Устройство для определения частоты и добротности резонансных характеристик

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик рц 960725(1)М Кп 3 О 05 В 11/01 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Автор .изобретения А.П. Проскуряков и: "сЪий 71) Заявитель Ивановский ордена Знак Почета эн институт им. В.И. Ленина) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ И ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАНСНЫХ ХАРАКТЕРИСТ Изо тельно для из резона асти хнической являетсяя.частотных одержащее ния, послервый ключ,генератор того устройств ость измерения сного пика, то Недостаткомяется невозможотности резона об- сть бретение относится к испытай технике и может применятьсямерения добротности и частотынса различных объектов, в ч ости механических конструкций и их узлов.Известно устройство для автоматической настройки полосового фильт-. ра, содержащее последовательно соединенные полосовой фильтр, смеситель, генератор, регулируемый усилитель, детекторы, частотный дискриминатор, переключатель, интеграторы, блокзадания 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 воз-. никновения биений между частотой исследуемого сигнала Н частотой помехи.Наиболее близким по те сущностй к предложенномуустройство для определени характеристик объектов, с источник опорного напряже довательно соединенные пе первый интегратор, первыйУ первый фильтр, первый компаратор,первый триггер, первый и второй элемент И, последовательно соединен 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 компаратора 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 5 с вторым входом третьего элемента И (2.ограниченные функциональные возможности,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства н плане измерения добротности, 5Для достижения поставленной целиустройство содержит пусковой блок,делитель напряжения, источник запирающего напряжения, три переключателя, первый из которых включен между 10первью выходом пускового блока и выходом второго элемента И, второй переключатель - между вторьм выходомпускового блока и вторым входомтретьего интегратора, подключенноговыходом к, входу делителя напряжения,третий переключатель - между источником запирающего напряжения и выходом третьего элемента И, первыйвыход пускового блока соединен совторьм входом первого интегратора,а выход делителя напряжения подключен к вторым входам первого. и второго компараторов.На Фиг.1 прйведена структурнаясхема устройства; на Фиг,2 - диаграм-.5ма зависимости тока от напряжения.Устройство содержит первый ключ1, первый интегратор 2, первый генератор 3, первый фильтр 4, первыйкомпаратор 5, делитель б напряжения, ЗОтретий 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, ЗУпервый элемент И 16, третий элементИ 17, третий ключ 18, второй элемент И 19, пусковой блок 20, третийкомпаратор 21, источник 22 опорногонапряжения, сумматор 23, источник 4 О24 запирающего напряжения, первыйпереключатель 1 25, второй переключатель 26, третий переключатель 27,Устройство работает н двух режимах.451, Режим измерения частоты резонанса,При измерении частоты резонансакоэффициент передачи делителя 6напряжения равен единице, контактыпервого и второго переключателейзамкнуты, а третьего переключателяразомкнуты.На входы обоих Фильтров поступаетсигнал с исследуемого объекта, который обладает собстненньии шумами илн 55может быть возбужден от постороннегогенератора шума.С выходов пускового блока 20 подается импульс сброса, поступающийна вторые входы первого 2, второго 6912 и третьего 7 интеграторов, первого 13 и второго 14 триггеров. Напервые входы. первого 2 и второго 12интеграторон через ключи 1 и 15подается постоянное стабилизиронан ное напряжение П, величина которогоопределяет скорость интегрированияобоих интеграторов. Однонременнд навход третьего интегратора 7 подаетсяпостоянное стабилизированное напряжение, величина которого определяетскорость интегрирования последнего.Скорость интегрирования первыхдвух интеграторов 2 и 12 должна бытькак можно больше скорости интегрирования третьего интегратора 7, таккак это условие в значительной меревлияет на точность измерениячастот-ных характеристик.Линейно нарастающее напряжение синтегратора 2 и через иннертор 11с интегратора 12 поступает на входыпреобразователя напряжения в частотугенераторов 3 и 10 соотнетстненно,что заставляет их изменять своючастоту навстречу друг другу, т.е.частота генератора 3 увеличивается,а генератора 10 уменьшается, причемчастоты обоих генераторов должнылинейно зависеть от управляющих напряжений, что в значительной меревлияет на точность измерения частот.