Устройство для испытаний на случайные вибрации Советский патент 1992 года по МПК G01H17/00 

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для использования в различных отраслях машиностроения.

Известное устройство для испытаний на случайные вибрации содержит генератор белого шума, подключенный к нему формирователь, цепь из последовательно соединенных аттенюатора, усилителя мощности, возбудителя колебаний, вибродатчика, умножителя, многоканальный анализатор, подключенный к нему первой группой входов блок сравнения, задатчик уровня спектральной плотности, подключенный ко второй группе входов блока сравнения, выходы которого соединены с управляющими

входами формирователя, измеритель уровня вибрации, вход которого подключен к выходу вибродатчика, а выход подключен через второй блок сравнения к нелинейному элементу, выход которого связан с управляющим входом аттенюатора и управляющим входом умножителя, задатчик уровня вибрации, соединенный со вторым входом второго блока сравнения.

Устройство позволяет проводить испытания изделий на случайную вибрацию, осуществляя управление вибрацией вне (выше и ниже) рабочего диапазона Однако в устройстве не предусмотрены режимы плавного изменения (увеличения и уменьшения) уровня сигнала, воздействующего на объект

J

о ю

со о

hO

испытаний. Мгновенная подача сигнала большой мощности, как и мгновенное снятие нагрузки, эквивалентна подвержению обьекта испытаний несанкционированным ударным воздействиям, что может вызвать его разрушение.

Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей путем обеспечения плавного изменения уровня возбуждающего воздействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для испытаний на случайные вибрации, содержащем генератор белого шума, подключенный к нему формирователь, последовательно соединенные атте- нюатор, усилитель мощности, возбудитель колебаний, вибродатчик, умножитель, многоканальный анализатор, подключенный к нему первой группой входов блок сравнения, задатчик уровня спектральной плоско- сти мощности, подключенный ко второй группе входов блока сравнения, выходы которого соединены с управляющими входами формирователя, управляющие входы аттенюатора и умножителя объединены, из- меритель уровня вибрации, вход которого подключен к выходу вибродатчика, а выход через второй блок сравнения подключен к нелинейному элементу, выход которого соединен с управляющим входом аттенюато- ра, выход задатчика уровня вибрации соединен со вторым входом второго блока сравнения через блок умножения, второй вход которого соединен с выходом интегратора, первый вход которого соединен с за- датчиком времени, а второй - с задатчиком режима.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для испытания на случайные вибрации; на фиг.2 - пример реализации интегратора.

Устройство для испытаний на случайные вибрации (фиг 1) содержит генератор 1 белого шума, подключенный к нему форми- рователь 2, последовательно соединенные аттенюатор 14; усилитель 3 мощности, возбудитель 4 колебаний, вибродатчик 5. умножитель (масштабирующий усилитель) 6, многоканальный анализатор 7, подключенный к нему первой группой входов блок 8 сравнения, задатчик 9 уровня спектральной плотности мощности, подключенный ко второй группе входов блока 8 сравнения, выходы которого соединены с управляющими входами формирователя 2, измери- тель 10 уровня вибрации, вход которого подключен к выходу вибродатчика 5, а выход через второй блок 11 сравнения подключен к нелинейному элементу 13, выход которого соединен с управляющим входом

аттенюатора 14, и управляющим входом умножителя 6, задатчик 12 уровня вибрации, соединенный со вторым входом второго блока 11 сравнения через блок 15 умножения, второй вход которого соединен с выходом интегратора 16, первый вход которого соединен с задатчиком 17 времени, а второй вход с задатчиком 18 режима (номера позиций сохранены о соответствии с номерами аналогичных позиций прототипа).

