Вибростенд

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦ)ИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 4(51) С 05 Р 19/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТО МУ СВИДЕТЕЛЬСТ(прототип).3. Кривицкий Б В,Н. Морозовонструкторско тво ССС1974,о СССР1978 свидетел 0 19/02идетельс Р 15/00 Салтыков Е.Н.й регулировкии связь етектора. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИИ Системы автоматическоусиления, М Радио1982, с. 45.(54)(57) ВИБРОСТЕНД, содержащийзадающий генератор, последовательно соединенные усилитель мощности,вибратор, вибропреобразователь,согласующий усилитель и среднеквадратичный детектор, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности вибростенда, он содержит резистивную матрицу типак -2 К , переключатели, масштабныйусилитель, двоичный реверсивныйсчетчик, элементы И, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИцва компаратора, два одновибратора,генератор пилообразного напряженияи блок памяти, причем первый выходзадающего генератора соединен с перво, дшбо 26 выми входами переключателеи и черезпервый одновибратор с входом гене -ратора пилообразного напряжения,выход которого соединен с первымивходами первого и второго компараторов, вторые входы которых связанысоответственно с источником опорного напряжения и выходом блокапамяти, а выходы - с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которогоподключен к первому входу элементаИ, соединенного вторым входом с шиной тактовых импульсов, а выходом -со счетным входом двоичного реверсивного счетчика, управляющий входкоторого связан с выходом первогокомпаратора, а выходы - с управляющими входами переключателей, вторыевходы которых соединены с корпуснойшиной, а выходы - с управляющимивходами резистивной матрицы типак -2 8, первый вывод последовательной цепи резисторов которой подключен к корпусной шине, а последнийк входу масштабного усилителя, соединенного выходом с входом усилителя мощности, второй выход задающего генератора связан через второйодновибратор с входом установки в"0" блока памяти, вход которого соединен с выходом среднеквадратичного5 1 О 15 20 25 30 40 50 Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний объектов на гармонические вибрации с фиксированной или непрерывно меняющейся частотой.Известен вибростенд, у которого компрессия возбуждающего сигнала (при стабилизации колебаний стола по некоторому параметру, например, по виброускорению) осуществляется различными способами. Например, в устройстве (1 используется электромеханический способ: уровень сигнала изменяется с помощью потенциометра, лодвикный контакт которого подключен к входу объекта регулирования и механически соединен с валом двигателя, перемещающего контакт на величину разности фактического и заданного напряжений.Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности вибростенд (21, у которого компрессия сигнала осуществляется с помощью двузатвор - ного полезного транзистора, На первый затвор полевого транзистора (МОП-тетрода) поступает сигнал возбуждения от задающего генератора, на второй затвор приходит сигнал с выхода элемента сравнения, Каскад на полевом транзисторе повторяет сигнал, подаваемый на первый затвор, с коэффициентом передачи, пропорциональным напряжению второго затвора.Как известно ЗД, полевой транзистор может обеспечить линейность регулировки сигнала в диапазоне, не превышающем 40 дБ. Этот диапазон оказывается недостаточным, если требуется, например, осуществить сканирование в пределах изменения частоты от 20 до 20000 Гц при постоянном значении одного из вибрационных параметров. Статический метод регулирования, использованный в указанном стенде, не допускает отступления от линейности регулировочной характеристики компрессора, на которую могут влиять различные дестабилизирующие факторы, например изменение нагрузки на стенд или зависящие от частоты явления (например, субрезонансные). С их появлением значение стабилизируемого параметра резко изменяется, что приводит к ухудшению точности воспроизведения вибростола. Поскольку40 дБ - предельное значение диапазона линейности, точность регулировки вибрации, определяемая отношением разности фактического и заданного уровней к заданному уровню вибрации, в данном стенде даже при идеальных условиях эксплуатации не лучше 17,Цель изобретения - повышение точности вибростенда путем повышения точности воспроизведения вибрации.