Устройство для преобразования виброизмерительных сигналов Советский патент 1991 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для автоматического управления работой вибростендов при испытаниях крупногабаритных изделий.

Известны устройства для автоматического управления работой вибростенда при испытании изделий методом качающей частоты. Эти устройства включены в цепь обратной связи системы управления вибростендом между задающими датчиками виброускорений и усилителем мощности вибростенда, поддерживающим при этом постоянный уровень виброускорений, и преобразуют входные сигналы от датчиков виброускорений в один управляющий выходной сигнал. Причем этот выходной сигнал равен среднеарифметическому значению входных сигналов, что позволяет

проводить виброиспытания крупногабаритных изделий в автоматическом режиме по среднеарифметическому значению виброускорений в нескольких точках по периметру испытуемого изделия, что рекомендуется нормативной документацией по проведению испытаний на вибрацию.

Известен шестиканальный селектор ти-v па 5686 фирмы Брюль и Къер. предназначенный для управления вибростендом по шести измерительным точкам с расположенными в них датчиками продольных виброускорений. Селектор состоит из входного устройства, определяющего среднее значение каждого сигнала, поступающего отдатчика виброускорения, сумматора для определения суммы средних значений этих сигналов и делителя для деления полученной суммы на постоянное число, равное чисО

Ю

о

Ю

Ю

VI

лу измерительных точек, причем суммирование и деление производится операционным усилителем. Напряжение постоянного тока на выходе операционного усилителя преобразуется в переменное напряжение постоянной или переменной частоты выходным устройством и подается в схему управления вибростендом.

Однако такое устройство не в полной мере соответствует условиям натурной экс- плуатации изделия, так как не учитывает и не ограничивает поперечные виброускорения, возникающие на столе вибростенда с закрепленным изделием. Эти поперечные виброускорения возникают из-за попереч- ных колебаний стола вибростенда, неуравновешенности системы стол вибростенда - испытуемое изделие, поперечных резонан- сов деталей изделия и тому подобных факторов. Поперечные виброускорения значительно усиливаются при использовании массивных неуравновешенных приспособлений для механических испытаний (кубы, угольники), необходимых для закрепления изделия в трех взаимно перпендику- лярных направлениях и могут в отдельных диапазонах частот при резонансах отдельных деталей и узлов изделия, приспособления, стола вибростенда превышать виброускорение по основному направле- нию в 3-5 раз. Это может привести к разру- шению испытуемого изделия за счет появляющихся больших поперечных виброускорений, превышающих номинальные виброускорения, указанные по условиям ис- пытаний на изделие. Одновременно устройство имеет схему для переключения числа используемых датчиков, например 3-5, усложняющую устройство. Обычно достаточно управления по четырем датчикам, установленным по периметру испытуемого изделия, имеющего как правило прямоугольную форму.

Наиболее близким по технической сущности является аналоговое устройство управления для виброиспытаний крупногабаритных изделий, вырабатывающее выходной сигнал как среднее значение четырех входящих сигналов, каждый из которых пропорционален продольному ви- броускорению, меняющегося с частотой 1-5000 Гц. Этот выходной сигнал используется для управления по обратной связи в автоматическом режиме вибростендом с целью поддержания на столе вибростенда вокруг испытуемого изделия требуемого уровня виброускорений. Устройство содержит канал формирования сигнала, пропорционального среднеарифметическому значению четырех продольных виброускорений, выполненный на сумматоре четырел входных сигналов от продольных вибродатчиков, и последовательно соединенный с ним делитель этих сигналов на 4 для получения среднеарифметического сигнала.

Несмотря на то, что это сравнительно простое устройство контролирует поддерживает режимы виброиспытаний вокруг испытуемого изделия (в четырех местах, точках его закрепления) оно также не учитывает при испытаниях поперечные виброускорения, т.е. не обеспечивает соответствие условий испытаний реальным условиям эксплуатации изделий,

Целью изобретения является приближение условий виброиспытаний к заданным путем учета поперечных взаимно перпендикулярных виброускорений.

