Устройство для контроля параметров ударов

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАМЕТРОВ УДАРОВ (57) Изобретение относит пытаний на удар. Целью ляется повышение точност метров ударов путем изм ров исходных импульсов у при определении ударного за счет ого, что анали выполнен в цифровой ф ОНТРОЛЯ П ся к техн изобрете и контролике я яверени даров я парамети учета иха, а также щий тракт в котором зир орм ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ А ВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛ(56) Белгарян В. Х. Мехатания приборов и алгоритмовстроение, 1980, с. 145 - 147.Патент США3555890, к 801402822 цифровой резонансный контур является колебательным звеном. После установки на платформу объекта 2 испытаний по входу ; Пуск блока 1 управления поступает сигнал, приводящий в действие ударную установкуи включаюгций синхронизатор 12, который в свою очередь запускает генератор 13 тактовых импульсов. На выходе ударной установкиобразуется ударный импульс, который воздействует на объект 2 испытаний и одновременно поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5 и далее на входы цифровых анализирующих трактов 6 - 1,6 - Х, а также на входы цифрового пикового детектора 7 и блока 9 измерения длительности импульса удара. Сигналы с выходов цифровых анализирующих трактов 6 - 1,6 - -Х поступают на входы со- Ж ответствующих двухпараметрнческих элементов 1 О - 1, 10 - Х индикации, Совокуп- Ц/ ность данных на этих элементах представляет собой ударный спектр импульса возмущения объекта 2 испытаний. 2 з.п. ф лы, 3 ил.Изобретение относится к технике испытаний на удар и может быть использовано для контроля параметров ударных нагрузок по ударному спектру при испытаниях объектов на удар.Цель изобретения - повышение точности устройства для контроля параметров ударов - достигается за счет измерения параметров исходных импульсов ударов и учета их при определении ударного спектра, а также тем, что анализирующий тракт выполнен в цифровой форме, в котором цифровой резонансный контур является колебательным звеном, в котором могут произвольно изменяться резонансная частота, а разрешающая способность анализа будет определяться дискретностью выбора частоты с точностью до единицы младшего разряда счетчика, кроме того, коэффициент затухания может изменяться от о= 0 до б= = оо (максимальная емкость регистра), причем при Ь = 0 колебательное звено перейдет в консервативное, а фильтр станет идеал ьным.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для контроля параметров ударов; на фиг, 2 - структурная схема цифрового анализирующего тракта; на фиг. 3 - структурная схема цифрового резонансного контура, выполненного в виде колебательного звена, которое переходит в консервативное при коэффициенте затухания 6= О.Устройство для контроля параметров ударов содержит ударную установку 1, на платформе которой устанавливаются объект 2 испытаний и преобразователь 3 ударных ускорений. Выход преобразоваеля 3 ударных ускорений подключен к широкополосному согласующему усилителю 4, соединенному с аналого-цифровым преобразователем 5. Выход аналого-цифрового преобразователя 5 подключен к первым входам цифровых анализирующих трактов 6,1 - 6.М и к входам последовательно соединенных цифрового пикового детектора 7 и запоминающего блока 8, и к входу блока 9 измерения длительности импульса удара.Кроме того, устройство содержит двух- параметрические элементы 10.1 - 1 О.Я индикации, а также блок 11 управления ударной установкой, синхронизатор 12 и генератор 13 тактовых импульсов.Каждый цифровой анализирующий тракт (6.1 - 6. М) содержит цифровой резонансный контур 14, выполненный в виде колебательного звена, блок 15 умножения, амплитудный детектор 16, олок 17 памяти и блок 18 деления.Первым выходом каждого цифрового анализирующего тракта 6,1 - 6.М является выход блока, 15 умножения, а вторым выход блока 18 деления.Цифровой резонансный контур 14 устройства для контроля параметров ударов содержит первый 19 и второй 20 суммато 10 2ры, первый 21 и второй 22 блоки задержки, регистр 23 уставки резонансной частоты аг, контура и регистр 24 уставки коэффициента затухания о, первый 25 и второй 26 блоки инвертирования, первый 27 и второй 28 блоки потенцирования, блок 29 сов и восемь множительных блоков 30 - 37.Блок 11 управления ударной установкой представляет собой генератор форм одиночных импульсов с изменяемой оператором длительностью, амплитудой, скважностью и формой импульсов. Принцип действия устройства для контроля параметров ударов основан на измерении пиковых значений амплитуд откликовколебательных фильтров (при 6= 0 фильтры становятся консервативными - идеальными без затуханий), вычислении отношений пиковых откликов к пиковому значению амплитуды импульса удара, вычислении произведений длительности импуль 20 са удара т на значение собственных час.