом фазового детектора 1а Выход третьего D-триггера 2Ь является вторым выходом фазового детектора 1 о

Блок 2 управления может содержать последовательно соединенные первый инвертор 26, первый 27 и второй 28 элементы И-НЕ, последовательно соединенные элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 и третий элемент И-НЕ 30, четвертый элемент И-НЕ 31, выход которого подключен к объединенным вторым входам второго 28 и третьего 30 элементов И-НЕ, регистр 32, второй выход которого подключен к объединенным третьим входам второго 28 и третьего 30 элементов И-НЕ, и второй инвертор 33, выход которого подключен к четвертому входу второго элемента И-НЕ 28 четвертый вход третьего элемента И-НЕ 3Q подключен к выходу первого элемента И-НЕ 27 Вход второго инвертора 33 подключен к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29, к первому входу которого подключен первый выход регистра 32. Вход первого инвертора 26 и первый вход четвертого элемента И-НЕ 31,обт :- динены и являются первым входом фазового детектора блока 2 управления Второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 является вторым входом фазового детектора блока 2 управления„ Вторые входы первого элемента И-НЕ 27 и четвертого элемента И-НЕ 31 являются соответственно первым и вторым входами делителя частоты блока 2 управления„ Первый, второй входы-записи информации и вход синхронизации регистра 32 являются соответственно входами

что может вызвать срыв автоподстройки частоты

Между моментом замыкания обратной связи и моментом измерения резонансной частоты вводится задержка, заведомо большая времени переходного процесса, которое для объектов испытуемого типа предварительно определяется и вводится через блок 17 сопряже- ния в ЭВМ Процессу измерения предшествует размыкание обратной связи0 При измерении ЭВМ через блок 17 сопряжения считывает состояние N реверсивного счетчика 3, а частота оп- ределяется по формуле (2),

Рассмотрим подробно работу фазового детектора 1 (фигь2)0

Первый 19, второй 22 и третий 24 программируемые таймеры могут быть

выполнены на микросхеме типа К580ВИ5

По фронту сигнала U (фиг04) запускаются три программируемых таймера 19, 2 Л и 24, которые запрограммированы соответственно на фазовые углы ( , и tp2 „ В целях устойчивости устройства необходимо выполнить при программировании следующие соотношения; (|, ;(Р0 :(РЈ , где требуемый сдвиг фая t По фронту на- пряяения 1 , поступаюшего ча входы синхронизации первого 20, второго 23 и третьего 25 триггеров, текущее состояние первого 19, второго 22 и 1рстьего 24 программируемых таймеров 24 заносится в первый 20, второй 23 и третий 25 0-триггеры0 Выходные сигналы первого 20 и второго 23 D- триггеров поступают на элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, на выходе которого формируется сигнал U Зона, соответствующий модулю рассогласования сдвига фаз между напряжениями U и Не-,. Если фазовое рассогласование в пределах периода Т колебаний вели- ко (( ertp. ) , первый выход фазового детектора 1 переходит в состояние логического нуля (фиг„4, U7, период Т});, если фазовое рассогласование между напряжениями U и U ма- ло (Ср, ;Срт Ср2), первый выход фазового детектора 1 устанавливается в состояние логической единицы (фиг„4, U7, период Т и Те)оНа выходе третьего D-триггера 25 формируется сигнал U6 Знак, показывающий знак рассогласования между напряжениями U и Uf на входах фазового детектора 1.

5

5

0

5 0 5 0 5

0

При отставании текущего фазового рассогласования срт от требуемого 1р0 ( Cf0) второй выход фазового детектора 1 устанавливается в ноль (фиг.4, Т, U6 , при опережении (Срт Ср0 ) - в единицу (фиго4, То, U6)„ Единичный сигнал Ug Знак управляет блоком 2 управления так, что на его первом выходе появляется сигнал По, частота которого зависит от значения сигнала Uyo Если сигнал U7 единичного уровня частота сигнала Ug равна F ЈСц /2 , где ,2,3oо cm,, ,2,3 о „ оm - числа определяющие номера выходов делителя 5 частоты„ При нулевом сигнале U частота сигнала Ug увеличивается до Р„, (фиг.4, й Щ 8 Ри нзглевом сигнале U частота регулирования LU поступает на второй выход блока 2 управления Поскольку на третий вход фазового детектора 1 поступает сигнал с частотой в 2 раз больше, чем частота сигнала U., то периои Т сигнала U бу,, т

дет равен 2 периодам выходного сигнала цифрового синтезатора 4 частот. Для всего диапазона частот будет выполняться соотношение

