Устройство для определения двух компонент колебаний механических конструкций

Устройство для определения двух компонент колебаний механических конструкций

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИ И

ИЗОБРЕТЕНИЯ

«»746200

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву— (53)М. Кл.

G 0 I Н 1/00

{22) Заявлено 100478 (21) 2601095/18-28 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 070780 Бюллетень ¹ 25

Дата опубликования описания 0707ЯО (53) УДК 629 7 015.4(088.8) (72) Авторы изобретения

Jl. М. Моск алик, Т. Н. Иатаева, Г. A. Áåëîâ и Е. A. Æàðoâ (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДВУХ

КОМПОНЕНТ КОЛЕБАНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Изобретение относится к виброметрии и может быть использовано для экспериментальных исследований динамических характеристик различных механических контрукций узлов и эле- 5 ментов, при которых измерения амплитуды колебаний и их фазы относительио возбуждающего воздействия произ- водятся путем разложения-колебаний на две компоненты — действительную 1О и мнимую.

Известно устройство для определения двух компонент колебаний механических конструкций, содержащее двух- 15 фазный задающий генератор и дополнительный генератор, силовозбудитель, тензометрический преобразователь, установленный на исследуемой конструкции, переключатель, сглаживающий 20 фильтр и регистратор. Определение двух компонент (действительной и мнимой) колебаний производится путем г6следовательного подключения цепи питания тензометрического преобра- 25 зователя к выходам двухфазного генератора и выходу дополнительного генератора и измерения постоянной составляющей напряжения преобразователя после каждогб акого подключенйя (1).З() 2

Недостатком устройства являются большие затраты времени на проведение измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достйгаемому результату к изобретению является устройство, содержащее двухфазный, задающий генератор, вибровозбудитель, тензометрический преобразователь, устанавливаемый на исследуемой конструкции, два синхронных детектора, два сглаживающих фильтра и регистратор (2).

Однако данное устройство чувст ,вительно к нечетным гармоникам, имею щимся в измеряемом сигнале преобразователя и обусловленным нелинейностью характеристик испытываемых конструкций. Это приводит к ухудшению точности определения обеих компонент колебаний конструкции.

Целью изобретения является повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено согласующим усилителем мощности и двухполупериодным выпрямителем, включенным через согласующий усилитель мощности между одним иэ выходов двухфазного задающего генератора и входом питания тензометрического преобразователя.

746200

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2— пример электрической схемы тейэометрического преобразователя с двумя тензорезисторами, включенными в смежные плечи моста; на фиг.3— графики форм йапряжений в различных точках блок-схемы устройства.

Устройство для определения двух компонент колебаний включает исследуемую конструкцию 1, являющуюся объектом исследований, механически

:связанную с вибровоэбудителем 2, вход которого соединен с одним из выходов двухфазного задакацего генератора 3. Генератор 3 имеет два выхода 4 и 5, напряжения на которых сдвийуты по фазе на угол J /2. Тензометрический преобразователь 6 установлен на конструкции 1, его выход соединен с входами двух синхронных детекторов 7 и 8, выходы которых через сглаживакидие фильтры 9 и 10 соединены с регистратором 11.

Входы управления синхронных детекторов связаны,с выходами 4 и 5 задающего генератора 3. Между выходом 4 задающего генератора 3 и входом питания тенэомЕтрического преобразователя б включен двухполупериодный выпрямитель 12 через согЛасующий усилитель мощности 13.

Устройство работает следующим образом.

В исследуемой конструкции 1 при помощи вибровозбудителя 2 возбуждаются колебания с частотой задающего .генератора 3. Эти колебания воспринимаются тензометрическим преобразователем 6, который питается однополярным напряжением полусинусоидальной формы, полученным путем выпрямления при помощи двухполупериодного выпрямителя 12 напряжения с одного иэ выводов генератора 3. Выходное напряжение тензометрического преобразователя б поступает на синхронные детекторы 7 и 8, управляемые с выходов генератора 3 ° Постоянные составляющие выходных напряжений синхронных детекторов, пропорциональные соответственно действительной и

= мнимой компонентам колебаний исследуемой конструкции 1, отфильтровываются фильтрами 9 и 10 и регистрируются регистратором 11., Действительно, тензометрический преобразователь, содержащий два тензорезистора 14 и 15, включенные в гсмежные плечи моста, воспринимают колебания исследуемой точки конструкции, которые выражаются изменением во времени относительно деформации тенэорезисторов: о l (1) где с — амплитуда относительной деформации тензорезисторов; — угловая частота колебаний т — фазовый сдвиг относительно сигнала возбуждения конструкции;

t — время.

Напряжение на выходе мостовой

5 схемы с двумя активными плечами равно:

5 ык =д и ) (2) где S — коэффициент тензочувствительности тенэорезисторов. !

О 0 „- напряжение питания мостовой

l схемы.

Из выражения (2) видно, что в тенэометрическом преобразователе происходит перемножение двух величин: напряжения U IIHTBHHII H относительной деформации Е тенэорезисторов. Если напряжение имеет полусинусоидальную форму (фиг.3), которая может быть представлена в виде:

Щ . п= Юэ (3) .где V — амплитуда полусинусоид, то напряжение на выходе тензометрического преобразователя равно:

=+ — E. SV0 (AS Р- соз(2у ь y)) (4)

Знак плюс в выражении (4) соответствует нечетным полупериодам л

<и> И4 (2m+4) у

2 У а знак минус — четным полупериодам (2n+ 7)2 4 4(Ъг 2)ф л= ор,2...

«Т

Постоянные составляющие выходных напряжений синхронных детекторов

3$" Могут быть определены из выражения(4) путем вычисления его интеграла за соответствующие промежутки времени.

Первый синхронный детектор работает в фазе с сигналом возбуждения.

Среднее значение напряжения на его выходе равно:г т

U.ð, - (Хй,,dt- Ъ.,dt)=4 î """ (5)

Второй синхронный детектор работает со сдвигом на четверть периода по отношению к первому. Среднее значение напряжения на его выходе рав50 но: гт, 5т/4

У = () ц У -) щ) =ДУбд о""

4 4

55 (б)

Таким образом, средние значейия (или постоянные составляющие) выходных напряжений синхронных детекторов пропорциональны соответственно действительной (5) и мнимой (6) компо 0 нентам колебаний исследуемой точки конструкции, выражаемых формулой (1). КОэффициенты пропорциональности, как это можно видеть из формул, отличаются в / /2 раз, что может быть учте-

65 но при обработке результатов..

746200

Если в исследуемом сигнале кроме основной частоты содержатся высшие гармоники, например, третьн

Е, = Я ув(ЗЖ() то соответствующая составляющая выходного напряжения преобразователя будет иметь вид: о М gee (cg f 5)) ,. (8)

Вычисления, аналогичные проведенным выше, показывают, что средние значения выходных напряжений синхронных детекторов от третьей гармоники равны нулю. Точно так же может быть показано, что на результат измерений не влияют все остальные нечетные, а также и четные гармоники.

Таким образом, наличие в цепи питания тензометрического преобразователя двухполупериодного выпрямителя, связанного с задающим генератором, делает устройство нечувствительным к высшим гармоникам, имеющимся в измеряемом сигнале и, следовательно, повышает точность определения двух компонент колебаний механических конструкций.

Преимуществом предлагаемого устройства является также и то, что применение в тензометрическом преобразователе высокочувствительных полупроводниковых тензореэисторов с нелинейной вольтамперной характеристикой не приводит к уменьшению точности измерений, поскольку, во-первых, тензометрический мост питается напряжением одной полярности и, следовательно, не сказываются выпрямительные свойства тенэорезисторов.

Во-вторых, одновременное примерение двухполуперидного выпрямителя в цепи питания тензометрического преобразователя и синхронных детекто""- ров" в вйходйой цепи ei.о йозволяет исключйть влияние любой, не связанной:с иэмеряемой величиной, постоянной сос-.авляющей выходного напряжения преобразователя, возникающей как иэ-за нелинейности вольтамперной характеристики тензорезисторов, так и из-за других причин: дрейфа нуля в цепи питания, начального раэбаланса тензометрического моста и прочих. формула изобретения

Устройство для определения двух компонент колебаний механических конструкций, содержащее двухфазный задающий генератор, вибровозбудитель, тензометрический .преобразователь, устанавливаемйй на исследуемой конструкции, два синхронных детектора, два сглаживающих фильтра и регистратор, -o -т л-й ч "а ю щ-е е"- " " с я тем, что, с целью повыш ния точности устройства, оно снабжено согласующим"усйлйтелем"мощйости и двухполупериодным выпрямителем, включенным через согласующий усилитель мощности между одним из выходов двухфазного задающего генератора,и входом питания тенэометрического преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание,прн экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2326036/28, 35 кл. G,01 Н 1/ОО, 1976.

2. Смыслов В.И. Об экспериментальных способах исследования колебаний летательных аппаратов. Труды ЦАГИ, вып. 12-17. N., 1970, с.31-32 (прототип) . с

Vg (tkiy ц)

Ф (Йч

16)

Составитель A.×èñòÿêîâРедактор Ж.Рожкова Техред М. Кузьма Корректор E.Ïàïï

4ЙНФЖФВФИФФЯй е@ "Фа-.м=м» ЬЙ =- =» :.::.м7@иж;ар у

Заказ 3927/28 Тираж 713 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений -и"открйтий

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

» «» «I» » «» «»«

Фйлйал ППП Патент", г.Ужгород, Ул.Проектная 4