Устройство для виброиспытаний Советский патент 1991 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к виброиспытательной технике и может быть использовано для ускорения определения частотных характеристик испытуемого изделия.

Целью изобретения является повышение точности определения частотных характеристик изделия путем введения цепи стабилизации отклика изделия.

На. фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - схема блока интегрирования.

Устройство для виброиспытаний содержит последовательно соединенные генератор 1, усилитель 2 мощности и вибратор 3, последовательно соединенные установленный на вибраторе первый вибропреобразователь 4, первый согласующий усилитель 5, первый гетеродинный сопровождающий фильтр б и блок 7 вычислений, последовательно соединенные второй вибропреобразователь 8, второй согласующий усилитель 9 и второй гетеродинный сопровождающий фильтр 10, первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму и третьему входам блока 7 вычислений, последовательно соединенные первый амплитудный детектор 11, делительный блок 12 и аналоговый перемножитель 13, блок 14 за дания скорости развертки и второй амплитудный детектор 15.

Вторые входы первого б и второго 10 гетеродинных сопровождающих фильтров объединены и подключены к второму выходу генератора 1, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к четвертому и пятому входам блока 7 вычислений. Входы первого 11 и второго 15 амплитудных детекторов подключены соответственно к выходам первого 4 и второго 8 вибропреобразователей.Выход второго амплитудного детектора 15 подключен к второму входу делителыюго блока 12.Блок 14 задания скорости развертки подключен к второму входу аналогового перемножителя 13, выход которого подключен к второму входу управления генератора 1. Второй вибропреобразователь 8 предназначен для установки на испытуемом объекте 16.

Блок 7 вычислений может содержать последовательно соединенные фазовый детектор 17, функциональный блок 13 COS первый аналоговый перемножитель 19, пар- вый длительный блок 20, первый сумматор 21, первый умножитель 22, первый 23, второй 24, третий 25 и четвертый 26 блоки интегрирования, второй делительный блок 27, функциональный блок 28 arctg и первый сз- мописец 29, последовательно соединенные первый инвертор 30, второй аналоговый перемножитель 31, третий делительный блок

32, второй сумматор 33, второй умножитель 34, пятый 35, шестой 36, седьмой 37 и восьмой 38 блоки интегрирования, первый квадратор 39, третий сумматор 40, функциональный блок 41 и второй самописец 42, последовательно соединенные блок

43дифференцирования, второй квадратор

44и четвертый делительный блок 45, последовательно соединенные пятый делитель0 ный блок 46 и второй инвертор 47, шестой делительный блок 48, седьмой делительный блок 49, функциональный блок 50 SIN и третий квадратор 51. Второй вход первого аналогового перемножителя 19 подключен к

5 выходу первого инвертора 30. К второму входу второго аналогового перемножителя 31 подключен выход функционального блока 50 SIN, пход которого подключен к выходу фазового детектора 17.

0 Вход третьего квадратора 51 и первый вход седьмого делительного блока 49 объединены и подключены к выходу четвертого блока 26 интегрирования. Выход квадратора 51 подключен к второму входу третьего

5 сумматора 40.

Вторые входы первого 20, третьего 32 и седьмого 49 делительных блоков объединены и подключены к выходу второго квадратора 44. Второй и третий входы первого

0 сумматора 21 подключены соответственно к. выходам шестого48 и седьмого 49 делительных блоков. Второй и третий входы второго сумматора 33 подключены соответственно к выходам четвертого делительного блока

5 45 и второго инвертора 47, Первый и второй входы пятого делительного блока 46 подключены соответственно к выходам блока 43 дифференцирования и второго блока 24 интегрирования. Первый и второй входы

0 шестого делительного блока 48 подключены соответственно к выходам блока 43 дифференцирования и шестого блока 36 интегрирования. Второй вход четвертою делительного блока 45 и второй вход второь го делительного блока 27 объединены и под- кпючены к выходу восьмого блока 38 интегрирования.

Первый и второй входы фазового детектора 17 являются соответственно первым и

0 вторым входами блока 7 вычислений, третьим входом которого ячлчется вход первого интегратора 30. Второе лходы первого 29 и второго 42 самописцев объединены и являются четвертым входом блока 7 вычислений,

5 пятым входом которого являются объединенные вторые входы с первого по восьмой блоков 23-26 и 35-38 интегрирования.

Каждый из восьми блоков интегрирования (фиг. 2) может содержать последовательно соединенные первый интегратор 52,

инвертор 53, первый аналоговый перемножитель 54, второй интегратор 55 и сумматор 56, последовательно соединенные первый дифференциатор 57 и второй дифференциатор 58, выход которого подключен к второ- му входу первого аналогового перемножителя, и второй аналоговый перемножитель 59, первой и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого интегратора 52 и первого дифференциатора 57. Выход второго аналогового перемножителя 59 подключен к второму входу сумматора 56 выход которого является выходом каждого блока интегрирования.

