Камертонный стенд с импульсным возбуждением Советский патент 1991 года по МПК G01H11/06 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к камертонным стендам для испытаний на вибрацию малогабаритных изделий и образцов материалов, а также для поверки и калибровки виброизмерительных преобразователей и имитации виброударных процессов.

Цель изобретения - повышение точности поддержания заданного уровня амплитуды воспроизводимой вибрации.

На чертеже приведена функциональная 9хема устройства.

Камертонный стенд с импульсным возбуждением (фиг.1) включает основание 1, на котором закреплен камертон 2, снабженный гнездами для присоединения испытуемых объектов 3 и системой 4 измерения вибросмещений. Привод - система возбуждения резонансных колебаний камертона 2 - содержит статор из двух последовательно-соединенных катушек 5 возбуждения, каждая из которых размещена на соответствующем магнитопроводе 6 и установлена с возможностью магнитного взаимодействия с камертоном 2, изготовленным из магнитного материала и выполняющим благодаря этому дополнительную функцию якоря привода.

Катушки 5 возбуждения на магнитопро- водах 6 установлены с возможностью перемещения вдоль длины камертона 2 путем закрепления их на плите 7, перемещаемой и фиксируемой в направляющих 8, что обеспечивает возможность выбора положения горизонтальной плоскости симметрии А-А катушек 5 в области I/L 0,2 ± 0,1.

Привод камертона включает также устройство 9 запуска камертона 2, содержащее последовательно соединенные кнопку 10 запуска, развязывающий диод 11 и источник 12 тока.

Блок питания привода выполнен в виде импульсного дозатора 13 возбуждения и управляющей им схемы 14 коммутации, содержащей делитель 15 частоты на четное число, устройство управления импульсным дозатором 13 возбуждения - дифференцирующий импульсный трансформатор 16 с входной обмоткой 17 и двумя парами выходных обмоток 18, 19 и 20, 21. имеющих одинаковое направление витков в каждой паре и противоположное направление витков в разных парах обмоток. Кроме этого, схема 14 коммутации содержит каналы 22 и 23 формирования опорной фазы и сдвигаемой опорной фазы 23. Канал 22 формирования опорной фазы содержит последовательно соединенные виброизмерительный преобразователь 24, связанный с камертоном 2, полосовой фильтр 25, усилитель-ограничитель 26 и

дифференцирующую цепочку 27 с фиксирующим диодом 28. Канал 23 формирования сдвигаемой опорной фазы включает схему переменной задержки с двумя входами 5 одновибратор 29 с регулируемой длительностью импульса, один вход которого (S) соединен с выходом дифференцирующей цепочки 27. Через второй вход (точка В) од- новибратора 29 с регулируемой длительно0 стью импульса обеспечивается управление длительностью импульса одновибратора, что достигается подключением оптрона 30 и диода 31 между входом R и неинвертирую- щйм выходом одновибратора 29 с регулиру15 емой длительностью импульса. Упомянутый канал 23, также содержащий схему управляемой задержки опорной фазы, выполненную в виде последовательно соединенных измерителя амплитуды - двухполупериод0 ного детектора 32 и схемы сравнения с опорным напряжением - вычитающего усилителя 33. Вход двухполупериодного детектора 32 подключен к выходу полосового фильтра 25, а выход детектора 32 - к одному

5 из входов усилителя 33, на второй вход которого подается опорное напряжение, а выход подключен к точке В.

Импульсный дозатор 13 возбуждения с тиристорами состоит из двух плеч, каждое

0 из которых содержит источник 34 (35) тока, к выходу которого параллельно подключены конденсатор-накопитель 36 (37) восполняемой энергии и шунтирующий диод 38 (39), катод которого соединен с плюсовой клем5 мой источника 34 (35) тока. К выходу (+) источника 34 (35) тока подключены также последовательно соединенные между собой и включенные каждый в направлении пропускания тока источника 34 (35) первый

0 40 (41) и второй 42 (43) тиристоры. Между точками соединения первого 40 и второго 42 тиристоров одного плеча, а также первого 41 и второго 43 тиристоров другого плеча включен конденсатор-накопитель 44 коле5 бательной энергии, а вторые тиристоры 42 и 43 обоих плеч соединены между собой и подключены к индуктивному элементу статора привода камертона - последовательно соединенным катушкам 5 возбуждения, об0 разующим совместно с последовательно соединяемыми при коммутации тиристоров 40, 43 и 42. 41 конденсаторами-накопителями колебательной 44 и восполняемой 36 (37) энергии параллельный колебательный кон5 тур.

