Устройство для вибрационных испытаний на резонансных частотах Советский патент 1991 года по МПК G01H13/00 

Изобретение относится к испытательной технике

Целью изобретения является повышение точности поддержания резонансного режима испытаний Поставленная цель достигается за счет того, что при любом изменении собственной частоты изделия в пределах рабочего диапазона частот устройства новое значение резонансной частоты определяется путем пробных движений по частоте и нахождения резонанса по максимуму сигнала датчика колебаний

На чертеже представлена структурная схема устройства для вибрационных испытаний на резонансных частотах.

Устройство содержит задатчик 1 амплитуды колебаний в процессе испытаний, подключенный к неинвертирующему входу элемента 2 сравнения, инвертирующий вход которого соединен с выходом фильтра 3 нижних частот (ФНЧ), выход элемента 2 сравнения че рез регулятор А подается на второй вход аналогового коммутатора 5, на пеовый вход которого подается выходной сигнал задзт- чика 6 уровня нагружения в режиме поиска резонанса, выход аналогового коммутатора

о ел

00%

подключен к первому входу управляемого елителя 7, на второй вход которого подается выходной сигнал генератора 8 гармонических колебаний, частота которых управляется выодным кодом реверсивного счетчика 9, вход сложения которого соединен с выхоом первого элемента И 10, а еход вычитания - с выходом второго элемента И 11. Выходной сигнал управляемого делителя 7 ерез усилитель 12 мощности подается на лектродинамический вибратор 13 (ЭДВ), на столе которого крепится испытуемый образец 14, колебания которого измеряются атчиком 15. Выходной сигнал датчика 15 подается через выпрямитель 16 и ФНЧ 3 на вход аналого-цифрового преобразователя 17 (АЦП). Выходной сигнал АЦП 17 поступает на параллельные входы первого регистра

18,инверсные выходы которого соединены с параллельными входами второго регистра

19,а прямые выходы - с первой группой входов сумматора 20, вторая группа входов которого соединена с прямыми выходами второго регистра 19. Прямой или инверсный код суммы с выхода сумматора 20 через мультиплексор 21, адресный вход которого соединен с выходом знакового разряда сумматора 20, подается на параллельные входы третьего регистра 22, прямые выходы которого соединены с первой группой входов схемы 23 сравнения, на вторую группу входов которой подается код с выхода задатчика 24 точности поддержания резонанса. Выход Меньше схемы 23 сраанения подается на второй вход пятого элемента И 25, первый вход которого соединен с выходом четвертой схемы 26 задержки, вход которой соединен с выходом третьей схемы 27 задержки, входом управления записью третьего регистра 22, первым входом четвертого элемента И 28. Выход элемента И 25 соединен со входами синхронизации обоих Dтриггеров 29 и 30, на D-входы которых подается сигнал логической единицы. Инверсный выход D-триггера 30 соединен с адресным входом аналогового коммутатора 5 и первыми входами элементов И 10 и 11. Второй вход элемента И 10 соединен с прямым выходом Т-триггера 31, инверсный выход которого соединен со вторым входом элемента l/l 11, а пересчетный вход Т-триггера 31 соединен с выходом четвертого элемента И 28. Третьи входы элементов И 10 и 11 соединены с выходом третьего элемента И 32, входами второй и третьей схем 33 и 27 задержки и входом управления записью второго регистра 19, Выход задатчика 34 интервала поиска резонанса соединен со входом обнуления D-триггера 30 и входом первой схемы 35 задержки, выход которой

подключен ко входу обнуления D-триггера 29 и через элемент НЕ 36 к первому входу элемента ИЛИ 37, второй вход которого соединен с выходом второй схемы 33 задержки, а

выход элемента ИЛИ 37 подключен ко входу управления записью первого регистра 18. Инверсный выход D-триггера 29 соединен со вторым входом третьего элемента И 32, первый вход которого подключен к выходу гене0 ратора 38 импульсов. Выход знакового разряда сумматора 20, кроме адресного входа мультиплексора 21, подается на второй вход четвертого элемента И 28.

Для определенности будем считать, что

5 D-триггеры обнуляются сигналом логического нуля, а запись информации в D-триггеры и регистры хранения осуществляется по переднему фронту импульса синхронизации {что имеет место, например, для микро0 схем серии К155).

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы системы оператор устанавливает образец 14 на стол ЭДВ

5 13, выставляет задатчиком 1 амплитуды требуемое по условиям испытаний значение амплитуды колебаний образца и задатчиком б уровня нагружения уменьшенное значение амплитуды, Задатчик 34 интервала по0 иска резонанса служит для периодического возобновления процедуры поиска резонансной частоты образца 14, Значение периода повторений устанавливается оператором перед началом испытаний в зависимости от

5 величины нагружения, типа образца, его поведения во времени. Чем ближе величина нагружения к пределу выносливости, тем чаще должна повторяться процедура поиска резонанса, потому что быстрее будет

0 происходить разрушение образца.