Устройство, содержащее установленные на столе вибростенда четыре датчика продольных виброускорений, оси .чувствительности которых перпендикулярны поверхности стола выбростенда, а выходы подключены к последовательно соединенным первому сумматору и делителю на 4, дополнительно содержит установленные на столе вибростенда первый и второй датчик поперечных виброускорений, оси чувствительности которых взаимно перпендикулярны и параллельны поверхности стола вибростенда, последовательно соединенные первый ключевой элемент, первый делитель на 5, второй сумматор и третий сумматор, последовательно соединенные второй ключевой элемент, второй делитель на 5 и четвертый сумматор, последовательно соединенные третий ключевой элемент, первый делитель на 6 и пятый сумматор, последовательно соединенные четвертый ключевой элемент и делитель на 1,5, последовательно соединенные пятый ключевой элемент и второй делитель на 6, а также первый, второй и третий делители на 1,25, первый и второй компараторы и элемент И, первый, второй, и третий входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго ключевых элементов и выходу делителя на 4, а выход - к управляющим входам третьего, четвертого и пятого ключевых элементов, причем выход делителя на 4 также связан с входами первого, второго и третьего делителей на 1,25 и вторым входом третьего сумматора, к выходу третьего делителя на 1,25 подключены первые входы первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков поперечных виброускорений, а выходы - к управляющим входам соответственно первого и второго ключевых элементов, входы которых связаны соответственно с выходами первого и второго датчиков поперечных виброускорений, выходы первого и второго делителей на 1,25 подключены к вторым входам соответственно второго и четвертого сумматоров, выходы делителя на 1,5 и второго делителя на 6 связаны соответственно с вторым и третьим входами пятого сумматора, выходы которого и выход четвертого сумматора связаны соответственно с третьим и четвертым-входами третьего сумматора.

Предлагаемое устройство обладает приближением условий виброиспытаний к заданным за счет учета поперечных взаимно перпендикулярных виброускорений.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит установленные на столе 1 вибростенда 2 четыре датчика 3-6 продольных виброускорений, оси чувствительности которых перпендикулярны поверхности стола 1 вибростенда 2, а выходы подключены к последовательно соединенным первому сумматору 7 и делителю 8 на 4. Устройство также содержит установленные на столе 1 вибростенда 2 первый 9 и второй 10 датчики поперечных виброускорений, оси чувствительности которых взаимно перпендикулярны и параллельны поверхности стола 1 вибростенда 2, последовательно соединенные первый ключевой элемент 11, первый делитель 12 на 5, второй 13 и третий 14 сумматоры, последовательно соединенные второй элемент 15, второй делитель 16 на 5 и четвертый сумматор. 17, последовательно соединенные третий ключевой элемент 18, первый делитель 19 на 6 и пятый сумматор 20, последовательно соединенные четвертый ключевой элемент 21 и делитель 22 на 1,5, последовательно соединенные пятый ключевой элемент 23 и второй делитель 24 на 6, а также первый 25, второй 26 и третий 27 делители на 1,25, - первый 28 и второй 29 компараторы и элемент И 30. При этом первый, второй и третий входы элемента И 30 подключены соответственно к выходам первого и второго ключевых элементов 11 и 15 и выходу делителя 8 на 4, а выход - к управляющим входам третьего 18, четвертого 21 и пятого 25 ключевых элементов, причем выход делителя 8 на 4 также связан с входами первого 25, второго 26 и третьего 27 делителей на 1,25 и вторым входом третьего сумматора 14, к выходу третьего делителя 27 на 1,25 подключены первые входы первого-28 и второго 29 компараторов, вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого 9 и второго 10 датчиков поперечных виброускорений, а выходы - к управляющим входам соответственно первого 11 и второго 15 ключевых элементов, входы которых связаны соответственно с выходами первого 9 и второго 10 датчиков поперечных 5 виброускорений, выходы первого 25 и второго 26 делителей на 1,25 подключены к вторым входам соответственно второго 13 и четвертого 17 сумматоров, выходы делителя

22на 1,5 и второго делителя 24 на 6 связаны 0 соответственно с вторым и третьим уходами

пятого сумматора 20, выходы которого и вьГ- ход четвертого сумматора 17 связаны соответственно с третьим и четвертым входами третьего сумматора 14.