Вход первого интегратора 52 является первым входом каждого блока интегрирования, а вход первого дифференциатора 57 - вторым входом каждого блока интегрирования.

Устройство работает следующим образом.

Электрический сигнал с выхода генератора 1 после усилителя 2 мощности преобразуется вибратором 3 в механические колебания, амплитуда которых стабилизируется цепью компрессии первый вибропреобразователь 4 - первый согласующий усилитель 5 - первый гетеродинный сопровождающий фильтр 6 - первый вход блока управления генератора 1. Первый гетеродинный сопровождающий фильтр 6 перестраивается по сигналу с генератора 1 с целью селекции основной частоты вибрации. Установленный на испытуемом изделии 16 второй вибропреобразователь 8 вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный отклику изделия на приложенное воздействие, который после второго согласующего усилителя 9 подается на первый вход второго гетеродинного сопровождающего фильтра 10. Этот же сигнал через второй амплитудный детектор 15 поступает на второй вход делительного блока 12, на первый вход которого через первый амплитудный детектор 11 поступает сигнал с выхода первого вибропреобразователя 4. Выходы делительного блока 12 и блока 14 задания скорости развертки частоты подключены к входам аналогового перемножителя 13, соединенного выходом с вторым входом управления генератора и управляющего скоростью развертки его частоты. Первый 11 и второй 15 амплитудные детекторы, делительный блок 12, аналоговый перемножитель 13 и блок 14 задания скорости развертки образуют цепь стабилизации отклика изделия.

Динамическая комплексная передаточная функция испытуемого изделия WflQ w), получающаяся при действии силы изменяю0

5

да

О)

щейся частоты со скоростью V о, и комплексная передаточная функция изделия W( J ш)- истинная передаточная функция изделия, которая может быть получена при действии на изделие силы постоянной частоты или изменяющейся с очень малой скоростью, связаны отношением

W J WOaO-JVa/ O)0

lv2 w(jeQ 8Va) aw4

если на изделие действует внешняя сила постоянной амплитуды, то (йИ

Re Л/Д (J ш ) а cos р ( ш ) ,

lmWA(jw)(u;).

где ReWfl( jo), ( J ш) - действительная и мнимая части соответствующей функции;

6а( ш) - амплитуда отклика на частоте воздействия;

р ( ш ) - фазовый сдвиг между вынужденными колебаниями испытуемого изделия 16 и воздействием со стороны вибратора 3.

Аналогичные соотношения имеют место и для функции Л/дО ш):

ReW(j ш) д i( ш ) /Ва, lmW(j ш) - -дг( о)/Ва,

где (ii .62 неизвестные функции, подлежащие определению в реальном масштабе

с времени при испытаниях.

Заменяя в (1) функции Л/д( ш) и WQ ш ) на их представления из действительных и мнимых частей и приравнивая соответственно действительные и мнимые части слева и

Q справа в (1). получаем исходную систему дифференциальных уравнений, использующихся в устройстве для устранения искажения АЧХ и ФЧХ испытуемого изделия 16: с5а (ш)((ш) +

5 , ., &&1(а)} 1 2 (u) + Vft до 8V 3W4 да (w)sln p(w) 5z (ш) +(2)

Vw

&д(ш} 1 w2 (a)

0 dW

Электрический сигнал, пропорциональный амплитуде отклика изделия ба ( at) на чаете со (т), снимается с второго выхода второго гетеродинного сопровождающего фильтра

5 10, а электрический сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу между вынужденными колебаниями испытуемого изделия 16 и колебаниями вибратора 3, снимается с выхода фазового детектора 17 блока 7 вычислений, подключенного соответственно входами к

первым выходам первого б и второго 10 гетеродинных сопровождающих фильтров. Соответствующие преобразования указанных сигналов функциональным блоком 18 COS первым инвертором 30, первым аналоговым перемножителем 19 и функциональным блоком 50 SIN, вторым аналоговым перемножителем 31 дают на выходах первого 19 и второго 31 перемножителей соответственно сигналы да(ш) sin р(ш и ба( «) cos р ( ш ) , т.е. левые части уравнений (2) с обратным знаком. Запишем систему (2) в нормальном виде

Mf) (00+ v V flt a,.2

8

v

ш

О)

#h(a)

V(t) да

2 да (О)} р (О)} .

5а ( UJ ) COS р ( (О ) ,

VftJ

&() 8 л2(а)+

aw4 v2w v

Поскольку аналоговые системы решения дифференциальных уравнений осуществляют интегрирование по времени, а данная система уравнений включает частные производные по круговой частоте, необходимо произвести некоторые преобразования.

