Автоматическое устройство для регистрации частотных характеристик

 

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11)1002849 (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 03.11.80 (21) 3000489/18 28 .с лрнсоеднненнем заявк» № (5l)M. Кл. 01 Н 1/08

С 01 H 13/00

Гвсуаарственн»11 квттнтет (23) П рнорнтет (5З) УДК620.178.

53 (088.8) Опублнковано07.03.83. Бюллетень № 9

Дата опубликован»я оп»сан»я 07.03.83 ав аеяам нзейретеннй н етхрытмй у

И. А. Кашманов, С. С. Кораблев, А. И. Роман те н

Л

4

Ивановский энергетический институт им. В, Леттйтта;- " . / „-" л

j (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ

ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Изобретение относится к средствам автоматизации исследования частотных характеристик и может быть использовано в самолетостроении, приборостроении и других отраслях промышленности нри испытаниях на моногармоническую вибрацию, например, прецизионных механических систем с применением IlBN.

Известна автоматизированная системы обработки реализаций вибрацнонных процессов, содержащая блоки воспроизведения, анализа и контроля, аналого-цифровой преобразователь, блок управления перфоратором и перфоратор W i g .

Система позволяет регистрировать частотную характеристику объекта исследования, однако при наличии активных помех, обусловленных работой объекта, оиа в значительной степени искажается спектром.вибрации самого объекта.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является автоматическое устройство для регистрации часЬ тотных характеристик, содержащее гене2 ратор возбуждения с преобразователем аналог-частота, подключенный к его вьтходу усилитель мощности, вибровозбуди тель,размещаемый на объекте контроля вибропреобразователь, синхронный фильтр, к управляющему входу которого выходом подключен умножитель, соединенный входом с генератором возбуждения, и блок регистрапии f2) .

Недостатком известного устройства является наличие значительной дополнительной погрешности при регистрации частотной характеристики вследствие искажения ее спектром собственных ко лебаний объекта, например, прецизионной роторной системы, работающей на номинальных оборотах.

Uem.þ изобретения является повыше ние точности регистрации частотных ха рактеристик.

Поставленная цель достигается тем, что автоматическое устройство для регистрации частотных характеристик, содержащее генератор возбуждения с преоб-

849 4 шестого ключа, вторрй вход которого соединен с элементом сравнения блока коррекции, второго аналогового блока памяти, цифрового вольтметра, второй вход которого соединен с выходом пятой линии задержки, соединенного с цифровым вогп тметром через схему управления перфоратора и соединенного с вторыми входами блока управления перфоратором цифрового частотомера, один вход которого соединен с выходом генератора возбуждения, а второй — с инверсным выходом первого триггера.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Автоматическое устройство для р . гистрацин частотных характеристик содержит последовательно соединенные . генератор 1 возбуждения с преобразователем анало частота, усилитель 2 мощности„первый ключ 3, вибровозбудитель

4, объект 5 контроля, вибропреобразователь 6, второй ключ 7, синхронный фильтр 8, третий ключ 9, интегратор 10, четвертый ключ 11, первый аналоговый блок 12 памяти, элемент 13 сравнения, шестой ключ 14, второй аналоговый блок 15 памяти, цифровой вольтметр 16, блок 17 управления перфоратором и перфоратор 18, а также последовательно соединенные генератор 19 одиночного импульса, первый триггер 20, схему

ИЛИ 21, первую линию 22 задержки, второй триггер 23, вторую линию 24 задержки, третий триггер 25, третью линию 26 задержки и четвертую линию

27 задержки, выход которой связан с вторым и третьим триггерами 23 и 25 и интегратором 10.

Кроме того, устройство содержит

„умножитель 28 с переменным коэффициентом умножения и цифровой частотомер

29, входы которых соединены с выходом генератора 1 возбуждения, а выходы» с фильтром 8 и блоком 17 управления перфоратором соответственно, первую 30 и. вторую 31 схемы И, первые входы которых соединены с выходом третьей линии 26 задержки, а вторые - coeTaeTственно с прямым и инверсным выходами первого триггера 20, к инверсному выходу которого подключен цифровой частотомер 29, а к прямому выходу триггера 20 подключен блок 32 задания шага, соединенный выходом с входом генератора 1 возбуждения.

