Устройство для виброрезонансных испытаний изделий

(51) 4 6 01 М 7 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт проблем прочности АН УССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРОРЕЗОНАНСНЫХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к испытательной технике. Целью изобретения является повышение производительности испытаний за счет оптимизации скорости сканирования ЯО 1249367 частоты вибронагружения и повышение достоверности испытаний за счет повышения точности настройки вибровозбудителя на резонансные частоты. С помощью программируемого задатчика изменяется скорость сканирования частоты вибронагружения для быстрого перехода от одного резонанса к другому. Она выбирается в зависимости от добротности испытуемого изделия и значения резонансной частоты. Повышение достоверности испытаний обеспечивается за счет программного задания частоты колебаний испытуемого изделия, достаточно близкой к его резонансной частоте, с учетом изменения этой частоты в процессе колебаний из-за накопления деформации в сочетании с фазовым критерием поиска резонанса с помощью фазового детектора. 1 ил.1Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам, служащим для виброрезонацсных испытаний изделий.Цель изобретенияповышение производительности испытаний за счет оптимизации скорости сканирования частоты вибронагружеция и повышение достоверности испытаний за счет повышения тоццости настройки вибровозбудителя на резонансные частоты испытуемого изделия.1 оставлецная пель достигается за счет программного изменения скорости сканирования частоты вибронагружец:.я лля быстрого перехода от одного резонанса к другомг в зависимости от дооротцости испьпуемого изделия иабсолютного значения резонансной частоты, а также за счет прсграммноо задан 5 частоты коебсций испыт;емого изделия и абсолютного значения резонансной частоте (с учетом изменений этой частоты в процессе испытаний) в сочетании с использованием фазового критерия поиска резонанса.На чертеже изображена блок-схема пред лагаемого устройства лля виброрезонацсцых испытаний изделий.Устройство содержит программируемый задатчик 1, фазовый детектор 2, блок 3 регулировки частоты, первый и второй вхо;ы которого соединены соОтветственно с первым и вторым выходами фазового детектора 2, последовательно соединенные задаощий генератор 4, вход которого соединен с первым выходом блока 3 регулироки частоты, усилитель 5 мопности, вибровозбудитель 6 и измерительный виброцреобразователь 7, служащий для преобразования механических колебаний исш.туемого изделия 8 в элекгрические колебания.Фазовый детектор 2 содержит первый формирователь 9 прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выхолом задающего генератора 4 и в;яется и.рвым входом фазового детектора 2, второй формирователь 10 прямоугольных импульсов, вхо; которого соединен с выходом измерительного вибропр образователя 7 и является вторым входом фазового детектора 2, Р-триггер 11, С- и Р-входы которого соединены соответственно с выходами гервого и второго формирователей 9 и 10 прямоуго.,ьных импульсов, а вход Установка в О Р-григгс - ра 11 соединен с первым выходом программируемспо задатчикаи служит четвертым входом фазового детектора 2, соединенного с выходами Р-триггера 11 коммутатора 12, формирователь 13 коротких импульсов, вход которого соединен с прямым выходом Р-триггера 11, двоичный счетчик 14, счетный вход которого соединен с выходом формирователя 13 коротких импульсов, а вход Установка в О соединен с первым выходом программируемого задатчика 1, тритер 15, вход Установка в 1 которого соединен с выходом Перспогпение двоичного счетчика 14, вход Установка в О соединен с первым выходом програм,",ируемого задатцика 1. а прямой выход, являющийся третьим выходом фазового дегектора 2, соединен с первым входом программируемого задатчика 1, управляемый дехитель 16 частоты, первый вход которого соединен с выходом триггера 15, а второй вход с сигнальным выходом двоичного счетчика 14, генератор 17 прямоугольных импульсов, вход которого соединен с третьим выходом программируемого задатчика 1 и служит пятым входом фазового детектора 2, а выход соединен с третьим входом управляемого делителя 16 частоты, и второй коммутатор 18, сигнальный вход кото рого соединен с выходом управляемого делителя 16 частоты, управляющий вход солицец с выходом первого коммутатора 12, цервый выход служит первым выходом фазового детектора 2 к соединен с первым входом блока 3 регулировки частоты, а второй выход соединен с вторым входом блока 3 регулировки частоты и служит третьим выходом фазового детектора 2.Блок 3 регулировки частоты содержитдвоичный реверсивный счетчик9, выход которого соединен с вторым входом программируемого задатчика 1 и является вторым выходом блока 3 регулировки частоты, счетный суммируюций и счетный вычитаю щий входы которого служат соответственно первым и вторым входами блока Зп3 регулировки частоты, а управляющий вход и вход параллельного занесения информации служат третьим и четвертым входами блока 3 регулировки частоты, и соединецы с первым и четвертым выходами программируемого задатцика 1, и цифрогпалоговый преобразователь 20, вход которого соединен с выходом двоиццого реверсивного сцетчика 19, а выход является первым выходом блока 3 регулировки частоты.