Способ определения действительной и мнимой компонент колебаний механических конструкций

Способ определения действительной и мнимой компонент колебаний механических конструкций

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

,Г .,iно,, ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

"Ф

1 ! u ii // l (61) Дополнительное к авт. свил-sy (22) Заявлено 1702.76 (21) 2356036/25-28 с присоединением заявки Jто (23) Приоритет (43) Опубликовано 150478.Баоллетень 3×Ü 14 (5l) М. Кл 2

6 01 Н 1/00//

+ 0l М 7/00

fse1aapexssssuS навнтвт

0авата Мнннатров 000Р ао долам наобрвтвннй н атнрытнй (53) УДК 620 ° 178 ° 5 (088.8) (45) дата опубликования описания170378 (72) вторьа изобретения

E.A.Æàðoâ, Л.М.Москалик, К.С.Скворцова и Т.Н.Шатаева (71) Заявитель

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЙ И МНИМОЙ

КОМПОНЕНТ КОЛЕБАНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Изобретение относится к области внброметрии и может быть использовано при определении. динамических характеристик различных механических конструкций и элементов для измерения ампли- 5

-уды колебаний и их фазы относительно возбуждающей силы путем разложения колебаний точки конструкции на действительную и мнимую компоненты.

Известен способ определения дейст- т0 внтельной и мнимой компонент колебаний механических конструкций, возбуждаемых гармоническим сигналом от задающего генератора и воспринимаемых преобразователем колебаний в электрический сигнал, при котором сигнал преобразователя после усиления умножают с помощью устройств умножения на напряжения, одно иэ которых совпадает по фазе с сигналом возбуждения конструкции, а другое сдвинуто на П/2, и производят измерения постоянных составляющих на выходах этих устройств, соответствующих действительной и мнимой компонентам колебаний точки конструкции (1).

Недостатком этого способа является необходимость применения специальных устройств умножения, усложняющих cnoco6 H являющихся HcTovH@KaMH aonoaHHтельных погрешностей определения искомых величин.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения действительной и мнимой компонент колебаний механических конструкций, заключающийся в том, что конструкцию возбуждают гармоническим сигналом от задающего генератора, преобразуют колебания в электрическое напряжение с помощью выполненного на полупроводниковых тензорезисторах с нелинейной вольт-амперной характеристикой тензометрического преобразователя, который эапитывают от задающего генератора поочередно двумя переменными напряжениями, одно из которых совпадает по фазе с сигналом возбуждения, а другое сдвинуто на П/2 и производят соответственно два рабочих измерения постоянной составляющей выходного напряжения преобразователя, по которым. определяют величину действительной и мнимой компонент колебаний конструкции 12).

Тензометрические преобразователи, используете для измерения, выполняются на различных типах тензорезисторов.

При использовании .проволочных или фольговых тензорезисторов, имеющих либ02790 нейную вольт-амперную характеристику, чувствительность преобразователя низкая, и,йапряжения, снимаемые с преобразователя при малых амплитудах колебаний конструкции, соизмеримы с шумами.5

Чувствительность преобразователя значительно возрастает при использовании полупроводниковых тензорезисторов.

Поскольку эти тензорезисторы имеют нелинейную вольт-амперную характерис- 10 тику, на выходе преобразователя, питаемого переменным напряжением, наряду с постоянным напряжением, соответствующим измеряемой величине, появляется паразитное постоянное напряженце, f5 о определяемое наличием выпрямительного эффекта, обусловленНого нелинейностью вольт-амперной характеристики.

Это паразитное напряжение является источником аддитивной погрешности, ко- щ торая не может быть учтена и скомпенсирована заранее, поскольку его величина зависит от времени и температуры

Цель изобретения — повышение точности определения действительной и мнимой компонент колебаний.

С этой целью тензометрический преобразователь беэ прекращения возбуждения конструкции запитывают также напряжением с частотой, отличной от частоты задающего генератора, и производят дополнительное измерение постоянной составляющей выходного напряжения преобразователя, а действительную и мнимую составляющие определяют по разности постоянных составляющих напряжений при каждом из рабочих и дополнительном измерений.

На чертеже изображена блок-схема устройства реализующего предлагаемый способ. 40

Механическая конструкция 1, являщаяся объектом исследования, механически связана с силовозбудителем 2, вход которого через усилитель Э мощности подключен к одному из входов 45 задающего генератора .4. Генератор 4 имеет два выхода 5 и б, напряжения на которых равны и сдвинуты по фазе на угол П/2. На конструкции установлен тензометрический преобразователь 7, 50 вход которого через усилитель 8 может быть подключен посредством переключателя 9 к одному иэ выходов задающего генератора 4 или к выходу дополнительного генератора 10, а выход через сглаживающий фильтр 11 соединен с измерительным прибором 12.

Способ осуществляется следующим образом.

