Многофункциональное устройство для вибрационных испытаний конструкций

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 7/00 ННЫЙ КОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ГО СУДА ПО ДЕЛ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ М СО(72) Я. С. Урецкий, 3. А. Баширов, Р. В. Мнекин, А. А. Стрельников, С. П. Чинякин, А, Г. Баширова и В. А. Пашковский (71) Казанский ордена Трудового Красного Знамени и ордена Дружбы народов авиационный институт им. А. Н. Туполева (53) 620.178.7 (088.8)(56) 1. Каталог фирмы Брюль и Кьер модель 3380, 1972.2. Авторское свидетельство СССР879352, кл. б 01 М 7/00, 1980 (прототип).(54) (57) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРАЦИОННЪХ ИСПЫТАНИЙ КОНСТРУКЦИИ, содержащее генератор шума, источник гармонического сигнала, первый коммутатор, входы которого подключены к выходам генератора шума и источника гармонического сигнала, последовательно соединенные формирователь, первый сумматор, усилитель мощности и возбудитель колебаний, а также вибродатчики, устанавливаемые на конструкции по трем взаимно перпендикулярным направлениям, по числу вибродатчиков согласующие усилители, входы которых подключены к вибродатчикам, анализатор, входы которого соединены с выходами усилителей, последовательно соединенные экстремальный ограничитель, входы которого подключены к выходам анализатора, и блок выравнивания спектра, второй коммутатор, командный выход которого подключен к вхо-. ду блокировки первого коммутатора, а информационный выход подключен к второму входу первого сумматора, генератор треугольных импульсов, выход которого соединен с входом второго коммутатора, и цветовой индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, оно снаб.801133490 жено вторым сумматором, включенным между первым коммутатором и формирователем, узкополосным перестраиваемым фильтром, вход которого соединен с выходом генератора шума, а выход - с вторым входом второго сумматора, свин-генератором, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора, и блоком управления, выполненным в виде блока оптимальной фильтрации, три входа которого подключены к выходам согласующих усилителей, а четвертый вход подключен к выходу свин-генератора, .трех цифровых вольтметров, первые входы которых подключены к выходам анализатора, вторые входы - к выходам блока оптимальной фильтрации, а выходы соединены с первыми тремя входами цветового индикатора, трех цифровых фазометров, первые входы которых соединены с выходом свип-генератора, а вторые входы соединены с выходами блока оптимальной фильтрации, цифрового частотомера, включенного между выходом свип-генератора и четвертым входом индикатора, микро-ЭВМ, выход которой соединен с пятым входом индикатора, блока аналогового управления, вход которого подключен к выходу микро-ЭВМ, а выход - к управляющему входу формирователя и управляющему входу генератора треугольных импульсов, блока задания, выход которого подключен к второму входу блока аналогового управления и шестому входу индикатора, блока сопряжения, входы которого соединены с выходами трех вольтметров, трех фазометров, цифрового частотомера и блока задания, а выход соединен с входом микро-ЭВМ, и блока регистрации, вход которого подключен к второму выходу микро-ЭВМ, второй выход блока аналогового управления соединен с управляющим входом микро-ЭВМ и седьмым входом индикатора, а блок выравнивания спектра включен между первым сумматором и усилителем мощности.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для вибрационных и виброударных испытаний конструкций,Известно многофункциональное устройство для вибрационных испытаний, содержащее последовательно соединенные генератор шума, первый коммутатор, сумматор, усилитель мощности и возбудитель колебаний, источник гармонического сигнала, генератор треугольных импульсов, вибродатчики, устанавливаемые на конструкции, анализатор, к входам которого подключены выходы вибродатчиков, блок выравнивания спектра, подключенный к выходу анализатора, и цветовой индикатор 1.Недостатком данного устройства является отсутствие возможности его использования для проведения виброударных испытаний и получения информации о колебаниях конструкции по трем координатным осям, что снижает достоверность испытаний.