Устройство для программных испытаний изделий в автоколебательном режиме

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для контроля качества или определения характеристик изделий по значениям частот их резонансных колебаний Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей путем обеспечения возможности

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1439431 А 1 (19) (И) QD 4 G 01 М 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ еяиюуеиае изделие

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4237029/24-28 (22) 22.04.87 (46) 23.11.88. Бюл. № 43 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) В.П.Большаков (53) 620.178.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

 1364939, кл. G 01 M 7/00, 20.02.87. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНЫХ

ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ В АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНОМ

РЕЖИМЕ (57) Изобретение относится к .испытательной технике и может быть использовано для контроля качества или определения характеристик изделий по значениям частот их резонансных колебаний. Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей путем обеспечения возможности

1439431 работы устройства с вибродатчиками любого типа. Поставленная цель достигается путем обеспечения баланса фаз в автоколебательном контуре, а также компенсированием фазовых искажений, вносимых входным меХаноэлектрическим и выходным электромеханическим преобразователями. Настройка на частоту собственных колебаний испытуемого иэделия происходит за счет автоматического поддержания заданной амплитуды колебаний на выходе первогО интегратора 7, входящего в автоколебательный контур, включающий испытуемое изделие. Электрическим сигналом, поступающим на вход второго преобразователя 2 1 напряжения в разнонаправленные токи, регулируется фазовый !

Изобретение относится к испытательной технике и может быть ис" пользовано для контроля качества или определения характеристик иэде5 лий по значениям частот их резонансных колебаний.

Цель изобретения — расширение экс тчуатационных воэможностей путем обеспечения возможности работы устройства с вибродатчиками любого типа.

Поставленная цель достигается путем обеспечения баланса фаз в авто колебательном контуре в том случае, когда входной механоэлектрический преобразователь измеряет скорость испыгуемого изделия, а также регулированием фазового сдвига между сигналами с выходов первого и третьего интеграторов, что позволяет компенсировать фазовые искажения, вносимые входным механоэлектриыеским и выходным электромеханическим преобразователями.

На фиг.f представлена функциональ- gg ная электрическая схема устройства;; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие процессы настройки на резонансные частоты; на фиг.3 — - временные диаграммы, иллюстрирующие регулировку фазового сдвига; на фиг.4временные диаграммы, иллюстрирующие регулировку амплитуды испытательного сигнала. сдвиг между сигналами с выходов первого 7 и третьего 23 интеграторов.

Так как сигнал треугольной формы преобразуется с помощью функционального преобразователя 14 в синусоидальный сигнал, прикладываемый через блок 13 умножения и выходной электромеханический преобразователь 1 к испытуемому изделию, то регулировка фазового сдвига между сигналами обеспечивает возможность проводить программные испытания изделий с использованием вибродатчиков любого типа и при необходимости компенсировать фазовые искажения, вносимые входным механоэлектрическим 2 и выходным электромеханическим 1 преобразователями. 4 ил.

Устройство для программных испытаний изделий в автоколебательном режиме содержит выходной электромеханический преобразователь 1, входной механоэлектрический преобразователь 2, первый масштабный резистор

3, первый нелинейный блок 4 с релейной характеристикой, первый реверсивный мостовой переключатель 5; у которого одна диагональ подключена к выходу первого преобразователя 6 напряжения в разнонаправленные токи, первый интегратор 7, второй масштабный резистор 8, первый измерительный блок 9, первый блок 10 сравнения, к второму входу которого подключен пер вый выход блока f1 программы, второй интегратор 12, блок 13 умножения, функциональный преобразователь

14 треугольного напряжения в синусоидальное, второй измерительный блок

f5 второй блок 16 сравнения, второй вход которого соединен с шиной источника 17 опорного напряжения, интегрирующий элемент 18 с ограничением, третий блок 19 сравнения, второй реверсивный мостовой переключатель 20, второй преобразователь

21 напряжения в разнонаправленные токи, третий реверсивный мостовой переключатель 22, третий интегратор 23, второй нелинейный блок 24, третий

25 и четвертый 26 масштабные резис1439431 торы, двухпозиционный переключатель

27 и пятый масштабный резистор 28.

