Устройство для определения частоты и добротности резонансных характеристик

Устройство для определения частоты и добротности резонансных характеристик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 209281 (21) 3250959/18-24 (Я1) М. КЛ. з с присоединением заявки ¹

G 05 В 11/01 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 2309.82. Бюллетень ¹35

Дата опубликования описания 2309;82 (53) УДК 62-50 (088. 8) (72) Автор . изобретения

A.Ï. Проскуряков

Ьа:,, Ивановский ордена Знак Почета энерг ский,, институт им. В. И. Ленина (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ

И ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАНСНЫХ XAPAKTEPHCTHK .

Изобретение относится к испытательной технике и может применяться для измерения добротности и частоты резонанса различных объектов, в частности механических конструкций и их узлов.

Известно устройство для автоматической настройки полосового фильтра, содержащее последовательно соединенные полосовой фильтр, смеситель, генератор, регулируемый усилитель, детекторы, частотный дискриминатор, переключатель, интеграторы, блок задания программ (1).

Недостатком такого устройства является низкая точность настройки при поступлении на вход амплитудно-. модулированного сигнала, а также неустойчивая работа и как следствие возможный срыв слежения из-за. возникновения биений между частотой исследуемого сигнала И частотой помехи.

Наиболее близким по технической сущностй к предложенному является устройство для определения частотных характеристик объектов, содержащее источник опорного напряжения, последовательно соединенные первый ключ, первый интегратор, первый генератор, первый фильтр, первый компаратор, первый триггер, первый и второй элемент И, последовательно соединен5 ные второй ключ, второй интегратор, :инвертор, второй генератор, второй фильтр, второй компаратор, второй триггер, последовательно соединенные сумматор, третий компаратор, третий элемент И, третий ключ и третий интегратор, выходы первого и . второго интеграторов подключены соответственно к первому и к второму входам сумматора, а вторые входы соединены с вторыми входами первого и второго триггеров, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго ключей, выход и второй вход третьего компара1ора соединены соответственно с вторым входом второго элемента И и с выходом источника опорного напряжения, выход второго триггера подключен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен

25 с вторым входом третьего элемента И (2).

Недостатком. этого устройства яв.ляется невозможность измерения добЗО ротности резонансного пика, то есть

960725 ограниченные функциональные возможности

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства н плане измерения добротности.

Для достижения поставленной цели устройство содержит пусковой блок, делитель напряжения, источник запирающего напряжения, три переключателя, первый из. которых включен между 10 первьм выходом пускового блока и выходом второго элемента И, второй переключатель — между вторьм выходом пускового блока и вторым входом третьего интегратора, подключенного выходом к, входу делителя напряжения, третий переключатель — между источником запирающего напряжения и выходом третьего элемента И, первый выход пускового блока соединен со вторьм входом первого интегратора, а выход делителя напряжения подключен к вторым входам первого. и второго компараторов.

На Фиг.1 прйведена структурная схема устройства; на фиг.2 — диаграм-. 5 ма зависимости тока от напряжения. . Устройство содержит первый ключ

1, первый интегратор 2, первый генератор 3, первый фильтр 4, первый компаратор 5, делитель 6 напряжения, 30 третий интегратор 7; второй компаратор 8, второй фильтр 9, второй генератор 10, инвертор 11, нторой интегратор 12, первый триггер 13, второй триггер 14, второй ключ 15, 35 первый элемент И 16, третий элемент

H 17, третий ключ 18, второй элемент И 19, пусковой блок 20, третий компаратор 21, источник 22 опорного напряжения, сумматор 23, источник 40

24 запирающего напряжения, первый переключатель1 25, второй переключатель 26, третий переключатель 27.

Устройство работает в двух режимах.

1. Режим измерения частоты резонанса.

При измерении частоты резонанса коэффициент передачи делителя 6 напряжения равен единице, контакты первого и второго переключателей замкнуты, а третьего переключателя разомкнуты.

На входы обоих Фильтров поступает сигнал с исследуемого объекта, который обладает собственными шумами илн может быть возбужден оТ постороннего генератора шума.

С выходов пускового блока 20 подается импульс сброса, поступающий на вторые входы первого 2, второго 69

12 и третьего 7 интеграторов, первого 13 и второго 14 триггеров. На первые входы. первого 2 и второго 12 интеграторон через ключи 1 и 15 подается постоянное стабилизиронан- 65 ное напряжение U, величина которого определяет скорость интегрирования обоих интеграторов. Однонременнд на вход третьего интегратора 7 подается постоянное стабилизированное напряжение, величина которого определяет скорость интегрирования последнего.

