Способ определения метрологических характеристик виброакустической аппаратуры Советский патент 1993 года по МПК G01M7/02 

. Изобретение относится к виброизмерительной технике и может быть использовано для определения спектральных метрологических характеристик сквозных регистрирующих каналов измерительной аппаратуры, прежде всего для формирования спектральной динамической погрешности, возникающей при измерении амплитудных спектров случайных вибрационных или акустических нагрузок. Способ рекомендуется использовать в приборе- и агрегатостроительной промышленности, преимущественно в тех случаях, когда решают целевую задачу в области вибрационной надежности, связанную в частности с прогнозированием вибрационной прочности (усталостной долговечности) конструкции изделия в ожидае- мых условиях,отличающихся вибрационными или акустическими нагру- жениями на приборы и агрегаты.

Целью изобретения является повышение достоверности информативности путем формирования спектральной динамической погрешности с учетом совместной погрешности АЧХ и ФЧХ измерительного канала.

Для достижения цели производят формирование в частотной области спектральной динамической погрешности сквозных регистрирующих каналов виброизмерительной аппаратуры. Определяют спектральные метрологические характеристики средств измерений, спектральную динамическую погрешность применительно к случайным виброакустическим процессам с широкополосными спектрами. В итоге оценивается доля погрешности виброизмерений, вносимый регистрирующей аппаратурой. Полученный способ определения динамической погрешности позволяет непосредственно решать прикладные задачи.

со

ел о о

„ lWxV(ft)l2образцового регистратора.

Но (со)Г WxxfftjV W ((a Первое слагаемое динамической поУУ грешности находится по формуле:

ielf ( П-н0(шИ 1-|-± н-

ЯЛ°ФЧХ- н.-н±-дн f.

Нэ Нэ

А((Ц)-аг«д .ДОЗДд .10

II II

где -тт-- - относительное смещение Взаимный спектр WXy( ш ) создаетсяэ путем усреднения статистических ошибок оценки АЧХ,

-а------1С. - предельная динамическая со- Wxy( 0) ft).Y(j У). Э Нэ

ставляющая оценки АЧХ.

Автономные спектры вычисляются по В частности, когда получается алгоритмам усреднения статистических 02 а 02 ( ft ) °Ченок 20 Э

Wyy( fti) /YO ft))/2.

----Второе слагаемое динамической поWXx( o;)|xQ У)12.грешности можно представить в виде

где ( О) ) и ft)) - мнимая и 25 4H0sln2 ( , действительная части взаимного спектра.2

Функция когерентности Coh2Xy( со ) используется как спектральный фильтр для смещение оценки ФЧХ здесь составляет очищения выходного сигнала30 э

Wyy (ft) от возможных непроизводи-- Принимая в,о внимание, что усреднение тельных помех, чем и обеспечивается каче- Сформируется как в-гэт ., то смеще- ство метрологического эксперимента. ние становится равным

Таким образом динамическая погреш-- - ность Адин( ft) подтверждена и обеспе- 35 в - тэ(О ( т- тэ) со . чена экспериментальными материалами и способами для образования ее слагаемых, т.е. Если в ходе статистической обработки

выявлено, что 1-Н0( ы)2-4Н0( ы ).sin2. Д0 ( ш )/2.

40t - r3ftJ 5., 8 .0 0,2.

Первый вариант.

Статистические оценки для вычисления то для ш 2 п f 2jt .2000 АЧХ и ФЧХ являются смещенными.находим 4.0.8.sln2(0,2) 4 0,8-0,04 0,13.

В итоге имеем

Принимаем Н( ш ) Н; Нэ( ш ) Нэ; 45

А 9 0.16-0,143-0,54(54%).

0(а)-0.0а(а.)--г за Второй вариант

В ходе статической обработки устанав-АЧХ и ФЧХ представлены несмещенны- ливаются усреднения для рабочего диапа- 50 ми оценками, зона частот По условию заданы:

Н Н Н;,, Нэ-Н

ь i-э w.

в 0 ±б ;55

Первое слагаемое вычисляется как задается условие, вытекающее из определения 1 -Н0( О))2 0.04. д Нэ« 5 Н. двэ« б в Второе слагаемое находится путем

4.1. sin2(0,2) 0.16. Значит Д дин 0,04-0,16 0,45.

Из элементарных расчетов явствует, что преобладающую роль в образовании динамической погрешности играет ее фазово-ча- стотная составляющая.

Отметим, кстати, что в прототипе при расчете динамической составляющей ФЧХ не придается никакого значения. . Динамическая погрешность представляется (наряду с АЧХ, ФЧХ, Coh2Xy) в форме спектральной характеристики.

Спектральная динамическая погрешность может быть использована для решения целевых задач, являющихся в то же время критериальными признаками для на- значения исходной величины этой погрешности.

В области прогнозирования в ожидаемых условиях эксплуатации вибрационной надежности изделий в качестве типовых за- дач служат, например,

оценка ресурсной вибропрочности (ус- талостной долговечности) изделия, устанавливаемого на объекте;

оценка вибрационной совместимости изделия с бортом объекта;

формирование испытательных вибронормативов для оценки .ресурсной вибропрочности изделия по его установки на борт объекта.

