Устройство для управления виброиспытаниями

 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности,к устройствам для вибрационных испытаний. Цель изобретения - расширение области применения систем за счет обеспечения испытаний на виброударные воздействия. Устройство содержит последовательно соединенные вибростенд , датчик, согласующий усилитель , операционный усилитель (ОУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), спецвычислитель быстрого преобразования Фурье (БПФ), компаратор, спецвычислитель обратного БПФ, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП|, перемножающий 11ДП, усилитель мощности и вибростенд. Кроме того, перемножающий ЦДП включен в цепь обратной связи ОУ, цифровые входы ИДИ объединены и подключены к информационным шинам постоянного запоминающего устройства (ПЗУ, адресные шины которого соединены с выходом счетчика адреса, вход которого через программируемый делитель частоты и элемент И соединен с выходом генератора тактовых импульсов (ГТИ), а с (О выход переноса счетчика адреса соединен с R-входом RS-триггера, выход (Л которого подключен к второму входу элемента И, а S-вход RS-триггера через второй программируемый делитель частоты соединен с выходом ГТИ, Устройство генерирует случайный широкополосный вибропроцесс ослабленного уровня на минус 30 дБ, автомат; to тически корректирует неравномерность О5 амплитудно-частотной характеристики, а затем значительно увеличивает урооо вень вибрации во времени по закону, определяемому цифровой информацией, занесенной в ПЗУ. При этом длительность виброударного импульса и частота повторения импульсов задается программируемыми делителями частоты. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„.Я0„„12 3 7 . А1 (50 4 С 05 D 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ образования Фурье (БПФ), компаратор, спецвычислитель обратного БПФ, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), перемножающий ЦАП, усилитель мощности и вибростенд. Кроме того, перемножающий ЦАП включен в цепь обратной связи ОУ, цифровые входы ЦАП объединены и подключены к информационным шинам постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), адресные шины которого соединены с выходом счетчика адреса, вход которого через программируемый делитель частоты и элемент И соединен с выходом генератора тактовых импульсов (ГТИ), а выход переноса счетчика адреса соеди- ® нен с R-входом Rs-триггера, выход которого подключен к второму входу элемента И, а S-вход RS-триггера через второй программируемый делитель частоты соединен с выходом ГТИ.

Устройство генерирует случайный широкополосный вибропроцесс ослабленного уровня на минус 30 дБ, автома-,. тически корректирует неравномерность ©, амплитудно-частотной характеристики, а затем значительно увеличивает уровень вибрации во времени по закону, определяемому цифровой информацией, 3 занесенной в ПЗУ. При этом длитель- 3 ность виброударного импульса и частота повторения импульсов задается программируемыми делителями частоты.

2 ил. 3 (21) 3890634/24-24 (22) 29.04.85 (46) 30.10.86. Бюл. ¹ 40 (72) В.Ф.Черепов, Б.А.Максимов и В.В.Сумароков (53) 62.50(088.8) (56) Введение в цифровую фильтрацию, Под ред. Р,Богнера и др. M., 1976, с. 99-107.

"Зарубежная радиоэлектроника", N- 9, 1975, с. 73-86, рис, 7,8.

Черепов В.Ф. и др. Опыт разработки аппаратуры для автоматизации испытаний на механические воздействия, Л., 1982, Авторское свидетельство СССР 813265, кл. G OI R 19/00, 1979.

Патент CIIIA ¹ 3710082 кл. 235-151, опублик, 1973. (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВИБРОИСПЫТАНИЯМИ (57) Изобретение относится к испытательной технике, в частности,к устройствам для вибрационных испытаний.

Цель изобретения — расширение области применения систем за счет обеспечения испытаний на виброударные воздействия. Устройство содержит последовательно соединенные вибростенд, датчик, согласующий усилитель, операционный усилитель (ОУ, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), спецвычислитель быстрого преОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1267377

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к цифровым системам управления виброиспытаниями, генерирующим особый класс нестационарных вибрационных процессов, который принято называть внброударом, характеризующийся значительной интенсивностью колебаний по сравнению с остальным вибрационным фоном для данного участка измерений и небольшой длительностью.

Цель изобретения — расширение области применения устройства за счет создания нестационирных вибраций типа виброудар.

На фиг ° 1 показана функциональная схема устройства для управления виброиспытаниями, на фиг. 2 — дулаграмма его работы.

