Калибровочный стенд для воспроизведения крутильных колебаний Советский патент 1993 года по МПК G01H17/00 

электрических колебаний поступает на инвертируемый вход усилителя 13 и электромагнитный возбудитель 6 угловых колебаний стенда. Причем выходной сигнал испытуемого датчика 5 содержит прмимо составляющей, заданной колебательной системой стенда, составляющую от действия вибрации основания стенда, Выходной сигнал усилителя 13 является разностью входных сигналов датчика. 5 и внешнего генератора 8 электрических колебаний. В результате на инвертируемый вход усилителя 16 поступает сигнал, пропорциональный Только составляющей от действия вибрации основания стенда, а на неинвертируемый вход - сигнал, пропорциональный совокупности составляющих, пропорциональный заданному входному воздействию, плюс составляющая от воздействия вибрации основания стенда. Таким образом выходной сигнал усилителя 16, пропорциональный разности входных сигналов, очищен от составляющей, связанной с вибрацией основания стенда, и пропорционален только заданному входному воздействию. Уровень этого сигнала оценивается вторым узкополосным анализатором спектра 20. Стенд отличается от прототипа, позволяя задавать угловые колебания малого уровня. Он имеет также повышенную помехозащищенность от действия внешних возмущающих факторов. 1 ил.

Использование: в вибрационной технике и виброметрии, а именно в калибровочных стендах для воспроизведения крут: льных колебаний. Сущность: после настройки выходной сигнал испытуемого датчика 5, пропорциональный входному во действию, поступает на неинвертируе- мыя входы первого 13 и второго 16 диффе- ре щиальных усилителей. Одновременно гармонический сигнал внешнего генератора

Изобретение относится к вибрационной технике и виброметрии; а именно к калибровочным стендам для воспроизведения крутильных колебаний, и может быть использовано также для вибрационых испытаний различных изделий.

Известно устройство для еюспрризведе- ния угловых колебаний, содержащее платформу, установленную на подвижных опорах, связанных с соответствующими приводами, которые подключены через дифференциально связанные делители напряжения к инветрируемому и неинвертируемому входам парафазного усилителя, вход которого соединен с выходом источника управляющего напряжения,

Недостатками известного технического решения являются низкая помехозащищенность и точность работы от действия вибровозмущений основания, на котором оно установлено.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эф- фекту к предлагаемому является известное низкочастотное автоколебательное устройство, включающее основание и колебательную систему. Причем колебательная система устройства содержит инерционный орган и упругий элемент, выполненный в виде торсиона, связывающий инерционный орган с основанием. На инерционный орган устанавливаются съемные маховые массы, одновременно он связан с системой возбуждения колебаний, электромагниты которой расположены по окружности на основании.

Однако известное устройство имеет ограниченный динамический диапазон работы, например, при задании угловых колебаний малого уровня, соизмеримого с

уровнями вибровозмущений основания, и низкую помехозащищенность от действия внешних вибровозмущений, а также низкую надежность и сложную конструкцию механической части из-за наличия в конструкции подвижной части устройства подшипников. Цель изобретения - расширение динамического диапазона и повышение помехозащищенности стенда,

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый стенд снабжен внешним генератором электрических колебаний, первым масштабным усилителем, первым фазовращателем, первым ключом, вторым

масштабным усилителем, вторым ключом, первым дифференциальным усилителем, инвертируемый вход которого подключен через первый ключ, первый фазовращатель, первый масштабный усилитель на выход генератора электрических колебаний, а неинвертируемый - через второй масштабный усилитель, второй ключ на выход испытуемого датчика, второй дифференциальный усилитель, неинвертируемый вход которого

подключен на выход второго масштабного усилителя, первый узкополосный анализатор спектра, включенный на выход первого дифференциального усилителя, второй фазовращатель, включенный последовательно

между выходом первого дифференциального усилителя и инвертируемым входом второго, второй узкополосный анализатор спектра, регистратор, включенный на выход второго дифференциального усилителя через второй узкополосный анализатор спектра, а платформа колебательной системы, состоящей из установленных на кронштейне четырех электромагнитов, размещенных попарно диаметрально противоположно относйтельно вертикальной оси инерционного органа и жестко связаны с ним, а их обмотки подключены параллельно на выход генератора электрических колебаний, связана с основанием через торсион, выполненный в виде четырех упругих балочек прямоугольного сечения, расположенных крестообразно на некотором одинаковом расстоянии относительно вертикальной оси.

На чертеже представлен предлагаемый ст гнд.