Стенд содержит также устройство регистрации электрических сигналов от испытуемых объектов (на фиг.1 показано только одно такое устройство 45, включающее входной фильтр 46, обеспечивающий подавпение сигналов с частотой, выше частоты основных колебаний камертона 2, и регистрирующее устройство 47.

Камертонный стенд с импульсным возбуждением работает следующим образом.

Запуск стенда осуществляется нажатием и отпусканием кнопки 10, вызывающей протекание тока от источника 12 через развязывающий диод 11 в катушках 5 возбуждения - индуктивном элементе статора привода камертона 2, и, соответственно, притяжение к ним ветвей камертона 2. После отпускания кнопки 10 ветви камертона начинают совершать слабо затухающие (ввиду высокой добротности камертона 2) колебания, которые воспринимаются виброизмерительным преобразователем. 24, связанным с камертоном 2. Выходной сигнал преобразователя 24,который в соответствующей форме отражает движение камертона 2, после прохождения полосового фильтра 25, усилителя-ограничителя 26 и дифференцирующей цепочки 27 с фиксирующим диодом 28 сохраняет информацию о фазе движения камертона. Этот сигнал сдвигается с помощью одновибратора 29 и используется для коммутации тиристоров 40, 43 и 422, 41 импульсного дозатора 13 возбуждения.

Источник 34 (35) тока осуществляет заряд конденсатора-накопителя 36 (37) восполняемой энергии. Управление зарядом конденсаторов 36 и 37 осуществляется тиристорами 40, 43 и 41, 42 соответственно. Схема 14 коммутации обеспечивает чередующуюся через период колебаний управляющего сигнала попарную коммутацию тиристоров 40, 43 и 41, 42. Открывание тиристоров 40, 43 приложением положительных импульсов к их управляющим электродам создает усилия (путем образования соответствующей цепи) для разряда конденсатора 36 и оказывающегося последовательно согласно соединенным с ним конденсатора 44 через катушки 5 возбуждения (индуктивный элемент статора привода камертона). В этот момент времени к управляющим электродам тиристоров 41 и 42 приложены отрицательные импульсы и эти тиристоры, оставаясь закрытыми, не влияют на протекание тока разряда конденсатора 36. Конденсатор 37 при этом заряжается от источника 35 тока. После разряда конденсаторов 36 и 44 ток самоиндукции катушек 5 возбуждения продолжает протекать через шунтирующий диод 38 и перезаряжает конденсатор 44, что обеспечивает тем самым выполнение этим конденсатором функции накопителя колебательной энергии, Уменьшение протекающего тока самоиндукции приводит к самозакрыванию тиристоров 40 и 43.

В следующий период колебаний управляющего сигнала конденсатор 36 заряжается от источника 34 и происходит разряд другого конденсатора-накопителя 37 восполняемой энергии через открытые тиристоры 41 и 42 благодаря приложению

положительных импульсов к их управляющим электродам. При этом, как и в описанном случае разряда конденсатора 36, обеспечивается со ласное соединение заряженного конденсатора 37 и перезаряженного в предыдущий период управляющего сигнала конденсатора 44. После разряда конденсаторов 37 и 44 конденсатор 44 перезаряжается через шун тирующий диод 39. В дальнейшем чередующийся процесс разряда конденсаторов 36 и 37 и перезарядки конденсатора 44 повторяется.

Последовательно соединяемые при коммутации конденсатор-накопитель 36 (37) восполняемой энергии и конденсатор-накопитель 44 колебательной энергии совместно с индуктивным элементом .статора привода камертона - катушками 5 возбуждения - образуют параллельный колебательный контур, при этом процесс разряда

конденсатора 36 (37) и перезарядка конденсатора 44 носит колебательный характер. Выбором емкостей конденсаторов 36 (37) и 44 ииндуктивностей катушек 5 возбуждения можно изменять период колебаний этого

контура и, соответственно, соотношение этого периода (гк) и периода резрнансных колебаний камертона 2 (гг). обеспечивая необходимое соотношение этих периодов. Потери энергии в цепи катушек 5 возбуждения восполняются за счет накопления энергии на конденсаторах 36 и 37 от источников 34 и 35 тока соответственно, что и обеспечивает выполнение конденсаторами 36 и 37 функции конденсаторов-накопителей восполняемой энергии.

