Способ контроля спектра случайной вибрации изделий при испытании на широкополосную случайную вибрацию на электродинамическом вибростенде и устройство для его осуществления

 

Цель изобретения - повышение точности. Сущность: измеряют дисперсию вибрации с помощью виброизмерительного преобразователя, установленного на изделии. Устройство для осуществления способа содержит параллельные каналы анализа, каждый из которых включает последовательно соединенные узкополосный анализирующий фильтр и измеритель дисперсии, индикатор, коммутатор и установленный на испытуемом изделии виброизмерительный преобразователь. Оно дополнительно снабжено постоянным резистором, дифференциатором, первым ключом, имеющим два сигнальных входа, сумматором, аналого-цифровым преобразователем, последовательно соединенными вторым ключом и первым блоком памяти, последовательно соединенными третьим ключом, и вторым блоком памяти, вычислительным блоком, цифроаналоговым преобразователем, последовательно соединенными измерителем общей дисперсии, делителем и умножителем. 1.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 С 01 И 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 3771056/25-28 (22) 11.07.84 (46) 30.09.89. Бюл. Р 36 (71) Казанский авиационный институт им. А,H.Òóïîëåâà (72) З.А.Баширов, А.Г,Баширава и Я.С.Урецкий (53) 620.178.5(088.8) (56) Патент СНА Р 3163830, кл.331-78, 1964.

Веселов 8).В. и др. Аппаратура воспроизведения и регистрации случайных вибраций и ударов. Л,: Ленинградский дом научно-технической пропаганды, 1979, с.18. (54) СГГОСОБ КОНТРОЛЯ СПЕКТРА СЛУЧАЙНОЙ ВИБРАЦИИ ИЗДЕЛИЯ ПРИ ИСПЫТАНИИ

НА ИИРОКОГГОЛОСНУЭ) СЛУЧАЙНУЮ ВИБРАЦИЮ

НА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОМ ВИБРОСТЕНДЕ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ контроля спектра случайной вибрации изделия при испытании на широкополосную случайную вибрацию йа электродинамическом вибростенде, по которому измеряют дисперсию вибрации с помощью виброизмерительного преобразователя, установленного на иэделии, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, сначала при. равномерном спектре возбуждающего сигнала формируют сигнал, пропорциональный току подвижной катушки вибратора, корректируя ега с учетом частотной зависимости индуктивного сопротивления вибратора, нагруженного испытуемым изделием, и измеряют его первый спектр, по которому определяют квадрат амплитудно-частотной харак, теристики вибратора, затем одновре2 менно измеряют дисперсию D< вибрации в одной произвольной точке изделия и второй спектр и дисперсию

Dz сигнала, пропорионального току подвижной катушки вибратора при возбуждении его сигналом с воспроизводимым при испытании спектром, и определяют спектр случайной вибрации изделия умножением второго спектра/.. на функцию, обратно пропорциональную квадрату амплитудно-частотной ,характеристики вибратора, на функцию, пропорциональную квадрату частоты, и на отношение дисперсии D„/D<.

2. Устройства для контроля спектра случайной вибрации изделия при испытании на широкополосную случайную вибрацию на электродинамическом вибростенде, содержащее параллельные каналы анализа, каждый из которых включает последовательно соедийен ные узкополосный анализирующий фильтр и измеритель дисперсии, индикатор, коммутатор и установленный на испытуемом изделии виброизмерительный преобразователь, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности, о»а снабжено постоянным резистором, одним иэ выводов которо-, го эаземлен, а второй подключен к выводу, подвижной катушки вибратора, дифференциаторам, вход которого соединен со вторым выводом резистора первым ключом, имеющим два сигнальных входа, один иэ которых подключен к второму выводу резистора, а другой — к выходу дифференциатара, сумматором, к входу которого под-. ключены выходы измерителей дисперсии, аналого-цифровым преобразователем (АЦП), информационный вход которого