5Схема сумматоров 7, 13, 17 и 20 построена на базе операционных усилителей, например, серии 140, что обеспечивает сложение входных сигналов, поступающих с вибродатчиков, схема делителей 8, 12, 16,

0 19, 22, 24, 25, 26 и 27 - на базе переменных резисторов, например, типа СП5-3, что обеспечивает деление сигнала на необходимую .настраиваемую величину.

Схема компараторов 28 и 29 построена

5 на базе операционного усилителя и осуще- ствляетсравнение величины сигналов от поперечных датчиков 9 и 10 с исходным сигналом, равным, например, 0,8 величинь сигнала, равного среднему значению четы0 рех сигналов отдатчиков 3-6, и выдачу управляющего сигнала для управления ключевыми элементами 11 и 15.

Ключевые элементы 11 и 15 построены на базе электронного ключа и обеспечивают

5 прохождение входного сигнала от поперечных вибродатчиков 9 и 10 только при наличии управляющего сигнала поступающего с выхода компараторов 28 и 29,

Ключевые элементы 18, 21 и 23 постро0 ены на базе электронного ключа и обеспечивают прохождение входных сигналов от поперечных вибродатчиков при наличии управляющего сигнала, поступающего с выхода схемы 30 формирования управляющего

5 сигнала. Схема 30 формирования управляющего сигнала представляет собой логическую схему И, вырабатывающую на выходе управляющий сигнал для элементов 18,21 и

23только при наличии на ее входах одновре- 0 менно трех входных сигналов.

Схема сумматора 14 построена на базе операционного усилителя, четыре входа которого соответственно соединены с выходом сумматоров 13, 17 и 20 и делителя 8, а 5 выход - с системой управления вибростендом.

Устройство работает следующим образом.

Для соответствия испытаний реальным условиям эксплуатации необходимо учитывать поперечные виброускорения при достижении ими величин по отдельности равным 0,8-0,9 от среднеарифметической величины продольных виброускорений, т.е. при испытаниях с контролем поперечных виброускорений в двух взаимно перпендикулярных направлениях возможны четыре варианта сочетаний продольных и двух поперечных взаимно перпендикулярных виброускорений (таблица).

Таким образом, устройство должно обеспечивать непрерывное управление вибростендов по четырем вариантам с определением среднеарифметических значений четырех, пяти и шести сигналов.

При работе устройства по варианту А сигналы а, Ь, с, d соответственно от датчиков 3-6 проходят через сумматор 7 и делитель 8 с реализацией на выходе делителя 8 величины сигнала, равной a+b+c+d/a.b.C.dx

4или (4 + 4+4 + 4) кото

рый поступает на вход третьего сумматора 14. При этом компараторы 28 и 29 вырабатывают логические О, так как поступаю- щие на них сигналы соответственно от датчиков 9 и 10 меньше величины 0,8 сигнала А, получаемой на делителе 27, обеспечивающем деление сигнала А на 1,25.

Отсутствие сигнала с компараторов 28 и 29 оставляет закрытыми ключевые элементы 11 и 15, которые в этом случае не пропускают сигналы с датчиков 9 и 10 на сумматор 14. На его выход проходит сигнал, равный по величине среднеарифметическо- му значению сигналов от датчиков 3-6, для управления вибростендом по варианту А.

По варианту Б (или Г) необходимо на выходе устройства получить сигналы Б (или Г)а , b , с , d , e

равные величинам или

О О О Ъ о

с с с . При этом при нали- b b о/

чии сигнала I (или k), по величине большего величины 0,8 А, соответствующий компара- тор 28 или 29 вырабатывает управляющий сигнал, соответствующий логической 1, который поступает на вход соответствующего ключевого элемента 11 и 15, и открывает его. При этом сигнал I (или k) через ключевой элемент 11 (или 15) поступает на делитель 12 (или 16) делится на 5 и поступает на сумматор 13 (или 17), где суммируется

д

с сигналом „ после делителя 25 с деле- 1,25

нием на 1,25. На выходе сумматора 13 (или 17) формируется сигнал Б (или Г), равный а , b . с . d .