В соответствии с введенной в программируемый задатчик 1 программой на его выходах формируются следующие управляк)- иие сигналы и коды установок: на первом выходе сигнал установки схемы устройсгва в исходное состояние в виде сигнала цулевого уровня или сигнал начала ра бить в виде сигнала единицно.о уровня;ца втором выходе признак частоты в виде сипалов единичного уровня для четных форм резонансов или в виде сипалов нулевого ровня для нечетных форм резонансов; ца третье;,: выходе - двоичные коды скоро- "Остей сканирования частоты вибронагружения и на четвертом выходе - двоичные коды частот резонансов испытуемого изделия, установленные ло начала испытаний и корректирующисся в ходе испьтаний.11 рограммируемый задатчик 1 снабженвходами для приема сигналов: первый вход - лля приема с выхода триггера 15 сигнала единичного уровня, подтверждающего соот 1249367ветствие частоты колебаний испытуемого изделия его резонансной частоте; второй вход - для приема текущего значения кода частоты вибронагружения с сигнального выхода двоичного реверсивного счетчика 19.5Предлагаемое устройство для виброрезонансных испытаний изделий работает следующим образом.После включения устройства сигнал установки в исходное состояние в виде сиг нала нулевого уровня с первого выхода программируемого задатчикапоступает на входы Установка в О Р-триггера 11, триггера 15 и двоичного счетчика 14 и устанавливает их в исходное состояние. Этот же сигнал поступает на управляющий вход двоичного реверсивного счетчика 19 и разрешает занесение в него кода частоты резонанса, который поступает на его вход параллельного занесения информации с четвертого выхода программируемого задатчика 1.С второго выхода программируемого задатчика 1 на управляющий вход первого коммутатора 12 поступает признак четности, а с третьего выхода задатчика 1 на вход генератора 17 прямоугольных импульсов посту пает код скорости сканирования частоты вибронагружения.Код, занесенный в двоичный реверсивный счетчик 19, с его сигнального выхода поступает на вход цифроаналогового преобразователя 20 и, преобразованный в уровень напряжения, поступает на вход задающего генератора 4, на выходе которого появляется синусоидальный сигнал с частотой, соответствующей заданному коду. Этот сигнал через усилитель 5 мощности и вибровозбудитель 6 вызывает возбуждение колебаний в испытуемом изделии 8.Наличие сигнала установки в исходное состояние на первом выходе задатчика 1 блокирует переключение тех узлов устройства, на которые он поступает, и скани рования частоты не происходит, Это является исходным состоянием устройства.После этого задатчик 1 переходит к отсчету временного интервала, необходимого для завершения переходных процессов. По истечении этого интервала на первом выходе 45 задатчика 1 устанавливается сигнал единичного уровня, разрешающий работу устройства.Сигналы с выходов задающего генератора 4 и измерительного преобразователя 7 поступают на входы первого и вто 50 рого формирователей 9 и 10 прямоугольных импульсов, с выходов которых импул ьсы прямоугольной формы положительной полярности поступают на С-вход и Р-вход Р-триггера 11 соответственно,55Рассмотрим работу устройства на конкретном примере. Если фаза сигнала от задающего генератора 4 опережает фазу сигнала от измерительного вибропреобразователя 7, то Р-триггер 11 устанавливается в нулевое состояние. Если при этом на управляющий вход первого коммутатора 12 с второго выхода задатчика 1 поступает сигнал нулевого уровня, что соответствует нечетной форме резонанса, то сигнал нулевого уровня с прямого выхода Р-триггера 11 через первый коммутатор 12 поступает на управляющий вход второго коммутатора 18. При этом последний скоммутирует свой сигнальный вход на первый выход, соединенный с суммирующим счетным входом двоичного реверсивного счетчика 19. Счетные импульсы от генератора 17 прямоугольных импульсов через управляемый делитель 16 частоты и второй коммутатор 18 начинают поступать на счетный суммирующий вход двоичного реверсивного счетчика 19 и заполнять его. Увеличение кода на выходе двоичного реверсивного счетчика 19 при помощи цифроаналогового преобразователя 20 вь зывает приращение уровня напряжения на входе задающего генератора 4 и увеличение его частоты. Частота следования счетных импульсов, поступающих на суммирующий счетный вход двоичного реверсивного счетчика 19, определяющая скорость сканирования частоты, задается кодом скорости сканирования частоты на третьем выходе задатчика 1 и коэффициентом пересчета управляемого делителя 16 частоты и определяется добротностью испытуемого изделия на первой форме резонанса и значением собственной частоты испытуемого объекта на заданной форме резонанса, измеряемыми до испытаний. Коэффициент