Устройство работает следующим образом.

Перед включением устройства к испытуемому изделию подсоединяются преобразователи 1 и 2, в результате чего при сооветственном положении переключателя 27 (фиг.1) иэделие ока- 10 зывается включенным в замкнутый контур, образованный входным механоэлектрическим преобразователем 2, первым масштабным резистором 3, первым нелинейным блоком 4 с релейной характеристикой, первым реверсивным мостовым переключателем 5, первым интегратором 7, двухпоэиционным переключателем 27, функциональным преобразователем 14 треугольного напряжения в синусоидальное, блоком 13 умножения, выходным электромеханическим преобразователем 1. Начальная частота автоколебаний в этом контуре устанавливается напряжением U4 с второго выхода блока 11 программы. В начале работы устройства на выходе интегрирующего элемента 18 с ограничением формируется уровень U<» а на выходе третьего блока 19 сравнения — выход30 ное напряжение U q U4 + П18 Напряжение U преобразуется преобразователем 6 в разнонаправленные токи одинаковой величины + i . При включении устройства нелинейный блок 4 устанавливается в одно из двух устой- З5 чивых состояний, например, характеризуемое положительным выходным потенциалом -U4. Это вызывает поступI ление на вход первого интегратора 7 через первый реверсивный мостовой пе40 реключатель 5 тока -i . При этом напряжение U на выходе интегратора бу7 дет изменяться по линейному закону в отрицательную сторону до момента, когда напряжение U>. на входе первого нелинейного блока 4 изменит знак и станет отрицательным. Тогда произойдет переключение первого нелиней- ного блока 4 в другое устойчивое состояние, характеризуемое отрицательным выходным потенциалом

Следовательно, через первый реверсивный мостовой переключатель 5 будет протекать ток -i к входу первого интегратора 7 и на выходе первого ин- 55 тегратора 7 напряжение начнет изменяться в положительную сторону до очередного переключения первого нелинейного блока 4. Амплитуда треугольных колебаний на выходе первого интегратора 7 определяется величиной порога срабатывания первого нелинейного блока 4, который за счет положительной обратной связи через масштабные резисторы 8 и 28 имеет гистерезисную релейную характеристику с порогами срабатывания Б,». Второй измерительный блок 15 преобразует ,напряжение U в сигнал положительной полярности U,, величина которого равна амплитуде треугольного сигнала.

Поэтому по прошествию периода колебаний сигнал на выходе второго блока сравнения U < = U д — U, оказывается равным нулю (фиг.2а).

За счет связи через резистор 25 автоколебательный контур, состоящий из третьего интегратора 23, второго нелинейного блока 24, третьего реверсивного мостового переключателя 22 оказывается в реллме вынужденных колебаний, частота которых определяется частотой автоколебаний в контуре, содержащем испытуемое изделие. Посредством изменения уровня управляющего напряжения 1У, на входе второго преобразователя 21 напряжения в разнонаправленные токи регулируются величины токов, поступающих через второй реверсивный мостовой переключатель 20 на вход второго нелинейного блока 24. В результате осуществляется регулировка величины перепадов тока » 4 на входе второго нелинейного блока 24 и как следствие — регулировка фазового сдвига между треугольными сигналами на выходах первого и третьего интеграторов (фиг.3).

В частности, возможна установка фазового сдвига, равного по величине n/2. Поэтому испытуемое иэделие будет возбуждаться сигналом синусоидальной формы U<4 который получается из треугольного сигнала с выхода первого 7 или третьего 23 интегратора, Сигнал синусоидальной формы через блок 13 умножения прикладывается к входу выходного, электромеханического преобразователя 1. По мере раскачки иэделия увеличивается амплитуда сигнала с выхода входного механоэлектрического преобразователя 2, Этот сигнал через первый масштабный резистор 3 прикладывается к входу первого нелинейного блока 4. В автоколе39431

5 14 бательнсм контуре возможны три случая уст" íîâëåíèÿ частоты автоколебаний, которая равна собственной частоте испытуемого изделия.

