Устройство для измерения резонансной частоты элементов конструкции Советский патент 1992 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к технике исследования динамических характеристик элементов конструкций при проведении виброиспытаний и может быть использовано для определения частот колебаний при резонансе.

Известно устройство для измерения резонансной частоты элементов конструкции, содержащее последовательно соединенные блок развертки частоты, генератор, регулятор амплитуды, усилитель мощности, вибростенд с установленным на нем испытуемым объектом и установленными на вибростенде и на объекте вибропреобразователями, двумя согласующими усилителями и индикатором, входами подключенным к выходам соответствующих согласующих усилителей, входы последних соединены с выходами соответствующих вибропреобразователей,

преобразователь, входом подключенный к выходу первого согласующего усилителя, выходом - к второму входу регулятора амплитуды, преобразователь частота - напряжение, блок памяти, сумматор, регистратор, причем выход блока памяти подключен к входу вычислительного блока, выход которого подключен к входу регистратора.

Недостаток этого устройства - недостаточная точность при измерении резонансной частоты элементов конструкции обладающих несимметричной (слабо нелинейной) характеристикой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения резонансной частоты элементов конструкции, содержащее последовательно соединенные блок управления разверткой частоты, задающий

4 СЛ О Ы

генератор, регулятор амплитуды, усилитель мощности, вибростенд с установленными на вибростенде и на объекте вибропреобразователями, два согласующих усилителя, входы которых соединены с выходами соответствующих сибропреобразователей, блок обратной связи, фазовый детектор, входом подключенный к выходу первого согласующего усилителя, выходом - ко второму входу регулятора амплитуды, преобразователь частота-напряжение, блок памяти, сумматор, регистратор, причем выход блока памяти подключен к входу сумматора, выход которого подключен к входу регистратора, нуль-орган, два ключа, два усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления, коммутатор, два триггера, дешифратор, два элемента задержки, причем выход преобразователя частота-напряжение через последовательно соединенные второй ключ и второй усилитель с регулируемым коэффициентом усиления подключен к суммирующему входу сумматора, а через последовательно соединенные первый ключ и первый усилитель с регулируемым коэффициентом усиления - к входу блока памяти, выход которого подключен к вычитающему входу сумматора, выход фазового детектора через нуль-орган подключен к входу коммутатора, первый выход которого подключен к управляющему входу первого ключа и входу запись блока памяти непосредственно, а через второй элемент задержки - к единичному входу первого триггера, второй выход коммутатора подключен к управляющему входу второго ключа и входу чтение блока памяти непосредственно, а через первый элемент задержки - к нулевому входу первого триггера, объединенному с нулевым входом второго триггера, единичный вход которого подключен к входу пуск устройства, единичные выходы первого и второго триггеров подключены к входам дешифратора, первый выход которого подключен к первому управляющему входу коммутатора и первому входу блока развер- гки частоты, второй выход дешифратора подключен к второму входу коммутатора и второму входу блока развертки частоты.

Недостатком известного устройства для определения резонансной частоты элемента конструкции является недостаточная точность, обусловленная необходимостью аналогового функционального преобразования зафиксированных значений частот аи и элемента конструкции, при которых сдвиг фаз между возбуждающими колебаниями и колебаниями элемента конструкции равен ж II.

Цель изобретения - повышение точности устройства за счет преобразования зафиксированных частот И 0)2.

На чертеже изображена структурная

схема устройства.

Устройство для измерения резонансной частоты элементов конструкции содержит последовательно соединенные блок 1 управления разверткой частоты, задающий ге0 нератор 2, регулятор 3 амплитуды, усилитель 4 мощности и вибростенд 5, предназначенный для установки испытуемого объекта б, первый вибропреобразователь 7, установленный на подвижной части вибростенда 5, второй вибропреобразователь 8,

5 предназначенный для установки на испытуемый объект, первый и второй согласующие усилители 9,10, входы которых соединены с соответствующими вибропреобразователями, фазовый детектор 11, входы которого

0 соединены с выходами согласующих усилителей 9, 10, блок 12 обратной связи, вход которого соединен с выходом первого согласующего усилителя 9, а выход - с управляющим входом регулятором 3 амплитуды,

5 преобразователь 13 частота-напряжение, вход которого соединен с выходом второго согласующего усилителя 10, последовательно соединенные нуль-орган 14, вход которого соединен с выходом фазового детектора

0 11, и первый коммутатор 15, дешифратор 1 б, первый выход которого соединен с первыми управляющими входами блока 1 управления разверткой частоты и первого коммутатора 15, второй выход - с их вторыми управляю5 щими входами, первый и второй триггеры 17, 18, единичные выходы которых соединены с соответствующими входами дешифратора 16, а нулевые входы через первый элемент 19 задержки - с первым выходом