Для этого запишем уравнение функционирования интегратора

ивых SUexdt; UBx 3UBxd «u(t).

Необходимо перейти от интегрирования по частоте к интегрированию по времени,- (

Ueb.x jUBxdco(t))Uex w(t)dt, согласно правилу интегрирования по частям гГС

jUBx ct/(t)dt fij(t)jUBxdt-J(UBxdt)Q/(t)dt. т.е. лгг

JUexdw(t) y(t)Uexdt-j( UBXdt)co(t)dt.

Блоки 23-26 интегрирования, служащие для понижения порядка производной первого уравнения (3), и блоки 42-45 интегрирования, служащие для понижения порядка второго уравнения (3), совместно с делительными блоками 20, 32, 45-48, вторым инвертором 47, первым 21 и вторым 33 сумматорами и первым 22 и вторым 34 умножителями соединены по схеме решения системы дифференциальных уравнений (3). Необходимые электрические сигналы, пропорциональные скорости развертки частоты, получаются путем дифференциации блоком 43 дифференцирования напряжения, пропорционального частоте, снимаемого с выхода блока развертки частоты генератора 1, с дальнейшим возведением в квадрат вторым квадратором 44.

В момент, соответствующий началу решения, одновременно все блоки интегрирования переключаются из режима обнуления в рабочий режим.

На выходах четвертого 26 и восьмого 38

блоков интегрирования соответственно получаются электрические сигналы, пропорциональные di ( о ) и & ( ш).

Первый 39 и третий 51 квадраторы, тре- тий сумматор 40 и функциональный блок 41 V вычисляют функцию вида

/W (j ш )/ vTSiTTwTf +ГЗП йГУТ

т.е. значение АЧХ на частоте (u(t). которое фиксируется вторым самописцем 42.

Второй делительный блок 27, функциональный блок 28 arctg вычисляют функцию вида

arg W (J ш) arctg frffi)

т.е. значение ФЧХ на частоте ш(), которое фиксируется первым самописцем 29.

Таким образом, первый 29 и второй 42

самописцы соответственно фиксируют истинные, а не искаженные ФЧХ и АЧХ испытуемого изделия.

Формула изобретения Устройство для виброиспытаний, содержащее последовательно соединенные генератор, усилитель мощности и вибратор, последовательно соединенные установленный на вибраторе первый вибропреобразователь, первый согласующий усилитель,

первый гетеродинный сопровождающий фильтр и блок вычислений, последовательно соединенные второй аибропреобразова- тель, второй согласующий усилитель и второй гетеродинный сопровождающий

фильтр, второй выход первого гетеродинного сопровождающего фильтра подключен к первому входу управления генератора, первый и второй выходы второго гетеродинного сопровождающего фильтра подключе

ны соответственно к второму и третьему

входам блока вычислений, вторые входы первого и второго гетеродинных сопровождающих фильтров объединены и подключены к второму выходу генератора, третий и

четвертый выходы которого подключены соответственно к четвертому.и пятому входам блока вычислений, второй вибропреобразо- взтель предназначен для связи с испытуемым изделием, отличающееся тем,

что, с целью повышения точности определения частотных характеристик изделия, оно снабжено последовательно соединенными первым амплитудным детектором, делительным блоком и налоговым перемножителем, вторым амплитудным детектором и блоком задания скорости развертки, выход которого подключен к второму входу аналогового перемножителя, выход второго амплитудного детектора подключен к второму входу делительного блока, входы первого и

второго амплитудных детекторов подключены соответственно к выходам первого и второго вибропреобразователей, генератор выполнен с вторым входом управления, который подключен к выходу аналогового перемножителя.

Изобретение относится к виброиспытательной технике и может быть использовано для ускоренного определения частотных характеристик. Цель изобретения - повышение точности определения частотных характеристик путем введения цепи стабилизации отклика изделия. Первый вибропреобразователь 4, согласующий усилитель 5 и первый гетеродинный сопровождающий фильтр 6 образуют цепь стабилизации воздействия на испытуемое изделие 16, управляя выходной амплитудой генератора 1. Первый и второй амплитудные детекторы 11 и 15, делительный блок 12, аналоговый перемножитель 13 и блок 14 задания скорости развертки образуют цепь стабилизации отклика изделия, управляя скоростью развертки генератора 1. Блок 7 вычислений осу- ществляетрешениесистемы дифференциальных уравнений этой колебательной системы и фиксирует частотные характеристики изделия, 2 ил. Ј О ел VI ю ю 00

$

53

-

57

58

61

е

V

/

53

56

54

55

Фиг. I