Так же перед началом испытаний выставляется сигнал задатчика 24 точности поддержания резонанса и вводится код частоты в реверсивный счетчик S. Этот код

5 соответствует типу детали и известен заранее, он равен приближенному значению резонансной частоты.

После выполнения всех подготовительных операций устройство запускается в ра0 Ьоту, например, включением усилителя 12 мощности, и работает в режиме стабилизации амплитуды.

В режим поиска резонансной частоты

5 устройство автоматически переходит при поступлении импульса от задатчика 34 ин- червала поиска резонанса,

При поступлении указанного импульса прекращает работу контур стабилизации амплитуды и амплитуда колебаний на входе усилителя 12 мощности определяется сигналом задатчика 6 уровня нагружения, при этом возникает переходной процесс в системе усилитель 12 мощности - ЭДВ 13 - образец 14. По окончании этого переходного процесса (время задержки измерения за- дается первой схемой 35} цифровой код амплитуды колебаний с выхода АЦП 17 заносится в первый регистр 18 в момент поступления импульса, пришедшего через элемент ИЛИ 37. Одновременно (по окончании упомянутого переходного процесса) обнуляется D-триггер 29, разрешая тем самым прохождение импульсов от генератора 38 через третью схему И 32. При поступлении импульса от генератора 38 цифровой код амплитуды колебаний в инверсном виде переносится из первого регистра 18 во второй регистр 19 и одновременно меняется код в реверсивном счетчике 9, что приводит к из- менению частоты генератора 8 гармонических колебаний, а это в свою очередь к изменению амплитуды колебаний образца 14 вследствие расстройки частоты колебаний относительно резонансной (это значе- ние амплитуды называется новым на этом шаге поиска). После выдержки времени для завершения переходного процесса в системе усилитель 12 мощности - ЭДВ 13 - образец 14, задаваемой второй схемой 33 задержки, новое значение амплитуды заносится в первый регистр 18. В этот момент на выходе сумматора 20 формируется сигнал приращения амплитуды колебаний (Анов - Апрежн) со знаком (+) или (-). Код знака уп- равляет работой мультиплексора 21 таким образом, что в третий регистр 22 всегда заносится модуль приращения амплитуды колебаний на конкретном шаге поиска резонанса. Если приращение амплитуды отри- цательно, то это означает, что происходит удаление частоты генератора 8 гармонических колебаний от резонансной и необходи- мо изменить направление поиска резонанса, для чего сигнал знака прираще- ния амплитуды колебаний в момент, когда приходит импульс с выхода третьей схемы 27 задержки, переключает з противоположное состояние Т-триггер 31, тем самым изменяя на противоположный режим работы реверсивного счетчика 9, и, следовательно, направление поиска резонансной частоты. Третья схема задержки 27 обеспечивает задержку импульса генератора 38 на то время, пока не закончатся переходные процессы в системе усилитель 12 мощности - ЭДВ - образец 14 и в сумматоре 20, вырабатывающем сигнал приращения амплитуды. Кроме вопроса о направлении поиска резонансной частоты, необходимо определить степень удаления частоты генератора 8

гармонических колебаний от резонансной в данный момент времени, так как резонансная частота образца с течением времени может изменяться, например, вследствие его разрушения. Эта задача решается путем сравнения модуля приращения амплитуды, который находится в третьем регистре 22. с сигналом задатчика 24 точности поддержания резонанса, сигнал которого устанавливается в зависимости от добротности образца и выбранного (или минимально допустимого) шага приращения частоты генератора 8 гармонических колебаний и определяется, с одной стороны, допустимым значением перегрузки силового оборудования, которое желательно уменьшить до нуля, а с другой стороны, погрешностью работы АЦП 17, так как сигнал задатчика должен в 3-5 раза превышать погрешность АЦП для нормальной работы устройства, и скоростью ухода резонансной частоты объекта, чтобы обеспечить устойчивость работы устройства.

В том случае, когда модуль приращения амплитуды колебаний в данном шаге поиска меньше заданного значения, величина частоты генератора 8 гармонических колебаний считается равной резонансной (или достаточно близкой к ней) и процедура поиска прекращается.