пересчета управляемого делителя 16 частоты устанавливается кодом, поступающим с выхода двоичного счетчика 14, и уровнем сигнала, поступающим с прямого выхода триггера 15, на первый и второй входы управляемого делителя 16 частоты соответственно. В начальный момент, когда содержание двоичного счетчика 14 и триггера 15 равно О, коэффициент пересчета устанавливается минимальным, и скорость сканирования частоты максимальная относительно программно заданной частоты генератора 17 прямоугольных импульсов. По мере увеличения уровня напряжения на входе задающего генератора 4 его частота достигает собственной частоты испытуемого изделия 8, но так как испытуемого изделие 8 обладает инерционностью, то частота его колебаний достигает собственной с некоторым запаздыванием относительно частоты задающего генератора 4, частота которого к этому моменту переходит за резонансную. Частота колебаний испытуемого изделия 8, следуя за частотой задающего генератора 4, также переходит за резонансную, и в соответствии с фазочастотной характеристикойиспытуемого изделия 8 фаза сигнала от измерительного вибропреобразователя 7 начинает опережать фазу сигнала от задаю щего генератора 4. При этом Р-триггер 11 ус. танавливается в единичное состояние, так как фаза сигнала на его Р-входе опережает фазу сигнала на его С-входе. Передний фронт сигнала с прямого выхода Р-триьч ера 11 поступает на вход формирователя 13 коротких импульсов, и на его выходе появляется короткий импульс. Этот импульс поступает на счетный вход двухразрядного двоичного счетчика 14 и изменяет его состояние на 01. Этот код с выхода двоичного счетчика 14 поступает на второй вход управляемого делителя 16 частоты и увеличивает его коэффициент пересчета, умсныпая, тем самым, скорость сканирования частоты. При единичном значении Р-триггера 11 высокий уровень сигнала с его прямого выхода через первый коммутатор 12 поступает на управляющий вход второго коммутатора8, который перекоммутирует серию счетных импульсов со счетного суммирую:цего входа на счетный вычитающий вход двоичного реверсивного счетчика 9 и изменяет направление сканирования частоты вибронагружения. Содержимое двоичного реверсивного счетчика 9 и, как следствие, частота задающего генератора 4 начинают уменьшаться. Частота колебаний испытуемого изделия 8 следует за частотой задающего генератора 4 и вновь начинает приближаться к собственной, достигает ее и переходит за нее. Р-триггер 11 вновь изменяет свое состояние и примет значение, равное . Переход Р-триггера 11 из одного положения в другое является сигналом, говорящем о переходе частоты вибронагружения через резонансную. Задний фронт сигнала с прямого выхода Р-триггера 11 поступает на вход формирователя 13 коротких импульсов, и на его выходе вырабатывается импульс, изменяюций состояние двоичного счетчика 4 с 01 на 10. Такое изменение вызывает очередное увеличение коэффициента пересчета управляемого делителя 16 частоты и уменьшение скорости сканирования. Изменение состояния Р-триггера 11 через первый 12 и второй 18 коммутаторы вызывает изменение направления сканирования. Описанный процесс повторяется до тех пор пока не произойдет переполнение двоичного счетчика 14, и при каждом очередном изменении состояния Р-триггера 11 скорость сканирования уменьшается, а направление сканирования меняется.Сигнал с выхода Переполнение двоичного счетчика 14 поступает на вход Установка в 1 триггера 15 и устанавливает сго в единичное состояние.Сигнал с прямого выхода триггера 15 поступает на вход управляемого делителя 16 частоты, запрещает его реакцию на изменение состояния двоичного счетчика 14 и5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 В качестве программируемого задатчика 1 может быть применена агрегатированная микроЭВМ или специализированное вычислительное устройство, построенное на базе микропроцессорного комплекта интегральных схем.Предлагаемое устройство для виброрезонансных испытаний изделий позволяет проводить испытания объектов с многорезонансными частотными характеристиками на произвольных, выбранных в любой последовательности, формах его резонансов, что дает возможность приблизить условия испытаний к эксплуатационным. Предварительное программное задание скорости сканирования частоты вибронагружения в сочетании с возможностью изменения ее в окрестностях резонансных пиков и в сочетании с возможностью корректировки кодов частоты резонансов в программе испытаний устанавливает максимальный коэффициент пересчета. Устройство переходит в режим поддержания резонансной частоты, при котором скорость сканирования минимальна, а направление скорости сканирования изменяется при каждом изменении состояния Р триггера 11. Сигнал с прямого выхода триггера 15 поступает также на первый вход задатчика 1, инициируя отсчет задатчиком 1 временного интервала продолжительности вибронагружения на данной форме резонанса,По истечении этого интервала в задатчик 1 вводится текущее значение кода частоты, которое поступает на второй вход задатчика 1 с выхода двоичного реверсивного счетчика 19. Этот код запоминается в задатчике 1 и в дальнейшем является программным значением кода данной частоты на этой форме резонансов. Это сделано в связи с тем, что в ходе длительных виброиспытаний в испытуемом изделии накапливаются микродефекты и его частотные характеристики меняются. Это приводит к тому, что коды частот, выявленные до начала испытаний и включенные в начальную программу испытаний, начинают значительно отличаться от кодов частот, соответствующих частотам резонансов изделия в настоящий момент. Поэтому в ходе испытаний постоянно проводится корректировка программных значений частот резонансов.