Интегратор 16, пример реализации которого приведен на фиг.2, содержит схему 19 управления и интегрирующий блок 20.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с генератора 1 поступает на формирователь 2. которым под действием сигналов с выходов блока 8 обеспечивается формирование требуемого уровня спектральной плотности мощности в каждой частотной полосе. Этот сигнал с требуемым спектром усиливается усилителем 3 мощности и подается на вход возбудителя 4 колебаний. Сигнал с выхода вибродатчика 5 поступает через умножитель 6 на вход анализатора 7. Анализатор 7 определяет уровень дисперсии в каждой частотной полосе. Сигнал с выходов блока 8 сравнения, пропорциональный разности (рассогласованию) сигнала задатчика 9 и сигнала с выходов анализатора 7, определяет коэффициенты передачи формирователя 2 в каждой частотной полосе. Таким образом, блоки 2,3,...9 образуют первый контур управления.

За счет нелинейности характеристики испытуемой конструкции возбуждаются вибрации с частотами, выходящими за рабочий диапазон (высшие гармоники и субгармоники). Уровень вибрации вне диапазона может оказаться таким, что вызовет разрушение испытуемой конструкции, хотя в рабочей полосе частот был сформирован заданный спектр вибраций, гарантирующий безаварийную работу устройства. Для устранения этого использованы блоки б, 10,,.., 14. Значение общей дисперсии, определенное измерителем 10, сравнивается во втором блоке 11 с заданным значением, поступающим от задатчика 12. Разностный сигнал через нелинейный элемент 13 (выпрямитель) поступает на управляющий вход аттенюатора 14, становясь по сути коэффициентами передачи Кат и Кум аттенюатора 14 и умножителя 6 соответственно. Коэффициенты передачи аттенюатора 14 и умножителя 6 связаны соотношением КатКуМ 1. Если нелинейные искажения приведут к трансформации спектра за границу рабочего диапазона в область нижних и верхних частот,

то средства коррекции спектра (блоки 2, 7. 8. 9) вызовут увеличение тех составляющих, которые передали свою энергию за пределы рабочего диапазона. Что, очевидно, приведет к увеличению общего уровня вибрации. Воспринятое блоком 11 рассогласование передается через нелинейный элемент 13 на входы аттенюатора 14 и умножителя 6 (уменьшится Кат и соответственно ему возрастет Кум). При этом уменьшится уровень вибрации во всем диапазоне, но это снижение окажется неощутимым для средств коррекции спектра (блоки 2, 6,...9).

Плавное изменение уровня испытательного сигнала (плавный выход на заданный режим и плавное снятие нагрузки) обеспечивается с помощью блоков 1518. Процесс испытаний начинается плавным выходом испытательного сигнала на заданную мощность, что достигается изменением кода (сигнала) на выходе блока 15 умножения Кп от нуля для значения КЭт. задаваемого задатчиком 12 уровня вибрации.

Такое изменение обеспечивается в результате перемножения в блоке умножения значения КЭт, задаваемого задатчиком 12 уровня вибрации, и значения Ки, снимаемого с выхода интегратора 16. Значение Ки на выходе интегратора 16 изменяется от нуля до граничного значения (граничные значения Киг. равные 0 или 1. задаются Задатчиком 18 режима) за время, задаваемое задатчиком 17 времени. По истечении заданного времени значение Ки на выходе интегратора 16 остается равным значению . На протяжении всего процесса испытаний . Таким образом, в случае плавного выхода на режим на выходе за- датчика 18 режима задается код (уровень) единицы.

В режим плавного снятия нагрузки переходят по истечению времени испытаний, по требованию оператора и т.п. В данном режиме на выходе задатчика 18 режима устанавливается значение КИг, равное нулю, и сигнал на выходе интегратора 16 изменяется от единицы до нуля за время, определенное задатчиком 17 времени. Следовательно, сигнал на выходе блока 15 умножения будет плавно изменяться от значения КЭт, задаваемого задатчиком 12 уровня вибрации до нуля.

Рассмотрим работу интегратора 16 в случае его реализации по схеме, приведенной на фиг.2.

Схема 19 управления представляет собой цифроаналоговый преобразователь с токовым выходом, а интегрирующий блок 20 может быть реализован на операционном усилителе с конденсатором в цепи обратной связи.

