Установка для испытания изделий на случайные вибрации Советский патент 1980 года по МПК G01M7/00 G05D19/02 

1

Изобретение относится к технике мёхани ческих испытаний, а именно, к автоматизированным установкам для испытаний изделий на случайные вибрации, и может быть использовано в разлиздсых отраслях промыщлеиности, преимущественно в авиастроении.

Известны установки для испытаний на случайные вибрации, содержащие последовательно включенные генератор белого щума, фильтр низких частот, выходной усилитель и возбудитель .механических колебаний 1.

Такие установки воспроизводят спектр вибраций с лостоянной спектральной плотностью и гауссовым распределением амплитуд ускорений, однако, они не могут быть использованы для воспроизведения спектров натруных случайных вибраций, статистические характеристик которых отличны от указанных.

Наиболее близкой к изобретению по техническому существу является устанрвка для Испытания изделий на случайные вибрации, содержащая многоканальную замкнутую систему управления, в прямой цепи которой последовательно включены генератор белого щума.

многоканальный выравниватель спектра с полосовым фильтром, злементом сравнения, регулятором и усилителем с регулируемым коэффициентом усиления в каждом канале, сумматор, усилитель мощности и возбудитель механических колебаний, а также устройство для амплитудной модуляции и подключенный к нему источник гармонических сигналов, а в цепи обратной связи - измерительный вибропреобразователь, усилитель и анализирующие фильтры по числу каналов выравнивателя, подключенные выходами к первым входам элементов сравнения 2. В этой установке устройство для амплитудной модуляции представляет собой балансный модулятор, включенный между генератором белого щума и входами полосовых фильтров, а источник гармонических сигналов - высокочастотный генератор ( кГц). Применение модуляция позволяет упростить констрзт дию полосовых фильтров. Демодуляция сигнал осуществляется после сумматора.

В известной установке длр получения достоверных оценок статистических характеристик воспроизводимых вибраций необходимо осреднение по времени реализаций. узкополосного случайного сигнала на выходе анализирующего фильтра каждого канала, что увеличивает времй проведения испытаний. По указанной причине известная установка не обеспечивает возмйжности воспроизведения нестационарных случайных вибраций, длительность которых меньше требуемого времени осреднения. Целью изобретения является сокращение вр мени испытаний за счет ускорения анализа воспроизводимых вибраций. Для этого устройство для амплитудной модуляции выполнено с отдельным для каждого канала выравнивателя модулятором, один из входов которого подключен к выходу полосового фильтра, а выход - к входу усилителя с регулируемым козффициентом усиления, а источник гармонических сигналов выполнен с соответствующим числом подключенных к вторым входам модуляторов гармоническ41х сигналов, частоты которых лежат в полосе частот воспроизводимых вибраций, при этом центральная частота анализирующего фильтра каждого канала равна частоте гармонического сигнала генератора соответствующего канала вы равнивателя, а ширина его полосы пропускани меньше ширршы полосы между соседнилш границами боковых полос спектра модулирова ного сигнала. Для испытания изделий на воздействие нестандартных кратковременных случайных вибраций установка снабжена многоканальным программатором, выходы которого подключены к вторым входам элементов сравнения. На фиг. 1 изображена блок-схема установки на фиг. 2 - частотное представление широкополосного модулированного сигнала; на фиг3характеристики избирательности анализирующих фильтров; на фш. 4 - сигнаЯьГна isbixoдё анализирующих фильтров. Установйа содержит последовательно включенные генератор 1 белого шума, многоканальный выравниватель спейтра, в каждом канале которого включены полосовой фильтр 2, ампл тудный модулятор 3, второй вход Которого подключен к генератору 4 гармонических сигналов, усилитель 5 с регулируемым коэффици ентом усиления, сигнальный вход которого подключен к выходу модулятора 3, а управляющий вход - к выходу регулятора 6, и эле мент 7 сравнения, к выходу которого подклю чен регулятор 6, сумматор 8, усилитель 9 мо1цн6сти, возбудитель 10 механических колебаний, на платформе которого закреплено нспьпуемое.изделие И, измерительный вибропреобразователь 12, усилитель 13 и анализирующие фильтры 14 по числу каналов выравнивателя, подключенные выходами к входам элементов 7 сравнения, вторым входам которых подключен многоканальный программатор 15. Элементы, обозначенные позициями 1-11 и 15, образуют прямую цепь, а позициями 12- 14 - цепь обратной связи многоканальной замкнутой системы управления. В описываемой установке частоты f гармонических сигналов генераторов 4 лежат в полосе частот воспроизводимых вибраций, центральная частота fo| анализирующего фильтра 14 каждого канала равна частоте f гармонического сигнала генератора 4 соответствующего канаЛа выравнивателя, а ширина 2 af а его полосы пропускания меньше ширины полосы между соседними границами боковых полос спектра модулированного сигнала. . Работает установка следующим образом. Гармонические сигналы с выходов генераторов 4 поступают на входы модуляторов 3, где модулируются узкополосными случайными сигналами, выделяемыми соответствующими полосовыми фильтрами 2 из сигнала белого шума, подаваемого на входы этих фильтров от генератора 1. При этом на выходе модулятора 3 формируется узкополосный случишьт сигнал, центральная частота f которого совпадает с частотой соответствующей гармонической соста вляющей, а ширина спектра превышает двойную полосу пропускания соответствующего полосового фильтра 2 на величину, равную двойной нижней граничной частоте FH этого фильтра. Для управления уровнем каждого из полученных узкополосных случайных сигналов их подают на входы соответствующих усилителей 5 с регулируемым коэффициентом усиления. С выхода этих усилителей сигналы подаютна входы сумматора 8, а полученный на вьгходе 8 управляемый широкополосный случайный модулированный сигнал подают через усилитель 9 мощности на возбудитель 10 механических колебаний. Установленный в заданной точке изделия 11 измерительный вибропреобразователь 12 преобразует механические колебания этого изделия в электрические сигналы, усиливаемые до нужного уровня усилнтелем 13. Случайный сигнал с выхода этого усилителя подают на вход анализирующих фильтров 14, где происходит выделение детерминированных составляющих. Уровни этих составляющих пропорциональны уровням соответствующих узкополосных случайных скгналов в заданной точке испьпуемого изделия 11. Полученные дете|5минированные, составляющие сравнивают на элементах 7 сравнения с сигналами программатора 15. И сигналы рассогласования подают на входы регуляTOptoB 6, где происходит формирование сигналов управления уровнями узкополосных случайных сигналов. Эти сигналы управления подают