1. Оценка ресурсной вибропрочности изделия базируется на алгоритме усталост- ной долговечности при воздействии случайной вибронагрузки с амплитудным спектром,

xQoQI

x()±A(jft)

)

или

1 ±-(1 ±АдИН)

- m

А - )1

ИН--I X(Jfl)|

где То - ресурс изделия при вибронагрузке, -определен ной входным спектром I X(j ш ) I; ± А Т - поправка ресурса на воздействие вибронагрузки со спектром I X(j со ) ±( А (| й) I:

m - показатель степени кривой устало- оти по Велеру, обычно m 4,6;

А дин - предельный уровень динамической погрешности.

В данной задаче возможны два варианта решения.

Первый вариант, когда имеет место

AT

1 -(1.+ А дин)

не

Тогда фактический ресурс Тр равен

Тр (1 + Адин) .То.

Второй вариант возникает при условии

AT ,, д -т 1 - (1 - А дин; - I.

I о

Фактический ресурс составляет

Тр (1 - А д„нГт.Т0.

Практический смысл приобретает услоТр (1+ АДинГт.Т0.

Таким образом фактический вибропроч- ностный ресурс изделия приобретает интер- вальные значения и может оказаться неопознанным при больших погрешностях измерений. Задание вариации А Т/Т0 может служить критерием для назначения исходной погрешности измерений.

2. Оценка вибрационной совместимости изделия с бортом объекта производится с привлечением вероятностного неравенства

( е)Ан а ,

гдеА( а) )Ч X(j ш )| - реальная вибронагрузка на объект, представленная амплитудным спектром;

АН - вибронормативы, установленные в НТД;

а - вероятностный риск, с каким ожидается выполнение неравенства в квадратных скобках.

При изучении статистики находятся усреднения по индексу I

А 1 /n J AI а А2 (Ai - А)2; А( (О ) А.

i 1 .

Затем устанавливается аппроксимация

АН А+ Кн О А

и определяется соответствующее значение

Кн

Кн

A-An од

С учетом динамической погрешности ДА/А воспроизведения виброчагрузок на испытательном вибростенде фактическая продолжительность виброиспытаний приобретает интервальное значение

Использование: в виброизмерительной технике для определения спектральных метрологических характеристик измерительной аппаратуры. Сущность изобретения: на вход контролируемой аппаратуры подают сигнал белого шума. Определяют амплитудно-частотную (АЧХ) и фазо-частот- ную (ФЧХ) характеристики измерительного и образцовых каналов. Определяют спектральную динамическую погрешность из выражения Ддин ( О) ) . / 1 -Но(й))2 + « Но(«0 slo2-MI l , где Н0( со ) - отношение АЧХ измерительного и образцового каналов, Ав ( а) ) - ФЧХ измерительного канала, сдвинутая относительно ФЧХ образцового канала. (/) С

Предельное вероятностное неравенство записывается в канонической форме

а А 2

Кп

а

J

1/2

(обычно а 0,05).

Если теперь принять во внимание, что измерения осуществляются уровнями, включающими динамическую погрешность,

Д-А |Д(о)| т.е. А ± ДА, то

(А±АА)-АП А-АП + ДА

СТАСТА СТА -ДК

К„±ДК Кп(1-jЈЈj,

К-п

Вследствие этого риск а принимает интервальные значения

On

+

а

Ор

F

Так, в частности, при ДК/К 0,5 получается

0,5 On а 4 On ,

т.е. вместо ранее принятого риска а 0,05 получаем фактический риск в интервале значений

0,02 а 0,2,

, An l An ±ДА

П1 /ч & А -т

7Г

Г -0 ±где Ти - заданная продолжительность виброиспытаний при вибронагрузке с уровнем А;

Ти - корректируемая продолжится ь- ность виброиспытаний, соответствующая вибронагрузке А ± Д А.

При этом Ти (1 ± -- Г. Тн. где Д А/А-динамическая погрешность.

+ АА V + д )

А

Т„ ТИ /1 ДА

)

Ди

В соответствии с этим в целях достоверности результатов должна производиться корректировка режима виброиспытаний на ресурсную вибропрочность.

Таким образом, удалось установить прямое (а не косвенное, как обычно) влияние погрешностей виброизмерений на результаты решения материальных задач, являющихся в свою очередь критериальными признаками для назначения исходной величины погрешностей виброизмерений. Формула изобретения Способ определения метрологических характеристик виброакустической аппаратуры, заключающийся в том, что подают на

входы измерительного и образцового каналов контролируемой виброакустической аппаратуры виброакустические воздействия, снимают выходные электрические сигналы измерительного и образцового каналов контролируемой виброакустической аппаратуры, сопоставляют выходные электрические сигналы измерительного и образцового каналов и получают амплитудно-частотную (АЧХ) и фазо-чатсотную (ФЧХ) характеристики контролируемой виброакустической аппаратуры, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и информативности путем учета совместной погрешности АЧХ и ФЧХ измерительного

канала, на входы образцового и измерительного каналов контролируемой виброакустической аппаратуры подают сигнал белого шума и определяют спектральную динамическую погрешность из выражения:

Ддин ( Ш )

50

И -Н0 (ft)2 H-4H0(ft)

. 2 Д#(ш)

81П ----i---f- ,

- отношение АЧХ

wHo( .)-$$измерительного канала контролируемой аппаратуры к АЧХ образцового канала;

Д0(ш)#(й)-гэ(о;)- ФЧХ измерительного канала, сдвинутая относительно ФЧХ образцового канала.