0 первого коммутатора 15, второй элемент 20 задержки, соединяющий второй выход первого коммутатора 15 с единичным входом второго триггера, второй коммутатор 21, вход которого соединен с выходом преобра5 зователя частота-напряжение, третий триггер 22, единичный и нулевой входы которого соединены соответственно со вторым и первым выходами первого коммутатора 15, а единичный выход - через третий элемент 23

0 задержки с управляющим входом второго коммутатора 21, первый и второй аналого- цифровой преобразователи 24, 25, входы которых соединены с соответствующими выходами второго коммутатора 21, первый и

5 второй счетчики 26, 27 импульсов, входы которых соединены с выходами соответствующих аналого-цифровых преобразователей 24, 25, а входы запись - с соответствующими выходами первого коммутатора 15, цифровой компаратор 28, входы которого соединены с выходами соответствующих счетчиков 26, 27, последовательно соединенные, генератор 29 тактовых импульсов и ключ 30, четвертый триггер 31, нулевой вход которого соединен с нулевым входом первого триггера 17, единичный вход - с выходом цифрового компаратора 28, а выход - с управляющим входом ключа, первый и второй делители 32, 33 частоты, входы которых соединены с выходом ключа 30 и через четвертый элемент задержки с управляющим входом цифрового компаратора 28, а выходы - со счетными входами соответствующих счетчиков импульсов, и индикатор 35, вход которого соединен с выходом второго счетчика импульсов, а управляющий вход через пятый элемент 36 задержки - с выходом цифрового компаратора 28. Входом 37 пуск устройства является единичный вход первого триггера 17.

Устройство для определения резонансной частоты элементов конструкции работает следующим образом.

В исходном состоянии триггеры 17 и 18 установлены в нуль, триггер 22 в единицу, частота задающего генератора 2 установлена равной нижней частоте диапазона частот развертки.

Коммутатор 15 установлен в нейтральное положение, при этом его вход отключен от обоих выходов, а блок 1 управления разверткой частоты установлен в исходное состояние, при котором частота задающего генератора 2 фиксирована.

При поступлении сигнала на вход Пуск 37 триггер 17 устанавливается в единицу, на первом выходе дешифратора 16 появляется сигнал, поступающий на первый управляющий вход коммутатора 15 и первый управляющий вход блока 1 управления разверткой частоты.

При наличии кодовой комбинации 00 на входах дешифратора 16 на его выходах сигналов нет, при наличии кодовой комбинации 01 появляется сигнал на первом выходе дешифратора 16, при этом сигнал с входа коммутатора 15 поступает на его первый выход и появляется сигнал на первом входе блока 1 управления разверткой частоты.

При наличии кодовой комбинации 11 на входах дешифратора 16 появляется сигнал на его втором выходе, а сигнал с входа коммутатора 15 поступает на его второй выход и появляется сигнал на втором входе блока 1 управления разверткой частоты.

При наличии сигналов на первом (втором) входе блока 1 управления разверткой частоты происходит увеличение частоты задающего генератора 2 от заранее заданного начального значения со скоростью Vi (Vj) (например, Vi V2),

Сигнал с выхода задающего генератора 2 через регулятор 3 амплитуды и усилитель 4 мощности поступает в катушку подвижной части подвижной части (обмотку возбуждения) вибростендэ 5 с установленным на нем испытуемым объектом б.

Сигнал с выхода вибропреобразователя

7 через согласующий усилитель 9 и блок 12 обратной связи поступает на управляющий вход регулятора 3 амплитуды для стабилизации уровня возбуждения вибростенда 5. Сигналы с выходов согласующих усилителей 9 и 10 поступают нз входы фазового детектора 11. При совпадении изменяющейся со скоростью Vi частоты возбуждения с резонансной частотой испытуемого объекта 6 разность фаз сигналов на входах

фазового детектора 11 равна л/2, а сигнал на его выходе равен нулю.

На выходе нуль-органа 14 появляется импульсный сигнал, который через коммутатор 15 поступает на вход запись счетчика

26 импульсов, благодаря чему содержимое анапого-цифрового преобразователя 24 вводится в счетчик 26 импульсов. Одновременно триггер 22 устанавливается в единицу, благодаря чему через промежуток времени,

определяемый элементом 23 задержки второй коммутатор 21 устанавливается в состояние, при котором сигнал с его входа поступает на его второй выход.

Кроме того, импульсный сигнал с первого выхода коммутатора 15 через элемент 20 задержки поступает на единичный вход триггера 18, устанавливая его в единицу.

Наличие на входе дешифратора 16 кодовой комбинации 11 приводит к скачкообразному уменьшению частоты задающего генератора 2 до его первоначального значения и ее увеличению со скоростью V2, причем V2 Vi.

При совпадении изменяющейся со ско- ростью V2 частоты возбуждения с резонансной частотой испытуемого объекта разность фаз сигналов на входах фазового детектора 11 равна л /2, а сигнал на его выходе равен нулю. На выходе нуль-органа 14 снова возникает импульсный сигнал, который в этом режиме поступает на второй выход коммутатора 15.

