Устройство для контроля параметров ударов

 

Изобретение относится к технике испытаний на удар. Целью изобретения является повышение точности контроля параметров ударов путем измерения параметров исходных импульсов ударов и учета их при определении ударного спектра, а также за счет , что анализирующий тракт выполнен в цифровой форме, в котором цифровой резонансный контур является колебательным звеном. После установки на платформу объекта 2 испытаний по входу «Пуск блока II управления поступает сигнал , приводящий в действие ударную установку и включающий синхронизатор 12, который в свою очередь запускает генератор 13 тактовых импульсов. На выходе ударной установки I образуется ударный импульс , который воздействует на объект 2 испытаний и одновременно поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5 и далее на входы цифровых анализирующих трактов 6-1,6-N, а также на входы цифрового пикового детектора 7 и блока 9 измерения длительности импульса удара. Сигналы с выходов цифровых анализирующих трактов 6-1,6- поступают на входы соответствующих двухпараметрических элементов 10-I, 10-N индикации. Совокупность данных на этих элементах представляет собой ударный спектр импульса возмущения объекта 2 испытаний. 2 з.п. ф-лы, З ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 G 01 М 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4144515/24-28 (22) 10.11.86 (46) 15.06.88. Бюл. № 22 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (72) Ю. В. Иванов, В. П. Трофимов, Е. Г. Ревков, А. И. Красин и В. M. Арефьев (53) 620.178.5 (088.8) (56) Белгарян В. Х. Механические испытания приборов и алгоритмов. М.: Машиностроение, 1980, с. 145 — 147.

Патент США № 3555890, кл. G 01 М 17/00, 1971. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ УДАРОВ (57) Изобретение относится к технике испытаний на удар. Целью изобретения является повышение точности контроля параметров ударов путем измерения параметров исходных импульсов ударов и учета их при определении ударного спектра, а также за счет ого, что анализирующий тракт выполнен в цифровой форме, в котором

ÄÄSUÄÄ 1402822 А ) цифровой резонансный контур является колебательным звеном. После установки на платформу объекта 2 испытаний по входу

<; Пуск» блока !1 управления поступает сигнал, приводящий в действие ударную установку и включающий синхронизатор 12, который в свою очередь запускает генератор 13 тактовых импульсов. На выходе ударной установки образуется ударный импульс, который воздействует на объект 2 испытаний и одновременно поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5 и далее на входы цифровых анализирующих трактов 6 — l 6 — Х, а также на входы цифрового пикового детектора 7 и блока 9 измерения длительности импульса удара. Сигналы с выходов цифровых анализирующих трактов 6 — 1,6 — -Х поступают на входы соответствующих двухпараметрнческих элементов 10 — 1, 10 — Х индикации. Совокупность данных на этих элементах представляет собой ударный спектр импульса возмущения объекта 2 испытаний. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1402822

Изобретение относится к технике испытаний на удар и может быть использовано для контроля параметров ударных нагрузок по ударному спектру при испытаниях объектов на удар.

Цель изобретения — повышение точности устройства для контроля параметров ударов — достигается за счет измерения параметров исходных импульсов ударов и учета их при определении ударного спектра, а также тем, что анализирующий тракт выполнен в цифровой форме, в котором цифровой резонансный контур является колебательным звеном, в котором могут произвольно изменяться резонансная частота, а разрешающая способность анализа будет определяться дискретностью выбора частоты с точностью до единицы младшего разряда счетчика, кроме того, коэффициент затухания может изменяться от 6„= 0 до 6„=

= oo (максимальная емкость регистра), причем при 6„= О колебательное звено перейдет в консервативное, а фильтр станет идеал ьным.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для контроля параметров ударов; на фиг. 2 — структурная схема цифрового анализирующего тракта; на фиг. 3— структурная схема цифрового резонансного контура, выполненного в виде колебательного звена, которое переходит в консервативное при коэффициенте затухания 6„„= 0.