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является многофункциональное устройство для вибрационных испытаний конструкций, содержащее генератор шума, источник гармонического сигнала, первый коммутатор, входы которого подключены к выходам генератора шума и источника гармонического сигнала, последовательно соединенные формирователь, первый сумматор, усилитель мощности и возбудитель колебаний, а также вибродатчики, устанавливаемые на конструкции по трем взаимно перпендикулярным направлениям, по числу вибродатчиков согласующие усилители, входы которых подключены к вибродатчикам, анализатор, входы которого соединены с выходами усилителей, последовательно соединенные экстремальный ограничитель, входы которого подключены к выходам анализатора, и блок выравнивания спектра, второй коммутатор, командный выход которого подключен к входу блокировки первого коммутатора, а информационный выход подключен к второму входу первого сумматора, генератор треугольных импульсов, выход которого соединен с входом второго коммутатора, и цветовой индикатор 2.Недостатком известного устройства является невысокая точность испытаний из-за существенной погрешности анализа воспроизводимых воздействий. Устройство также не позволяет проводить испытания с применением сканирующей гармонической и узкополосной случайной вибрации.Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей.Поставленная цель достигается тем, что многофункциональное устройство для вибрационных испытаний конструкций, содержащее генератор шума, источник гармонического сигнала, первый коммутатор, входы которого подключены к выходам генератора шума и источника гармонического сигнала, последовательно соединенные формирователь, первый сумматор, усилитель мощности и возбудитель колебаний, а также вибродатчики, устанавливаемые на конструкции по трем взаимно перпендикулярным направлениям, по числу вибродатчиков согласующие усилители, входы которых подключены к вибродатчикам, анализатор, входы которого соединены с выходами усилителей, последовательно соединенные экстремальный ограничитель, входы которого подключены к выходам анализатора, и блок выравнивания спектра, второй коммутатор, командный выход которого подключен к входу блокировки первого коммутатора, а информационный выход подключен к второму входу первого сумматора, генератор треугольных импульсов, выход которого соединен с входом второго коммутатора, и цветовой индикатор, снабжено вторым сумматором, включенным между первым коммутатором и формирователем, узкополосным перестраиваемым фильтром, вход которого соединен с выходом генератора шума, а выход - с вторым входом второго сумматора, свип-генератором, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора, и блоком управления, выполненным в виде блока оптимальной фильтрации, три входа которого подключены к выходам согласующих усилий, а четвертый вход подключен к выходу свип-генератора, трех цифровых вольтметров, первые входы которых полключены к выходам анализатора, вторые входы - к выходам блока оптимальной фильтрации, а выходы соединены спервыми тремя входами цветового индикатора, трех цифровых фазометров, первые вхолы которых соединены с выходом свип-генератора, а вторые входы соединены с выхолами блока оптимальной фильтрации, цифрового частотомера, включенного между выходом свип-генератора и четвертым входом индикатора, микро-ЭВМ, выход которой соединен с пятым входом индикатора, блока аналогового управления, вход которого полключен к выходу микро-ЭВМ, а выход - к управляющему входу формирователя и управляющему входу генератора треугольных импульсов, блока задания, выход которого подключен к второму входу блока аналогового управления и шестому входу индикатора, блока сопряжения, входы которого соединены с выходами трех вольтметров, трех фазометров, цифрового частотомера и блока задания, а выход соединен с входом микро-ЭВМ, и блока регистрации, вход которого подключен к второму выходу микро-ЭВМ, второй выход блока аналогового управления соединен с управляющим вхолом микро-ЭВМ и седьмым входом индикатора,1 О 15 20 а блок выравнивания спектра включен между первым сумматором и усилителем мощности.