Установка для определения резонансных частот

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическик(23) ПриоритетОпубликовано 30.01,82. Бюллетень М 4 Дата опубликования описания 303 Э 1.82(51М. Кл. з С 01 Н 29/00 Госуаарствениый комитет СССР по лелам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Ч 49 ЖУЩ ь- ГХаР;Н,йь 1 тУ,.т; В.П.Большаков , А.А.Самодуров, А.А.Сергее Заявитель Ленинградский ордена Ленина электротехнич ски им,В.И.Ульянова (Ленина) 54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЗОНАНС ЧАСТОТобреой т вам тн м выхезон осится к исп частности к донания упру с помощью у по значения стот испыттаустих ение отхнике,для исслтериалоолебанинсных ч тель ройс аной звук льтрам низмых и врны ших р а а уе образцов.Известны ультразвуковые ниброизмерительные установки, реализующие локацис 1 нные методы измерения и,позволяю щие определять значения резонансных частот малогабаритных образцов 111.Однако эти установки позволяют измерять резонансные параметры в диапазоне частот, не превышающем десятки килогерц, и имеют большую погрешность измерений.Наиболее близкой к предлагаем технической сути является устано для определения резонансных част содержащая пьеэоизлучатель, пьез емник, управляемый генератор, выход котрого подключен к частотомеру и пьезоизлучателю, первый усилитель фазовый детектор 2.Недостаток известного устройства состоит в большом времени определения смежных резонансных частот.Цель изобретения - сокращение емени определения смежных резонанс х частот путем автоматизации последовательной настройки на эти частоты.Поставленная цель достигается тем,что в установку введены интегратор,второй усилитель, два делителя напря,жения , истоЧник пбстоянного на,пряжения, четыре перключателя, причем.интегратор включен между выходом фазового детектора и входом управляемого генератора, вход инвертора подключен к выходу первого усилителя, выход второго усилителя присоединен.кпервому входу фазового детектора,делители напряжения подключены к ис точнику постоянного напряжения, приэтом общий контакт первого переключателя соединен с выходом управляемого генератора, общий контакт второ"го переключателя соединен с выходом 20 пьезоприемника, а коммутируемые контакты первого и второго переключателей соединены со входами первого ивторого усилителей,.у третьего переключателя общий контакт соединен 25 со входом управляемого генератора,а коммутируемые контакты соединеныс делителями напряжения, и у четвертого переключателя общий контакт соединен со вторым входом фазового 30 детектора, а коммутируемые контактысоединены с выходом первого усилите-ля и выходом инвертора.На чертеже представлена структурная схема установки.установка для определения резонансных частот содержит устройство 1для закрепления образца с находящимися в нем пьезоизлучателем 2, образцом 3 и пьеэоприемником 4, управляемый генератор 5, выход которого подключен к частотомеру 6 и пьезоизлучателю. Входы первого 7 и второго 8усилителей через первый переключатель 9 соединяются с выходом управляемого генератора, а через второйпереключатель 10 соединяются с пьезоприемником. Вход управляемого генератора через третий переключатель 11соединяется с выходами первого 12 ивторого 13 делителей напряжения, подключенных к источнику 14 постоянногонапряжений, Ко входу управляемогогенератора присоединен также выходинтегратора 15, вход которого подключен к выходу фазового детектора16, Первый вход фазового, детектораподключен к выходу второго усилителя,а второй вход через четвертый переключатель 17 соединяется с выходомпервого усилителя и выходом инвертора 18,Рассматривая работу установки приавтоматической настройке, например,на две низшие частоты собственных изгибных колебаний круглых дисков.Включению установки предшествуетпредварительная настройка. Во-первых,устанавливается соответствующий частотный поддиапаэон управляемого генератора 5, в котором непрерывнойперестройкой посредством напряжения,поступающего на управляющий вход генератора, перекрываются идентифицируемые частоты образца. Во-вторых, навыходах делителей 12 и 13 устанавливаются напряжения, подача которых науправляющий вход генератора 5 обеспечивает установку ориеитировочныхзначений идентифицируемых частот образца. В-третьих, ко второму входуфазового детектора 16 подключаетсявыход либО первого усилителя 7, либовыход инвертора (в зависимости отвзаимного расположения пьеэоизлучателя и пьезоприемника фазовый сдвиг колебанийв точках их соприкосновенияс образцом на собственных частотахможет составлять 0 и 180 ), для того, чтобы на резонансных частотахсигналы на входах фазового детектора16 были однофазны, Переключатели 9и 10 должны находиться в-одинаковыхположениях, например, в нижнем, какпоказано на чертеже.При включении установки и .