Конечная частота первого генератора3 должна быть равна или близка начальной ча,стоте второго генератора10 и наоборот. Только в этом случаевыбранный диапазон частот будет наиболее широким,Выходы генераторов 3 и 10 управляют фильтрами 4 и 9, заставляя ихперестраиваться по частоте. Отфильтрованные исследуемые сигналы с выходов фильтров 4 и 9 сравниваютсякомпараторами 5 и 8 с медленнонарастающим напряжением с третьегоинтегратора 7, поступающего на вторые входы компараторов 5 и 8 с делителя б напряжения, коэффициентпередачи которого установлен равнымединице. Как только на выходе одногоиз ФильтРов появится напряжение,превышающее линейно нарастающеенапряжение, с выхода делителя 6напряжения, которое в данном режимебудет равно напряжению с выходатретьего интегратора 7, один из двухкомпараторов 5 или 8 выдает импульсна триггеры 13 или 14, один из них,оставаясь в переключенном состоянии,своим импульсом с помощью ключей 15или 1 остановит интеграторы 12 или2 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 второго19 и третьего 17 элементов И, Еслив этот момент на соединенных вместевторых входах второго 19 и третьего17 элементов И будет отсутствоватьимпульс с третьего компаратора 21,то с выхода второго элемента И 1915 65 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 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 И 18, значительно меньше времени измерения частотомера.1В то же время напряжение с выхода третьего интегратора 7 продолжает безостановки 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 чен к первому входу третьего компаратора 21 и в момент достижения вершины резонансного пика сумма напряжений Уии Пт с выходов интеграторов 2 и 12, обозначенная 0 (фиг.2), окажется равной постоянному напряжению Ео источника 22, подключенного к второму входу третьего компаратора, которое должно быть регулируемым и стабилизированньщ, поскольку влияет на точность измерения. В момент, ког-.З 5 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 эонанса.При необходимости вид частотной характеристики объекта можно наблюдать, например, с помощью запоминающего осциллографа, снабженного ком мутатором, или двухлучевого осциллографа, подключив его усилители по Х и Х , У и У,ь к выходам интегратора 3, инвертора 11, выходам фильтров 4 и 9 соответственно. Амплитуду резонанса можно измерять, подключив вольтметр к выходу третьего интегратора 72. Режим измерения разности частот и определения добротности.При измерении добротности, например механической конструкции, последняя определяется по Формуле где Йр - частота собственного резонанса конструкции; Я и Д, " частоты на уровне 0,5 резонансной кривдй.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 интегра 1 торов 2 и 12, напряжение на .их вы" ходах начнет линейно нарастать, генераторы 3 и.10 будут сканировать по частоте, Фильтры 4 и 9 перааураиваться 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 ивторого 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, что1 1Инт 1+ Пиит,ь ПЕоф то частотомер не запустится, второй элемент И 19 выдаст импульс на запуск 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 у,з с помощью эамк. нутых контактов третьего переключателя, а потому третий интегратор 7 останется в состоянии запоминания.Далее на основании измеренных частоты резонанса оо и разности частот Я. -й, которые могут быть зафиксированы цифропечатающим устрой" ством, подключенным к частотомерамчерез транскриптор с помощью вычислительного устройства или вручную,определяется добротность по форму, ле (1)применение в устройстве двухузкополосных перестраивающихсянавстречу друг другу фильтров, полоса которых не зависит от выбранного рабочего диапазона частот и может быть порядка долей герца, атакже логической системы опознавания основного резонанса, исключаетложное срабатывание устройства отпомех за границей резонансной зоныи позволяет оперативно, в автоматическом режиме и в совокупности сцифропечатающим устройством с высокой производительностью измерятьдобротность и чистоту доминирующегорезонанса объекта,Формула изобретенияУстройство 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 компаратор, третий элемент И, третий ключ и третий интегратор, выходы первого и второго интеграторов подключены соответственно к первому и квторому входам сумматора, а вторыевходы соединены с вторыми входамипервого и второго триггеров, выходыкоторых подключены к первым входам5 соответственно первого и второгоключей, выход и второй вход третьегокомпаратора соединены соответственнос вторым входом второго элемента Ии с выходом источника опорного нап 1 р ряжения, выход второго триггера подключен к второму. входу первого элемента И,выход которого соединен свторым входом третьего элемента И,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения функциональных.возможностей, устройство содержитпусковой блок,делитель напряжения,источник запирающего напряжения,три переключателя, первый из которыхвключен между первьм выходом пускового блока и выходом второго элемента И, второй переключатель - междувторым выходом пускового блока ивторым входом третьего интегратора,подключенного выходом к входу делителя напряжения, третий переключатель - между источником запирающегонапряжения и выходом третьего элемента И, первый выход пускового блока соединен с вторым входом первогоЗО интегратора, а выход делителя напряжения подключен к вторым входампервого и второго компараторов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе35 1, Авторское свидетельство СССРР 610063,кл. 6 05 В 11/01, 1978,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2842729/18-24,кл. О 05 В 11/01, 1978.