На чертеже представлена блок-схема многофункционального устройства для вибрационных испытаний.Устройство содержит генератор 1 шума, источник 2 гармонического сигнала, первый коммутатор 3, входы которого подключены к выходам генератора 1 шума и источника 2 гармонического сигнала, последовательно соединенные формирователь 4 и первый сумматор 5, второй коммутатор 6, командный выход которого подключен к входу блокировки первого коммутатора 3, а информационный выход к второму входу первого сумматора 5, генератор 7 треугольных импульсов, выход которого соединен с входом второго коммутатора 6, последовательно соединенные усилитель 8 мощности и возбудитель 9 колебаний, последовательно соединенные вибродатчики 1 О, устанавливаемые на испытуемой конструкции (не показана) по трем взаимно перпендикулярным направлениям, по числу датчиков согласующие усилители 11, анализатор 12, экстремальный ограничитель 13 и блок 14 выравнивания спектра, включенный между первым сумматором 5 и усилителем 8 мощности, а также цветовой индикатор 15. Источник 2 гармонического сигнала состоит из генераторов 16 гармонических сигналов и третьего сумматора 17, входы которого соединены с выходами генераторов 16.Устройство также снабжено блоком 18 управления, свип-генератором 19, вторым сумматором 20, включенным между первым коммутатором 3 и формирователем 4, и узкополосным перестраиваем ым фильтром 21, включенным между генератором 1 шума и вторым входом второго сумматора 20. Блок 18 управления выполнен в виде блока 22 оптимальной фильтрации, три входа которого подключены к выходам согласующих усилителей 11, а четвертый вход подключен к выходу свип-генератора 19, трех цифровых вольтметров 23, блока 24 сопряжения, микро-ЭВМ 25, блока 26 регистрации, блока 27 аналогового управления, блока 28 задания, цифрового частотомера 29, включенного между выходом свип-генератора 19 и одним из входов цветового индикатора 15, и трех цифровых фазометров 30, первые входы которых соединены с выходом свип-генератора 19, а вторые - с раздельными выходами блока 22 оптимальной фильтрации. Входы блока 24 сопряжения соединены с выходами цифровых вольтметров 23, входы которых подключены к выходам анализатора 12 и. блока 22 оптимальной фильтрации, с выходами цифровых фазометров 30 и выходом блока 28 задания. Входы микро-ЭВМ 25 соединены с выходами блока 24 сопряже 25 30 35 40 45 50 55 ния и блока 27 аналогового управления, а выходы подключены к блоку 26 регистрации, цветовому индикатору 15 и входу блока 27 аналогового управления.Устройство работает следующим образом. При воспроизведении полигармонической вибрации генераторы 16, входящие в состав источИика 2 гармонических колебаний, формируют определенного уровня гармонические сигналы на заранее выбранных частотах, которые суммируются на сумматоре 17, с выхода которого сигнал через коммутатор 3 и второй сумматор 20 поступает на вход усилителя 8 мощности. Усиленный сигнал поступает на возбудитель 9 колебаний, на столе которого устанавливают исследуемую конструкцию. На ней закрепляют вибродатчики 1 О, располагаемые по трем взаимно перпендикулярным плоскостям для исследования как продольных, так и поперечных крутильных колебаний элементов конструкции объекта.Вибродатчики 10 преобразуют механические колебания в электрические сигналы, которые через согласующие усилители 11 поступают в анализатор 12, осуществляющий гармонический анализ. С выходов анализатора 12 сигналы в виде постоянных напряжений, пропорциональных а мплитудно-частотным характеристикам (АЧХ) вибротракта, поступают на экстремальный ограничитель 13 и через вольтметры 23 на цветовой индикатор 15 и блок 24 сопряжения. На индикаторе 15 результирующие АЧХ вибротракта по трем координатам высвечиваются различными цветами. С выхода блока 24 сопряжения сигнал в закодированном виде поступает для обработки в микро-ЭВМ 25. Применение микро- ЭВМ 25 при воспроизведении полигармонической вибрации позволяет осуществлять по результатам гармонического анализа вибраций уточнение параметров, например частоты, добротности и коэффициента усиления отдельных пиков и провалов в воспроизводимом спектре, В случае необходимости может осуществляться протоколирование результатов испытаний в блоке 26 регистрации, например, в печатном виде. Экстремальный ограничитель 13 служит для ограничения амплитуды колебаний в случае превышения допустимых значений. Для коррекции АЧХ характеристики усилителя 8 мощности и нагруженного возбудителя 9 колебаний используется блок 14 выравнивания спектра.