Устройство для виброиспытаний изделий

Устройство для виброиспытаний изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

yg 4 G 01 M 7/ОО

ОПИСЛНИК HSOEPE TEHHR

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3818151/25-28 (22) 19.11.84 (46) 23.04.86. Бюл. 9 15 (71) Казанский ордена Трудового

Красного Знамени и ордена Дружбы народов авиационный институт им. А. Н. Туполева (72) З.А.Баширов и А.А.Стрельников (53) 620.178.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 347612, кл. G О! M 7/00, 1972.

Авторское свидетельство СССР

9 419755, кл. С О1 M 7/ОО, 1974.

Патент США Ф 3163809, кл. 318-132, 1964. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРОИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ, содержащее каналы формирования случайного сигнала,каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных генератора белого шума, полосового формирующего фильтра и регулируемого усилителя, многовходовый сумматор, подключенный к выходам регулируемых усилителей, связанный с выходом многовходового сумматора, усилитель мощности, вибростенд, подсоединенный к усилителю мощности, вибродатчик, установленный на столе вибростенда, и подключенный к выходу вибродатчика многоканальный анализатор спектра, каждый из каналов которого выполнен в виде соединенных последовательно полосового анализирующего фильтра и измерителя дисперсии, и блока сравнения, один из входов которого предназначен для соединения с соответствующим выходом задатчика программы, а выход соединен с упÄÄSUÄÄ 1226 I 03 А

4C » равляющим входом соответствующего регулируемого усилителя, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено дифференциальным усилителем, первый вход которого соединен с входом усилителя мощности,а второй — с выхо дом вибродатчика, соединенным с выходом дифференциального усилителя дополнительным многоканальным анализатором, каждый из каналов которого выполнен в виде последовательно соединенных дополнительного полосового анализирующего фильтра, дополнительного измерителя дисперсии и блока вычитания, канального сумматора,первый вход которого соединен с вторым выходом соответствующего регулируемого усилителя, а выход — с вторым входом блока. вычитания, и аттенюатора, выход которого соединен с вторым входом канального сумматора, а входс первым входом канального сумматора предыдущего канала, измерителем общей дисперсии, вход которого соединен с выходом вибродатчика, а каждый из каналов многоканального ана.= лизатора спектра снабжен дополнительным блоком сравнения, первый вход которого соединен с выходом измерителя дисперсии, а второй — с выходом общего измерителя дисперсии, и управляемым ключом, первый вход которого соединен с выходом соответствующего блока вычитания, второй вход — с выходом измерителя диспер-. сии, управляющий вход — с выходом дополнительного блока сравнения, а выход — с вторым входом блока сравнения.

H""=îápåòåíèå относится к вибрационным испытаниям изделий, а именно к устройствам для формирования спектра случайной вибрации с автоматическим поддержанием заданной спектральной плотности ускорений.

Цель изобретения — повьппение точности воспроизведения заданного спектра вибраций за счет анализа спектра неравномерности типа "всплеск в спектре подавляемых частот вместо анализа спектра соответствующей неравномерности типа "провал" в спектре воспроизводимых вибраций.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, на фиг. 2а — спектр

G, (d) сигнала на выходе генератора белого шума на фиг.2б — спектр

G (o3) сигнала на выходах полосовых формирующих фильтров, на фиг. 2в спектр С„()) сигнала на выходе многовходового сумматора, на фиг. 2г амплитудно-частотная характеристика тракта вибростенд-изделие; на фиг, 2д — спектр G fu3) сигнала на .У выходе вибродатчика, на фиг. 2е спектр G ()) сигнала подавляемых х-у частоr, на фиг. 3 — зависимости погрешности анализа О =f(K,j) от уровня всплеска (провала) в спектре анализируемого сигнала и соотношения полос измеряемого узкополосного участка спектра и анализирующего фильTj)B., Устройство содержит каналы формирования случайного сигнала, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных генератора 1 белого шума, полосбвого формирующего фильтра 2 и регулируемого усилителя 3, последовательно соединенные многовходовый сумматор 4, подключенный к выходам регулируемых усилителей 3, усилитель 5 мощности и вибростенд 6, вибродатчик 7, устанавливаемый на столе вибростенда 6, подключенный к выходу вибродатчика

7 многоканальный анализатор спектра, каждый из каналов которого вы-! полнен в вице последовательно соединенных полосового анализирующего фильтра 8, измерителя 9 дисперсии, управляемого ключа 10 и блока 11 сравнения, второй вход которого пред назначен для соединения с. соответствующим выходом задатчика программы, а выход соединен с управляющим входом соответствующего регулируемо1226103 3

ro усилителя 3, и дополнительного блока 12 сравнения, первый вход которого соединен с выходом измерителя 9 дисперсии, а выход — с управляющим входом управляемого ключа 10, последовательно соединенные дифференциальный усилитель 13, первый вход которого соединен с входом усилителя 5 мощности, а второй — с выходом