На выходе интегратора 10 установлен пятый ключ 33, соединенный вторым входом с выходом второй схемы И 31.

3 1002 разователем аналог частота, подключен ный к его выходу усилитель мощности, вибровозбудитель, размещаемый на объекте контроля вибропреобразователь, синхронный фильтр, к управляющему входу которого выходом подключен умножитель, соединенный входом с генератором возбуждения, и блок регистрации, снабжено подключенным к выходу усилителя мощности блоком управления, соединенными 10 с его выходами интегратором и блоком коррекции, KoMQBpBTopoM, включенным в цепь управления генератором возбуждения и подключенным к входу послед» него блоком задания шага, выход котэ- 1$ рого соединен с блоком управления.

При этом блок управления выполнен в виде последовательно соединенных генератора одиночного импульса, первого триггера, схемы ИЛИ, первой линии 20 задержки, второго триггера, второй линии задержки, третьего триггера, третьей и четвертой линий задержки и трех ключей, первый из которых включен между усилителем мощности и вибровозбудите- 25 лем и подключен к выходу первого триггера, второй включен между вибропреобразователем и синхронным фильтром и подключен в выходу второго триггера, третий ключ включен между выходом Зп синхронного фильтра и первым входом интегратора и подключен к выходу-третьего триггера, выход третьей линии задержки подключен к второму входу третьего триггера, а выход четвертой линии задержки соединен с входами первого и второго триггеров и вторым входом интегратора.

Блок коррекции выполнен в виде двух схем И, первые входы которых подклю-. чены к выходу третьей линии задержки, а вторые входы подключены соответствен

4 \ но к прямому и инверсному выходам первого триггера, подключенных к выхо

: ду интегратора четвертого и пятого ключей, 45 вход четвертого ключа подключен h выхо . ду первой схемы И, подключенных к выходу четвертого ключа последовательно соединенных первого аналогового блока памяти и элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом пятого ключа, второй вход которого соединен с выходом второй схемы И, а второй вход четвертого ключа подключен к выходу первой схемы И.

При этом блок регистрации выполнен в виде последовательно соединенных, подключенных к выходу второй схемы И блока коррекшш патой линии задержки, 5 10028 а выход ключа соединен с элементом

13 сравнения. Выход первой схемы И 30 соединен с четвертым ключом 11, выход второй схемы И 31 соединен с шестым ключом 14 и пятой линией 34 задержки, связанной с цифровым вольтметром 16, а в управляюшей цепи генератора 1 возбуждения установлен компаратор 35. При этом элементы 2, 7, 9, 19-27 функционально образуют блок 36 управления, 10 элементы 11-13, 30, 31 и 33 функционально образуют блок 37 коррекции, элементы 14-18, 29 и 34 образуют блок 38 регистрации.

Устройство работает следующим образом.

Включают вращение ротора объекта

5 контроля, затем возбуждают моногармонические колебания вибровозбудителя 4 и регистрируют показания вибро- 20 преобразователя 6 на отстоящих друг от друга на равных интервалах дискретных частотах, При этом различают два режима возбуждения - собственные и моногармонические и только собственные. 25

В блоке 37 коррекции вычитается из сигнала отклика объекта 5, полученного на выходе интегратора, сформированного при подаче тестового моногармонического возбуждения, ыг ала отклика объек- зо та 5 беэ подачи внешнего возбуждения.

В первом случае сигнал отклика представ= . ляет собой суперпозицию сигналов отклика на внешнее тестовое возмушение и внутреннее возмущение, обусловленное вращением ротора объекта, 5, во втором случае сигнал отклика объекта только на внутреннее возмушение объекта 5.

Частота генератора 1 возбуждения изменяется дискретно с равным шагом

Ь war определяемым блоком 32 задания шага, который изменяет на определенную величину напряжения на входе преобразователя аналог-частота генератора 1. Диапазон изменения часгогы запаегся компарагором 35.

