Устройство для определения частоты и добротности резонансных характеристик Советский патент 1982 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к испытательной технике и может применяться для измерения добротности и частоты резонанса различных объектов, в частности механических конструкций и их узлов.

Известно устройство для автоматической настройки полосового фильтра, содержащее последовательно соединенные полосовой фильтр, смеситель, генератор, регулируемый усилитель, детекторы, частотный дис криминатор, переключатель, интеграторы, блок задания nporpciMM 1 ,

Недостатком такого устройства является низкая точность настройки при поступлении на вход амплитудно модулированного сигнала, а также неустойчивая работа и как следствие возможный срыв слежения из-за воз-. никновения биений между частотой исследуемого сигнала и частотой помехи.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для определения, частотных характеристик объектов, содержащее источник опорного напряжения,последовательно соединенные первый ключ, первый интегратор, первый генератор.

первый фильтр, первый компаратор, первый триггер, первый и второй элемент И, последовательно соединенные второй ключ,второй интегратор, ;инвертор, второй генератор, второй фильтр, второй компаратор, второй триггер, последовательно соединенные сумматор, третий компаратор, третий элемент И, третий ключ и тре10тий интегратор, выходы первого и второго интеграторов подключены соответственно к первому и к второму входам су;мматора, а вторые входы соединены с вторыми входами первого

15 и второго триггеров, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго ключей, выход и второй вход третьего компаратора соединены соответственно с

20 вторым входом второго элемента И i и с выходом источника опорного напряжения, выход второго триггера подключен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен

25 с вторым входом третьего элемента И 2 ..

Недостатком этого устройства яв ляется невозможность измерения добротности резонансного пика, то есть ограниченные функциональные возможности. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства в плане измерения добротности. Для достижения поставленной цели устройство содержит пусковой блок, делитель напряжения, источник запирающего напряжения, три переключате ля , первый из- которых включен между первым выходом пускового блока и вы ходом второго элемента И, второй пе реключатель - между вторьм выходом пускового блока и вторым входом третьего интегратора, подключенного выходом к. входу делителя напряжения третий переключатель - между источником запирающего напряжения и выходом третьего элемента И, первый выход пускового .блока соединен со вторьм входом первого интегратора, а вцход делителя напряжения подключен к вторым входам первого. и второ го компараторов. На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг,2 - диагра ма зависимости тока от напряжения. Устройство содержит перв ай ключ 1, первый интегратор 2, первый генератор 3, первый фильтр 4, первый компаратор 5, делитель 6 напряжения третий интегратор 7; второй компара тор 8, второй фильтр, 9, второй генератор 10, инвертор 11, второй интегратор 12, первый триггер 13, вто рой триггер 14, второй ключ 15, первый элемент И 16, третий элемент И 17, третий ключ 18, второй элемент И 19, пусковой блок 20, третий компаратор 21, источник 22 опорного напряжения, сумматор 23, источник 24Запирающего напряжения, первый переключатель 25, второй переключатель 26, третий переключатель 27. Устройство работает в двух режимах. 1. Режим и-змерения частоты резонанса. При измерении частоты резонанса коэффициент передачи делителя 6 напряжения равен единице, контакты первого и второго переключателей замкнуты, а третьего переключателя разомкнуты. На входы обоих фильтров поступае сигнал с исследуемого объекта, кото рый обладает собственными шумами ил может быть возбужден от постороннег генератора шума. С выходов пускового блока 20 подается импульс сброса, поступающий на вторые входы первого 2, второго 12 и третьего 7 интеграторов, первого 13 и второго 14 триггеров. На первые входы, первого 2 и второго12 интеграторов через ключи 1 и 15 подается постоянное стабилизированное напряжение и, величина которого определяет скорость интегрирования обоих интеграторов. ОдновременнЬ на вход третьего интегратора 7 подается постоянное стабилизированное напряжение, величина которого определяет скорость интегрирования последнего. Скорость интегрирования первых двух интеграторов 2 и 12 должна быть как можно больше скорости интегрирования третьего интегратора 7, так как это условие в значительной мере влияет на точность измерения частотных характеристик. Линейно нарастающее напряжение с интегратора 2 и через инвертор 11 с интегратора 12 поступает на входы преобразователя напряжения в частот5 генераторов 3 и 10 соответственно, что заставляет их изменять свою частоту навстречу друг другу, т,е, частота генератора 3 увеличивается, генератора 10 уменьшается, причем частоты обоих генераторов должны линейно зависеть от управляющих напряжений, что в значительной мере влияет на точность измерения частот Конечная частота первого генератора 3 должна быть равна или близка начальной чгьстоте второго генератора 10 и наоборот. Только в этом случае выбранный диапазон частот будет наиболее широким. Выходы гёйераторов 3 и 10 управляют фильтрами 4 и 9, заставляя их перестраиваться по частоте. Отфильтрованные исследуемые сигналы с выходов фильтров 4 и 9 сравниваются компараторами 5 и 8 с медленно нарастающим напряжением с третьего интегратора 7, поступающего на вторие входы компараторов 5 и 8 с делителя б напряжения, коэффициент передачи которого установлен равным единице. Как только на выходе одного из Фильтров появится напряжение, превышающее линейно нарастающее напряжение, с выхода делителя б напряжения, которое в-данном режиме будет равно напряжению с выхода третьего интегратора 7, один из двух компараторов 5 или 8 выдает импульс на триггеры 13 или 14, один из них, оставаясь в переключенномсостоянии, своим импульсом с помощью ключей 15 или 1 остановит интеграторы 12 или 2 соответственно. Как только сработают оба триггера 13 и 14, т.е, фильтры подойдут к резонансному пику с двух сторон, то первый элемент И 16 ввщаст импульс на соединённые вместе первые входы второго 19 и третьего 17 элементов И.Если в этот момент аа соединенных вместе .вторых входах второго 19 и третьего 17 элементов И будет отсутствовать импульс с третьего компаратора 21, о с выхода второго элемента И 19