В первом случае напряжением V< задаются такие величины токов t 1, поступающих через первый реверсивный мостовой переключатель 5 на. вход пер« вого интегратора 7, что амплитуда треугольного сигнала равна заданной величине Б при любой амплитуде сигнала V с выхода входного механоэлектрического преобразователя 2 ° При этс>м фазовый сдвиг между сигналами

U, и И равен »/2 (фиг.2б), что характерно для автоколебаний с частотой собственных колебаний испытуемого изделия„ когда входной механоэлектрический преобразователь 2 рабо тает в режиме акселерометра.

Во втором случае напряжением U задаются такие величины токов +i< поступающих через первый реверсивный мостовой переключатель 5 на вход первого интегратора 7, что амплитуда треугольного сигнала в переходном процессе оказывается меньше заданной

1 величины U при любой амплитуде сигнала Б с выхода входного механо,, электрического преобразователя 2

,(фиг.2в)„ При этом фазовый сдвиг между сигналами Ugq и U2 оказывается меньше 1>/2, что характерно для автоколебаний с частотой ниже частоты собственных колебаний испытуемого изделия, когда входной механоэлектрический преобразователь 2 работает в режиме акселерометра. В результате измерения амплитуды сигнала U> вторым измерительным блоком 15 и

|сравнения его выходного сигнала U с задаваемым уровнем Uq на выходе второго CJIoKa 16 сравнения формиру-ется сигнал U, = Up, — U, Этот сигнал И, приложенный к входу интегрирующего элемента 18 с ограничением, вызывает увеличение уровня напряжения на его выходе, Поэтому нараста"т сигна" U<>= U<+ П1В при ложенный к входу первого преобразователя б напряжения в разнонаправленные токи, а следовательно, и крутизна изменяющегося напряжения на выходе первого интегратора 7. Как следствие увеличивается частота автоколебаний в контуре до момента, когда амплитуда U> не достигнет установленного значения Up.

Третий случай установления частоты автоколебаний возможен, если в переходном r.ðîöåcñe амплитуда сигнала на выходе первого интегратора

7 превышает установленное значение

U При этом фазовый сдвиг между сигналами U è U оказывается больше /2, что характерно для автоколебаний с частотой выше частоты собственных колебаний испытуемого изделия, когда входной механоэлектрический преобразователь 2 работает в режиме акселерометра.Последующий процесс настройки амплитуды колебаний а следовательно, и частоты автоколебаний аналогичен описанному для второго случая.

Регулирование амплитуды нагружения испытуемого изделия в соответствии с программой осуществляется после настройки на частоту собственных колебаний с помощью канала регулировки уровня возбуждения. Для этого измеряется амплитуда сигнала с выхода входного механоэлектрического преобразователя 2 с помощью первого измерительного блока 9. Выходной уровень напряжения U>,„ (фиг.4) с выхода первого измерительного блока 9 сравнивается с помощью первого блока 10 сравнения с сигналом с первого выхода блока 11 программы. На выходе первого блока 10 сравнения формируется сигнал рассогласования, ес35 ли уровень колебаний испытуемого изделия не соответствует заданному на данной ступени нагружения. Этот сигнал рассогласования, прикладываемый к входу второго интегратора 12, вызывает изменение выходного напряжения íà его выходе и, следовательно, изменение коэффициента передачи блока 13 умножения до момента, когда сигналы с первого выхода блока 11

45 программы и выхода первого измерительного блока 9 не окажутся равными по величине. Переход к следующей ступени нагружения осуществляется за счет изменения величины напряжения на первом выходе блока 11 программы.