7517611

15 подключен к выходу коммутатора, входы которого соединены с выходами измерителей дисперсии, последовательно соединенными вторым ключом, сигнальный вход которого подключен к выходу

AI1II, и первым блоком памяти, последовательно соединенными третьим ключом, cHI HàëüíüiH вход которого подключен к выходу АЦП, и вторым блоком памяти, вычислительным блоком, ин— формационные входы которого соединены с выходами блоков памяти, цифроаналоговым преобразователем (ЦАП), Изобретение относится к вибрационным испытаниям изделий и может быть использовано для контроля спектра случайной вибрации при испытании изделий на широкополосную случай— ную вибрацию на электродинамическом вибростенде.

Цель изобретения — повышение точности контроля спектра случайной вибрации изделия.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 временные диаграммы работы блока управления устройства; на фиг.3 — амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) дифференциатора. 35

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит парал лельные каналы анализа, каждый из которых включает последовательно со единенные узкополосный анализирующий 40 фильтр 1 и измеритель 2 дисперсии, индикатор 3, коммутатор 4, устанавливаемый на испытуемом изделии 5 виброизмерительный преобразователь 6, постоянный резистор 7, один из выво- 45 дов которого заземлен, а второй подключен к выводу подвижной катушки электродинамического вибратора 8, дифференциатор 9, вход которого соединен со вторым выводом резистора

7, первый ключ 10, имею ций два сигнальных входа, один из которых подключен к второму выводу резистора 7, а другой — к выходу дифференциатора 9, сумматор 17, к входу которого подключены выходы измерителей 2 дисперсии, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, информационный вход которого подключен к выходу коммутаподключенным к выходу вычислительного блока, последовательно соединенными измерителем общей дисперсии, к входу которого подключен виброизме- рительный преобразователь, делителем, второй вход которого подкгючен к выходу сумматора, и умножителем, второй вход которого подключен к выходу

ЦАП, а выход соединен с индикатором, и блоком управления, выходы которого соединены с управляющими входами всех ключей, блоков памяти, АЦП, вычислительного блока и ЦАП. тора 4, входы которого соединены с выходами измерителей 2 дисперсии, последовательно соединенные второй ключ 13 сигнальный вход которого подключен к выходу АЦП 12, первый блок 14 памяти, последовательно соединенные третий ключ 15, сигнальный вход которого подключен к выходу АЦП

12„ второй блок 16 памяти, вычислительньй блок 17, информационные входь1 которого соединены с выходами блоков 74 и 16 памяти, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 18, подключенный < выходу вычислительного блока 17, последовательно соединеннь.е измеритель 19 общей дисперсии, к входу которого подключен виброизмерительный преобразователь 6, делитель

20, второй вход которого подключен к выходу сумматора 11, умножитель

21, второй вход которого подключен к выходу ЦАП 18, а выход соединен с индикатором 3, и блок 22 управления, выходы которого соединены с управляющими входами ключей 10, 13 и 15, блоков 14 и 16 памяти, АЦП 12, вычислительного блока 17 и ЦАП 18 соответственно, Для возбуждения колебаний изделия 5 используют последовательно соединенные формирователь 23 спектра и усилитель 24 мощности, выход которого подключен к катушке динами-. ческого вибратора 8.

Сущность способа заключается в следующем, Сначала при равномерном спектре возбуждающего сигнала формируют сигнал, пропорциональный току подвижной катушки вибратора 8, корректируя его

511611 6 (1)

4,(Я) = С (Я) к s2

2 q(Qq S +я, (м pg )р2. (2+

2 У 8+Я2 где R

G (а)

К

1 !.

Ь мти мс—

И иск В 15

S = j 437

Я вЂ” частота.