При этом содержимое аналого-цифрового преобразователя 25 вводится в счетчик 27 импульсов, благодаря сигналу на входе запись. Одновременно триггер 22 устанавливается в нуль, благодаря чему через промежуток времени, определяемый элементом 23 задержки, коммутатор 21 устанавливается в состояние, в котором его вход соединен с первым выходом.

Сигнал со второго выхода коммутатора 15 через элемент 19 задержки устанавливает триггеры 17, 18, 31 в нуль. При этом ключ 30 замыкается и импульсы с выхода генератора 29 тактовых импульсов поступают соответственно через делители 32, 33 частоты импульсов на вычитающие входы счетчиков импульсов 26 и 27.

Делители 32, 33 частоты импульсов выполнены с коэффициентами деления, соответствующими скоростям разверток Vi и V2.

При равенстве содержимого счетчиков 26 и 27 импульсов на выходе цифрового компаратора 28 формируется сигнал, который поступает на единичный вход триггера 31, устанавливая его в единицу, и через пятый элемент задержки 36 на управляющий вход индикатора 35, При этом размыкается ключ 30 и на индикатор поступает содержимое счетчика 26. Показания индикатора 35 соответствуют значению резонансной частоты конструкции (Do , так как при равенстве содержимого Ci, €2, счетчиков 26, 27 выполняется известное соотношение:

,, алУ2 -QfrVi V2 - Vi

поскольку:

Ci ui - Vn

C2 ОД -Vat откуда исключая имеем

Ci V2 - CaVt ал V2 - ок. Vi C(V2 - Vi),

где

wi - значение резонансной частоты.за- фиксированное при скорости сканирования Vi первым счетчиком;

значение резонансной частоты.за- фиксированное при скорости сканирования Va вторым счетчиком;

Ci и С2 - текущие значения содержимого счетчиков в процессе вычитания со скоростями пропорциональными Vi и V2. Формула изобретения Устройство для измерения резонансной частоты элементов конструкции, содержащее последовательно соединенные блок управления разверткой частоты, задающий генератор, регулятор амплитуды, усилитель мощности и вибростенд, предназначенный для установки испытуемого объекта, первый

вибропреобразователь, установленный на подвижной части вибростенда, второй вибропреобразователь, предназначенный для установки на испытуемый объект, первый и

второй согласующие усилители, входы которых соединены с соответствующими вибропреобразователями, фазовый детектор, входы которого соединены с выходами согласующих усилителей, блок обратной свя0 зи, вход которого соединен с выходом первого согласующего усилителя, а выход - с управляющим входом регулятора амплитуды, преобразователь частота-напряжение, вход которого соединен с выходом второго

5 согласующего усилителя, последовательно соединенные нуль-орган, вход которого соединен с выходом фазового детектора, и коммутатор, дешифратор, первый выход которого соединен с первыми управляющими

0 входами блока управления разверткой частоты и коммутатора, а второй выход - с их вторыми управляющими входами, первый и второй триггеры, единичные выходы которых соединены с соответствующими входа5 ми дешифратора, а нулевые входы через первый элемент задержки - с первым выходом коммутатора, второй элемент задержки, соединяющий второй выход коммутатора с единичным входом второго

0 триггера, и ключ, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено вторым коммутатором, вход которого соединен с выходом преобразователя частота-напряжение, третьим триггером, еди5 ничный и нулевой входы которого соединены соответственно с вторым и первым выходами первого коммутатора, а единичный выход - через третий элемент задержки с управляющим входом второго

0 коммутатора, первым и вторым аналого- цифровым преобразователями, входы которых соединены с соответствующими выходами второго коммутатора, первым и вторым счетчиками импульсов, входы кото5 рых соединены с выходами соответствующих аналого-цифровых преобразователей, а входы Запись - с соответствующими выходами первого коммутатора, цифровым компаратором, входы которого соединены с

0 выходами соответствующих счетчиков, генератором тактовых импульсов, выход которого соединен с входом ключа, четвертым триггером, нулевой вход которого соединен с нулевым входом первого триггера, единич5 ный вход - с выходом компаратора, а выход - с управляющим входом ключа, первым и вторым делителями частоты, входы которых соединены с выходом ключа и через четвертый элемент задержки с управляющим входом цифрового компаратора, а выходы - со

счетными входами соответствующих счет- импульсов, з управляющий вход через пя- чиков импульсов, и индикатором, вход кото- тый элемент задержки - с выходом цифро- рого соединен с выходом второго счетчика вого компаратора.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения резонансных частот элементов конструкций. Цель изобретения - повышение точности. Достижение поставленной цели осуществляется путем цифрового преобразования зарегистрированных при сканировании частоты сигналов, внесением этой информации в два счетчика и уменьшением содержания счетчиков импульсами с частотой следования, пропорциональной соответствующей скорости сканирования. Искомая частота определяется цифровым компаратором при равенстве содержимого счетчиков. 1 ил. Ё