Стенд крутильных колебаний состоит из ос-ювания 1, на котором через торсион 2, выполненный в виде четырех упругих бало- че с прямоугольного сечения, расположенных крестообразно на некотором базовом ра стоянии относительно его вертикальной ос, закреплен инерционный орган, выполненный в виде платформы 3, предназначенной для крепления съемных маховых масс4, выполненных в виде дискообразных грузов и испытуемого датчика 5. Электромагнит- ньй возбудитель крутильных колебаний вы- потнен в виде четырех электромагнитов б, установленных в кронштейне (не показан) попарно диаметрально противоположно на опэеделенном расстоянии, создающих момент кручения при взаимодействии с соот- ве гствующими якорями 7 одного знака. Причем якоря 7 расположены крестообразно в осях симметрии платформы и жестко связаны с.ней.

Внешний генератор 8 электрических коле аний, на выход которого подключен конт- ро.1ьныйприбор9, подключен одновременно к этектромагнитам 6 по схеме параллельного включения и через первый масштабный усилитель 10, первый фазовращатель 11, пе )вый ключ 12, который при настройке до. 1жен быть в положении разомкнуто, а пр 1 калибровке - замкнуто, на инвертируем эт вход первого дифференциального уси- ли- еля 13, его неинвертируемый вход через втс рой масштабный усилитель 14 и второй клпч 15 должен быть подключен при настройке на выход внешнего генератора эл ктрических колебаний 8, а при калибровке - на выход испытуемого датчика 5.

Одновременно неинвертируемый вход первого дифференциального усилителя 13 подключен на неинвертйруемый вход вто- porjo дифференциального усилителя 16, инвертируемый вход которого - через второй фазовращатель 17 на выход первого дифференциального усилителя 13 и первый узко- поЬосный анализатор спектра 18. Регистратор 19 включен на выход второго дифференциального усилителя 16 через второй узкополосный анализатор спектра 20.

Стенд крутильных колебаний работает следующим образом,

Перед началом работы необходимо произвести подстройку электронной части 5 стенда. Для этого необходимо подать с внешнего генератора электрических колебаний 8 гармонический сигнал, соответствующий частоте калибровке испытуемого датчика 5, через второй ключ 15, второй масштаб0 ный усилитель 14 только на неинвертируемые входы первого и второго дифференциальных усилителей 13 и 16, так как первый ключ 12 разомкнут. На инвертируемый вход второго дифференциального усилителя 16черезвто5 рой фазовращатель 17 поступает выходной сигнал первого дифференциального усилителя 13, представляющий из себя тот же самый выходной сигнал второго масштабного усилителя 14, но несколько сдвинутый по

0 фазе по сравнению с сигналом, который, минуя первый дифференциальный усилитель 13, поступает сразу на неинвертируемый вход второго дифференциального усилителя 16 за счет возможных фазовых

5 искажений первого дифференциального усилителя 13. В результате на выходе второго дифференциального усилителя 16 имеет место некоторый выходной сигнал, пропорциональный разности входных сигналов, ве0 личина которого, в том числе на частоте калибровки, определяется по показаниям второго узкополосного анализатора спектра 20 и является фазовой погрешностью электронной схемы стенда. Для минимизи5 рования этой погрешности производится подстройка вторым фазовращателем 17 фазы выходного сигнала первого дифференциального усилителя 13, по минимальному уровню выходного сигнала- второго диффе0 ренциального усилителя 16, измеренного вторым узкополосным анализатором спектра 20. На этом настройка электронной части стенда закончена.

Перед началом калибровки необходимо

5 первый ключ 12 перевести в положение замкнуто, подключить инвертируемый вход первого дифференциального усилителя 13 на выход первого фазовращателя 11, а вторым ключом 15 подключить выход ис0 пытуемого датчика 5 на вход второго масштабного усилителя 14,

После этого можно проводить калибровку. Для этого необходимо с помощью инерционной массы 4 настроить резонанс5 ную систему стенда крутильных колебаний на частоту калибровки испытуемого датчика 5, Затем подать с генератора 8 электрических колебаний сигнал, соответствующий настройке резонансной системы, определенной амплитуды и частоты, который измеряется контрольным прибором 9, на электромагнитные возбудители крутильных колебаний. При этом в силу известных причин возникают крутильные колебаний платформы 3 с установленным на ней испытуемым датчиком 5 на резонансной частоте настройки колебательной системы стенда.

Выходной сигнал испытуемого датчика 5, пропорциональный входному воздействию, поступает через второй масштабный усилитель 14 на неинвертируемые входы дифференциальных усилителей 13 и 16. Одновременно гармонический сигнал внешнего генератора электрических колебаний 8 через первый масштабный усилитель 10 и первый фазовращатель 11 поступает на инвертируемый вход первого дифференциального усилителя 13. Причем выходной сигнал испытуемого датчика 5 содержит помимо составляющей, заданной колебательной си- стемой стенда, составляющую, пропорциональную угловым колебаниям (вибрациям) основания стенда, вокруг оси чувствительности испытуемого датчика 5, возникающие от действия промышленных факторов в том числе на частоте калибровки.