тот резонаторов к и отображения этих(юГ) произведений, а также отношенийА-.- на двухпара метрических элементахА ,с25 индикации. Число анализирующих трактови соответствующих им двухпараметрическихрезонаторов в устройстве может быть произвольным (М ) 1) и равно числу полосразрешения анализа.Набор цифровых анализирующих трактов (6.1 - 6.Х) устройства представляет собой цифровую модель многомассовой колебательной системы, возбуждаемой ударнымвоздействием,Движение каждого осциллятора устройства - цифрового резонансного контура,возбужденного ударом, описывается уравнением переходной характеристики видад(Л 1) = Аехр( - о,Л 1)сов(оэЛ 1),где А - размерный множитель;Г - коэффициент затухания;40 а - собственная круговая частота осциллятора-фильтра;Л 1 - частота дискретизации при цифровом представлении сигнала.Если о = О, то колебательная система переходит в консервативную и осцилля 45 тор становится идеальным консервативнымрезонатором без потерь, который описываетсч переходной характеристикой видад(Л 1) = Асов(ю,Л 1).Пиковые значения амплитуд откликовкаждого из резонаторов, отнесенные к пиковой амплитуде импульса, удара на каждойиз собственных частот резонаторов, умноженных на длительность импульса удара,составят ударный спектр.В устройстве для контроля параметров55 ударов предусмотрен выбор и уставка значений собственных резонансных частот ырезонаторов фильтров и коэффициентов затухания о, что обеспечивает выбор и на1402822 3стройку устройства на желаемый диапазон частот анализа и любую разрешающую способность анализа с точностью до единицы младшего разряда регистров уставок, а также возможность контроля различных изделий по заданному ударному спектру путем уставки расчетных или экспериментальных значений бФ 0 для соответствующих осцилляторов ж - цифровых анализирующих трактов.Устройство для контроля параметров ударов работает следующим образом.В исходном состоянии устройстсва синхронизатор 12 по входу Взвод находится в состоянии готовности, при этом генератор 13 тактовых импульсов, соединенный с выходом синхронизатора 12 выключен.На третьи и четвертые входы цифровых резонансных контуров 14, являющиеся входами соответственно регистров 23 и 24 уставок резонансной частоты жи коэффициента затухания б, подаются оператором соответствующие уставки, значения которых выражают величины собственных резонансных частот цифровых анализирующих трактов 6.1 - 6. Х и коэффициентов затухания в них бЗначение уставок на входы регистров могут подаваться несколькими известными способами, например через триггеры, управляемые счетным количеством импульсов от генератора тактов или путем ручного набора с пульта оператора.После установки на платформу ударной установки 1 объекта 2 испытаний и преобразователя 3 по входу Пуск блока 11 управления ударной установкой поступает сигнал, который приводит в действие ударную установку 1 и одновременно включает синхронизатор 12, который в свою очередь, запускает генератор 13 тактовых импульсов. Тактовые импульсы поступают на вторые входы цифровых резонансных контуров 14, являющихся четвертыми входами цифровых анализирующих трактов 6.1 - 6. х 1.На выходе ударной установки 1 образуется ударный импульс, который воздействует на объект 2 испытаний и одновременно поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5 с выхода преобразователя 3 ударных ускорений через широкополосный согласующий усилитель 4.Представленный в виде числовой последовательности х,(пЛ 1), где М - частота дискретизации; и - ранг дискрета на выходе аналого-цифрового преобразователя 5 импульс удара поступает на первые входы цифровых анализирующих трактов 6.1 - 6.М, а также на входы цифрового пикового детектора 7 и блока 9 измерения длительности импульса удара,4нала на цифровых резонансных контурах 14 с собственными резонансными частотами фильтров о,н, о.и коэффициентами затухания б,н, б.Одновременно с этим в блоке 7 цифро" ого пикового детектора осуществляется определение пикового значения импульса удара.Цифровой пиковый детектор 7 может быть выполнен, например, в виде двух регистров чисел, один из которых является регистром текущего числа, а другой - регистром хранения пиковой амплитуды, куда вначале заносится число нуль, и компаратора, подключенного входами к выходам обеих регистров, а выходом - к другому входу регистра хранения,Выходом цифрового пикового детектора является выход регистра хранения пикового значения амплитуды импульса удара.