Автоколебательный вибростенд

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфюэ СоветскнкСоциалксткческикРеспублик н 0991384(23) Приоритет -Опубликовано 230183,Бюллетень Йо 3 Р 11 М Кз 6 05 0 19/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 23.01.83 В.А.Чистяков, Б.Н.Певзнер, М.Ф.Гонопол кийД(ри И.Н.Есаковаф - СОе;Д Г тчОсобое конструкторское бюро Ордена Лени а инсТйтута.физики Земли им. О.Ю.ШмидтаЧЧ"ъ.ъ.(54 ) АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ ВИБРОСТЕНД ех + Вх +сх=Г 8,Гв = кдскФвх масса подвижной систеию;коэффициент демпфирования;коэффициент линейной жесткости упругого подвеса;сила, создаваемая возбудителем колебаний;соответственно коэффициентыпередачи датчика скорости,усилителя и возбудителяколебаний;перемещение подвижной системы стенда. где а 8Г 8 25кдсъ "с 30 Изобретение относится к вибро- .испытательной технике, а именно к автоколебательным стендам для испытаний сейсмометрической аппаратуры в диапазоне инфранизких частот 0,01 - 20 ГцИзвестен резонансный вибростенд, создающий вибрации в диапазоне частот 1 - 10000 Гц. Этот стенд представляет собой колебательную систему с одной степенью свободы с возбуждающей системой электродинамического типа. Частота колебаний подвижной системы задается генератором, сигнал с выхода которого после усиления поступает на вход вибровозбудителя колебаний. Измерение амплитуды вибрации осуществляется с помощьюмикроскопа Г 1 3Однако ввиду отсутствия системы поддержания амплитуды вибрации при . изменении параметров усилителя, вибровоз 6 удителя и задающего генератора, например, от тепловых переходных процессов и времени, стабильность амплитуды колебаний указанного стенда оказывается незначительной.Известен автоколебательный вибростенд, который содержит подвижную систему, установленную в упругом под-, весе, датчик скорости, подвижная часть котор,го закреплена на подвижной системе, а статор на корпусе стенда. Выход датчика скорости через усилитель соединен с входом магнитоэлектрического или электромагнитного возбудителя колебаний. Возбуждение гармонических колебаний в таком стенде осуществляется за счет положительной обратной связи, содержащей датчик скорости, усилитель и возбудитель колебаний 2 ,Движение подвижной системы стенда описывается уравнениямиДемпфированиЕ в вибростенде во многом определяется трением. При линеариэации его методом гармонического баланса из уравнений 11)по лучим амплитуду автоколебаний4 РА щ -у- угде Г - силЬ трения в подвесеККеКуКс - коэффициейтпередачи обратной связи. 10Иэ 2 ) следует, что при изменении силы трения, например во времени,и коэффициента передачи обратной связи из-эа тепловых переходных процессов в обмотке возбудителя колебаний и других причин происходит изменение амплитуды автоколебаний, В результате, возникают погрешностиизмерения. параметров вибрации иэ-занестационарности амплитуды автоколебаний. Например, при изменении силытрения на 4 происходит соответствующее изменение на 4 амплитуды колебаний подвижной системы стенда.Аналогичное соотношение имеет местои при изменении коэффициента передачи обратной связи.Целью изобретения является повышение точности воспроизведения колебаний.Поставленная цель достигаетсятем, что в автоколебательный вибростенд, содержащий датчик скоростиподвижной части вибростенда, установленной в упругих опорах, и последовательно соединенные усилитель и З 5возбудитель колебаний, введены последовательно соединенные датчик перемещений подвижной части вибростенда,первый компаратор, первый ключ, первый интегратор, сумматор, второй 40интегратор и аттенюатор, последовательно соединенные второй компаратор,дифференциатор, первый селектор,второй ключ и третий интегратор, атакже источник опорного напряжейия, 45второй селектор и третий компаратор,первый вход которого подключен квыходу датчика перемещений, второйвход - к выходу третьего интегратораи к второму входу сумматора, а выход - к вторбму входу второго ключа,вход второго селектора соединен свыходом дифференциатора, а выход - свторым входом первого ключа, выходдатчика скорости связан с входомвторого компаратора и с входом аттенюатора, выходом подключенного квходу усилителя, выход первого интегратора соединен с вторым входомпервого компаратора, причем выходисточника опорного напряжения подключен к второму входу второгоинтегратора.Повышение точности воспроизводимых колебаний в предлагаемом стендепо сравнению с известным достигает 5 ая введением автоматического регулирования коэффициента передачи положительной обратной связи, При этомрегулирование осуществляется пропорциональным амплитуде перемещенийподвижной системы стенда,на Фиг; 1 показана Функциональная;схема автоколебательного вибростенда;на Фиг; 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу стенда.