на управляющие входы усилителей 5 с регулируемыми коэффициентами усиления.

Испытания пакета предлагаемого устройства показали его пригодность для управления случайным процессом на выходе объекта с неизвестными параметрами.

Таким образом, описанная установка позволяет воспроизводить. в заданной точке испытуемого изделия сумму узкополосных случайных сигналов, уровни которых изменяются по заданньш законам, измеряя только их детерминированньге составляющие. При этом отпадает необходимость осреднения во времени при измерении параметров воспроизводимых случайных вибраций, вследствие чего сокращается время виброиспьгтаний и обеспечивается возможность воспроизведения кратковременных нестационарных вибраций в заданной точке испытуемого изделия с неизвестными динамическими характеристиками и при воздействии неконтролируемых возмущений.

Формула изобретения

1. Установка для испытания .изделий на случайные вибрации, содержащая многоканальнзто замкнутуй систему управления, в прямой цепи которой последовательно включены генератор белого шума, многоканальный выравниватель спектра с полосовым фильтром, элементом сравнения, регулятором и усилителем с регулируемым коэффициентом усиления в каждом канале, сумматор, усилитель мощности и возбудитель механических колебаний, а также устройство для ам)шитудной модуляции и подключенный к нему источник гармонических сигналов, а в цепи обратной связи - измерительный виОропреобразователь, усилитель и анализирующие фильтры по таслу каналов выравнивателя, подключенные выходами к первым входам элементов сравнения, отличающ а я с я тем, что, с целью сокращения времени испытаний за счет ускорения анализа воспроизводимых вибраций, устройство для амплитудной модуляции выполнено с отдельным для каждого канала выравнивателя модуля

торбм, один из входов которого подключен к выходу полосового фильтра, а выход - к входу усилителя с регулируемым коэффициентом усилений; а источник Тармонических сигнйлов выполнен с соответствующим числом

подключенных к вторым входам модуляторов генераторов гармонических сигналов, частоты которых лежат в полосе частот воспроизводимых вибраций, при этом центральная частота анализирующего фильтра каждого канала

равна частоте гармонического сигнала генератора соответствующего канала выравнивателя, а щирина его полосы пропускания меньше ширины полосы между соседними границами боковых полос спектра модулированного сигнала.

2. Установка по п. 1, отличающ .ая с я тем, что она снабжена многоканальным программатором, вьгходы которого подключены к вторым входам элементов сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Каталог Брюль и Къер. Технические данные, май, 1972, раздел Генератор синусоидального сигнала и случайного шума. Модель 1024.

2. Экспериментальная техника и методы вибрационных испытаний конструкций летательных а;ппаратов. Обзоры, переводы, рефераты. М., ЦАГИ, 1973, № 431, с. 22-23 (прототип)