С первого выхода задатчика 1 в схему устройства поступает сигнал установки в исходное состояние в виде сигнала нулевого уровня, который запрещает его работу. На четвертом выходе задатчика 1 устанавливается код частоты следующей по программе формы резонанса, который по нулевому уровню сигнала на первом выходе задатчика 1 заносится в двоичный реверсивный счетчик 19, и начинается испытание изделия 8 на следующей резонансной частоте.510 формула изобретения обеспечивает более точное программное задание резонансных частот, позволяет сократить время поиска резонансов и перестройки с одной резонансной частоты на другую, чем достигается повышение производительности виброиспытаний, а также исключает опасность пропуска резонансных пиков и попадание в зону ложного, не собственного резонанса испытуемого изделия, что повышает достоверность испытаний. Устройство для виброрезонансных испытаний изделий, содержащее последовательно включенные блок регулировки частоты, задающий генератор, усилитель мощности и вибровозбудитель, подвижная часть которого служит для закрепления испытуемого изделия, измерительный вибропреобразователь колебаний изделия и фазовый детектор, первый вход которого соединен с выходом задающего генератора, второй вход - с выходом измерительного вибропреобразователя, а выход - с входом блока регулировки частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности испытаний за счет оптимизации скорости сканирования частоты вибронагружения и повышения достоверности испытания, оно снабжено программируемым задатчиком, фазовый детектор выполнен в виде первого формирователя прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом задающего генератора и является первым входом фазового детектора, второго формирователя прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом измерительного вибропреобразователя и является вторым входом фазового детектора, Р-триггера, С-вход и Р-вход которого соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей прямоугольных импульсов, а вход Установка в О служит третьим входом фазового детектора и соединен с первым выходом программируемого задатчика, первого коммутатора, первый и второй сигнальные входы которого соединены соответственно с прямым и инвертирующим выходом Р-триггера, а управляющий вход служит четвертым входом фазового детектора и соеди 5 20 25 Зо 35 40 45 нен с вторым выходом программируемого задатчика, формирователя коротких импульсов, вход которого соединен с прямым выходом Р-триггера, двоичного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом формирователя коротких импульсов, а вход Установка в О соединен с первым выходом программируемого задатчика, триггера, вход Установка в 1 которого соединен с выходом Переполнение двоичного счетчика, вход Установка в О соединен с первым выходом программируемого задатчика, а прямой выход служит вторым выходом фазового детектора и соединен с первым входом программируемого задатчика, управляемого делителя частоты, первый вход которого соединен с выходом триггера, а второй вход - с сигнальным выходом двоичного счетчика, второго коммутатора, сигнальный вход которого соединен с выходом управлямого делителя частоты, управляющий вход соединен с выходом первого коммутатора, первый выход служит первым выходом фазового детектора и соединен с первым входом блока регулировки частоты, а второй выход соединен с вторым входом блока регулировки частоты и служит третьим выходом фазового детектора, и генератора прямоугольных импульсов, вход которого служит пятым входом фазового детектора и соединен с третьим выходом программируемого задатчика, а выход - с третьим входом управляемого делителя частоты, блок регулировки частоты выполнен в виде двоичного реверсивного счетчика, выход которого соединен с вторым входом программируемого задатчика и служит вторым выходом блока регулировки частоты, счетный суммирующий и счетный вычитающий входы которого служат соответственно первым и вторым входами блока регулировки частоты, а управляющий вход и вход параллельного занесения информации служат соответственно третьим и четвертым входами блока регулировки частоты и соединены соответственно с первым и четвертым выходами программируемого задатчика, и цифроаналогового преобразователя, вход которого соединен с выходом двоичного счетчика, а выход является первым выходом блока регулировки частоты.