Йля исключения погрешности, вызванной наличием спектра собственных колебаний объекта 5 контроля, для каждого дискретного значения частоты прсводятся два измерения: с подачей на объект моногармонического возбуждаюшего колебания и без него. Во втором измерении величина сигнала ойределяется колебаниями ротора объекта на номи55 нальной частоте его возбуждения. При каждом измерении с помощью синхроннс го фильтра 8 выделенные сигналы поступают на интегратор 10, а ра: ностный

4c) 6 сигнал, полученный в элементе 13 срав пения, определяет амплитуду точки скорректированной частотной характеристики объекта. Число точек соответствует числу двойных измерений и определяется шагом дискретизашш и диапазоном изменения частоты.

При включении устройства триггеры

20, 23 и 25 устанавливаются в ис ходное состояние — логический ноль на

1 прямом их выходе. Перестройка частоты генератора 1 возбуждения на величину

Д,„с .происходит при переходе первого триггера 20 в состояние логической единицы на прямом выходе. Этот переход произойдет при подаче первого импульса генератора 19 одиночного импульса, что соответствует нажатию кнопки «Пуск при ручном запуске,цри этом частота генератора 1 возбуждения станет равной f<

20 перебрасывается, частота генератора 1 возбуждения изменяется на дЮ„, и на его выходе будет частота „ замкнется первый ключ 3 и возбуждаюшая сила с частотой Е,<ц будет приложена к объекту 5 контроля.

Через временной интервал, соответствующий наибольшей постоянной времени объекта 5 и создаваемый линией 22 задержки, г.эребрасывается второй трит гер 23, замыкае. ся второй ключ и вибропреобразователь подключается к входу синхронного фильтра 8. Через временной интервал, создаваемый второй линией 24 задержки и равный постоянной времени фильтра 8, перебрасывается третий триггер 25; замыкается третий ключ 9 и выход фильтра 8 подключается к входу ин- тегратора 10, время усреднения которогс задается третьей линией 26 задержки.

Затем срабатывает первая схема И 30 блока 37 коррекции, замыкается четвертый ключ 11 и первый аналоговый блок

12 памяти подключается к выходу интегратора. Одновременно начинается от- счет выдержки времени, создаваемой четвертой линией 27 задержки и равной времени запоминания блока 12, по ис» течении которого обнуляется интегратор

10, первый 20 и втопой 23 триггеры возврашаются в исходное состояние, ключи 3, 7, 9 и 11 размыкаются.

Закончено первое измерение на час-. тоте f „с подачей на объект 5 возбуждаюшей силы, и начинается второй цикл работы без подачи возбуждак1шой силы, 7 1002 при котором фи.ьтр 8 по прежнему синх-

Ронизируется частотой Х ц, Второе измерение отличается от первого тем, что разомкнут первый ключ 3 логичеокая единица присутствует на инверсном . выходе первого триггера 20, и по окончании выдержки времени, определяемой третьей линией 26 задержки, срабатывает вторая схема И 31 блока 37 коррекцйи, замыкается пятый 33 и шестой 14 ключи и выход интегратора 10 подключаевся к второму axogy элемента 13 сравнения. Происходит вычитание из сигнала, полученного при наличии внешнего возбуждения объекта 5, сигнала, полученного без внешнего возбуждения, работающего на номинальной частоте объекта 5. à разность, соответствующая ординате точки скорректированной частотной характеристики на частоте 4 нсх, через замкнутый шестой ключ. 14 поступает на второй аналоговый блок 15 памяти, служащий буферным каскадом блока 38реги страцни. Он предназначен для сокращения времени работы с объектом 5 путем раз-+ деления во времени этапов получения информации и ее обработки. При большом числе выводимых точек характеристики исключение из времени работы с объек- том 5 времени измерения цифрового М вольтметра, времени работы блока 17 управления перфоратором и перфоратора

18 приводит к значительному сокращению общего времени эксперимента.

*: По окончании второго измерения на д частоте f, цо аналогии с первым, ключи размыкаются, триггеры возвращаются в исходное состоян, не, интегратор обнуляется. Частота генератора 1 возбуждения перестраивается на величину Р, и начинается повторение

ear первого и второго измерений для получения следующей точки скорректирова »ной частотной характеристики. При этом через интервал времени, создаваемый пятой линией 34 задержки и равный времени запоминания блока 15, запускается пифровой вольтметр, 16, и на перфораторе 18 фиксируется измеренная ордината, соответствующая частоте". 1, т.е. фиксация предыдущего результата идет уже после перестройки генератора 1 возбуждения на следующую дискретную частоту.

