Электродинамический вибратор Советский патент 1992 года по МПК B06B1/04 

Изобретение относится к технике получения механических колебаний, а именно к электродинамическим вибраторам.

Известен электродинамический вибратор, содержащий магнитопровод с обмоткой подмагничивания, подвижную цилиндрическую катушку, установленную в воздушном зазоре магнитолровода, длина которой больше длины воздушного зазора, задающий генератор, последовательно соединенные сумматор и усилитель мощности, выходом подключенный к подвижной катушке, источник регулируемого напряжения, соединенный выходом через блок сравнения и блок усреднения с датчиком перемещения подвижной катушки, и суммирующий усилитель, включенный между блоком сравнения и сумматором, частичный датчик, два блока перемножения и второй сумматор, причем выход задающего генератора подключен к первому входу первого

блока перемножения и к последовательно соединенным частотному датчику и второму блоку перемножения, выход первого блока перемножения соединен с входом сумматора, вход блока дифференцирования соединен с выходом блока усреднения, а выход соединен с входом суммирующего усилителя.

Недостаток известного устройства - недостаточно высокий КПД.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является электродинамический вибратор, содержащий платформу, магнито- провода с обмоткой подмагничивания, подвижную цилиндрическую катушку, установленную в воздушном зазоре магнито- провода, задающий генератор, последовательно соединенные сумматор и усилитель мощности, подключенный к подвижной катушке, источник регулируемого напряжения, сое

N

ю

S3

ел

диненный выходом через блок сравнения и блок усреднения с датчиком перемещения подвижной катушки, суммирующий усилитель, включенный между выходом блока сравнения и входом первого сумматора, частотный датчик, два блока перемножения и второй сумматор, причем выход задающего генератора подключен к первому входу первого блока перемножения и к последовательно соединенным частотному датчику и второму блоку перемножения, выход первого блока перемножения соединен с входом сумматора, вход блока дифференцирования соединен с выходом блока усреднения, а выход соединен с входом суммирующего усилителя, третий и четвертый блоки перемножения, соединенные с входами второго сумматора, корнеизвлекающий преобразователь, подключенный входом к выходу второго сумматора, при этом выход второго блока перемножения соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с объединенным выходом третьего блока перемножения и входом четвертого блока перемножения, выход которого соединен с третьим входом второго сумматора, четвертый вход которого соединен с выходом источника единичного потенциала.

Недостаток известного устройства -- недостаточно высокий КПД, обусловленный неучетом характера связи (жесткая или гибкая) между платформой вибратора и подвижной катушкой, а также между платформой и испытуемым объектом в зависимости от частотного диапазона

Цель изобретения - повышение КПД за счет учета характера связи (жесткая или гибкая) платформой вибратора и подвижной катушкой, а также между платформой и испытуемым объектом в зависимости от частотного диапазона

Цель достигается тем, что электродинамический вибратор, содержащий платформу, магнитопроаод с обмоткой подмагничивания, подвижную цилиндрическую катушку, установленную в воздушном зазоре магнитопро- вода, задающий генератор, последовательно соединенные сумматор и усилитель мощности, подключенный к подвижной катушке, источник регулируемого напряжения, соединенный выходом через блок сравнения и блок устранения с датчиком перемещения подвижной катушки, суммирующий усилитель, включенный между выходом блока сравнения и входом первого сумматора, частотный датчик, два блока перемножения и второй сумматор, причем выход задающего генератора подключен к первому входу первого блока перемножения и к последовательно соединенным частотному

датчику и второму блоку перемножения, выход первого блока перемножения соединен с входом сумматора, вход блока дифференцирования соединен с выходом блока усреднения, а выход соединен с входом суммирующего усилителя, третий и четвертый блоки перемножения, соединенные с входами второго сумматора, корнеизвлекающий преобразователь, подключенный вхо0 дом к выходу второго сумматора, при этом выход второго блока перемножения соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с объединенными выходами третьего блока перемножения и входом