Устройство состоит из вибростенда 1 с установленным на нем датчиком 2, согласующего усилителя 3 операционного усилителя 4, первого перемножающего цифроаналогового преобразователя 5, аналого-цифрового преобразователя Ь, спецвычислителя

7 быстрого преобразования Фурье, компаратора 8, спецвычислителя 9 обратного быстрого преобразования Фурье, цифроаналогового преобразователя 10, второго перемножающего цифроаналогового преобразователя 11, усилителя 12 мощности, генератора 13 тактовых импульсов, элемента И 14, первого 15 и второго 16 программируемых делителей, счетчика адреса 17, RS-триггера 18, постоянного запоми-нающего устройства 19 и резистора 20.

В процессе работы аналоговый электрический сигнал с датчика с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуется в цифровой код и поступает на вход 3ВМ общего назначения, которая производит передачу цифровой информации, по которому в спецвычислителе быстрого вычисления

Фурье вычисляется спектр по известному алгоритму

«.Ф Ф4 . к„, -- — K x(1 ) ° о,1, ° . „, ы-1

N p (1 )

#=exp(2«jN), где Х(Е) " отсчеты периодической функции в k-e моменты времени; (n) - спектр периодической функции.

Спектральная плотность ускорения или энергетический спектр. вычисляется по формуле

P (n) =X(n)X (п) =(Х„,) . (2)

Вычисленные значения спектральной плотности ускорения сравниваются с заданным опорным спектром, и управление спектральной плоскостью уско10 рения осуществляется по следующему алгоритму

r Ä(n) - „, (и) - "-, (3) к-Г где R(n) — опорное значение СПУ на заданной спектральной линии;

P„ (n) — действительное значение

СПУ, полученное в резуль20 тате 1с-1 вычисления СПУ;

I (п) — результирующий коэффициент управления, полученный на операции вычисле ния.

Значения управляющих коэффициентов передаются в спецвычислителе обратного быстрого преобразования Фу- . рье, где вычисляется новая временная реализация по алгоритму

30 н-

Х(1 ) = QX(n)V"", (4)

«=о

Устройство работает следующим образом.

35 .

При включении устройства счетчик адреса 17 обнуляется, на выходе RSтриггера !8 устанавливается логическая единица. На выходе запоминающего устройства 19 при обнуленном счетчике адреса записан минимальный код, обеспечивающий ослабление сигнала на выходе перемножающего цифроаналогового преобразователя 11 на

30-40 дБ по сравнению с максимальным значением виброударного процесса. При этом напряжение на выходе перемножающего цифроаналогового преобразователя 11 определяется:

11в М1 где U — напряжение на аналоговом

Вх входе; — масштаб выходного сигнала, определяемый кодом D, поступающим с запоминающего устройства 19, ОсМ 0,999.

Напряжение же на выходе операционного усилителя 4 будет

Uâ,, „2

SHg

1267377

10 т.е, операционный усилитель имеет

Ъ усиление в 30-40 дБ.

Таким образом, сгенерированный цифровой широкополосный процесс в спецвычислителе 9 преобразуется в аналоговый сигнал цифроаналогового преобразователя 10 и поступает на аналоговый вход перемножающего цифроаналогового преобразователя 11. Ослабленный на 30-40 дБ сигнал, как указывалось выше, поступает через усилитель мощности 12 на катушку воз- 15 . буждения электродинамического вибростенда 1. На вибростенде 1 возбуждаются механические случайные колебания. Механические колебания стенда

1 преобразуются датчиком 2 в электрический сигнал и через согласующий усилитель 3 и резистор 20 он поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 4 в цепь обратной связи которого включен перемножающии

25 цифроаналоговый преобразователь 5.

Как отмечалось выше, в начальный момент усиление усилителя 4 велико и . составляет 30-40 дБ. Сигнал с усилителя 4 поступает на аналого-цифровой преобразователь 6, преобразуется в цифровой вид и поступает на спецвычислитель 7 быстрого преобразования

Фурье БПФ, где происходит анализ вычисление спектральной плотности 35 ускорения по алгоритму ()) и (2), Вычисленные значения спектральной плотности ускорения по каждой спектральной линии поступают в компаратор 8, где вырабатываются управляю- 40 щие коэффициенты в соответствии с алгоритмом 3. Значения управляющих коэффициентов поступают на спецвычислитель 9, с выхода которого генерируется по алгоритму (2) и (3) скорректированная по результатам анализа временная последовательность.