Устройство для контроля параметров ударов содержит ударную установку 1, на платформе которой устанавливаются объект 2 испытаний и преобразователь 3 ударных ускорений. Выход преобразователя 3 ударных ускорений подключен к широкополосному согласующему усилителю 4, соединенному с аналого-цифровым преобразователем 5.

Выход аналого-цифрового преобразователя 5 подключен к первым входам цифровых анализирующих трактов 6.1 — 6.N и к входам последовательно соединенных цифрового пикового детектора 7 и запоминающего блока 8, и к входу блока 9 измерения длительности импульса удара.

Кроме того, устройство содержит двухпараметрические элементы 10.1 — 10.N индикации, а также блок 11 управления ударной установкой, синхронизатор 12 и генератор 13 тактовых импульсов.

Каждый цифровой анализирующий тракт (6.1 — 6. N) содержит цифровой резонансный контур 14, выполненный в виде колебательного звена, блок 15 умножения, амплитудный детектор 16, олок 17 памяти и блок 18 деления.

Первым выходом каждого цифрового анализирующего тракта 6.1 — 6.М является выход блока, 15 умножения, а вторым выход блока 18 деления.

Цифровой резонансный контур 14 устройства для контроля параметров ударов содержит первый 19 и второй 20 суммато10

2 ры, первый 21 и второй 22 блоки задержки, регистр 23 уставки резонансной частоты а, контура и регистр 24 уставки коэффициента затухания о„, первый 25 и второй

26 блоки инвертирования, первый 27 и второй 28 блоки потенцирования, блок 29 cos u восемь множительных блоков 30 — 37.

Блок 11 управления ударной установкой представляет собой генератор форм одиночных импульсов с изменяемой оператором длительностью, амплитудой, скважностью и формой импульсов.

Принцип действия устройства для контроля параметров ударов основан на измерении пиковых значений амплитуд откликов колебательных фильтров (при о„= О фильтры становятся консервативными — идеальными без затуханий), вычислении отношений пиковых откликов к пиковому значению амплитуды импульса удара, вычислении произведений длительности импульса удара т„ на значение собственных частот резонаторов к„и отображения этих (ю,7„) произведений, а также отношений

А-. — на двухпараметрических элементах

А ..с„ индикации. Число анализирующих трактов и соответствующих им двухпараметрических резонаторов в устройстве может быть произвольным (N ) 1) и равно числу полос разрешения анализа.

Набор цифровых анализирующих трактов (6.1 — 6.N) устройства представляет собой цифровую модель многомассовой колебательной системы, возбуждаемой ударным воздействием.

Движение каждого осциллятора устройства — цифрового резонансного контура, возбужденного ударом, описывается уравнением переходной характеристики вида

g„(At) = А„ехр (— 6„At) cos (vÄAt), где А„— размерный множитель;

6„— коэффициент затухания;

4р а„ вЂ” собственная круговая частота осциллятора-фильтра;

At — частота дискретизации при цифровом представлении сигнала.

Если о„= О, то колебательная система переходит в консервативную и осцилля45 тор становится идеальным консервативным резонатором без потерь, который описываетсч переходной характеристикой вида

g„(At) = AÄcos (ÄA1) .

Пиковые значения амплитуд откликов каждого из резонаторов, отнесенные к пи50 ковой амплитуде импульса, удара на каждои из собственных частот резонаторов, умноженных на длительность импульса удара, составят ударный спектр.

В устройстве для контроля параметров у ударов предусмотрен выбор и уставка значений собственных резонансных частот ы„ резонаторов фильтров и коэффициентов затухания о„, что обеспечивает выбор и на1402822

3 стройку устройства на желаемый диапазон частот анализа и любую разрешающую способность анализа с точностью до единицы младшего разряда регистров уставок, а также возможность контроля различных изделий по заданному ударному спектру путем уставки расчетных или экспериментальных значений 6„ 0 для соответствующих осцилляторов ж„— цифровых анализирующих трактов.