Число на выходе пикового детектора 7 запоминается на запоминающем блоке 8, а в блоке 9 измерения длительности импульса удара, выполненным, например, на суммирующем регистре гп чисел, - значения гп цифровых отсчетов амплитуд входного сигнала, не равных нулю, образующих величину длительности импульса.Сигналы, выражающие собой значение этой длительности, подаются на вторые входы цифровых анализирующих трактов 6.1 - 6.Х, а величину пикового значения амплитуды - на третьи. 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Цифровыми анализирующими трактами6.1 - 6.Х осуществляется фильтрация сигНа первом выходе цифровых анализирующих трактов 6.1 - 6.Х образуется сигнал,выражающий собой произведение длительности импульса удара на соответствующеезначение собственной резонансной частотыв, данного анализирующего тракта, а навтором выходе - отношение величин пикового значения амплитуды сигнала, отфильтрованного на резонансном осцилляторе данного тракта к пиковой амплитудевходного сигнала,Сигналы с первого и второго выходовцифровых анализирующих трактов 6.в6.1 Х поступают на входы соответствующихдвухпараметрических элементовО. - 10.Миндикации, представляющие собой, например, два световых цифровых индикатора снеобходимой разрядностью чисел.Совокупность данных на двухпараметрических элементах индикации представляетсобой ударный спектр импульса возмущения объекта 2 испытаний, причем однимпараметром являются относительные амплитуды составляющих спектра, а другим - относительные собственные частоты.Работа устройства прекращается по сигналу Взвод, который подается на другойвход синхронизатора 12, который прерывает работу генератора 13 тактовых импульсов и всего устройства в целом, переведя его одновременно в состояние готовности.:ЕЛа,Х 1 2ВУ - Ь 7.Формула изобретения 5Цифровые резонансные контуры 14 работают в устройстве следующим образом.На первый вход цифрового резонансного контура 14, являющийся первым входом первого сумматора 19, подаются с выхода аналого-цифрового преобразователя 5 дискретные отсчеты сигнала импульса удара.На второй вход контура 14, являющийся вторыми входами первого 30 и четвертого 31 множительных блоков, поступают импульсы тактовой частоты с выхода генератора 13 тактовых импульсов.На третий и четвертый входы цифрового резонансного контура 14 подаются величины уставок соответственно резонансной частоты ит, и коэффициент затухания о.Таким образом, работа цифрового резонансного контура 14 протекает в режиме колебательного звена, а при о=- О -- в режиме консервативного звена, т.с. на втором выходе контура имеется сигналдо==Лехр ( - -ооЛ соь (соо 1 Л 1) или при оо = - О,акоп (1) = Лг соя (акоп Л 1) .Работа данного осциллятора выражается импульсной переходной характеристикой вида А (1 - со 5 (сооп ь )Н(Х) ------- -а 2 1 -1 сов (иы ) 1 ь.-- Л где а= сов ( мп Л; Ь 1 = - 2 сов ( жоп Л); Ьо= 1,которая протекает в следующем порядке.При наличии на первом входе первого сумматора9 первого цифрового отсчета .сигнала Х(пЛ спустя один такт задержки на первом блоке 21 задержки на его выходе находится сигнал, который поступает на вторые входы седьмого и восьмого множительных блоков 32 и 33, в результате чего на их выходах появляются сигналы, выражающие собой произведения текущего значения числового отсчета на коэффициенгы а и Ь соответственно. В результате этого на выходах множительных блоков 32 и 33 будут сигналы, которые поступят на вторые входы первого 19 и второго 20 сумматоров,Спустя еще один такт задержки на втором блоке 22 задержки на его выходе образуется сигнал, который поступает на первый вход второго 20 сумматора и на первый вход третьего множительного блока 34.Сигналы на первом и втором входах второго сумматора 20 слагаются и на втором выходе цифрового резонансного контура 14 образуется первый цифровой отсчет отфильтрованного сигнала контура с собственной резонансной частотойю;, этого контура и затуханием о.(5 20 25 30 35 40 45 50 55 6Сигналы на втором входе восьмого 33 множительного блока образуются в результате умножения значения уставки сона выходе регистра 23 в четвертом множительном блоке 31 на Л( преобразования полученного произведения по функции сов в блоке 29 и уменьшения на величину ехр( - бпЛ в и ятом м нож ител ьном блоке 36.Сигнал на втором входе третьего множительного блока 34 образуется как инвертируемое произведение числа 2 (опЛ,т.е. Ь 2 -а на выходе второго блока 26 инвертирования как Ь = - 21 " сов (аЛ.Таким образом, на первом выходе цифрового резонансного контура 14 будут сигналы резонансной частоты ох, а на втором сигналы, выражающие собой значение входного импульса, отфильтрованного узкополос ным осциллятором.