подачена вход управляемого генератора 5сигнала с делителя 12 частота колеба.ний генератора оказывается меньшенизшей частоты собственных ичгибных 5 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 еО колебаний образца. Сигнал на второмвходе Фазового детектора отстает пофазе от сигнала на первом входе на выходе фазового детектора формируются импульсы отрицательной полярности, ширина которых пропорциональна измеряемой один раэ в период колебаний разности фаз сигналов на входах фазового детектора 16. Подача отрицательных импульсов на вход интегратора, выполненного, например, на основе инвертирующего усилителя с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, приводит к нарастанию сигнала на входе управляемого генератора. В результате колебаний сигнала с выхода управляемого генератора воэрастает до значенияц 4, при котором сигналы на входах фазового детектора оказываются в фазе.Однофаэность колебаний сигналов на входах фазового детектора является признаком собственных колебаний образца при условии если усилители 7 и 8 вносят одинаковые на данной частоте фазовые сдвиги. ПоСледнее условие может быть выполнено в из- вестном диапазоне частот, не превышающем,например, 100 кГц. Если частота 9 выше указанной частоты, то переключатели 9 и 10 иэ нижних положений переключают в верхние, и процесс автоподстройки частоты продолжается до установления нового значения частотыМ,". учитывая, что в диапазоне рабочих частот установки усилители 7 и 8 должны иметь равномерную амплитудную частотную характеристику, а следовательно, монотонную Фазовую частотную характеристику, низшая собственная частота образца может быть определена как М= (м 4 + М)/2.Автоподстройка на смежную (вторую низшую частоту иэгибных колебаний образца) начинается спереключения переключателя 11 в верхнее положение. При этом к управляющему входу управляемого генератора прикладывается напряжение с делителя 13, устанавливающее частоту сигналов генератора по значению , например, большую,чем М. Сигнал на втором входе фазового детектора опережает по фазе сигнал на первом входе, и на выходе фазового детектора формируются импульсы положительной полярности, ширина которых пропорциональна разности фаз входа сигналов. Подача положительных импульсов на вход интегратора 15 приводит к уменьшению сигнала на входе управляемого генератора. В результате частота колебаний выходного сигнала генератора уменьшается до эначенияд", при котором сигналы на входах Фазового детектора оказываются в фазе. После переключения переключателей 9 и 10 в противоположное положе-, ние и окончания автоподстройки измеряется значение частотыо)". Вторая901893 формула изобретения Составитель В.ВалуРедактор Е.Папп Техред И. Гергель орректор В.Бутяг Заказ 12369/53 Тираж 882 ВНИИПИ Государственногб комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.дписное илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,низшая частота собственных изгибных колебаний образца определяется, как о 4 = + (ц), + М," )/г.Использование, предлагаемой установки позволяет сократить время экспериментального определения двух резонансных частот испытуемого образца в 4-5 раз по сравнению с ручным способом. Установка для определения резонансных частот, содержащая пьезоизлучатель, пьезоприемник, управляемый генератор, выход котрого подключен к частотомеру и пьезоиэлучателю, первый усилитель и фазовый детектор, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью сокращения времени определения смежных резонансных частот путем автоматизации последовательной настройки на эти частоты, в нее введены интегратор, инвертор, второй усилитель, два делителя напряжения, источник постоянного напряжения, четыре переключателя, причем интегратор включен между выходом фазового детектора и входом управляемого генератора, вход инвертора подключен к выходу первого усилителя, выход второго.усилителя присоединен к первому входу фазового детектора, делителинапряжения подключены к источникупостоянного напряжения, при этом об 5 щий контакт первого перек чателясоединен с выходом управляемого генератора, общий контакт второго переключателя соединен с выходом пьезоприемника, а коммутируемые контактыпервого и второго переключателей соединены со входами первого и второгоусилителей, у третьего переключателяобщий контакт соединен со входом управляемого генератора а коммутируемые контакты соединены с делителями15 напряжения, и у четвертого переклйчателя общий контакт соединен со вторым входом фазового детектора, а коммутируемые контакты соединены с выходом первого усилителя и выходом ин 20 вертора.1Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара. Под ред.25 В.В.Клюева, том 2, М., Машиностроение, 1978, с. 55-61,2. Бражников Н,И. Ультразвуковаяфазометрия. М.,Энергия, 1968,с. 91-94 (прототип).