5 четвертого блока перемножения, выход которого соединен с третьим входом второго сумматора, четвертый вход которого соединен с выходомис- точника единичного потенциала, со0 гласно изобретению, в него введены пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый блоки перемножения, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой сумматоры, второй и третий корнеизвлекающие преоб5 разователи, первый и второй блоки деления, датчик перемещения платформы, датчик перемещения образца первый и второй фазо- измерительные блоки, второй и третий блоки сравнения, первый, второй, третий и

0 четвертый элементы И, первый и второй элементы НЕ, элемент ИЛИ, первый, второй и третий ключи, причем выход второго блока перемножения соединен с первыми объединенными входами пятого, шестого, седьмо5 го, восьмого, девятого и десятого блоков перемножения, вторые входы которых соединены с выходами четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого и девятого блоков перемножения соответственно, первый,

0 второй и третий входы третьего, четвертого, пятого и шестого сумматоров объединены и соединены с первым, вторым, и третьим входами первого сумматора соответственно, второй вход пятого блока перемножения соединен с

5 входом четвертого блока перемножения, четвертый и пятый входы третьего сумматора соединены с объединенными четвертым и пятым входами соответственно четвертого, пятого и шестого сумматоров и соединены с вторыми

0 входами шестого и седьмого блоков перемножения соответственно, шестые входы четвертого, пятого и шестого сумматоров объединены и соединены с выходом седьмого блока перемножения, седьмые входы пя5 того и шестого сумматоров объединены и соединены с выходом восьмого бпока перемножения, восьмой и девятый входы шестого сумматора соединены с выходами девятого и десятого блоков перемножения соответственно, четвертый вход второго

сумматора, шестой вход третьего сумматора, седьмой вход четвертого сумматора, восьмой вход пятого сумматора, десятый вход шестого сумматора объединены и соединены с выходом источника единичного потенциала, выходы третьего и пятого сумматоров соединены с входами Делимое первого и второго блоков деления соответственно, а входы Делитель первого и второго блоков деления соединены через второй и третий корнеизвлекающие преобразователи соответственно с выходами четвертого и шестого сумматоров, выходы первого и второго блоков деления соединены с входами второго и третьего ключей соответственно, выход датчика перемещения платформы соединен с объединенными входами фазоизмерительных блоков, вторые входы первого и второго фазоизмерительных блоков соединены с выходами датчиков перемещения подвижной катушки и испытуемого объекта соответственно,

выход первого фазоизмерительного блока через первый блок сравнения соединен с объединенными входами первого и третьего элементов И и первого элемента НЕ, выход второго фазоизмерительного блока через второй блок сравнения соединен с объединенными вторыми входами первого элемента И, четвертого элемента И и входом второго элемента НЕ, выходы элементов НЕ соединены с входами второго элемента И, выход первого элемента НЕ соединен с входом четвертого элемента И, выход второго элемента НЕ соединен с первым входом третьего элемента И, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, выходы первого, второго элементов И и элемента ИЛИ соединены с управляющими входами соответственно третьего, первого и второго ключей, выходы которых соединены с входами седьмого сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого блока перемножения.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства

Электродинамический вибратор содержит платформу 1, магнитопровод с обмоткой 2 подмагничивания, подключенной к входу источника 3 постоянного тока, подвижную цилиндрическую катушку 4. имеющую цилиндрическую обмотку 5, задающий генератор 6. сумматор 7, усилитель 8 мощности, источник 9 регулируемого напряжения, блок 10 сравнения, блок 11 усреднения, датчик 12 перемещения подвижной катушки, суммирующий усилитель 13, первый блок 14 перемножения, блок 15 дифференцирования, второй блок 16 перемножения,

частотный- датчик 17, третий и четвертый блоки 18 и 19 перемножения соответственно, второй сумматор 20, корнеизвлекающий преобразователь 21, пятый-десятый блоки 5 22-27 перемножения, третий-седьмой сумматоры 28-32 соответственно, второй и третий корнеизвлекающие преобразователи 33 и 34 соответственно, второй и третий датчики 35 и 36 перемещения платформы и испы10 туемого объекта (не обозначено) соответственно, первый и второй фазоизме- рительнЫе блоки 37 и 38 соответственно, второй и третий блоки 39 и 40 сравнения соответственно, элементы И 41-44, элемен15 ты НЕ 45-46, элементы ИЛИ 47, первый и второй блоки 48 и 49 деления, первый, второй, третий ключи 50-52 соответственно.

Блоки и элементы устройства соединены следующим образом.

0 Выход задающего генератора 6 через последовательно соединенные блоки 14 перемножения, сумматор 7 и усилитель 8 мощности подключен к подвижной цилиндрической катушке4. Источник 9 регулируемого напряже5 ния соединен через последовательно соединенные блок 10 сравнения и суммирующий усилитель 13 с вторым входом сумматора 7. Первый вход блока Юсравнения через блок 11 усреднения соединен с выходом датчика 12

0 перемещения, установленного на подвижной цилиндрической катушке 4. Выход блока 11 усреднения через блок 15 дифференцирования соединен с входом суммирующего усилителя 13 Выход задающего генератора 6 через

5 частотный датчик 17 подключен к первому и второму входам второго блока 16 перемножения, выход которого соединен с объединенными первым входом второго сумматора 20 первым и вторым входами третьего блока

0 18 перемножения и входом четвертого блока 19 перемножения, второй вход которого объединен с выходом третьего блока 18 перемножения и подключен к второму входу второго сумматора 20, к третьему входу ко5 торого подключен выход четвертого блока 19 перемножения, а к четвертому входу подключен источник единичного потенциала

Выход второго блока 16 перемножения соединен с объединенными первыми входа0 ми блоков 22-27 перемножения. Вторые входы блоков 23-27 перемножения с шестого по десятый соединены с выходами бдоков 22-26 перемножения с пятого по девятый соответственно.

5 Первый вход сумматора 20 объединен с первыми входами сумматоров 28,31, второй вход сумматора 20 объединен с вторыми входами сумматоров 28-31, третий вход сумматора 20 объединен с третьими входами сумматоров 28-31. Четвертые входы сумматоров 28-31 объединены и соединены с выходом пятого блока 22 перемножения. Пятые входы сумматоров 28-31 объединены и соединены с выходом шестого блока 23 перемножения. Шестые входы сумматоров 29-31 объединены и соединены с выходом седьмого блока 24 перемножения. Седьмые входы сумматоров 30 и 31 объединены и соединены с выходом блока 25 перемножения.

Восьмой и девятый входы сумматора 31 соединены с выходами девятого и десятого блоков 26 и 27 перемножения соответственно. Шестой вход третьего сумматора 28, седьмой вход четвертого сумматора 29, восьмой вход пятого сумматора 30, десятый вход шестого сумматора 31 объединены и соединены с выходом источника единичного-потенциала (не обозначен). Выход второго сумматора 20 через корнеизвлекающий преобразователь 21 соединен с входом первого ключа 50, выход третьего сумматора 28 соединен с входом Делимое блока 48 деления, вход Делитель которого соединен через корнеизвлекающий преобразователь 33 к выходу четвертого сумматора 29, а выход - с входом второго ключа 51. Выход пятого сумматора 30 соединен с входом Делимое блока 49 деления, вход Делитель которого соединен с выходом шестого сумматора 31 через корнеизвлекающий преобразователь 34. Выход блока 49 деления соединен с входом третьего ключа 52. Выходы ключей 50-52 соединены с входами с первого по третий седьмого сумматора 32, выход которого соединен с вторым входом первого блока 14 перемножения.

Датчики 35 и 36 перемещения платформы и испытуемого объекта установлены на платформе 1 вибратора и испытуемом объекте (не обозначен) соответственно.

Выход датчика 35 перемещения соединен с объединенными входами фазоизмери- тельных блоков 37 и 38, второй вход первого из которых соединен с выходом датчика 12 перемещения, второй вход второго из которых соединен с выходом датчика 36 перемещения. Выходы фазоизмерительных блоков 37 и 38 через блоки 39 и 40 сравнения соответственно соединены с входами элемента И 41 непосредственно, а через элементы НЕ 45 и 46 с входами элемента И 42 соответственно.