поступит короткий импульс на сброс , триггеров 13 и 14 и сброс первого 2 и второго 12 интеграторов в исходное состояние, а ключи 1 и 15 вновь подключат постоянное напряжение к входам первого 2 и второго 1.2 интеграторов, что заставит фильтры 4 и 9 снова перестраиваться по часхоте.

Следует отметить, что индикации на табло частотоНера, измеряющего разность частот, происходить не будет, поскольку промежуток времени между импульсами, поступающими на его вход запуска с выхода второго элемента И 18, значительно меньше времени измерения частотомера.

В то же время напряжение с выхода третьего интегратора 7 продолжает без остановки нарастать и по мере его нарастания, фильтры 4 и 9 с каждым шагом все ближе подходят к вершине резонансного пика. Напряжение с выходов первого 2 ивторого 12 интеграторов постоянно суммируются сумматором 23, выход которого подключен к первому входу третьего компаратора 21 и в момент достижения вершины резонансного пика сумма напряжений и UviHTi с выходов интеграторов 2 и 12, обозначенная и (фиг.2), окажется равной постоянному напряжению Ер источника 22, подключенного к второму входу третьего компаратора, которое должно быть регулируемым и стабилизированным, поскольку влияет на точность измерения. В момент, когда напряжение с выхода сумматора 23 Превысит напряжение величину, достаточную для срабатывания :сретьего компаратора 21, которая определяется .чувствительностью последнего, он выдаст импульс на второй вход второго элемента И 19, запрещающего сброс триггеров 13 и 14, интеграторов 2 и 12 и на вход запуска частотомера, фиксирующего частоту резонанса.

При необходимости вид частотной . характеристики объекта можно наблюдать, например, с помощью запомин ющего осциллографа, снабженного коммутатором, или двухлучевого осциллографа, подключив его усилители по X.J и Х, Y и выходам интегратора 3, инвертора 11, выходам фильтров 4 и 9 соответственно. Амплитуду резонанса можно измерять, подключив вольтметр к выходу третьего интегратора 7.

2. Режим измерения разности частот и определения добротности.

При измерении добротности, например механической конструкции/ последняя определяется по формуле

.

Qд1з.-5г,

где (Ыд - частота собственного резонанса конструкции; Q,j,nQ., частоты на уровне 0,5 резонансной кривЬй, Таким образом, для измерения 5 добротности с помощью предлагаемого устройства коэффициент передачи делителя 22 напряжения равен 0,5, контакты первого и второго переключателей разомкнуты, а третьего переключателя -замкнуты.