Скорость интегрирования первых двух интеграторов 2 и 12 должна быть как можно больше скорости интегрирования третьего интегратора 7, так как это условие в значительной мере влияет на точность измерения частот- ных характеристик.

Линейно нарастающее напряжение с интегратора 2 и через иннертор 11 с интегратора 12 поступает на входы преобразователя напряжения в частоту генераторов 3 и 10 соотнетстненно, что заставляет их изменять свою частоту навстречу друг другу, т.е. частота генератора 3 увеличивается, а генератора 10 уменьшается, причем частоты обоих генераторов должны линейно зависеть от управляющих напряжений, что в значительной мере влияет на точность измерения частот.

Конечная частота первого генератора

3 должна быть равна или близка начальной ча,стоте второго генератора

10 и наоборот. 1олько в этом случае выбранный диапазон частот будет наиболее широким.

Выходы генераторов 3 и 10 управляют фильтрами 4 и 9, заставляя их перестраиваться по частоте. Отфильтрованные исследуемые сигналы с выходов фильтров 4 и 9 сравниваются компараторами 5 и 8 с медленно нарастающим напряжением с третьего интегратора 7, поступающего на вторые входы компараторов 5 и 8 с делителя 6 напряжения, коэффициент передачи которого установлен равным единице. Как только на выходе одного из фильтров появится напряжение, превышающее линейно нарастающее напряжение, с выхода делителя б напряжения, которое в данном режиме будет равно напряжению с выхода третьего интегратора 7, один из двух компараторов 5 или 8 выдает импульс на триггеры 13 или 14, один из них, оставаясь в переключенном состоянии, своим импульсом с помощью ключей 15 или 1 остановит интеграторы 12 или

2 соответственно. Как только сработают оба триггера 13 и 14, т.е. фильтры подойдут к резонансному пику с двух сторон, то первый элемент И 16 выдаст импульс на соединенные вместе первые входы второго

l9 и третьего 17 элементов И. Если в этот момент на соединенных вместе вторых входах второго 19 и третьего

17 элементов И будет. отсутствовать импульс с третьего компаратора 21, то с выхода второго элемента И 19

960725!

5 поступит короткий импульс на сброс триггеров 13 и 14 и сброс первого 2 и второго 12 интеграторов в исходное состояние, а ключи 1 и 15 вновь подключат постоянное напряжение к входам первого 2 и второго 12 ин- 5 теграторов, что заставит фильтры

4 и 9 снова перестраиваться по частоте.

Следует отметить, что индикации на табло частотомера, измеряющего 10 разность частот, происходить не будет, поскольку промежуток времени между импульсами, поступающими на

его вход запуска с выхода второго элемента H 18, значительно меньше времени измерения частотомера.

В то же время напряжение с выхода третьего интегратора 7 продолжает без остановки нарастать и по мере его нарастания, фильтры 4 и 9 с 20 каждым шагом все ближе подходят к вершине. резонансного пика. Напряжение с выходов первого 2 и второго 12 интеграторов постоянно суммируются сумматором 23, выход которого подклю- 25 чен к первому входу третьего компаратора 21 и в момент достижения вершины резонансного пика сумма напряжений Пр„1 и П„„ с выходов интеграторов 2 и 12, обозначенная U (фиг.2), окажется равной постоянному напряжению Ео источника 22, подключенного к второму входу третьего компаратора, которое должно быть регулируемым и стабилизированным, поскольку влияет на точность измерения. В момент, ког-.З5 да напряжение с выхода сумматора 23 превысит напряжение Е :на величину, достаточную для срабатывания третьего компаратора 21, которая определяется чувствительностью последнего, 40 он выдаст импульс на второй вход второго элемента И 19, запрещающего сброс триггеров 13 и 14, интеграторов 2 и 12 и на вход запуска частотомера, фиксирующего частоту ре- 45 эонанса.

При необходимости вид частотной характеристики объекта можно наблюдать, например, с помощью запоминающего осциллографа, снабженного ком- 50 мутатором, или двухлучевого осциллографа, подключив его усилители по

Х1 и Х, У1 è У.ь к выходам интегратора 3, инвертора 11, выходам фильтров 4 и 9 соответственно. Амплитуду резонанса можно измерять, подключив вольтметр к выходу третьего интегратора 7 °

2. Режим измерения разности частот и определения добротности.

При измерении добротности, например механической конструкции, последняя определяется по Формуле где (Sp — частота собственного резонанса конструкции;

Я и Q,- частоты на уровне 0,5 резонансной кривой.