После выбора и установки частоты задающего генератора 4 и возбуждения конструкции 1 силовоэбудителем 2 на тензометрический преобразователь 7 с помощью переключателя 9 подают питание с выхода 5 задающего генератора

4, напряжение на котором совпадает по фазе с напряжением на силовозбудиpеле 2. Прибор 12 измеряет отфильтрованную фильтром 11 постоянную составляющую выходного напряжения преобразователя 7, соответствующую действительной компоненте колебаний конструкции в точке установки преобразователя. Затем переключают питание тензометрического преобразователя 7 на выход задающего генератора 4, напряжение на котором сдвинуто по фазе и а. угол П/2 от» носительно напряжения на силовозбудителе 2 и измеряют постоянную составляющую выходного напряжения преобразователя 7, соответствующую мнимой компоненте колебаний конструкции.

После этого без прекращения возбуждения конструкции вход тензометрического преобразователя 7 переключают на выход дополнительного генератора 10, напряжение на котором по амплитуде равно напряжениям на выходах 5 и б задающего генератора 4, а го частоте отличается от частоты возбуждения кон» струкции и производят с помощью измерительного прибора 12 дополнительное измерение параэитной составляющей преобразователя 7, отфильтрованной фильтром 11. Вычитая иэ постоянных составляющих выходного напряжения преобразователя 7, соответствующих действительной и мнимой компонентам колебаний конструкции, паразитную составляющую, определяют ие:тинную величину этих компонентов.

Сущность этого способа заключается в том, что, при колебании исследуемой точки конструкции два тензорезистора, включенные в смежные плечи моста, воспринимают колебания, которые выражаются во времени относительной деформации тензорезисторов

6=6,. $0 (,

Напряжение на выходе мостовой схемы с двумя активными плечами 61ь к н в где S — коэффициент тензочувствительности тензорезисторов;

U„- напряжение питания преобразо. вателя.

Если такой тенэометрический преобразователь эапитать напряжением

Цп= UpsiюшнС той же частоты (Цо — амплитуда переменной частоты), что и силовозбудитель, напряжение на его выходе будет равно ьъък 7Яо lTpcos9- i бцst cos(2 f4+4). б02790

ФоРмула изобретения

При питании напряжением ц =g ей о,ф на выходе преобразователя 4ъи 4 е Оо $(я Pt -„ЯЬО Ип(2ц,1т ) Постоянные составляющие выходных

5 напряжений, выражающиеся первыми членами формул 3 и 4, пропорциональны соответственно действительной и мнимой компонентам исследуемых колебаний.

Они могут быть измерены после фильт-0 рации переменных составляющих.

В случае, когда вольт-амперная характеристика тенэорезистора нелинейна, в частности, если сопротивление тенэорезистора зависит от направления про- l5 текающего через него тока, что характерно для полупроводниковых тензореэисторов, то на выходе моста появится дополнительная постоянная составляющая напряжения, зависящая от разности 20 между прямым и обратным сопротивлениями тенэорезистора, величина которых, в свою очередь, зависит от изменения температуры и временного дрейфа сопротивлений. Напряжение на выходе тенэомерического преобразователя имеет в этом случае дополнительную составляющую ьц, складывающуюся с Уь„„, и равную

@ц Яр т 30

2Я К, где R — прямое сопротивление тенэот резистора1 ь| т — разность между прямым и обратным сопротивлениями тензо-З5 реэистбра.

При питании преобразователя напряжениемЦ U mnM t с частотой ы, отличи е ной от частоты питания силовозбудителя v), на выходе преобразователя напряжение равно

"a „a,а, оь((о-«,)r„-q)- —,, 8 S9 сов((м + о,, р)+.— — 45

Отфильтровав переменные составляющие с суммарной и раэностной частотами, получим на выходе фильтра паразитную составляющую. Зная величину этой 60 составляющей, можно определить искомую величину действительной и мнимоя компонент колебаний.

Способ определения действительной и мнимой компонент колебаниЯ механических конструкций, заключающийся в том, что конструкцию возбуждают гармоническим сигналом от задающего генератора, преобразуют колебания в электрическое напряжение с помощью выполненного на полупроводниковых тензорезисторах с нелинейной вольт-амперной характеристикой тенэометрического преобразователя, который запитывают

Ьт задающего генератора поочередно двумя переменными напряжениями, одно иэ которых совпадает по фазе с сигналом возбуждения, а другое сдвинуто на

П/2 и производят соответственно два рабочих измерения постоянной составляющей выходного напряжения преобразователя, по которым определяют величину действительной и мнимой компонент колебаний конструкции, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, тензометрический преобразователь без прекращения возбуждения конструкции эапитывают также напряжением с частотой, отличной от частоты задающего генератора, и пройзводят дополнительное измерение постоянной составляющей выходного напряжения преобразователя, а действительную и мнимую составляющие определяют по разности постоянных составляющих напряжения при каждом иэ рабочих и дополнительном измерении.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Жаиов Е.A., Смыслов В.И. 06орудование для наземных резонансных .испытаний с многоточечным возбуждением. Авиационная промиаленность! Ю 9, 1972, с. 100-103.

2. Смыслов В.И. Об экспериментальных способах исследования колебаний летательных аппаратов. Труды ЦАГИ, вып. 1217, М., 1970, с. 30-33.

ЦНИИПИ Заказ 1835/36

Тираж 841 Подписное

Филиал -ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4