Т f - vm Г г с ч - I „

Этим обеспечивается независимость от частоты фазовых углов Ср0 , Ср и (и , установка которых происходит пс- р-ед началом работы устройства путем программирования первого, второго 22 и третьего 24 таймеров -соответственно числам

360е

(3)

округленным до целых0

Сигнал Uу Зона с первого выходе фазового детектора 1 поступает на первый вход блока 2 управления фиг„ и управляет противофазно первым 2/ и четвертым 31 элементами И-НЕ,

Если сигнал 17 Зона находится в нуле, то четвертый элемент И-НЕ 31 запирается, а первый элемент И-НЕ 27 открывается и сигнал частотой Ґ„ - f с „ /21 поступает на входы второго 28 и третьего 30 элементов И-НЕ (фиго5, 2-, 3-я строки)с

9

При единичном сигнале U7 Зона на входы второго 28 и третьего 30 элементов И-НЕ поступает сигнал час- /2 с второго входа

тоты F, f с ч

делителя частоты блока 2 управления

(, 4- и 5-я строки)о

Сигнал U6 Знак с второго выхода фазового детектора 1 оступает через второй вход блока 2 управления на первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 Сигнал U6 Знак инвертируется элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29, если на втором входе последнего установлена логическая единица, и проходит на его выход без изменения уровня, если на втором входе присутствует логический ноль о

Указанное включение элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 позволяет проводить вибрационные испытания динамически сложных объектов при различных знаках наклона фазочастотной характеристики. Необходимость в этом может возникнуть, например, при испытаниях герметичных прецизионных роторных систем на выходном контроле, когда на резонирующей массе ротора невозможно установить вибродлтчик Вибродатчик может быть установлен на виброетоле, где наряду с резонанснь ми колебаниями будут существовать -ш тирезонансь е, при которых крутизна фазочастотной характеристики инее г знак, протлвополо нныи крутизне ФЧХ в области резонанса.

Выходной сигнал элемента И С KJ DO- ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 управляет лротшзофа шо вторым 28 и третьим 30 элементами И-НЕ, пропуская на выход одного из элементов сигналы с частотами F или Г л и устанавливая выход другого элемента в единицу ()0 Сигнал нулевого уровня на втором выходе регистра 32 устанавливает выходы второго 28 и третьего 30 элементов И-НЕ в единичное состояние (фиг05, 1-я строка) , Этим инициируется размыкание обратной связи, при этом состояние реверсивного счетчика 3 фиксируется и мо/кет быть считано посредством блока 17 сопряжения с ЭВМ для обработки., Состояние реверсивного счетчика 3 однозначно связано с частотой, установившейся к моменту разрыва обратной связи, соотношением (2),Так каг нестабильность частоты на выходе кварцевого генератора Ib достигает ,

278/410

то по формуле (2) можно определять частоту колебания объекта с точностью достаточной для большинства практических случаев

Замыкание обратной связи вызывается установкой второго выхода регистра 32 в единичное состояние0 При этом скорость регулирования фазового JQ рассогласования между сигналами на первом и втором входах фазового детектора I зависит от модуля рассогласования 0

Если фазовое рассогласование вели15 ко (-Рг с 4V ) изменение состояния реверсивного счетчика 3 осуществляется с частотой F fc.4/23

При малом фазовом рассогласование в установившемся режиме (ц, Ј срт - Срг )

2Q процесс регулирования будет протекать медленнее с частотой F fс /2|+ а Нелинейный закон регулирования повышает быстродействие устройства и сохраняет точность выхода на заданный

25 фазовый сдвиг, определяемую в основном идентичностью фазочастотных характеристик первого 12 и второго 14 полосовых фильтров о Значения чисел i,k зависят от разности флзпьых угJQ дпь с( и СА, , крутизны ФЧХ обт.ек ы и тага перестр йки г:о ччстоге ,ла- чепия чисел i, k, а та::/-е с}... ;., -е. углы СР,, и цп, можно определитг- из coo t ношений:

52 47о

i + k

- с

ср7 -С.