Таким образом, для измерения добротности с помощью предлагаемого устройства коэффициент передачи делителя 22 напряжения равен 0,5, контакты первого и второго переклю- чателей разомкнуты, а третьего переключателя .замкнуты.

На вторые входы интеграторов 2 и 11, триггеров 13 и 14 подается импульс сброса, с выходов пускового блока 20, причем на второй вход третьего интегратора 7 этот импульс не попадает иэ-эа разомкнутых контактов второго переключателя. Ин-теграторы 2 и 12 станут в исходное состояние, триггеры 13 и 14 с помощью ключей 1 и 15 подключат постоянное напряжение к первым входам интегра1торов 2 и 12, напряжение на .их выходах начнет линейно нарастать, генераторы 3 и.10 будут сканировать по частоте, Фильтры 4 и 9 пер с„ураиваться и в момент, когда напряжение на выходах фильтров 4 и 9, подключенных к первым входам первого 5 и второго 8 компараторов, достигает величины, равной напряжению на выходе делителя 6, компараторы 5 и 8 перебросят триггеры 12 и 13, которые с помощью ключей 1 и 15 установят интеграторы в режим запоминания.

Одновременно с выходов триггеров 13 и 14 импульсы поступят на первый и второй входы первого 16 элемента И, который, в свою очередь, подает импульс на первые входы третьего 17 и второго 19 элементов И. Поскольку с выхода третьего компаратора 21 на вторые входы третьего 17 и второго 19 элементов И и вход запуска частотомера, измеряющего частоту резонанса, импульс не поступил ввиду того, что

t э нт1+ Пиит,д. < П < Ео. то частотомер i не запустится, второй элемент И 19 выдаст импульс на э апуск частотомера, измеряющего разность частот и последний зафиксирует ее, причем сброса интеграторов 2 и

12, триггеров 13 и 14 не произойдет, поскольку первый переключатель разомкнут. Сигнал на выходе третьего элемента И 17 на работу третьего ключа 18 не повлияет. поскольку ко входу последнего подключено запирающее напряжение U> с помощью замкнутых контактов третьего переключателя, а потому третий интегратор

7 останется в состоянии запоминания.

Далее на основании измеренных частоты резонанса to и разности частот Я. -A1 которые могут быть зафиксированы цифропечатающим устройством, подключенным к частотомерам

960725 через транскриптар с помощью вычислительного устройства или вручную, определяется добротность по форму, ле (1). применение в устройстве двух узкополосных перестраивающихся навстречу друг другу фильтров, полоса которых не зависит от выбранного рабочего диапазона частот и может быть порядка долей герца, а также логической системы опознавания основного резонанса, исключает ложное срабатывание устройства от помех за границей резонансной зоны и позволяет оперативно, в автоматическом режиме и в совокупности с цифропечатающим устройством с высокой производительностью измерять добротность и чистоту доминирующего резонанса объекта.

Формула изобретения

Устройство для определения частоты и добротности резонансных характеристик, содержащее источник опорного напряжения, последовательно соединенные первый ключ, первый интегратор, первый генератор, первый фильтр, первый компаратор, первый триггер, первый и второй элементы И, последовательно соединенные второй ключ, второй интегратор, инвертор, второй генератор, второй фильтр, второй компаратор, второй триггер, последовательно соединенные сумматор, третий ком паратор, третий элемент И, третий ключ и третий интегратор, выходы первого и второго интеграторов подключены соответственно к первому и к второму входам сумматора, а вторые входы соединены с вторыми входами первого и второго триггеров, выходы которых подключены к первым входам

5 соответственно первого и второго ключей, выход и второй вход третьего компаратора соединены соответственно с вторым входом второго элемента И и с выходом источника опорного нап)0 ряжения, выход второго триггера подключен к второму. входу первого элемента И, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных. возможностей, устройство содержит пусковой блок, делитель напряжения, источник:запирающего напряжения, три переключателя, первый из которых включен между первьм выходом пускового блока и выходом второго элемент@ И, второй переключатель - между вторым выходом пускового блока и вторым входом третьего интегратора, подключенного выходом к входу делителя напряжения, третий переключатель — между источником запирающего напряжения и выходом третьего элемента И, первый выход пускового блока соединен с вторым входом первого 0 интегратора, а выход делителя напряжения подключен к вторым входам первого и второго KoMIIBpRTopoB ° Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

35 1. Авторское свидетельство СССР

9 610063,кл. G 05 В 11/01, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2842729/18-24, кл. G 05 В 11/01, 1978.

960725

К яюускиющим дхоти цастомеро5

Фиг. T

ВНИИПИ Заказ 7277/55 Тираж 914 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная,