Многофункциональное устройство для вибрационных испытаний конструкций

Многофункциональное устройство для вибрационных испытаний конструкций

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ КОНСТРУКЦИЙ, содержащее генератор шума, источник гармонического сигнала, первый коммутатор, входы которого подключены к выходам генератора шума и источника гармонического сигнала , последовательно соединенные формирователь , первый сумматор, усилитель мощности и возбудитель колебаний, а также вибродатчики, устанавливаемые на конструкции по трем взаимно перпендикулярным направлениям, по числу вибродатчиков согласующие усилители, входы которых подключены к вибродатчикам, анализатор, входы которого соединены с выходами усилителей , последовательно соединенные экстремальный ограничитель, вхЪды которого подключены к выходам анализатора, и блок выравнивания спектра, второй ко.ммутатор, командный ыход которого подключен к вхо-ду блокировки первого коммутатора, а информационный выход подключен к второму входу первого сумматора, генератор треугольных импульсов, выход которого соединен с входом второго коммутатора, и цветовой индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, оно снабжено вторым сумматором, включенным между первым коммутатором н формирователем, узконолосным перестраиваемым фильтром, вход которого соединен с выходом генератора шума, а выход - с вторым входом второго сумматора, свип-генераторбм, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора, и блоком управления, выполненным в виде блока оптимальной фильтрации , три входа которого подключены к выходам согласующих усилителей, а четвертый вход подключен к выходу свип-генератора, .трех цифровых вольтметров, первые входы которых подключены к выходам анализатора , вторые входы - к выходам блока оптимальной фильтрации, а выходы соединеi ны с первыми тремя входами цветового индикатора , трех цифровых фазометров, пер (Л вые входы которых соединены с выходом свип-генератора, а вторые входы соединены с с выходами блока оптимальной фильтрации, цифрового частотомера, включенного меж§ ду выходом свип-генератора и четвертым входом индикатора, микро-ЭВМ, выход которой соединен с пятым входом индикатора , блока аналогового управления, вход САЭ которого подключен к выходу микро-ЭВМ, 00 4 СО а выход - к управляющему входу формирователя и управляющему входу генератора треугольных импульсов, блока задания, выход которого подключен к второму входу блока аналогового управления и шестому входу индикатора, блока сопряжения, входы которого соединены с выходами трех вольтметров, трех фазометров, цифрового частотомера и блока задания, а выход соединен с входом микро-ЭВМ, и блока регистрации , вход которого подключен к второму вы.ходу микро-ЭВМ, второй выход блока аналогового управления соединен с управляющим входом микро-ЭВМ и седьмым входом индикатора, а блок выравнивания спектра включен между первым сумматором и усилителем мощности.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1133490

4(5D б 01 М 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМЪ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ в

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3542770/18-28 (22) 19.01.83 (46) 07.01.85. Ьюл. № 1 (72) Я. С. Урецкий, 3. А. Баширов, P. В. Мнекин, А. А. Стрельников, С. П. Чинякин, А, Г. Баширова и В. А. Пашковский (71) Казанский ордена Трудового Красного Знамени и ордена Дружбы народов авиационный институт им. А. Н. Туполева (53) 620.178.7 (088.8) (56) 1. Каталог фирмы «Брюль и Кьер» модель 3380, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 879352, кл. G 01 М 7/00, 1980 (прототип). (54) (57) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРАЦИОННЫХ

ИСПЬ1ТАНИЙ КОНСТРУКЦИИ, содержащее генератор шума, источник гармонического сигнала, первый коммутатор, входы которого подключены к выходам генератора шума и источника гармонического сигнала, последовательно соединенные формирователь, первый сумматор, усилитель мощности и возбудитель колебаний, а также вибродатчики, устанавливаемые на конструкции по трем взаимно перпендикулярным направлениям, по числу вибродатчиков согласующие усилители, входы которых подключены к вибродатчикам, анализатор, входы которого соединены с выходами усилителей, последовательно соединенные экстремальный ограничитель, входы которого подключены к выходам анализатора, и блок выравнивания спектра, второй коммутатор, командный выход которого подключен к вхо-ду блокировки первого коммутатора, а информационный выход подключен к второму входу первого сумматора, генератор треугольных импульсов, выход которого соединен с входом второго коммутатора, и цветовой индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, оно снабжено вторым сумматором, включенным между первым коммутатором и формирователем, узкополосным перестраиваемым фильтром, вход которого соединен с выходом генератора шума, а выход — с вторым входом второго сумматора, свин-генератором, выход, которого подключен к третьему входу второго сумматора, и блоком управления, выполненным в виде блока оптимальной фильтрации, три входа которого подключены к выходам согласующих усилителей, а четвертый вход подключен к выходу свин-генератора, .трех цифровых вольтметров, первые входы которых подключены к выходам анализатора, вторые входы — к выходам блока оптимальной фильтрации, а выходы соединеЯ ны с первыми тремя входами цветового инввкатора, трех пвфровых фавометров, первые входы которых соединены с выходом свип-генератора, а вторые входы соединены уа с выходами блока оптимальной фильтрации, цифрового частотомера, включенного между выходом свип-генератора и четвертым входом индикатора, микро-ЭВМ, выход которой соединен с пятым входом индикатора, блока аналогового управления, вход которого подключен к выходу микро-ЭВМ, а выход — к управляющему входу форми- СЮ рователя и управляющему входу генерато- ф ра треугольных импульсов, блока задания, ф выход которого подключен к второму входу блока аналогового управления и шестому входу индикатора, блока сопряжения, входы которого соединены с выходами трех вольтметров, трех фазометров, цифрового частотомера и блока задания, а выход соединен с входом микро-ЭВМ, и блока регистрации, вход которого подключен к второму выходу микро-ЭВМ, второй выход блока аналогового управления соединен с управляющим входом микро-ЭВМ и седьмым входом индикатора, а блок выравнивания спектра включен между первым сумматором и усилителем мощности.

1133490

15

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для вибрационных и виброударных испытаний конструкций.

Известно многофункциональное устройство для вибрационных испытаний, содержащее последовательно соединенные генератор шума, первый коммутатор, сумматор, усилитель мощности и возбудитель колебаний, источник гармонического сигнала, генератор треугольных импульсов, вибродатчики, устанавливаемые на конструкции, анализатор, к входам которого подключены выходы вибродатчиков, блок выравнивания спектра, подключенный к выходу анализатора,и цветовой индикатор (1).

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности его использования для проведения виброударных испытаний и получения информации о колебаниях конструкции по трем координатным осям, что снижает достоверность испытаний.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является многофункциональное устройство для вибрационных испытаний конструкций, содержащее генератор шума, источник гармонического сигнала, первый коммутатор, входы которого подключены к выходам генератора шума и источника гармонического сигнала, последовательно соединенные формирователь, первый сумматор, усилитель мощности и возбудитель колебаний, а также вибродатчики, устанавливаемые на конструкции по трем взаимно перпендикулярным направлениям, по числу вибродатчиков согласующие усилители, входы которых подключены к вибродатчикам, анализатор, входы которого соединены с выходами усилителей, последовательно соединенные экстремальный ограничитель, входы которого подключены к выходам анализатора, и блок выравнивания спектра, второй коммутатор, командный выход которого подключен к входу блокировки первого коммутатора, а информационный выход подключен к второму входу первого сумматора, генератор треугольных импульсов, выход которого соединен с входом второго коммутатора, и цветовой индикатор (2).

Недостатком известного устройства является невысокая точность испытаний из-за существенной погрешности анализа воспроизводимых воздействий. Устройство также не позволяет проводить испытания с применением сканирующей гармонической и узкополосной случайной вибрации.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что многофункциональное устройство для вибрационных испытаний конструкций, содержащее генератор шума, источник гармонического сигнала, первый коммутатор, входы которого подключены к выходам генератора шума и источника гармонического сигнала, последовательно соединенные формирователь, первый сумматор, усилитель мощности и возбудитель колебаний, а также вибродатчики, устанавливаемые на конструкции по трем взаимно перпендикулярным направлениям, по числу вибродатчиков согласующие усилители, входы которых подключены к вибродатчикам, анализатор, входы которого соединены с выходами усилителей, последовательно соединенные экстремальный ограничитель, входы которого подключены к выходам анализатора, и блок выравнивания спектра, второй коммутатор, командный выход которого подключен к входу блокировки первого коммутатора, а информационный выход подключен к второму входу первого сумматора, генератор треугольных импульсов, выход которого соединен с входом второго коммутатора, и цветовой индикатор, снабжено вторым сумматором, включенным между первым коммутатором и формирователем, узкополосным перестраиваемым фильтром, вход которого соединен с выходом генератора шума, а выход — с вторым входом второго сумматора, свип-генератором, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора, и блоком управления, выполненным в виде блока оптимальной фильтрации, три входа которого подключены к выходам согласующих усилий, а четвертый вход подключен к выходу свип-генератора, трех цифровых вольтметров, первые входы которых подключены к выходам анализатора, вторые входы — к выходам блока оптимальной фильтрации, а выходы соединены с первыми тремя входами цветового индикатора, трех цифровых фазометров, первые входы которых соединены с выходом свип-генератора, а вторые входы соединены с выходами блока оптимальной фильтрации, цифрового частотомера, включенного между выходом свип-генератора и четвертым входом индикатора, микро-ЭВМ, выход которой соединен с пятым входом индикатора, блока аналогового управления, вход которого полключен к выходу микро-ЭВМ, а выход — к управляющему входу формирователя и управляющему входу генератора треугольных импульсов, блока задания, выход которого подключен к второму входу блока аналогового управления и шестому входу индикатора, блока сопряжения, входы которого соединены с выходами трех вольтметров, трех фазометров, цифрового частотомера и блока задания, а выход соединен с входом микро-ЭВМ, и блока регистрации, вход которого подключен к второму выходу микро-ЭВМ, второй выход блока аналогового управления соединен с управляющим вхолом микро-ЭВМ и седьмым входом индикатора, 1133490