Сканирование частоты возбуждения прекращается в момент превышения нычряжением аналогового блока генератора l возбуждения заданного постояннсь

849 8 го напряжения компаратора 35, которым определяется конечная частота рабочего диапазона, После окончания измерений на перфоленте будет нанесен массив цифр, соот ветствуюший амплитудам скорректированной характеристики объекта 5. ° Ñ целью экономии памяти 11ВМ на перфоленту не набиваются частоты, соответствующие значениям амплитуд в каждой точке характеристики, они вычисляются по формуле

4 = нс ч + д шо г де число шагов по частоте - определяется поряд-! ковым номером i -ой амплитуды.

Путем включения в программу I1BN небольшой подпрограммы, реализующей указанное вычисление, . массив вводимых данных уменьшается вдвое. Если учесть большое количество вводимых точек, экономия памяти значительна.

Использование устройства дает возможность повысить точность регистрации частотной характеристики путем учета спектра собственной вибрации объекта контроля. формула изобр ет ения

1. Автоматическое устройство для регистрации частотных характеристик, содержащее генератор возбуждения с преобразователем аналог-частота, подключенный к его выходу усилитель мощности, вибровозбудитель, размещаемый на объекте контроля вибропреобразователь, синхронный фильтр, к управляюшему входу которого выходом подключен умножитель, соединенный входом с генератором возбуждения, и блок регистрации, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с. целью повышения точности регистрапии, оно снабжено подкнюченным к выходу усилителя мощности блоком управлении, соединенными с его выходами интегратором и блоком коррекции, компаратором, включенным в цепь управления генератором возбуждения и подключенным к входу последнего блоком задания шага, выход которого соединен с блоком, управления.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что блок управления выполнен в виде последовательно соединенных генератора одиночного импульса, первого триггера, схемы ИЛИ, первой линии задержки, второго триггера, второй линии задержки, третьего триггера, третьей и четвертой линий задержки и трех ключей, перв,ый из которых включен между уситпм9 1002 телем мощности и вибровозбудителем и подключен к выходу первого триггера, второй включен между вибропреобразователем и синхронным фильтром и подключен к выходу второго триггера, третий S ключ включен между выходом синхронного фильтра и первым входом интегратора и подключен к выходу третьего триггера, выход третьей линии задержки подключен к второму входу третьего триггера, авыход четвертой линий задержки coegrrrнен с входами первого и второго триггеров и вторым входом интегратора.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок коррекции 1 выполнен в виде двух схем И, первые входы которых подключены к выходу . третьей линии задержки, а вторые входы подключены соответственно к прямому и инверсному выходам первого триггера, подключенных к выходу интегратора чет.,вертого и пятого ключей, вход четвертого ключа подключен к выходу первой схемы И, подключенных к выходу четвертого ключа последовательно соединенных первого ана-

А логового блока памяти и элемента сравнения, второй вход которого соединен с вы-. ходом пятого ключа, второй вход котор<м го соединен с выходом второй схемы И, а второй вход четвертого ключа подклю- ЗО чен к выходу первой схемы И..

849 10

4. Устройство по пп. 1 - 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок регистрации выполнен в виде последовательно соединенных, подключенных к выходу второй схемы И блока коррекции пятой линии задержки, шестого ключа, второй вход которого соединен с элементом сравнения блока коррекции, второго аналогового блока памяти, цифрового вольтметра, второй вход которого соединен с выходом пятой линии задержки, соединенного с циф, ровым вольтметром через схему управле ния перфоратора и соединенного с вторыми входами блока управления перфоратором цифрового частотомера, один вход которсьго соединен с выходом генератора возбуж дения, а второй - с инверсным выходом первого триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Письменов В. А., Семиврагова Т. Л.

:и Сундуков Е, В. Автоматизированная система обработки реализации вибрационных процессов. Сб. Виброметрия . М., МДНТП, 1979, с. 142-144.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 600399ý кл. Ci 01 Н 1/08, 1 978 (прототип) .

1002849

Составитель Н. Долгова

Редактор А. Шандор Техред О.Неие Корректор М. Шароши

Заказ 1533/21 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4