5 1 с учетом частотной зависимости индуктивного сопротивления вибратора

8, нагруженного испытуемым изделием 5 и измеряют его первый спектр, по которому определяют квадрат амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) вибратора, затем одновременно измеряют дисперсию D вибрации в одной произвольной точке изделия и второй спектр и дисперсию D сигнала, пропорционального току подвижной катушки вибратора при возбуждении его сигналом с воспроизводимым при испытании спектром, и определяют спектр случайной вибрации изделия путем умножения второго спектра на функцию, обратно пропорциональную квадрату АЧХ вибратора, на функцию, пропорциональную квадрату частоты, и на отношение дисперсий

D (/D% °

Способ осуществляют следующим образом.

Способ осуществляют в два этапа, причем первый этап необходим для образования первого спектра и является подготовительным, а на втором этапе определяют спектр воспроизводимой случайной вибрации, т.е. второй этап осуществления способа может быть использован как в процессе контроля сопротивление резистора 7; спектр на выходе усилителя 24 мощности; коэффициент трансформации; индуктивность подвижной катушки; массы стола вибратора и подвижной катушки; собственные частоты изделия; демпфировочные на частотах (Й g, и (0 5

30 спектра, так и : ри настройке формирователя спектра.

Рассмотрим первый этап осуществления способа. В соответствии с временными диаграммами (фиг.2) сигнал управления с первого выхода блока

22 управления подключает первый вход первого ключа 10 к его выходу на время ь, . !!ри этом случайный сигнал с постоянного резистора 7, спектр которого зависит от входного спектра усилителя 24 мощности и от вида комплексного входного сопротивления электродинамического вибратора 8, поступает через дифференциатор 9,имеющий АЧХ, прямо пропорциональную индукчивной составляющей комплексного входного сопротивления, и первый ключ на входы параллельных каналов анализа. Вид АЧХ дифференциатора 9 приведен на фиг.3 где наклон прямой (угол aC ) определяется конкретной величиной индуктивности подвижной катушки, Учитывая малое абсолютное значение сопротивления КЬ подвижной катушки, а также, что механические резонансы изделий, как правило, лежат существенно выше ?О Гц, можно пренебречь величиной КЬ в выражении для комплексного сопротивления электродинамического вибратора 8 и первый спектр G (И) сначала на выходе дифференциатора 9 представить в виде:

На время, спектр сигнала на выходе усилителя 24 мощности устанавливается равномерным, т.е. G (И)

G . С выходов измерителей 2 дисперсии сигналы в виде постоянных напряжений, пропорциональных дисперсиям узкополосных сигналов в соответствующих каналах анализа, поступают на соответствующие входы сумматора 11 и коммутатора 4, который начинает поочередный опрос измерителей 2 дисперсий с временной задержкой с,, по отношению ко. времени а заканчивает в момент времени

На управляющий вход коммутатора 4 поступает сигнал со второго выхода блока 22 управления в ниде импульса дли1511611 тельностью (!„— I, » ) . АЦП 12 начинает работу одновременно с работой коммутатора 4 и управляется сигналом со второго выхода блока 22 уп5 равления. При этом обеспечивается синхронность работы коммутатора 4 и

AIUI 12, т.е. происходит синхронное . подключение выхода i-ro канала ана— лиза через коммутатор 4 на вход Ið

АЦП 12 и начало преобразования в

АЦП 12. После окончания преобразования аналогового сигнала данного 1-го канала анализа в цифровой код осуществляется переключение коммутатора 4 на следующий (i+1) выход канала анализа. С выхода АЦП 12 сигнал в виде цифрового кода через второй ключ 13, который также открывается

HB. Время (0 L ><) сигналом управ 2р ления с третьего выхода блока 22 управления, поступает на вход первого блока 14 памяти, управляющий сигнал на управляющий вход которого также поступает с третьего выхода блока

22 управления. В момент tI заканчивается запись в первый блок 14 памяти и на первом выходе блока 22 упс (ы) = с„(я) (2) К Б + 2Г (д S +Ы, Р + 1 1 +

Ь в — -,1

Д d 1. (М + М ) S + 2 з ы Б +Я

35 vI!?IQKpíèå второго спектра вида (2) на фу??к?п?ю, обратную первому спектру вида (1), и на квадрат частоты.