1ф вибродатчика 7, и дополнительный многоканальный анализатор спектра, каждый из каналов которого выполнен в виде последовательно соединенных донолнительного полосового анализирующего фильтра 14, дополнительного измерителя 15 дисперсии и блока 16 вычитания, выход которого соединен с вторым входом соответствующего управляемого ключа 10, канального сумщ матора 17, первый вход которого соединен с вторым выходом соответствующего регулируемого усилителя 3, а выход — с вторым входом блока 16 вычитания, и аттенюатора 18, выход кото2 рого соединен с вторым входом канального сумматора 17, а вход — с первым входом канального сумматора 17 предыдущего канала, и измеритель 19 общей дисперсии, вход которого соедиЗО нен с выходом вибродатчика 7, а выход — с соединенными между собой вторыми входами дополнительных блоков

12 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

3$

Случайные сигналы с выходов генераторов белого шума, спектр которых представлен на фиг. 2а, поступают на входы полосовых формирующих

4О фильтров 2, где в результате частотной селекции осуществляется преобразование широкополосных входных случайных сигналов в N независимых узкополосных случайных сигналов (спек45 тры представлены на фиг. 2б), которые поступают на соответствующие входы регулируемых усилителей 3 и далее на входы многовходового сумматора 4. В результате суммирования

N независимых узкополосных случайных сигналов с весовыми коэффициентами, соответствующими значениям коэффициентов усиления регулируемых усилителей 3, на выходе многовходового сумматора 4 получается широкополосный случайный сигнал (спектр представлен на фиг. 2в для случая равенства коэффициентов усиления всех регулируе мых усилителей 3) . С выхода многовхо1226!03

3 дового сумматора 4 широкополосный случайный сигнал поступает через усилитель 5 мощности на вход вибростенда 6, механические колебания сто ла которого преобразуются вибродатчиком 7 в электрический сигнал, спектр которого (фиг. 2д) пропорционален квадрату амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) тракта вибростенд-изделие. На фиг. 2г представлен пример АЧХ тракта вибростенд изделие с провалом на частоте д; и всплеском на частоте <).. С выхода

J вибродатчика 7 широкополосный случайный сигнал, спектр которого представлен на фиг. 2д, поступает на входы полосовых анализирующих фильтров 8, с выхода которых узкополосные случайные сигналы поступают на входы измерителей 9 дисперсии. С выхода измерителей 9 дисперсий постоянные напряжения, величины которых пропорциональны значениям спектров узкополосных сигналов

)с„ п .л . ,СЫ)—

А )

1 где А.д — полоса пропускания i-го анализирующего фильтра;

Ч(ОЗ)- АЧХ i-ro анализирующего фильтра 8, поступают на первые входы дополнительных блоков 12 сравнения и на первые входы управляемых ключей 1О.

Одновременно широкополосный случайР ныи сигнал поступает на вход измерителя 19 общей дисперсии, с выхода которого постоянное напряжение, пропорциональное спектру широкополосного случайного сигнала

) " "

)) о ср hË где 4Я вЂ” рабочая полоса частот, поступает на вторые входы всех дополнительных блоков 12 сравнения.

При превышении значения спектра с выхода полосового анализирующего фильтра 8 над спектором С с выхода ср измерителя 19 общей дисперсии (фиг. 2д, G.)G, ) на выходе дополнительного блока 12 сравнения будет сигнал единичного уровня, который поступает на управляющий вход управляемого ключа 10 и разрешает прохождение сигнала с выхода измерите,:я 9 дисперсии на выход управляемо4

ro ключа 1О и далее на вход соответствующего блока ll сравнения, на другой вход которого поступает сигнал с соответствующего выхода задатчика программы. При превышении значения С„ над спектром с выхода полосового анализирующего фильтра 8 (фиг. 2д, С, > G ) на выходе дополнительного блока 12 сравнения будет

10 сигнал нулевого уровня и на выход управляемого ключа 10 поступает сигнал с выхода блока 16 вычитания, который образуется следующим образом.

l5

На первый и второй входы дифференциального усилителя 13 поступают сигналы соответственно с выхода вибродатчика 7 и с входа усилителя 5 мощности. Образующийся при этом на

20 его выходе разностный сигнал спектр

Ъ которого представлен на фиг. 2е, называемый далее спектром подавляемых частот G (d) и соответствующий х- р разности спектров сигнала на входе

25 усилителя 5 мощности и сигнала на выходе вибродатчика 7, поступает на входы дополнительных полосовых анализирующих фильтров 14 дополнительного многоканального анализатора. Характерным для спектра подавляемых

30 частот С (1) является наличие всплесков в тех полосах частот, где в выходном спектре сигнала вибродатчика

7 были провалы и наоборот (фиг. 2д и 2е в полосах частот А) и А) ). ! J

35 С выхода дополнительных полосовых анализирующих фильтров 14 узкополос-. ные сигналы поступают на входы соответствующих дополнительных измерителей 15 дисперсии, на выходе которых