Выходы блока 39 сравнения и элемента НЕ 46 соединены с входами элементы И 43. Выход блока 40 сравнения и выход элемента НЕ 45 соединены с входами элемента И 44.

Выходы элементов И 43 и 44 соединены с входами элемента ИЛИ 47, Выходы элементов И 41 и 42 и ИЛИ 47 соединены с

управляющими входами ключей 52, 50, 51 соответственно.

Электродинамический вибратор работает следующим образом.

Задающий генератор 6 через первый

блок 14 перемножения воздействует на сумматор 7, который через усилитель 8 мощности, формирует переменный ток в цилиндрической обмотке 5 подвижной цилиндрической

0 катушки 4. При этом происходят осевые механические колебания подвижной цилиндрической катушки 4 в воздушном зазоре магнитолровода, через обмотку подмагничи- вания которого проходит ток, возбуждаемый

5 источником 3 постоянного тока.

Механические колебания подвижной цилиндрической катушки 4 передаются датчику 12 перемещения, воздействующему на блок 11 усреднения.

0 Блок 11 усреднения формирует сигнал, характеризующий среднее положение подвижной цилиндрической катушки 4, около которого происходит ее механическое колебание. Сигнал блока 11 усреднения поступа5 ет на блок 15 дифференцирования и на блок 10 сравнения, на который воздействует также источник 9 регулируемого напряжения. Результат сравнения с блока 10 сравнения подается на суммирующий усилитель 13, на

0 который воздействует также блок 15 дифференцирования, обеспечивающий уменьшение влияния переходных процессов. Сигнал суммирующего усилителя 13 через сумматор 7 и усилитель 8 мощности обеспечивает

5 поддержание заданного среднего положения, около которого происходят механические колебания подвижной цилиндрической катушки 4.

Сигнал задающего генератора 6 подает0 ся на частотный датчик 17, воздействующий на второй блок 16 перемножения. При этом частотный датчик 17 формирует сигнал, пропорциональный частоте сигнала задающего генератора, а второй блок 16 перемножения

5 - сигнал, пропорциональный квадрату частоты сигнала задающего генератора 6.

Сигнал с выхода второго блока 16 перемножения подается на первые входы сумматоров 20,28,29 и 31 непосредственно, через

0 третий перемножитель 18-на вторые входы сумматоров 20, 28, 29, 30 и 31, через четвертый перемножитель 19 - на третьи входы сумматоров 20, 28-31 через пятый перемножитель 22 - на четвертые входы сумматоров

5 28-31, через шестой перемножитель 23 - на пятые входы сумматоров 28-31, через седьмой перемножитель 24 - на шестые входы сумматоров 29-31, через восьмой перемножитель 25 - на седьмые входы сумматоров 30 и 31, через девятый перемножитель 26 на восьмой вход сумматора 31, через десятый перемножитель 27 - на девятый вход сумматора 31. На четвертый, шестой, седьмой, восьмой, десятый входы сумматоров 20, 28-31, соответственно поступают сигналы с выхода источника единичного потенциала (не обозначен), Сигналы, поступающие на входы с первого по четвертый сумматора 20, поступают на выход с коэффициентами передачи А2, А4, Аб, АО соответственно.

Сигналы, поступающие на входы с первого по шестой сумматора 28, проходят на выход с коэффициентами передачи В2, В Be, Ва. Вю и Во соответственно, Сигналы, поступающие на входы с первого по седьмой сумматора 29, проходят на выход с коэффициентами передачи Са, С4, Се, Се, Сю, С12, Со соответственно.