Установка необходимой постоянной времени интегрирования сводится к подаче соответствующего кода с выхода задатчика 17 времени на первый вход схемы 19 упрэв- ления, являющимся цифровым входом циф- роаналогового преобразователя. Тогда, пренебрегая погрешностями, вносимыми элементами предложенной реализации.

10

ивых(Р)

где NI и Nmax - установленное и максимальное значение кода на выходе задатчика 17 времени,- К - коэффициент передачи интегратора; Тц- постоянное времени интегратора; UBX и Квых- сигналы на выходе задатчика

18 режима и на выходе интегратора 16 соответственно, У - собственная проводимость ЦАП.

Таким образом, во втором блоке 11 сравнения происходит сравнение кода (сигнала) с выхода измерителя 10 уровня вибрации и кода (сигнала) с выхода блока 15 умножения Кп. В случае плавного выхода на режим сравнения происходит с плавноуве- личипающимся кодом (сигналом) КП|, что

приводит к плавному увеличению значения коэффициента передачи Кат аттенюатора 14. В режиме плавного снятия нагрузки происходит сравнение с плавноуменыиающим- ся кодом (сигналом) Kni, что приводит к

плавному уменьшению значения коэффициента передачи Кат аттенюатора 14, заканчивающимся полным сбросом сигнала на выходе аттенюатора 14. Следовательно, плавное изменение уровня испытательного

сигнала на объекте испытаний оказывается неощутимым для контура управление, состоящего из блоков 10-13. В то же время так как плавному изменению значения коэффициента передачи Кат аттенюатора 14 соответствует обратно пропорциональное изменение коэффициента умножителя 6. то плавное изменение уровня испытательного сигнала на обьекте испытаний оказывается неощутммым для контура управления, включающего блоки 6-9,2.

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет расширить область применения устройства за счет обеспечения плавного изменения

уровня испытательного сигнала, что позволяет устранить несанкционированные ударные воздействия при мгновенном увеличении или сбросе мощности сигнала на обьекте испытаний, которые могут привести

к его разрушению. Контроль и управление формой и мощностью сигнала может осуществляться на каждом этапе режима плавного изменения уровня испытательного сигнала без ухудшения устойчивости управления.

Формула изобретения Устройство для испытаний на случайные вибрации по авт.св. № 1364940, отличающееся тем, что, с целью расширения

эксплуатационных возможностей путем

0

обеспечения плавного изменения уровня возбуждающего воздействия, оно снабжено блоком умножения, интегратором, задат- чиком времени и задатчиком режима, выход задатчика уровня вибрации соединен с вторым входом блока сравнения через блок умножения, второй вход которого соединен с выходом интегратора, первый вход которого соединен с выходом задатчика времени, а второй вход - с выходом задатчика режима.

Изобретение относится к испытательной технике. Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей путем обеспечения плавного изменения уровня возбуждающего воздействия. Сигнал с генератора 1 поступает на формирователь 2. которым под действием сигналов с выходов блока 8 обеспечивается формирование требуемого уровня спектральной плотности мощности в каждой частотной полосе. Этот сигнал с требуемым спектром усиливается усилителем 3 мощности и подается на вход возбудителя 4 колебаний. Сигнал с выхода вибродатчика 5 поступает через умножитель 6 на вход анализатора 7. Анализатор 7 определяет уровень дисперсии в каждой частотной полосе. Сигнал с выходов блока 8 сравнения, пропорциональный разности (рассогласованию) сигнала задатчикэ 9 и сигнала с выходов анализатора 7, определяет коэффициенты передачи формирователя 2 в каждой частотной полосе. Плавное изменение уровня испытательного сигнала (плавный выход на заданный режим и плавное снятие нагрузки) обеспечивается с помощью блоков 15-18. Процесс испытаний начинается плавным выходом испытательного сигнала на заданную мощность, что достигается изменением кода (сигнала) на выходе блока 15 умножения Ко от нуля для значения Кэт. задаваемого задатчиком 12 уровня вибрации. 2 ил. Ё