Результат заносится в память блока

17 вычислений. Весь вычислительный и.

4р процесс продолжается время !.2 и заканчивается в момент времени (фиг.2д). Таким образом, в памяти вычислительного блока 17 в момент времени t< будет находиться спектр

45 вида

2 2 (S + 2Cq, 4З S +Os,) (8 + 2Ь! Ms S +ь р)

К S2 + 2 s s, S + С3, (3) и, + и,) С,(я) = С (со) Rg +(1 + (с т) si +s зг

Таким образом, спектры вида (1) и (2) в момент времени t > находятся соответственно в первом блоке 14 памяти и втором блоке 16 памяти.

В момент времени t появляется сигнал управления на пятом выходе блока 22 управления (фиг.2д), разрешающий работу блока 17 вычислений.

Блок 17 вычислений осуществляет прием цифровой информации с первого 14 и второго 16 блоков памяти и

В момент времени t появляется сигнал управления на шестом выходе блока 22 управления,разрешающий работу ЦАП 18, который преобразует цифровой сигнал, поступающий на его вход с выхода вычислительного 6JIQKB 17, в аналоговый сигнал, равления с временной 3Bj?åðæêoé зz. появляется второй сигнал управления с отрицательной полярностью (фиг,2а)

Время !, = t, — t является подготовительным, à которое определяется первый спектр сигнала вида (1).

С момента t начинается второй этап осуществления способа, т.е. измерение спектра воспроизводимой случайной вибрации. При этом. сначала происходит измерение второго спектра сигнала, поступаемого с постоянного резистора 7 на второй вход первого ключа 10 и далее на входы параллельных каналов анализа. Палее процесс измерения второго спектра осуществляется так же, как и на первом этапе осуществления способа„ с той лишь разницей, что с выхода АЦП 12 сигналы в цифровом виде поступают через открытый третий ключ 15 на вход второго блока 16 памяти, управляемых с четвертого выхода блока 22 управления. В момент t заканчивается процесс измерения второго спектра, имеющегo вид

1 который поступает на второй вход умножителя 21, Заканчивается процесс преобразования в момент времени t> (фиг,2е), Выражение (3) с точностью до постоянного множителя К cooTBpTcTBv ет вь?ражению для спектра имитируе9 15 мой вибрации. Для определения постоянного множителя К измеряется дисперсия сигнала с выхода виброизмерительного преобразователя 6 с помощью измерителя 19 общей дисперсии и суммируются на сумматоре 11 дисперсии канальных узкполосных сигналов с выходов измерителей дисперсии 2.

С выхода измерителя 19 общей дисперсии сигнал поступает на первый вход делителя 20, а на его второй вход поступает сигнал с выхода сумматора 11. В результате операции деления сигнала на первом входе на сигнал на втором входе на выходе делителя 20 будет сигнал, величина которого соответствует постоянному множителю К. С выхода делителя 20 сигнал поступает на первый вход умножителя 21, на второй вход которого поступает сигнал с ЦАП 18. В реэуль11611 10 тате операции умножения на выходе умножителя 21 будет сигнал, соответствующий истинному усредненному

5 спектру имитируемой случайной вибрации, который поступает на вход индикатора 3.

В момент времени t вновь появляется сигнал управления отрица-. тельной полярности на первом выходе блока 22 управления длительностью С, и процесс измерения истинного усредненного спектра имитируемой случайной вибрации повто15 Ряется.

В результате использования спектра тока подвижной катушки вибратора в качестве контролируемого параметра изделий становится возможным

20 учесть все пространственные механические резонансы изделия и тем самым повысить точность контроля спектра случайной вибрации. !

1511611

Составитель

Редактор А.Ревин Техред И.Верес Корректор A.Îáðó÷àð

Закаэ 5894/45 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101