У (.r,

- J - l i.

r

где СР. - крут11зна ФЧХ;

ДЈ - шаг перестройки по тпте

Разность фазовых углов L и ef, ры- бирают в пределах от 10 дп 30°

Частоты регулирования 1 л F,, поступающие через GJIOI .1 упраклония H.I вход реверсивного счетчика 3 . выхода делителя Ь часто 1ы, кр, iчы час- тоте колебаний объек 1„- Этим достигается независимость ск CTI-: лирования фазового рассог.часовання Э1 абсолютного значошя частоты резонансных колебании объект, Формирователь h синусоида-аьного напряжения ( можег Ьы t h собран на основе умножающего цифроаналогоБо- го npeoi ргзователя (НЛП) 35, H.I цнфи

npoiрачмируют им Лазовый детектор„ Для определения резонансной частоты при другом положении ротора устанавливают частоту на Ь% больше предыдущей и замыкают обратную связь, после чего измеряют новое значение резонансной частоты, как было указано выше По такому алгоритму устройство позволяет определить резочансную частоту 512 положений ротора за 3-5 мин„

Устройство позволяет испытывать динамически сложные объекты малой добротности в режиме автоподстройки резонансной частоты, а также работать с любым типом вибродатчика благодаря тому, что фазовый детектор может быть запрограммирован на любой сдвиг сЬаз, определяемый фазочастот- нои характеристикой объекта,, Зто, в частности, позволяет измерять крутизну ЪЧХ в области резонанса с целью определения демпфирования

Формула изобретения

16

Устройство для вибрационных испытаний объектов, содерж нцее последовательно соединенные формирователь синусоидального напряжения, усилигьль мощности и пибростенд, пчслед чатель- но соединенные вибродагчик и рительныи усилитель, фазовый тор и блок управления, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, оно снабжено последовательно соединенными реверсивным счетчиком, цифровым синтезатором частот и депителем ч зет с- ты, последовательно СОРДИНРиными первым полосовым фильтром и первым уси- лителем-ограничит елем, последовлiель- но соединенными вторым полосовым

10

15

627874|4

фильтром и вторым усилителем-ограничителем, вольтметром, вход которого подключен к выходу предварительного усилителя, кварцевым генератором, выход которого подключен к соответствующему входу цифрового синтезатора частот, и блоком сопряжения, фазовый детектор.выполнен с дополнительным третьим входом и входами адреса,данных и управления и вторым выходом, блок управления выполнен и первым и вторым входами фазового детектора, первым и вторым входами делителя частоты и входами -адреса, данных и управления, формирователь синусоидального напряжения выполнен с входами адреса, данных и управления, выходы первого и второго усилителей-ограничителей подключены соответственно к первому и второму входам фазового детектора, третий вход которого подключен к выходу цифрового синтезатора частот, первый и второй выходы фазового детектора подключены к соответствующим входам блока управления , первый и второй входа: делителя частоты которого подключены к выходам депителя частоты, первый и

В ОрОИ I ОТ.Ы fiTJOb q I, 1 ieh Т ГР 1клиилш соо г лет ст1 Cit к ш р .1

БХО, реьСПГШ) j Т

вы sоды , : IHITMX и бло - сспр е 1ия i мд 1-04 HI ретгтвугощим п. о,там pjriencji но20

25

3G

чия

35

т1

11

U

0

чика, разово о . Р вления и ф р -1иров) L :я it ного нлпря-енчя, вхо/ першч i uoj o- ccjjoro фильтра п дгнючен i выход; усилителя мс т;ности, вход вт попек опого гЬильтри подключен .ь .с л пре-ьарительного усилителя, ьторче ь ходы вольтметр и б тока Гч прямо- ния являются выходами

Шг91

Фиг. 5

Изобретение относится к устройствам для испытании, контроля и диагностики объектов и мо-кет быть использовано для определения резонансных частот объектов о Цель изобретения - расширение области применения - достигается обеспечением возможности испытаний динамически сложных объектов с малой добротностью при фазовом критерии резонанса, не соответствующем кратности 90 , В зависимости от фазового рассогласования между сигналами возбуждаю-цих колебаний и колебаний объекта фазовый детектор 1 через блок 2 управления изменяет частоту регулирования на входе реверсивного счетчика 3 и направление его счета. Но коду на выходе реверсивного счетчика 3 корректируется частота во )бу.:;а|1 цих кол, г гний , формируемых формирователем ь снн/соид ть- iioi о начря чени ., до mv ч- но о йа ивого nacC(,rj.,iCor iiiiH м- ,ЧУ Ci rHajiar возбулдап щлх ; олеоа,- ик и колебаний объекта 3 3a IHHOE -начг.мие фазс Вого рассогласования .лс рез блок 17 сопркл ния, Резонансная частота определяется счнтыв, через блок 17 сопряжения ооггияния реверсивного счсгчика пр)1 доел нлечни заданного фазового ассоглас эиант , 6 ил g г л V. SkJU. fr Л сг, ю Ьо з Јъ