Описанный процесс периодической попарной коммутации тиристоров 40, 43 и 41, 42 обеспечивается наличием в составе делителя 15 частоты на четное число делителя

частоты управляющего сигнала на два - D- триггера в соответствующем включении и дифференцирующего импульсного трансформатора 16с двумя парами выходных обмоток 18,19 и 20, 21, имеющими одинаковое

направление витков в каждой паре и противоположное направление витков в различных парах обмоток.

Управление сдвигом опорной фазы осуществляется следующим образом. Напряжение с выхода виброизмерительного преобразователя 24 после прохождения полосового фильтра 25 дополнительно подается на вход двухполупериодного детектора 32 и преобразуется сначала в пульсирующее на- пряжение, а после фильтрации - в постоянное, величина которого однозначно связана с амплитудой колебания камертона 2 и которое подается на один из входов вычитающего усилителя 33. На другой вход усилителя 33 подается опорное напряжение Uon. В зависимости от изменения разности напряжений на входе усилителя 33 изменяется выходное сопротивление оптронной пары 30 и, соответственно, время задержки выходных импульсов одновибратора 29 относительно выходных импульсов канала 27 формирования опорной фазы. Тем самым обеспечивается изменение момента подачи импульсов возбуждения относительно мо- мента достижения камертоном максимальных скоростей. При этом изменяется энергия, передаваемая в камертон за период колебаний, от максимальной положительной до максимальной отрицательной и, следовательно, осуществляется быстродействующая стабилизация заданного уровня амплитуды воспроизводимой вибрации.

Требуемый уровень амплитуды воспроизводимой вибрации задается выбором

значения опорного напряжения Don. Значение опорного напряжения может задаваться и изменяться как вручную, так и автоматически.

Формула изобретения Камертонный стенд с импульсным воз- буждвнием, содержащий камертон и привод камертона, состоящий из устройства запуска и блока питания, выполненного в виде последовательно соединенных импульсного дозатора возбуждения и схемы коммутации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности поддержания заданного уровня амплитуды воспроизводимой вибрации, схема коммутации выполнена в виде последовательно соединенных канала формирования опорной фазы, канала сдвига опорной фазы, состоящей из последовательно соединенных измерителя амплитуды, схемы сравнения и одновибратора с регулируемой длительностью импульса, делителя частоты на четное число и схемы управления, выходы которой являются выходами схемы коммутации, два выхода канала формирования опорной фазы соединены соответственно с вторым входом одновибратора с регулируемой длительностью импульса и с входом измерителя амплитуды канала сдвига опорной фазы.

Изобретение относится к виброиспытательной технике. Цель изобретения - повышение точности поддержания заданного уровня амплитуды воспроизводимой вибрации. Запуск стенда осуществляется нажатием кнопки 10. После отпускания кнопки 10 ветви камертона начинают совершать слабо затухающие (ввиду высокой добротности камертона 2) колебания, которые воспринимаР- П ются виброизмерительным преобразователем 24, связанным с камертоном 2. Напряжение с выхода виброизмерительного преобразователя 24 после прохождения полосового фильтра 25 дополнительно подается на вход двухполупериодного детектора 32 и преобразуется в постоянное напряжение, величина которого пропорциональна колебаниям камертона 2 и которое подается на один из входов вычитающего усилителя 33. На другой вход усилителя 33 подается опорное напряжение U0n. В зависимости от изменения разности напряжений нэ входе усилителя 33 изменяются выходное сопротивление оптронной пары 30 и время задержки выходных импульсов одно- вибратора 29. Тем самым обеспечивается изменение момента подачи импульсов возбуждения относительно момента достижения камертоном максимальных скоростей. Следовательно, осуществляется быстродействующая стабилизация заданного уровня амплитуды воспроизводимой вибрации Требуемый уровень амплитуды воспроизводимой вибрации задается выбором значения опорного напряжения Don- 1 ил. (/ С о со ю 00 го