Выходной сигнал первого дифференциального усилителя 13 является разностью входных сигналов испытуемого датчика 5 и внешнего, генератора электрических, коле- банйй, величина которого в том числе и на частоте калибровки измеряется первым узкополосным анализатором спектра 18. Затем необходимо последовательной регулировкой первого масштабного усили- теля 10 и первого фазовращателя 11 обеспечить выделение составляющей сигнала, пропорциональной вибрациям основания стенда, подавлением в выходном сигнале испытуемого датчика 5 полезной составля- ющей сигнала на частоте калибровки. Это возникает в том случае, когда сигнал внешнего генератора 8, настроенный на частоту калибровки с помощью первого дифференциального усилителя 13, подстроенный пер- вым масштабным усилителем 10 и первым фазовращателем 11, компенсирует полезную составляющую выходного сигнала исФормула изобретения 1. Калибровочный стенд для воспроизведения крутильных колебаний, содержащий основание, торсион, инерционный орган, связанный с основанием через торсион, съемные маховые массы, установленные на инерционном органе, колебательную систему, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазопытуемого датчика 5. Поскольку параметры этой составляющей стабильны по фазе и амплитуде благодаря известным резонансным свойствам стенда, то не представляет особой сложности подавление такого сигнала другим аналогичным гармоническим сигналом, в данном случае гармоническим сигналом внешнего генератора 8 электрических колебаний. Что касается составляющей от вибрации, присутствующей на частоте калибровки, то она, являясь по своей природе величиной случайной, не обладает стабильными значениями фазы и амплитуды, из-за чего не может быть компенсирования гармоническим сигналом со стабильными параметрами. Таким образом, при компенсации полезной составляющей выходного сигнала первого дифференциального усилителя 13 не подвергается подавлению гармоническим сигналом составляющая от действия вибраций основания стенда и оста-, ется присутствовать на частоте калибровки в выходном сигнале первого дифференциального усилителя 13. Таким образом, производится ее выделение и оценка на частоте калибровки по показаниям первого узкополосного анализатора спектра 18.

В результате на инвертируемый вход второго дифференциального усилителя 16 поступает сигнал на частоте калибровки, пропорциональный только составляющей от действия вибрации основания стенда, а на неинвертируемый вход - сигнал, пропорциональный совокупности составляющих, пропорциональный заданному входному воздействию, плюс составляющая от действия вибрации основания стенда. Выходной сигнал второго дифференциального усилителя 16, пропорциональный разности входных, будет таким образом очищен от составляющей, связанной с вибрацией основания стенда и пропорционален только заданному входному воздействию. Уровень этого сигнала оценивается с помощью второго узкополосного анализатора спектра 20, по величине которого судят о чувствительности испытуемого датчика 5, и регистрируется прибором 19.

на работы стенда и повышения его помехозащищенности, он снабжен генератором электрических колебаний с подключенным на его выход контрольным прибором, первым и вторым масштабными усилителями, первым и вторым фазовращателями, первым и вторым ключами, первым и вторым дифференциальными усилителями, первым и вторым узкополосными анализаторами

споктра, регистратором, причем инвертируем Ju вход первого дифференциального уси- подключен последовательно через пе )вый ключ, первый фазовращатель, пер- вый масштабный усилитель на выход генератора электрических колебаний, а его не 1нвертируемый вход подключен на неинвертируемый вход второго дифференциально чэ усилителя, а через второй масштабный усилитель, второй ключ включен на выход калибруемого датчика с возможностью пе- pei слючения на выход генератора электрических колебаний/выход первого дифференциального лителя подключен на вход первого узкополосного анализатора спектра, а через второй фазовращатель на инвертируемый вход вто- ро ;р дифференциального усилителя, выход которого подключен через второй узкополое- ны|й анализатор спектра на вход регистратора, инерционным органом, выполненным в виде платформы с колебательной системой, состоящей из установленных на кронштейне четырех электромагнитов, размещенных

попарно диаметрально противоположно относительно вертикальной оси инерционного органа, якоря электромагнитов расположены крестообразно по осям инерционного органа и жестко связаны с ним, а

их обмотки подключены параллельно на выход генератора электрических колебаний.

2.„Стенд по п. отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, торсион выполнен в виде четырех балочек прямоугольного сечения, расположенных крестообразно на одинаковом расстоянии от его вертикальной оси.