20 а блок выравнивания спектра включен между первым сумматором и усилителем мощности.

На чертеже представлена блок-схема многофункционального устройства для вибрационных испытаний.

Устройство содержит генератор 1 шума, источник 2 гармонического сигнала, первый коммутатор 3, входы которого подключены к выходам генератора 1 шума и источника 2 гармонического сигнала, последовательно соединенные формирователь 4 и первый сумматор 5, второй коммутатор 6, командный выход которого подключен к входу блокировки первого коммутатора 3, а информационный выход к второму входу первого сумматора 5, генератор 7 треугольных импульсов, выход которого соединен с входом второго коммутатора 6, последовательно соединенные усилитель 8 мощности и возбудитель 9 колебаний, последовательно соединенные вибродатчики IO, устанавливаемые на испытуемой конструкции (не показана) по трем взаимно перпендикулярным направлениям, по числу датчиков согласующие усилители 11, анализатор 12, экстремальный ограничитель 13 и блок 14 выравнивания спектра, включенный между первым сумматором 5 и усилителем 8 мощности, а также цветовой индикатор 15. Источник 2 гармонического сигнала состоит из генераторов 16 гармонических сигналов и третьего сумматора 17, входы которого соединены с выходами генераторов 16.

Устройство также снабжено блоком 18 управления, свип-генератором 19, вторым сумматором 20, включенным между первым коммутатором 3 и формирователем 4, и узкополосным перестраиваемым фильтром 21, включенным между генератором 1 шума и вторым входом второго сумматора

20. Блок 18 управления выполнен в виде блока 22 оптимальной фильтрации; три входа которого подключены к выходам согласующих усилителей 11, а четвертый вход подключен к выходу свип-генератора 19, трех цифровых вольтметров 23, блока 24 сопряжения, микро-ЭВМ 25, блока 26 регистрации, блока 27 аналогового управления, блока 28 задания, цифрового частотомера 29, включенного между выходом свип-генератора 19 и одним из входов цветового индикатора 15, и трех цифровых фазометров 30, первые входы которых соединены с выходом свип-генератора 19, а вторые — с раздельными выходами блока 22 оптимальной фильтрации. Входы блока 24 сопряжения соединены с выходами цифровых вольтметров 23, входы которых подключены к выходам анализатора 12 и блока 22 оптимальной фильтрации, с выходами цифровых фазометров 30 и выходом блока 28 задания. Входы микро-ЭВМ 25 соединены с выходами блока 24 сопряже25

55 ния и блока 27 аналогового управления, а выходы подключены к блоку 26 регистрации, цветовому индикатору 15 и входу блока 27 аналогового управления.

Устройство работает следующим образом.

При воспроизведении полигармонической вибрации генераторы 16, входящие: в состав источника 2 гармонических колебаний, формируют определенного уровня гармонические сигналы на заранее выбранных частотах, которые суммируются на сумматоре 17, с выхода которого сигнал через коммутатор 3 и второй сумматор 20 поступает на вход усилителя 8 мощности. Усиленный сигнал поступает на возбудитель 9 колебаний, на столе которого устанавливают исследуемую конструкцию. На ней закрепляют вибродатчики 10, располагаемые по трем взаимно перпендикулярным плоскостям для исследования как продольных, так и поперечных крутильных колебаний элементов конструкции объекта.

Вибродатчики 10 преобразуют механические колебания в электрические сигналы, которые через согласующие усилители 11 поступают в анализатор 12, осуществляющий гармонический анализ. С выходов анализатора 12 сигналы в виде постоянных напряжений, пропорциональных а мплитудно-частотным характеристикам (АЧХ) вибротракта, поступают на экстремальный ограничитель 13 и через вольтметры 23 на цветовой индикатор 15 и блок 24 сопряжения. На индикаторе 15 результирующие АЧХ вибротракта по трем координатам высвечиваются различными цветами.