Для этого сигнал Меньше с выхода схемы 23 сравнения в момент времени, определяемый поступлением импульса с выхода четвертой схемы задержки 26, переключает D-триггеры 29 и 30 з состояние логической единицы, т.е. в го исходное состояние, в котором они находились до начала выполнения процедуры поиска, в результате чего вновь начинает работать контур стабилизации амплитуды колебаний, одцерживающий значение амплитуды, определяемое задатчи- ком 1. Четвертая схема задержки задерживает импульс на время, необходимое для срабатывания схемы 23 сравнения.

Если же на первом шаге поиска необходимое приближение частоты генератора 8 к резонансной не достигается, то выполняются очередные шаги поиска по описанному выше алгоритму, пока текущее значение резонансной частот ы образца не будет достигнуто.

Формула изобретения

Устройство для вибрационных испытаний ка резонансных частотах, содержащее последовательно соединенные за датчик амплитуды колебаний, элемент сравнения и регулятор, последовательно соединенные управляемый делитель, усилитель мощности и электродинамический вибратор, устанавливаемый на испытываемом образце, и

последовательно соединенные датчик колебаний и выпрямитель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности поддержания резонансного режима испытаний, оно снабжено последовательно соединенными фильтром нижних частот, аналого-цифровым преобразователем, первым регистром, вторым регистром, сумматором, мультиплексором, третьим регистром и схемой сравнения, задатчиком точности поддержания резонанса, соединенным со вторым входом схемы сравнения, последовательно соединенными задатчиком интервала поиска резонанса, первой схемой задержки, элементом НЕ и элементом ИЛИ, выход которого соединен со входом управления записью первого регистра, последовательно соединенными задатчиком уровня нагружения и аналоговым коммутатором, второй вход которого соединен с выходом регулятора, а выход - со входом управляемого делителя, пятью элементами И, двумя D-триггерами, одним Т-триггером, второй, третьей и четвертой схемами задержки, последовательно соединенными реверсивным счетчиком и генератором гармонических сигналов с внешним управлением, выход которого соединен с управляющим входом регулятора и генератором импульсов, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соответственно соединены с выходами первого, второго элементов И, первые входы которых соединены с выходом первого D-триггера и управляющим входом аналогового коммутатора, второй вход первого элемента И соединен с прямым выходом

Т-триггера, инверсный выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, третьи входы первого и второго элементов И соединены с выходом третьего элемента И, входами второй и третьей схем задержки и входом управления записью второго регистра, первый вход третьего элемента И соединен с выходом генератора импульсов, второй вход третьего элемента

И соединен с выходом второго D-триггера, выход третьей схемы задержки соединен с первым входом четвертого элемента И, с входом четвертой схемы задержки и входом управления записью третьего регистра, выход четвертой схемы задержки соединен с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом Меньше схемы сравнения, а выход - со счетными входами D-триггеров, на D-входы которых поступает уровень лог.1, а обнуляющие входы которых соответственно соединены с выходом задатчика интервала поиска резонанса и с выходом первой схемы задержки, выход знакового разряда сумматора соединен с адресным входом мультиплексора и со вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен со счетным входом Т-триггера, выход фильтра нижних частот соединен с управляющим входом элемента сравнения, а вход - с выходом выпрямителя, выход второй схемы задержки соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выходы первого регистра соединены со второй группой входов сумматора, группа инверсных выходов сумматора соединена с группой вторых входов мультиплексора.

Изобретение относится к испытательной технике Целью изобретения является повышение точности поддержки резонансного режима колебаний Поставленная цель достигается за счет того, что поддержание резонансного режима работы производится не по косвенному признаку, а непосредственно по результатам поиска резонансной частоты. При поступлении импульса с задат- чика 34 интервала поиска резонанса D-триг- гер 30 обнуляется, аналоговый коммутатор 5 подключает к первому входу управляемого делителя 7 выход задатчика 6 уровня нагру- жения в режиме поиска резонанса, разрешает прохождение импульсов через элементы И 10 и 11 на входы реверсивного счетчика 9, обнуляется D-триггер 29, разрешая прохождение импульсов генератора 38 через элемент И 32. Значение амплитуды колебаний в виде цифрового кода заносится в первый регистр 18 После этого с поступлением импульса генератора 38 меняется код в реверсивном счетчике 9, как следствие зтого меняется частота генератора 8 гармонических колебаний прежнее значение амплитуды в инверсном коде заносится во второй регистр 19, а новое значение амплитуды через время, определяемое второй схемой 33 задержки, заносится в первый регистр 18. На выходе сумматора 20 присутствует код приращения амплитуды, который заносится в третий регистр 22. Если он меньше значения, определяемого задатчи- ком 24 точности поддержания резонанса, ю новое значение резонансно частоты считается найденным. 1 ил С