Таким образом, настройка на частоту собственных колебаний испытуемого изделия происходит за счет автоматического поддержания заданной амплиту.ВВ ды колебаний на выходе первого интегратора 7, входящего в автоколебательный контур, включающий испытуемое изделие, Электрическим сигналом, по39431

7 14 ступающим на вход второго преобразователя 21 напряжения в разнонаправленные токи, регулируется фазовый сдвиг между сигналами с выходов первого 7 и третьего 23 интеграторов, Так как сигнал треугольной формы постоянной амплитуды преобразуется с помощью функционального преобразователя 14 в синусоидальный испытательный сигнал прикладываемый через блок

13 умножения и выходной электромеханический преобразователь 1 к испытуемому изделию, то регулировка фазового сдвига между треугольными сигналами обеспечивает возможность проводить программные испытания изделий с использованием вибродатчикав любого типа и при необходимости компенсировать фазовые искажения, вносимые, например, входным 2 и выходным 1 преобразователями. В результате оказывается возможным проводить прецизионные испытания сложных инженерных конструкций в расширенном частотном диапазоне с вибрадатчиками любого типа, чта расширяет эксплуатационные воз-можности системы.

Ф о р м у л а и з обретения

Устройство для программных испытаний изделий в автоколебательнам режиме, содержащее выходной электромеханический преобразователь соединенные последовательно входной механоэлектрический преобразователь,первый масштабный резистор, нелинейный блок, первый реверсивный мостовой переключатель, у которого одна диагональ подключена к первой паре выходов первого преобразователя напряжения в разнонаправленные токи, и первый интегратор, выход которого через второй масштабный резистор соединен с входом первого нелинейного элемента, канал регулировки уровня возбуждения, включающий последовательно соединенные первый измерительный блок, подключенный к выходу входного механоэлектрического преобразователя, первый блок сравнения, к второму входу которого подключен первый выход блока программы, второй интегратор и блок умножения, включенный между входом выходного механоэлектрическага преобразователя и выходом функционального преабра- . завателя треугальнага напряжения в синусаидальнае, канал стабилизации амплитуды треугольного сигнала,включающий пааледавательна соединенные второй измерительный блок, вход которого подключен к выходу первого интегратора, второй блок сравнения, второй вход которого соединен с шиной источника апсрнага напряжения, интегрирующий элемент с ограничением и третий блок сравнения, у которого выход поДключен к входу первого преобразователя напряжения в разнонаправленные таки, а второй вход соединен с вторым выходом блока программы, а также зторай реверсивный мостовой переключатель, а т л и ч аю щ е е с я тем, чта, с целью расширения эксплутацианных вазможностей путем обеспечения вазможности работы устройства с вибрадатчиками любого типа, в нега введены втарай преобразователь напряжения в разнонаправленные токи, выход которого соединен с первой диагональю второго реверсивного мостового переключателя, а вход — с шиной источника управляющего напряжения, третий реверсивный мостовой переключатель, у которого одна диагональ подключена к второй паре выходов первого преобразователя напряжения в разнонаправленные таки, третий интегратор, вход которого соединен с выходам третьего реверсивного маставага переключателя, второй нелинейный блок, выход которого подключен к управляющим входам второго и третьего мостовых реверсивных переключателей, а вход соединен с выходом второго реверсивного переключателя непосредственно через третий масштабный ре-.èñòoð с вьгхадам первого интегратора и через четвертьгй масштабный резистор с выходом

45 третьего интегратсра, а также двухпозиционный переключатель, общий контакт которого соединен с входом функцианальнага преобразователя треугольного напряжения в сннусаидальное, а коммутируемые контакты подключены к выходам первого и третьего интеграторов, и пятый масштабный резистор, включенный между входом и выходом первого нелинейного блока.

1439431

У !

-pp

1439431

Фмх2

@Мхам

>A)s tZ

Составитель К.Тавлинов

Редактор А.Козориз Техред А.Кравчук Корректор Л.Патай

Заказ 6067/40 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна о ктная 4