Сигналы, поступающие на входы с первого по восьмой сумматора 30, проходят на выход с коэффициентами передачи 82. B4. Be, Be, В ю; В12. В14, В0 соответственно. Сигналы, поступающие на входы с первого по десятый сумматора 31 проходят на выход с коэффициентами передачи С2, С4, Се, Са. Сю, Ci2, Ci4, Cie. Cis. Co соответственно, Сигнал с выхода сумматора 20 через первый корнеизвлекающий преобразователь 21 поступает на вход ключа 50. Сигнал с выхода третьего сумматора 28 поступает на вход Делимое блока 48 деления, на вход Делитель которого поступает сигнал с выхода четвертого сумматора 29, прошедшего через второй корнеизвлекающий преобразователь 33..Сигнал с выхода блока 48 деления поступает на вход второго ключа 51. Сигнал с выхода пятого сумматора 30 поступает на вход Делимое блока 49 деления, на вход Делитель которого поступает сигнал с выхода шестого сумматора 31, прошедшего через корнеизвлекающий преобразователь 34. Сигнал с выхода блока 49 деления поступает на вход третьего ключа 52.

На выходе фазоизмерительного блока

37сигнал возникает при наличии фазового сдвига между сигналами с выходов датчиков 12 и 35 перемещения подвижной катушки и платформы соответственно, т.е. при наличии гибкой связи между подвижной катушкой и платформой.

На выходе фазоизмерительного блока

38сигнал возникает при наличии фазового сдвига между сигналами с выходов датчика 35 и 36 перемещения платформы вибратора и испытуемого объекта, т.е. при наличии гибкой связи между платформой вибратора и испытуемым объектом.

Величины опорных напряжений Voi, Vo2 на вторых входах блоков 39 и 40 сравнения и определяет границы изменения характера связей: жесткая-гибкая. При выполнении условия

Voi VoiVo2 Vo2,(1)

где , - величины сигналов с выходов 5 фазоизмерительных блоков 37 и 38 соответственно, принимается математическая модель вибратора, описываемая дифференциальным уравнением третьего порядка.

При выполнении условий 10Уф1 Voi,Vo2 V02

или

VCDI Voi, УФ2 Vo2(2)

принимается математическая модель вибратора, -описываемая дифференциаль- 15 ным уравнением пятого порядка.

При выполнении условий Voi, V02

Vo2(3)

принимается математическая модель вибратора, описываемая дифференциаль0 ным уравнением седьмого порядка.

При выполнении условий (1) присутствует единичный сигнал на выходах элементов НЕ 45 и 46, а значит и элемента И 42, ключ 50 замкнут, и сигнал с входа ключа 50 через

5 седьмой сумматор 32 поступает на второй вход первого блока 14 перемножения.

При этом перемножение сигнала задающего генератора 6 на сигнал с выхода кор- неизвлекающего преобразователя 21

0 позволяет обеспечить независимость амплитуды механических колебаний испытуемого объекта от частоты в этом режиме.

Перемножение сигнала с выхода задающего генератора 6 на сигнал с выхода пер5 вого блока 48 деления, прошедшего через второй ключ 51 обеспечивает независимость амплитуды механических колебаний испытуемого обьекта от частоты в этом режиме.

0 Перемножение сигнала с выхода задающего генератора б на сигнал с выхода второго блока 49 деления, прошедшего через ключ 52, обеспечивает независимость амплитуды механических колебаний испытуе5 мого обьекта от частоты в этом режиме. Если электродинамическим вибратором генерируются механические колебания негар- монического типа, то указанные преобразования и формирования произво0 дятся для каждой отдельной гармоники и для заранее выбранной (заданной) совокупности гармоник.