Автоколебательный вибростенд имеетподвижную часть 1, установленную вупругих опорах 2, датчик 3 перемещений, например емкостный, подвижнаячасть которого закреплена на подвижной системе стенда, а неподвижная часть - на корпусе. Датчик 4 скорости выполнен электродинамическимтак, что катушка его установлена наподвижной системе стенда, а магнитная система на корпусе. Вибростендсодержит также аттенюатор 5, усилитель 6, возбудитель 7 колебанийэлектродинамический ), компараторы -первый, третий, второй 8 - 10, интеграторы - первый, третий, второй 1113, ключи 14 и 15, сумматор 16, дифференциатор 17, селекторы 18 и 19 импульсов. Источник 20 опорного напря"жения может быть любым, но с регулируемым выходным напряжением.Йа Фиг. 2 обозначены:Р 8- напряжение на выходе датчика скорости 4;ОП- напряжение на выходе датчикаперемещений 3;О - напряжение навыходе компаратора 10; Од, Ос, Ос -соответственно напряжения на выходедифференциатора, селектора положительных и отрицательных импульсовСтенд работает следующим образом.Сигнал с выхода датчика 4 скорости фиг. 2 а )через аттенюатор и усилитель 6 поступает на возбудитель 7,При выполнении условия самовоэбуждения, которое вытекает иэ уравнений 1 ) возникают,автоколебания. Перемещения подвижной системы с помощью датчика перемещений преобразуются вэлектрический сигнал (фиг. 25) ипоступает на вход компараторов 8 и 9Компаратор 10 преобразует сигнал сдатчика скорости в прямоугольныеимпульсы (Фиг. 2 Ь), которые последифференцирования с помощью блока 17фиг. 27.) и селекции на селекторах18 фиг. 23) и 19 (фиг. 2 е ) управляют ключами 14 и 15. Таким образом, .ключи 14 и 15 открываются в моментпрохождения максимумов сигналов сдатчика перемещений. В результатеинтеграторы 11 и 12 запоминают амплитудные значения перемещений. Сумматор 16 суммирует эти сигналы иделит полученную сумму пополам. С30 выхода сумматора 16 сигнал поступает на вход интегратора 13, где сравнивается с сигналом источника 20 напряжения, а затем разность интегрируется и поступает на управляеьый аттенюатЬр 5, с помощью которого изменяет ся. коэффициент усиления обратной связи. Если в силу каких-либо причин произошло изменение амплитуды анто- колебаний, то на выходе интегратора 13 происходит изменение сигнала, в 10 ,результате чего аттенюатор 5 меняет свое. сопротивление так, что коэффициент усиления обратной связи становится таким, при котором на выходе интегратора 13 напряжение близко к. 15 нулевому значению. Использование в цепи поддержания амплитуды интегратора 13 позволяет сделать систему с астатизьюм по амплитуде перемещений.Применение в стенде регулирова ния по амплитудному значению перемещений позволило создать систему поддержания параметров автоколебаний в диапазоне инфраниэких частот 001- 50 Гц, 25Для оценки технико-экономической эффективности воспользуемся уравнениями .2 ), откуда относительная погрешность поддержания амплитудыимеет видсЧ = -тр с 1 КГ К31Из (3 1 следует, что для обеспечения нулевой .огрешности амплитуды автоколебаний необходимо выполнить равенствоК дГо трГ14ТЭ огде дГ , Г - соответственно при 40ращение силы тренияи начальное значениесилы трения;К - начальное значение .Окоэффициента обратной связи;дК - приращение коэффициента обратной связи,при котором происходит исключение погреш ности амплитуды автоколебаний. Более детальные расчеты показывают, что погрешность подцержания амплитуды автоколебаний с помощью предложенного технического решения уменьшается более чем в 5 раз.формула изобретенияАвтоколебательный вибростенд, содержащий датчик скорости подвижной части вибростенда, установленной в упругих опорах, и последовательно соединенные усилитель и возбудитель колебаний, о т л и ч а.ю щ и й с я тем,. что, с целью повьааения точности воспроизведения колебаний, вибростенд содержит последовательно соединенные датчик перемещений подвижной части вибростенда, первый компаратор, первый ключ, первый интегратор, Сумматор, второй интегратор и аттенюатор, последовательно соединенные второй компаратор, дифференциатор, первый селектор, второй ключ и третий интегратор, а также источник опорного напряжения, второй селектсз и третий компаратор, первый вход которого подключен к выходу датчика перемещений, второй вход - к выходу третьего интегратора и к второму входу сумматора, а выход - к второму входу второго, ключа, вход второго селектора соединен с выходом дифференциатора, а выход - с вторым входом первого ключа выход датчика скорости связан с входом второго компаратора и с входом аттенюатора, выходом подключен - ного к входу усилителя, выход первого интегратора соединен с вторым входом первого компаратора, причем выход источника опорного напряжения подключен к второму входу второго интег ратора.Источники инФормациипринятые во внимание при экспертизе1. Шкаликов В.С. и др, Измерениепараметров вибрации и удара М.,Изд-во стандартов, 1980, с. 205-208.2, Авторское свидетельсво СССРУ 169842, кл. С 01 М 7/00, 1963991384 акаэ 131/65 Тираж 872 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Иосква, Ж, РаушПодписмитета СССРткрытийкая наб д 4/ е илиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель Л.ЦаллаговаРедактор Т.Кугрышева Техред И.Гайду Корректор А.фере