Устройство для контроля параметров ударов работает следующим образом.

В исходном состоянии устройстсва синхронизатор 12 по входу «Взвод» находится в состоянии готовности, при этом генератор 13 тактовых импульсов, соединенный с выходом синхронизатора 12 выключен.

На третьи и четвертые входы цифровых резонансных контуров 14, являющиеся входами соответственно регистров 23 и 24 уставок резонансной частоты ж„и коэффициента затухания б„, подаются оператором соответствующие уставки, значения которых выражают величины собственных резонансных частот цифровых анализирующих трактов 6.1 — 6.N и коэффициентов затухания в них о„.

Значение уставок на входы регистров могут подаваться несколькими известными способами, например через триггеры, управляемые счетным количеством импульсов от генератора тактов или путем ручного набора с пульта оператора.

После установки на платформу ударной установки 1 объекта 2 испытаний и преобразователя 3 по входу «Пуск» блока 11 управления ударной установкой поступает сигнал, который приводит в действие ударную установку 1 и одновременно включает синхронизатор 12, который в свою очередь, запускает генератор 13 тактовых импульсов. Тактовые импульсы поступают на вторые входы цифровых резонансных контуров 14, являющихся четвертыми входами цифровых анализирующих трактов 6.1—

6.N.

На выходе ударной установки 1 образуется ударный импульс, который воздействует на объект 2 испытаний и одновременно поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5 с выхода преобразователя 3 ударных ускорений через широкополосный согласующий усилитель 4.

Представленный в виде числовой последовательности х..(ïAt), где At — частота дискретизации; и — ранг дискрета на выходе аналого-цифрового преобразователя 5 импульс удара поступает на первые входы цифровых анализирующих трактов 6.1—

6.N, а также на входы цифрового пикового детектора 7 и блока 9 измерения длительности импульса удара.

Цифровыми анализирующими трактами

6.1 — 6.N осуществляется фильтрация сиг5 !

О

4 нала на цифровых резонансных контурах 14 с собственными резонансными частотами фильтров ь,н, о.„и коэффициентами затухания б,н, о,„.

Одновременно с этим в блоке 7 цифро" оro пикового детектора осуществляется определение пикового значения импульса удара.

Цифровой пиковый детектор 7 может быть выполнен, например, в виде двух регистров чисел, один из которых является регистром текущего числа, а другой — регистром хранения пиковой амплитуды, куда вначале заносится число «нуль», и компаратора, подключенного входами к выходам обеих регистров, а выходом — к другому входу регистра хранения.

Выходом цифрового пикового детектора является выход регистра хранения пикового значения амплитуды импульса удара.

Число на выходе пикового детектора 7 запоминается на запоминающем блоке 8, а в блоке 9 измерения длительности импульса удара, выполненным, например, на суммирующем регистре mчисел,,— значения m цифровых отсчетов амплитуд входного сигнала, не равных нулю, образующих величину длительности импульса.

Сигналы, выражающие собой значение этой длительности, подаются на вторые входы цифровых анализирующих трактов

6.1 — 6.N, а величину пикового значения амплитуды — на третьи.

На первом выходе цифровых анализирующих трактов 6.1 — 6.N образуется сигнал, выражающий собой произведение длительности импульса удара на соответствующее значение собственной резонансной частоты в. данного анализирующего тракта, а на втором выходе — отношение величин пикового значения амплитуды сигнала, отфильтрованного на резонансном осцилляторе данного тракта к пиковой амплитуде входного сигнала.

Сигналы с первого и второго выходов цифровых анализирующих трактов 6.!в

6.N поступают на входы соответствующих двухпараметрических элементов 10.! — 10.N индикации, представляющие собой, например, два световых цифровых индикатора с необходимой разрядностью чисел.