Поставленная цель достигается тем, что вибростенд, содержащий задающий генератор, последовательно соединенные усилитель мощности, вибратор, вибропреобразователь, согласующий усилитель и среднеквадратичный детектор, содержит резис - тивную матрицу типа 8 -2 Е, переключатели, масштабный усилитель, двоичный реверсивный счетчик, элементы И, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два компаратора, два одновибратора, генератор пилообразного напряжения и блок памяти, причем первый выход задающего генератора соединен с первыми входами переключателей и через первый одновибратор с входом генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых связанысоответственно с источником опорного напряжения и выходом блокапамяти, а выходы - с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которогоподключен к первому входу элементаИ, соединенного вторым входом сшиной тактовых импульсов, а выходом - со счетным входом двоичногореверсивного счетчика, управляющийвход которого связан с выходомпервого компаратора, а выходы - суправляющими входами переключателей,вторые входы которых соединены скорпусной шиной, а выходы - с управляющими входами резистивной матри -цы типа 1 -2 3, первый вывод последовательной цепи резисторов которой подключен к корпусной шине,а последний - к входу масштабногоусилителя, соединенного выходом свходом усилителя мощности, второйвыход задающего генератора связанчерез второй одновибратор со входомустановки, в "0" блока памяти, входкоторого соединен с выходом среднеквадратичного детектора, 115602630 момент появления попожительнойполуволны сигнала на Фазоинверсномвыходе генератора 14. Перепад зна ка полуволны служит толчком для выдачи одновибратором 10 короткого импульса, устанавливающего блок в "О".После обнуления блок памяти б 55 запоминает новое значение сигнала за время, не прс пьянеющее полонины периода, Через полпериода положиНа фиг, 1 показана Функциональная схема вибростенда; на Фиг, 2временная диаграмма,Вибростенд содержит усилитель 1мощности, вибратор 2, вибропреобра - 5зователь 3, согласующий усилитель 4,среднеквадратичный детектор 5, блокпамяти 6, масштабный усилитель 7,резистивную матрицу 8 типа К -2 к7одновибраторы 9 и 10, переключатели 11-13, задающий генератор 14,генератор 15 пилообразного напряжения, двоичный реверсивный счетчик16, элемент И 17, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 18, компараторы 19 и 20(соответственно первый и второй) иисточник 21 опорного напряжения.Источником сигнала возбуждениявибростенда является задающий генератор 14. Он вырабатывает гармонический сигнал с максимально допус -тимой по условиям работы стендаамплитудой и подает его на свойпрямой первый выход. Одновременнотакой же по форме, но сдвинутыйна полпериода по фазе сигнал поступает па Фазоинверсный второй выходгенератора, Сигнал, снимаемый спрямого выхода, обрабатываетсякомпрессорной системой (элементы11 - 13, 8 и 7) и затем передаетсяв силовую часть устройства на входусилителя 1 мощности. Усилитель 1мощности приводит в действие вибра -тор 2, который раскачивает стол 35вибростенда. Закрепленный на столевибропреобразователь 3 Формируетинформационный сигнал, по которомустабилизируются механические колебания. Этот сигнал повторяется 40согласующим усилителем 4 и подаетсяна среднеквадратичный детектор 5,вычисляющий его текущее среднеквадратичное значение, Блок памяти бзапоминает среднеквадратичное значение, выбираемое однократно в течениепериода. Началом периода считается тельная полуволна сигнала появляется на прямом выходе генератора 14 и вызывает аналогичное срабатывание одновибратора 9. В результате на запускающий вход генератора 15 пилообразного напряжения проходит импульс, по которому однократно стартует процесс линейного нарастания выходного уровня напряжения ("пилы"), Компараторы 19 и 20 сравнивают пилу с опорным и фактическим уровнями возбуждения, а логические элементы 18 и 17 определяют в импульсно-временной форме разность этих уровней и, воздействуя на счетчик 16 компрессорной системы, стремятся свести указанную разность к нулю.Как видно из эпюр на фиг, 2, начало второй половины каждого периода прямого сигнала Псопровождается импульсом 11 одновибратора 9, с момента возникновения которого среднеквадратичное значение 116 сигнала вибропреобразователя 3 считается записанным в блок б. Значение Нб может быть равным опорному зна - чению П , которое задается оператором в качестве номинального уровня возбуждения, или отличатьсяот негоДопустим, что для некоторого,М-го, периода сигнала П характерно соотношение 06 - 02, свидетельствующее о недовозбуждении стенда,В результате, "пила" 15, достигнетзначения 06 раньше, чем опорногоуровня П, . Как только произойдетсовпадение П и П, (это случитсяв момент дц), компаратор 20,сравнивающий эти величины, начнетвыдавать единичный логический сигнал на вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ 18, Элемент 18 будет повторятьэту "1" на выходе (0 = 1) до техпор, пока не произойдет совпадениевеличин 11, и 11 на компараторе19, то есть пока Ья будет оставаться равным нулю. Сигнал 01 = 1разрешит прохождение тактовых импульсов ТИ через элемент И 17 насчетный выход двоичного реверсивного счетчика 16. В то же времянулевое значение 0 будет задаватьрежим суммирования счетчику 16 поего управляющему