На вторые входы интеграторов 2 и 11, триггеров 13 и 14 подается импульс сброса, с выходов пускового блока 20, причем на второй вход

5 третьего интегратора 7 этот, импульс не попадает из-за разомкнутых контакт.ов второго переключателя . Ин- теграторы 2 и 12 станут в исходное состояние, триггеры 13 и 14 с помощьк

Q ключей 1 и 15 подключат постоянное напряжение к первым входам интеграторов 2 и 12, напряжение на .их выходах начнет линейно нарастать, генераторы 3 и 10 будут сканировать

e ПО частоте, фильтры 4 и 9 пересзграиваться и в момент, когда напряжение на выходах фильтров 4 и 9, подключенных к первым входам первого 5 и второго 8 компараторов, достигает величины, равной напряжению на вы ходе делителя 6, компараторы 5 и 8 перебросят триггеры 12 и 13, которые с помощью ключей 1 и 15 установят интеграторы в режим запоминания. Одновременно с выходов триггеров 13

5 и 14 импульсы поступят на первый и второй входы первого 16 элемента И, который, в свою очередь, подает импульс на первые входы третьего 17 и второго 19 элементов И. Поскольку

0 с выхода третьего компаратора 21 на вторые входы третьего 17 и второго 19 элементов И и вход запуска частотомера, измеряющего частоту резонанса, импульс не поступил

5 ввиду того,, что

JL«HTi+ UuKr и ЕО,

то частотомер не запустится, второй элемент И 19 выдаст импульс на .запуск частотомера, измеряющего разQ ность частот и последний зафиксирует её, причем сброса интеграторов 2 и 12, триггеров 13 и 14 не произойдёт, поскольку первый переключатель разомкнут. Сигнал на выходе третье. го элемента И 17 на работу третьего ключа 18 не повлияет,- поскольку ко входу последнего подключено запирающее напряжение и/ с помощью замкнутых контактов третьего переключателя, а потому третий интегратор

7 останется в состоянии запоминания.

Далее на основании измеренных частоты резонанса и разности частот 0.-5., кото.рые могут быть зафиксированы цифропечатающим устрой5 CTBCW, подключении к частотомерам

через транскриптрр с п о1цью вычислительного устройства или вручную, определяется добротность по Формуле (1).

Применение в устройстве двух узкополосных перестраивающихся навстречу друг другу фильтров, полоса которых не зависит от выбранного рабочего диапазона частот и может быть порядка долей герца, а также логической системы опознавания основного резонанса, исключает ложное срабатывание устройства от помех Sa границей резонансной зоны и позволяет оперативно, в автоматическом режиме и в совокупности с цифропечатающим устройством с высокой производительностью измерять добротность и чистоту доминирующего резонанса объекта,

Формула изобретения

Устройство для определения частоты и добротности резонансных характеристик, содержащее источник опорного напряжения, последовательнс соединенные первый ключ,, первый интегратор, первый генератор, первый фильтр, первый компаратор, первый триггер, первый и второй элементы .И, последовательно соединенные второй ключ, второй интегратор, инвертор,, второй генератор, второй фильтр, второй компаратор, второй триггер, последовательно соединенные сумматор, третий компаратор, третий элемент И, третий ключ и третий интегратор, выходы первого и второго интеграторов подключены соответственно к первому и к второму входам сумматора, а вторые входы соединены с вторыми входами первого и второго триггеров, выходы которых подключены к первым входам

соответственно первого и второго ключей, выход и второй вход третьего компаратора соединены соответственно с вторым входом второго элемента И и с выходом источника опорного напряжения, выход второго триггера подключен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, отличающееся тем, что,

5 с целью расширения Функциональных: возможностей, устройство содержит пусковой блок, делитель напряжения источник :запирающего напряжения, три переключателя, первый из которых

. включен между первым выходом пускового блока и выходом второго элемента И, второй переключатель - между вторым выходом пускового блока и вторым входом третьего интегратора, подключенного выходом к входу делите

- ля напряжения, третий переключатель - между источником запирающего напряжения и выходом третьего элемента И, первый выход пускового блока соединен с вторым входом первого

0 интегратора, а выход делителя напряжения подключен Квторым входам первого и второго компараторов.

Источники информации, и принятые во внимание при экспертизе

5 1. Авторское свидетельство СССР 610063, кл. G 05 В 11/01, 1978.

2, Авторское свидетельство СССР по заявке 2842729/18-24, кл. G 05 В 11/01, 1978.