Совокупность данных на двухпараметрических элементах индикации представляет собой ударный спектр импульса возмущения объекта 2 испытаний, причем одним параметром являются относительные амплитуды составляющих спектра, а другим — относительные собственные частоты.

Работа устройства прекращается по сигналу «Взвод», который подается на другой вход синхронизатора 12, который прерывает работу генератора 13 тактовых импульсов и всего устройства в целом, переведя его одновременно в состояние готовности.

1402822!

О!

Л а!Х

2 В!Х вЂ” bzZ

Формула изобретения

Цифровые резонансные контуры 14 работают в устройстве следующим образом.

На первый вход цифрового резонансного контура 14, являющийся первым входом первого сумматора 19, подаются с выхода аналого-цифрового преобразователя 5 дискретные отсчеты сигнала импульса удара.

На второй вход контура 14, являющийся вторыми входами первого 30 и четвертого 31 множительных блоков, поступают импульсы тактовой частоты с выхода генератора 13 тактовых импульсов.

На третий и четвертый входы цифрового резонансного контура 14 подаются величины уставок соответственно резонансной частоты w, и коэффициент затухания 6„.

Таким образом, работа цифрового резонансного контура 14 протекает в режиме колебательного звена, а при 6„=- 0 — — в режиме консервативного звена, т.с. на втором выходе контура имеется сигнал

g. (!) ==Л„ехр (— -6oiiAt) cos (!o Л1) или при 6 = — О, gon (L) = Л! 1 cos ((акоп Л1) .

Работа данного осциллятора выражается импульсной переходной характеристикой вида

А (1 — cos (с!т.. д t ) ) — -Z н(к)

2 (1 — 3 cos (и>,„ь t ) ) Z — — Z где а! = cos(coonAt); Ь! = — 2cos(coonAt);

b =1, которая протекает в следующем порядке.

При наличии на первом входе первого сумматора 9 первого цифрового отсчета .сигнала X(nAt) спустя один такт задержки на первом блоке 21 задержки на его вы ходе находится сигнал, который поступает на вторые входы седьмого и восьмого множительных блоков 32 и 33, в результате чего на их выходах появтяются сигналы, выражающие собой произведения текущего значения числового отсчета на коэффициенгы а! и b! соответственно. В результате этого на выходах множительных блоков 32 и 33 будут сигналы, которые поступят на вторые входы первого 19 и второго 20 сумматоровв.

Спустя еще один такт задержки на втором блоке 22 задержки на его выходе образуется сигнал, который поступает на первый вход второго 20 сумматора и на первый вход третьего множительного блока 34.

Сигналы на первом и втором входах второго сумматора 20 слагаются и на втором выходе цифрового резонансного контура 14 образуется первый цифровой отсчет отфильтрованного сигнала контура с собственной резонансной частотойю;, этого контура и затуханием 6„.

6

Сигналы на втором входе восьмого 33 множительного блока образуются в результате умножения значения уставки со„на выходе регистра 23 в четвертом множительном блоке 31 на At преобразования полученного произведения по функции cos в блоке 29 и уменьшения на величину ехр(— 6nAt) в и ятом м нож ител ьном блоке 36.

Сигнал на втором входе третьего множительного блока 34 образуется как инвертируемое произведение числа «2» (бпла(),т.е.

Ь2— а на выходе второго блока 26 инвертирования как

Ь! = — 21 " cos(o)„At).

Таким образом, на первом выходе цифрового резонансного контура 14 будут сигналы резонансной частоты м„, а на втором сигналы, выражающие собой значение входного импульса, отфильтрованного узкополосным осциллятором.

Таким образом, исполнение резонансного контура 14 и анализирующего тракта

6.1 — 6.М в виде цифровых, а также введение аналого-цифрового преобразователя 5 генератора 13 тактовых импульсов, цифрового пикового детектора 7 и запоминающего блока 8, блока 9 измерения длительности импульса и двухпараметрических элементов 10.! — 10.N индикации обеспечивает контроль параметров импульсов ударов с большей точностью по сравнению с прототипом за счет измерения ударного спектра, который в отличие от расчетного учитывает высокочастотные составляющие спектра и отклонение формы удара от стандартной или расчетной.