С выхода блока 24 сопряжения сигнал в закодированном виде поступает для обработки в микро-ЭВМ 25. Применение микроЭВМ 25 при воспроизведении полигармонической вибрации позволяет осуществлять по результатам гармонического анализа вибраций уточнение параметров, например частоты, добротности и коэффициента усиления отдельных пиков и провалов в вос.производимом спектре. В случае необходимости может осуществляться протоколирование результатов испытаний в блоке 26 регистрации, например, в печатном виде.

Экстремальный ограничитель 13 служит для ограничения амплитуды колебаний в случае превышения допустимых значений. Для коррекции АЧХ характеристики усилителя 8 мощности и нагруженного возбудителя 9 колебаний используется блок 14 выравнивания спектра.

Сравнение заданных и получаемых в результате гармонического анализа АЧХ осуществляется визуально на экране индикатора 15 и в микро-ЭВМ 25. В случае повышения заданной погрешности воспроизведенияя вибрации, сигнал рассогласования

1133490 с выхода микро-ЭВМ 25 в виде кода поступает на первый вход блока 27 аналогового-управления, который вырабатывает управляющий сигнал для подстройки формирователя 4.

При воспроизведении широкополосной случайной вибрации (ШСВ) в качестве первичного источника шума используется генератор 1 шума с равномерным в рабочем диапазоне частот спектром. Предварительная коррекция АЧХ измерительного тракта осуществляется блоком 14 выравнивания, а формирование спектра ШСВ производится формирователем 4, настройка которого осуществляется с помощью микро-ЭВМ через блок 27 аналогового управления. Сравнение заданного спектра ШСВ с полученным в контролируемых точках изделия спектром происходит также в микро-ЭВМ 25. Анализ спектра воспроизводимой ШСВ осуществляется анализатором 12. Последовательное включение формирователя 4 с блоком 14 выравнивания расширяет динамический диапазон устройства при формировании неравномерностей в спектре воспроизводимой вибрации.

При воспроизведении виброударного воздействия формирование спектра ШСВ осуществляется, как при испытаниях на широкополосную случайную вибрацию, а для формирования необходимой формы удара в процессе испытания измеряется АЧХ вибротракта с помощью гармонического сигнала, источником которого является свип-генератор 19. Блок 22 оптимальной фильтрации осуществляет выделение из широкополосного шума гармонического сигнала по всем трем координатам. Цифровые вольтметры 23 и фазометры 30 измеряют уровни гармонических сигналов и их фазы, которые кодируются в блоке 24 сопряжения и поступают в микро-ЭВМ 25. После измерения АЧХ и фазочастотных характеристик вибротракта по всем координатам в микро-ЭВМ 25 осуществляется Фурье-преобразование передаточной функции К(<, в импульсную переходную функцию h (t) согласно выражению

h(t) = — „, 5 К() ю) f, dt.

Значение импульсной переходной функции вибротракта позволяет осуществить коррекцию формы и длительности сигнала генератора 7 треугольных импульсов таким образом, чтобы получить в заданной точке контроля испытуемого изделия необходимую форму и длительность удара. Такой способ настройки виброудара позволяет увеличить точность его воспроизведения и осуществлять его косвенный контроль путем постоянного измерения АЧХ и ФЧХ вибротракта в процессе испытаний. Уровень измерительного гармонического сигнала при этом выбирается значительно ниже уровня испытательного сигнала и не влияет на процесс испытания. Частота гармонического сигнала контролируется с помощью частотомера 29.

При проведении виброиспытаний на узкополосную случайную вибрацию сигнал формируется на выходе фильтра 21, средняя частота которого может перестраиватьр ся в заданном частотном диапазоне.

Задание временных режимов работы блока 18 управления осуществляется блоком 28 задания. Наличие в устройстве первого 3 и второго 6 коммутаторов, первого 5 и второго 20 сумматоров позволяет сформировать любой из возможных испытательных вибрационных сигналов на входе возбудителя 9 колебаний.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить достоверность испытаний за счет расширения воспроизводимых режимов виброиспытаний и повышения точности испытаний. Последнее достигается за счет дополнительной обработки результатов гармонического анализа, контроля импульсной переходной функции вибро40 тракта в процессе испытаний и коррекции формы и длительности возбуждающих импульсов.

1133490

Редактор И. Николайчук

Заказ 9832/35

Составитель В. Крапивин

Техред И. Верес Корректор.1. Пилипенко

Тираж 898 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4