Сравнение заданных и получаемых в результате гармонического анализа АЧХ осуществляется визуально на экране индикатора 15 и в микро-ЭВМ 25. В случае повышения заданной погрешности воспроизведения вибрации, сигнал рассогл асо в а ни яс выхода микро-ЭВМ 25 в виде кода поступает на первый вход блока 27 аналогового.управления, который вырабатывает управляющий сигнал для подстройки формирователя 4.При воспроизведении широкополосной случайной вибрации (ШСВ) в качестве первичного источника шума используется генератор 1 шума с равномерным в рабочем диапазоне частот спектром. Предварительная коррекция АЧХ измерительного тракта осуществляется блоком 14 выравнивания, а формирование спектра ШСВ производится формирователем 4, настройка которого осуществляется с помощью микро-ЭВМ через блок 27 аналогового управления. Сравнение заданного спектра ШСВ с полученным в контролируемых точках изделия спектром происходит также в микро-ЭВМ 25. Анализ спектра воспроизводимой ШСВ осуществляется анализатором 12. Последовательное включение формирователя 4 с блоком 14 выравнивания расширяет динамический диапазон устройства при формировании неравномерностей в спектре воспроизводимой вибрации.При воспроизведении виброударного воздействия формирование спектра ШСВ осуществляется, как при испытаниях на широкополосную случайную вибрацию, а для формирования необходимой формы удара в процессе испытания измеряется АЧХ вибротракта с помощью гармонического сигнала, источником которого является свип-генератор 19. Блок 22 оптимальной фильтрации осуществляет выделение из широкополосного шума гармонического сигнала по всем трем координатам. Цифровые вольтметры 23 и фазометры 30 измеряют уровни гармонических сигналов и их фазы, которые кодируются в блоке 24 сопряжения и поступают в микро-ЭВМ 25, После измерения АЧХ и фазочастотных характеристик вибротракта по всем координатам в микро-ЭВМ 25 осуществляется Фурье-преобразование пе. редаточной функции К)в импульсную пе. реходную функцию Й (1) согласно выра- жению)т =- , ) Кю)1" й,Значение импульсной переходной функции вибротракта позволяет осуществитькоррекцию формы и длительности сигналагенератора 7 треугольных импульсов таким образом, чтобы получить в заданнойточке контроля испытуемого изделия необходимую форму и длительность удара. Такой способ настройки виброудара позволяетувеличить точность его воспроизведения иосуществлять его косвенный контроль путемпостоянного измерения АЧХ и ФЧХ вибротракта в процессе испытаний. Уровень измерительного гармонического сигнала приэтом выбирается значительно ниже уровняиспытательного сигнала и не влияет на процесс испытания. Частота гармоническогосигнала контролируется с помощью частотомера 29.При проведении виброиспытаний на узкополосную случайную вибрацию сигналформируется на выходе фильтра 21, средняя частота которого может перестраивать 2 ся в заданном частотном диапазоне.Задание временных режимов работыблока 18 управления осуществляется блоком 28 задания. Наличие в устройстве первого 3 и второго 6 коммутаторов, первого 5и второго 20 сумматоров позволяет сформировать любой из возможных испытательных вибрационных сигналов на входе возбудителя 9 колебаний.Использование предлагаемого устройства позволяет повысить достоверность испытаний за счет расширения воспроизводимых режимов виброиспытаний и повышенияточности испытаний. Последнее достигается за счет дополнительной обработки результатов гармонического анализа, контроля импульсной переходной функции вибро 40 тракта в процессе испытаний и коррекцииформы и длительности возбуждающихимпульсов,Сост К Техред Тираж ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Москва, Ж -илиал ППП Патент, Редактор И. НиколайчуЗаказ 9832/35 КрапивинКорректор Л. Пилипенко898 Подписноевенного комитета СССРретений и от крытий35, Раушская наб., д. 4/5г. Ужгород, ул. Проектная, 4