/а , b , С , d , k

(5 +

+ +

4 125 4 125 4 125 4 125

+ р-д.е. среднеарифметическому значению 5

пяти сигналов, и подается на управление вибростендом через сумматор 14.

По варианту В необходимо на выходе устройства получить сигнал В, равный

I +1 +1 +7Г +Ј +1 ПРИ этом сигнал е

О D D D О 6

и k, большие по величине 0,8 сигнала А (поступающего с делителя 27), поступают на компараторы 28 и 29 и сравниваются с величиной 0,8 А. Это ведет к появлению на выходах обоих компараторах 28 и 29 сигналов логической.

Сигналы А,е и k поступают на вход элемента И 30, который только при этом условии вырабатывает управляющий сигнал, открывающий ключевые элементы 18, 21 и 23.

/ э , b , с , d

Сигнал А (ддлл) ПР°Х°ДИТ

через открытый ключевой элемент21, делитель 21с делением на число 1,5 и поступает на вход сумматора 20 с величиной, равной значению

а b с d ,где

+

+ 4-1,5 4-1,5 4-1,5 4 1,5

е k

суммируется с сигналами -г-, - , пройденными

о о

через ключевые элементы 18 и 23 и делители 19 и 24 (для деления на 6). На выходе сумматора 20 реализуется сигнал В, равный

Ј-4-Ь.4-Ј4-.-1-- 1-4-Ј

6666 66

который через

сумматор 14 поступает на управление вибростендом.

Устройство позволяет поддерживать заданный уровень виброускорений по всему периметру испытуемого изделия с учетом поперечных Ёиброускорений, что приближает условия испытаний к заданным. Формула изобретения Устройство для преобразования виброизмерительных сигналов, содержащее установленные на столе вибростенда четыре датчика продольных виброускорений, оси чувствительности которых перпендикулярны поверхности стола вибростенда, а выходы подключены к последовательно соединенным первому сумматору и делителю на 4, отличающееся тем, что, с целью приближения условий испытаний к заданным, оно дополнительно содержит установленные на столе вибростенда первый и второй датчики поперечных виброускорений, оси чувствительности которых взаимно перпендикулярны и параллельны поверхности стола вибростенда, последовательно со- единенные первый ключевой элемент, первый делитель на 5, второй сумматор и третий сумматор, последовательно соединенные второй ключевой элемент, второй делитель на 5 и четвертый сумматор, последовательно соединенные третий ключевой элемент, первый делитель на 6 и пятый сумматор, последовательно соединенные четвертый ключевой элемент и делитель на 1,5, последовательно соединенные пятый ключевой элемент и второй делитель на 6, а также первый, второй и третий делители на 1,25, первый и второй компараторы и элемент И, первый, второй и третий входы которого под-ключены соответственно к выходам первого и второго ключевых элементов и выходу делителя на 4, а выход - к управляющим входам третьего, четвертого и пятого ключевых элементов, причем выход делителя на 4 также связан с входами первого, второго и третьего делителей на 1,25 и. вторым входом третьего сумматора, к выходу третьего делителя на 1,25 подкпючены входы первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков

поперечных виброускорений, а выходы - к управляющим входам соответственно первого и второго ключевых элементов, входы которых связаны соответственно с выходами первого и второго датчиков поперечных

виброускорений, выходы первого и второго делителей на 1,25 подключены к вторым входам соответственно второго и четвертого сумматоров, выходы делителя на 1,5 и второго делителя на 6 связаны соответственно с вторым и третьим входами пятого сумматора, выход которого и выход четвертого сумматора связаны соответственно с третьим и четвертым входами третьего сумматора.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для автоматического управления работой вибростендов. Цель изобретения - приближение УСЛОЁИЙ виброиспытаний к заданным. Указанная цель достигается за счет учета при формировании сигнала, управляющего амплитудой колебаний вибростенда, не только усредненного значения продольных составляющих виброускорений, но и двух, поперечных составляющих виброускорений, действующих во взаимно , перпендикулярных направлениях. Это позволяет снизить перегрузку испытуемых изделий на резонансных частотах, вызывающих ЁОЗ- буждение полеречных колебаний чрезмерно большой амплитуды. 1 ил., 1 табл. о W ё