Электродинамический вибратор имеет более высокий КПД, обусловленный умень5 шением изменений амплитудно-частотной характеристики системы вибратора по диапазону частот воспроизводимых вибраций. Формула изобретения Электродинамический вибратор, содержащий платформу, магнитопровод с обмоткой подмагничивания, подвижную цилиндрическую катушку, установленную в воздушном зазоре магнитопровода, задающий генератор, последовательно соединенные сумматор и усилитель мощности, подключенный к подвижной катушке, источник регулируемого напряжения, соединенный выходом через блок сравнения и блок усреднения с датчиком перемещения подвижной катушки, суммирующий усилитель, включенный между выходом блока сравнения и входом первого сумматора, частотный датчик, два блока перемножения и второй сумматор, причем выход задающего генератора подключен к первому входу первого блока перемножения и к последовательно соединенным частотному датчику и второму блоку перемножения, выход первого блока перемножения соединен с входом сумматора, вход блока дифференцирования соединен с выходом блока усреднения, а выход - с входом суммирующего усилителя, третий и четвертый блоки перемножения, соединенные с входами второго сумматора, корнеизвлекаю- щий преобразователь, подключенный входом к выходу второго сумматора, при этом выход второго блока перемножения соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с объединенными выходом третьего блока перемножения и входом четвертого блока перемножения, выход которого соединен с третьим входом второго сумматора, четвертый вход которого соединен с выходом источника единичного потенциала, отличающийся тем, что. с целью повышения КПД, в него введены пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый блоки перемножения, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой сумматоры, второй и третий корнеиэвлекающие преобразователи, первый и второй блоки деления, датчик перемещения платформы, датчик перемещения образца, первый и второй фазоизмерительные блоки, второй и третий блоки сравнения, первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый и второй элементы НЕ, элемент ИЛИ, первый, второй и третий ключи, причем выход второго блока перемножения соединен с первыми объединенными входами пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого и десятого блоков перемножения, вторые входы которых соединены с выходами четвертого, пятого, шестого, седьмого и девятого блоков перемножения соответственно, первый, второй и третий входы третьего, четвертого, пятого и шестого сумматоров объединены и соединены с первым, вторым и третьим входами первого -сумматора соответственно, второй вход пятого блока перемножения соединен с выходом четвертого блока перемножения, четвертый и пятый входы третьего сумматора соединены с объединенными четвертым и пятым входами соответственно

четвертого, пятого и шестого сумматоров и с вторыми входами шестого и седьмого блоков перемножения соответственно, шестые входы четвертого, пятого и шестого сумматоров объединены и соединены с выходом седьмого блока перемножения, седьмые входы пятого и шестого сумматоров объединены и соединены с выходом восьмого блока перемножения, восьмой и девятый входы шестого сумматора соединены с выходами

девятого и десятого блоков перемножения соответственно, четвертый вход второго сумматора, шестой вход третьего сумматора, седьмой вход четвертого сумматора, восьмой вход пятого сумматора, десятый

вход шестого сумматора объединены и соединены с выходом источника единичного потенциала, выходы третьего и пятого сумматоров соединены с входами Делимое первого и второго блоков деления соответственно, а входы Делитель первого и второго блоков деления соединены через второй и третий корнеизвлекающие преобразователи соответственно с выходами четвертого и шестого сумматоров, выходы

первого и второго блоков деления соединены с входами второго и третьего ключей соответственно, выход датчика перемещения платформы соединен с объединенными входами фазоизмерительных блоков, вторые входы первого и второго фазоизмерительных блоков соединены с выходами датчиков перемещения подвижной катушки и испытуемого объекта соответственно, выход первого фазоизмеритель- ного блока через первый блок сравнения

соединен с объединенными входами первого и третьего элементов И и первого элемента НЕ, выход второго фазоизмерительного блока через второй блок сравнения соединен с объединенными вторыми входами первого

элемента И, четвертого элемента И и входом второго элемента НЕ. выходы элементов НЕ соединены с входами второго элемента И, выход первого элемента НЕ соединен с первым входом четвертого элемента И, выход

второго элемента Н Е соединен с первым входом третьего элемента И, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, выходы первого, второго элементов И и элемента ИЛИ соединены с

управляющими входами третьего, первого и второго ключей, выходы которых соединены с входами седьмого сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого блока перемножения.

&яё

ч мМ M/,g

Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения - повышение КПД вибратора за счет уменьшения изменений амплитудно-частотной характеристики системы электродинамического вибратора в зависимости от частотного диапазона. Достижению поставленной цели способствует введение блоков 22-26 перемножения, сумматоров 28-32, корнеизвле- кающих преобразователей 33 и 34, датчиков 35 и 36 перемещения, фазоизмерительных блоков 37-38, блоков 39 и 40 сравнения, элементов И 41 - 44, элементов НЕ 45 и 46, элемента ИЛИ 47, блоков 48 и 49 деления, ключей 50-52 и новые функциональные свя- зи. 1 ил.