40 образуются постоянные напряжения, пропорциональные значениям спектров в полосах дополнительных анализирующих фильтров 14. С выхода дополнительных измерителей 15 дисперсии сиг45 налы поступают на.первые входы соответствующих блоков 16 вычитания, на вторые входы которых поступают сигналы с выходов канальных сумматоров

17, на первые входы которых посту50 пают сигналы с дополнительных выходов соответствующих регулируемых усилителей 3, а на вторые входы поступают сигналы через аттенюаторы IR c дополнительных выходов соответствующих соседних регулируемых усилителей

3. При этом коэффициенты передачи аттенюаторов 18 пропорциональны пере. крытию квадратов АЧХ соседних форми1226103

С ()=С„„(->)/u (jU) где / ф (j ))! — АЧХ дополнительного (); !

О анализирующего фильтра, где К вЂ” коэффициент усиления дополнительного полосового анализирующего фильтра; ) — частота настройки;

,)) — полоса пропускания.

20 Дисперсия процесса на выходе дополнительного полосового анализирующего фильтра

М(2- 2) 1 *4 ) 4& (2Û- Ц

Поделив 0 на полосу пропускания фильтра л(!3, получим измеренное значение усредненного спектра подавляемых частот

40 (,)) (2 4U (2(ц)-Q ) i

=(К.-()-2К,„21

4 )*+24d eu) 24M

dM ((((d- ) ) — ехр!где G„(u)) При К=-1 спектр на частоте о)„ имеет провал до нулевого уровня, при K=O G (M)=G (23). Выражение в gp квадратных скобках представляет собой АЧХ тракта вибратор-изделие.

Тогда С„„()) — спектр подавляемых частот можно определить из выражения С„Ä ()) =С„())-G, ()) к с,„„()) рующих фильтров 2, а величины сигна лов на выходах канальных сумматоров

17 соответствуют значениям спектров в соответствующих формирующих полосах частот. В результате вычитания двух сигналов на выходах блоков 16 вычитания образуются сигналы, спектры которых соответствуют разности спектра на входе усилителя 5 мощности и спектра подавляемых частот, т.е. соответствуют спектру сигнала на выходе вибродатчика 7. Таким образом) на выходе i-го управляемого ключа 10 присутствует сигнал, равный значению спектра провала, но измеренному через спектр всплеска подавляемых частот. С блоков ll сравнения разност ный сигнал поступает на управляющие входы соответствующих регулируемых усилителей 3.

Измерение уровня всплеска в спектре анализируемого сигнала точнее, чем измерение соответствующего уровня провала. Поэтому такая оценка спектра вибраций, получаемая на выходах управляемых ключей 10, будет выше.

Оценку повышения точности можно произвести следующим образом.

Представим спектр на выходе вибродатчика 7 в виде

С. (J)=()+Keep{ — — ()()С ())(I) л .)-.) 1

У 2 . )!,,) ) к спектр на выходе усилителя 5 мощности (для простоты анализа, равномерен, т. е. G„=G, =1); параметр, характеризующий уровень всплеска (провала)относительно среднего уровня С„ (2)) (К > — 1); резонансная частота всплеска (провала).

Учитывая, что спектральный анализ ведется с помощью параллельного анализатора спектра, на выходе дополнительного полосового анализирующего фильтра имеем

)) =г)(Х.-(-гК "{- -(, ) ) )о

- K exp{-li{ ) 1 ° к, е 2 (- -,{,, ") ) 4) При К2=1 после преобразования по,Я(1, )()< 1

)), „=(K. -1)4 d. -22

4 ) Относительная погрешность оценки спектра где G„„ (()) — истиное значение спектра

l226I03

I 8

/а2*+2Ый, L aU, +2ь) Х J * < +> *i (К вЂ” 1) 2 K,гр < о — ()о. <- - о) и г у ° () — 1

2 д 3 к-ч

Введем обозначения

)- 3. . ) а z

1 о х-у

2 г Г а i r (î 1) 2Kexpj- — а Q ) K дахр -gaia Q

8 =1

При а=О (К, ->)-2К/Т

Я 2 ч/1+. 2 <з) (К -1>-1К-К На фиг. 3 приведены зависимости погрешности B(; от К при У=1, К, =2, построенные по формуле (3). Из фиг. 3 видно, что пбгрешность измерения провала в спектре (К=-!) анализируемого сигнала не превышает

10Х, так как при оценке спектра подавляемых частот происходит измерение не провала в спектре, который имеет место в спектре сигнала на .выходе вибродатчика 7, а всплеска в спектре подавляемых частот.

122б103

&46Ji 04Ф1 tdJ-1ulJ rJj +1

Фиг.2

Составитель Ю.Круглов

Редактор А.Козориз Техред Л.Олейник Корректор В. Синицкая

Заказ 2113/31

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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