Эта цифровая последовательность поступает в преобразователь 10, где и преобразуется в аналоговый сигнал, поступающий на возбуждение вибростенда. Таким образом, за счет обратной связи на вибростенде формиру-. ется широкополосный случайный сигнал с заданным спектральным составом очень низкого уровня, ослабленный на

30-40 дБ по сравнению с максимальным значением виброудара.

Так как на выходе RS-триггера 18 в исходном состоянии находится логическая единица, то тактовые импульсы с генератора 13 через элемент

И 14 и программируемый делитель 15 поступают на счетчик адреса 17. Возрастающая кодовая последовательность со счетчика 17 поступает на адресные шины запоминающего устройства 19, где записана в цифровом виде желаемая форма виброударного процесса, например трапеция или треугольник.

Считываемые коды запоминающего устройства 19 поступают на цифровые входы перемножающих цифроаналоговых преобразователей 11 и 5. При этом напряжение на выходе перемножающего цифроаналогового преобразователя

11 возрастает, а усиление операционного усилителя 4, и цепь обратной связи которого включен перемножающий цифроаналоговый преобразователь

5, падает обратно пропорционально коду D, Таким образом, на стенде генерируется виброударный процесс сформой, записанной в запоминающем устройстве

19, Так как произведение коэффициентов передачи перемножающего цифроаналогового преобразователя 11 и операционного усилителя 4, в цепи обратной связи которого включен перемножающий цифроаналоговый преобразователь 5, остается неизменным в процессе формирования виброударного процесса, то замкнутая система, включающая в себя блоки 6-8, осуществляющие анализ и сравнение спектрального наполнения виброудара, работают при одном и том же уровне сигнала. Таким образом, несмотря на то, что на стенде генерируется нестационарный (виброударный) процесс, устройство работает при неизменном уровне сигнала и поддерживает заданный спектральный состав виброудара.

Как только счетчик адреса 17 переполнится, импульс переноса установит выход триггера 18 в нуль, и элемент И 14 перестанет пропускать счетные импульсы на счетчик адреса

17. Элемент И 14 вновь откроется по истечении времени, определяемого программируемым делителем 16, который устанавливает (задает) частоту виброударов. Программируемый делитель частоты.15 задает длительность виброударного процесса.

5 1

Таким образом, устройство управ.ения виброиспытаниями наряду с генерированием широкополосного случайного вибропроцесса позволяет производить и испытания на виброударные нагрузки с заданной спектральной плотностью ускорения.

Формула и э обретения

Устройство для управления виброиспытаниями, содержащее последовательно соединенные усилитель мощности, вибростенд, датчик, согласующий усилитель, а также последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, спецвычислитель быстрого преобразования Фурье, компаратор, второй вход которого соецинен с выходом эадатчика сигналов опорного спектра, второй спецвычислитель обратного быстрого преобра" зованйя Фурье и цифроаналоговый преобразователь, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения области применения устройства эа счет обеспечения испытаний на виброудар, оно содержит операционный усилитель, два перемножающих цифроаналоговых преобразователя, постоянное запоминающее устройство, счетчик ад267377 Ь

Реса, два программируемых делителя частоты, генератор тактовых импульсов, КЯ-триггер и элемент И, при этом первый перемножающий цифроаналоговый преобразователь включен в цепь обратной связи операционного усилителя, который входом подключен через резистор к выходу согласующего усилителя, а выходом — к входу

10 аналого-цифрового преобразователя, второй перемножающий цифроаналого— вый преобразователь включен между цифроаналоговым преобразователем и усилителем мощности, цифровые вхо15 ды перемножающих цифроаналоговых преобразователей объединены и подсоединены к информационным шинам постоянного запоминающего устройства, а адресные шины постоянного за20 поминающего устройства соединены с выходом счетчика адреса, вход которого через первый программируемый делитель частоты и элемент И подсоединен к выходу генератора такто25 вых импульсов, а выход переноса счетчика адреса соединен с R-входом RSтриггера, выход которого подключен к второму входу элемента И, а 8-вход

RS-триггера через второй программи30 руемый делитель частоты подсоединен к выходу генератора тактовых импульсов.

1267377

4 Щ4Рll

I Ъи 7У

I !

Составитель Л.Птенцова

Редактор В.Ковтун Техред А.Кравчук

Корректор.И.Муска

Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5773/45

Производственно-полиграфическое предприятие, r Ужгород, ул. Проектная, 4