1. Устройство для контроля параметров ударов, содержащее ударную установку и преобразователь ударных ускорений, соединенный выходом с входом широкополосного согласующего усилителя, анализирующие тракты, число которых равно числу распознаваемых частот, включающие в себя последовательно соединенные активные резонансные контуры, амплитудные детекторы и блоки памяти, блок управления ударной установкой, подключенный выходом к входам ударной установки, и синхронизатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено аналого-цифровым преобразователем, генератором тактовых импульсов, последовательно соединенными цифровым пиковым детектором и запоминающим блоком, блоком измерения длитель,юсти импульса удара и двупараметрическими элементами индикации, число которых равно числу анализирующих трактов, выход широкополосного согласующего усилителя подключен к входу аналого-цифрового пре1402822 образователя, выход которого соединен с первыми входами анализирующих трактов и с входами цифрового пикового детектора и блока измерения длительности импульса удара, первый и второй выходы анализирующих трактов подключены соответственно к первым и вторым входам двухпараметрических элементов индикации, выходы блока измерения длительности импульса удара и запоминающего блока соединены соответственно с вторым и третьим входами анализирующих трактов, выход блока управления ударной установкой подключен к входу синхронизатора, выход которого соединен с входом генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к четвертым входам анализирующих трактов, анализирующие тракты выполнены цифровыми.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цифровые анализирующие тракты дополнительно снабжены блоками умножения и деления, активные резонансные контуры выполнены цифровыми, первый вход цифрового анализирующего тракта является первым входом цифрового резонансного контура, второй вход — первым входом блока умножения, третий вход — первым входом блока деления, а четвертый вход — вторым входом цифрового резонансного контура, второй выход которого соединен с вторым входом блока умножения, выход которого является первым выходом цифрового анализирующего тракта, выход блока памяти подключен к второму входу блока деления, выход которого является вторым выходом цифрового анализирующего тракта.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что цифровой резонансный контур выполнен в виде колебательного звена, состоящего из последовательно соединенных первого сумматора, первого и второго блоков задержки и второго сумматора, последовательно соедин HHbIx регистра уставки коэффициента затухания, первого и второго множительных блоков, первых блоков потенцирования и инвертирования и третьего множительного блока, второй вход которого подкл1очен к выходу второго блока задержки, а выход соединен с вторым входом первого сумматора, первый вход которого является первым входом цифрового резонансного контура, последовательно соединенных

10 регистра уставки резонансной частоты контура со„, четвертого множительного блока, блока cos, пятого и шестого множительных блоков, второго блока инвертирования и седьмого множительного блока, выход которого подключен к третьему входу первого сумматора, а также второго блока потенцирования, вход которого подключен к выходу первого множительного блока, а выход— к второму входу пятого множительного блока и восьмого множительного блока, один из входов которого по."ключен к выходу первого блока задержки, второй вход соединен с выходом пятого множительного блока, а выход подключен к второму входу второго сумматора, выход которого является вторым выходом цифрового резонансного контура, 25 выход первого блока задержки подключен к второму входу седьмого множительного блока, на вторые входы второго и шестого множительных блоков подаются уставки числа «2», вторые входы первого и четвертого множительных блоков соединены между собой и являются вторым входом цифомежду собой и являются вторым входом цифрового резонансного контура, вход и выход регистра уставки резонансной частоты контура ю„являются соответственно третьим входом и первым выходом цифрового резонансного контура, а вход регистра установки коэффициента затухания о„является четвертым входом цифрового резонансного контура.

1402822

Рхл 4

Составитель К. Тавлинов

Реда кто р A. Дол и н ич Текред И. Верес Корректор С. Черни

Заказ 2844/28 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производствсllllf)-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4