входу. Как только Н дорастет до уровня 0,тор 19 и на другом входе элемента18 появится сигнал П, = 1, В результате П примет значение "0",элемент И 17 запрется и счет импульсов Бп прекратится. Таким образом, код счетчика 16 возрастетна величину, прямо пропорциональнуюразности- 2 О и зависящую непосредственно от степени рассогласования уровней Пь и БПри соотношении Пь021, например в И - м периоде интенсивностьколебаний вибростенда будет вышенормы, и тогда первым сработаеткомпаратор 19 (момент), единичный сигнал которого задаст режимвычитания счетчику 16 и по цепи элемента 18 разрешит прохождения импульсов ТИ через элемент И 17. Счетчик16 будет регистрировать эти импульсы до тех пор, пока не сработаеткомпаратор 20, и уменьшит таким образом свое содержимое на величину,пропорциональную разности 1 ,-СВ случае нормального возбуждениястенда (Бь-Б, ) оба компаратора 19и 20 будут срабатывать одновременно, в результате код счетчика 16не изменится,Знаками "+" и "-" на фиг. 2 обозначены области суммирования ч вычитания импульсов счетчика 16.Элементы 11-13, 8 и 7 образуюткомпрессор, структурно напоминающий цифроаналоговый преобразователь(ЦАП), но имеющий два принципиальных отличия от него: во в перв,переключатели 11-13 должны бытьрасчитаны на коммутацию биполярногосигнала, что не обязательно дляЦАП, преобразующего модульную частькода в напряжение одного знака;во-вторых, уровень выходного сигнала компрессора зависит не толькоот величины управляющего кода, нои от напряжения на первых подключенных к выходу задающего генераторавходах переключателей 11 - 13 в ЦАПна эти входы подают строго стабилизированное постоянное напряжение т.е, если ЦАП - двухполюсник,то компрессор - трехполюсник,С помощью компрессора осуществляют управление вибростендом,Возбуждающий сигнал на выходе масштабного усилителя 7 определяетсяпроизведением трех величин: напряжения генератора 14, кода счетчика 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 16 и масштабного коэффициента усилителя 7. Зависимость сигнала возбуждения от кода счетчика 16 реализует резистивная матрица 8 типа1 -2 К, Поскольку цепочка резисторов матрицы 8 является линейнойцепью, ее работу можно проанализйровать методом суперпозиции: рассчитывая вклад в выходной сигналкомпрессора от каждого разряда вотдельности, определить результаткак общую сумму вкладов, Для этогозвено 2рассматриваемого разряданеобходимо считать подключеннымк выходу генератора 14 (соответствующим переключателем), а остальныезвенья - к шине "0 , Тогда становится очевидным, что эквивалентное сопротивление цепи со стороны младшихразрядов равно 2 8 , со стороны старших разрядов эквивалентное сопротив-ление цепи также равно 2 К , есливходной вывод операционного усилителя, использованного в масштабномусилителе 7, фактически имеет потенциал корпуса (равен нулю); токостается одинаковым независимо отвеса разряда, составляющая данноготока, обтекающая резистор, подключенный к масштабному усилителю(суммирующий резистор), прямо пропорциональна двоичному весу разряда,Следовательно, сумма токов от всехединичных разрядов, а значит, падение напряжения на суммирующемрезисторе и выходное напряжениекомпрессора оказывается пропорциональным значению кода на выходесчетчика 16. Увеличение или уменьшение этого кода вызывает соответственно усиление или ослаблениесигнала возбуждения, передаваемогокомпрессором на силовую часть устройства. В результате амплитудаЦ сигнала вибропреобразователя 3стабилизируется на уровне Б, с высокой точностью,Точность воспроизведения вибрациив предлагаемом устройстве зависитот количества разрядов матрицы 8 иможет иметь значение 0,1-0,017, лрииспользовании резистивных матрицтипа К 312 НР 12 (десятиразрядных),КЗ 13 НР 1 (двенадцатиразрядных),а в качестве переключателей - реле РЗС 55 илц пар аналоговых ключей типа К 284 КН 1, объединенных по схемампереключателей,; В существующих стендах точность воспроизведения вибрации нормируется в пределах 10-207, так как статическая система регулирования вибрации подвержена неблагоприятным внешним влияниям. Предлагаемый вибростенд более устойчив, так как реализует эстетическое регулирование, компенсируя уход стабилизируемого параметра10 У от заданного уровня Б независимо от причины, которая его вызвала,Кроме того, изменение частоты тактовых импульсов ТИ на входе элемента И 17 эквивалентно изменению постоянной времени усреднения фильтра в устройстве-прототипе, при этом, так как частота "пилы" синхронно повторяет частоту задающего генератора,то усреднение в предложенном устройстве характеризуется не абсолютным временем, а числом периодов.1156026 М-б период Ф-ц период Составитель Л.ЦаллаговаРедактор М Дылын Техред О.Ващишина К ор Е.Сирохма аказ 3144/4 енного ко тении и о -35, Рауш 4/5 наб,лчал ЛЛЛ "Патент", г. Ужгород, ул, Проектая,Ц 1 ВЗЯБ19 Тираж 863 ВНИИПИ Государс по делам иэоб 113035, Москва