Таким образом, исполнение резонансного контура 14 и анализирующего тракта 6.1 - 6.М в виде цифровых, а также введение аналого-цифрового преобразователя 5 генератора 13 тактовых импульсов, цифрового пикового детектора 7 и запоминающего блока 8, блока 9 измерения длительности импульса и двухпараметрических элементов 10,1 - 1 О.Х индикации обеспечивает контроль параметров импульсов ударов с большей точностью по сравнению с прототипом за счет измерения ударного спектра, который в отличие от расчетного учитывает высокочастотные составляющие спектра и отклонение формы удара от стандартной или расчетной. 1. Устройство для контроля параметров ударов, содержащее ударную установку и преобразователь ударных ускорений, соединенный выходом с входом широкополосного согласующего усилителя, анализирующие тракты, число которых равно числу распознаваемых частот, включающие в себя последовательно соединенные активные резонансные контуры, амплитудные детекторы и блоки памяти, блок управления ударной установкой, подключенный выходом к входам ударной установки, и синхронизатор, отличаю- и(ееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено аналого-цифровым преобразователем, генератором тактовых импульсов, последовательно соединенными цифровым пиковым детектором и запоминающим блоком, блоком измерения длитель,юсти импульса улара и двупараметрическими элементами индикации, число которых равно числу анализирующих трактов, выход широкополосного согласующего усилителя подключен к входу аналого-цифрового пре 1402822образователя, выход которого соединен с первыми входами анализирующих трактов и с входами цифрового пикового детектора и блока измерения длительности импульса удара, первый и второй выходы анализирующих трактов подключены соответственно к первым и вторым входам двухпараметрических элементов индикации, выходы блока измерения длительности импульса удара и запоминающего блока соединены соответственно с вторым и третьим входами анализирующих трактов, выход блока управления ударной установкой подключен к входу синхронизатора, выход которого соединен с входом генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к четвертым входам анализирующих трактов, анализирующие тракты выполнены цифровыми.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цифровые анализирующие тракты дополнительно снабжены блоками умножения и деления, активные резонансные контуры выполнены цифровыми, первый вход цифрового анализирующего тракта является первым входом цифрового резонансного контура, второй вход - первым входом блока умножения, третий вход - первым входом блока деления, а четвертый вход - вторым входом цифрового резонансного контура, второй выход которого соединен с вторым входом блока умножения, выход которого является первым выходом цифрового анализирующего тракта, выход блока памяти подключен к второму входу блока деления, выход которого является вторым выходом цифрового анализирующего тракта.3, Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что цифровой резонансный контур выполнен в виде колебательного звена, состоящего из последовательно соединенных первого сумматора, первого и второго блоков задержки и второго сумматора, последовательно соединенных регистра уставки ко.эффи циента затухания, первого и второго множительных блоков, первых блоков потенцирования и инвертирования и третьего множительного блока, второй вход которого подкл 1 очен к выходу второго блока задержки, а выход соединен с вторым входом первого сумматора, первый вход которого является первым входом цифрового резонансного контура, последовательно соединенных 10 регистра уставки резонансной частоты контура со, четвертого множительного блока, блока сов, пятого и шестого множительных блоков, второго блока инвертирования и седьмого множительного блока, выход которого подключен к третьему входу первого сумматора, а также второго блока потенцирования, вход которого подключен к выходу первого множительного блока, а выход - к второму входу пятого множительного блока и восьмого множительного блока, один из входов которого по,"ключен к выходу первого блока задержки, второй вход соединен с выходом пятого множительного блока, а выход подключен к второму входу второго сумматора, выход которого является вторым выходом цифрового резонансного контура, 25 выход первого блока задержки подключенк второму входу седьмого множительного блока, на вторые входы второго и шестого множительных блоков подаются уставки числа 2, вторые входы первого и четвертого множительных блоков соединены между собой и являются вторым входом цифомежду собой и являются вторым входом цифрового резонансного контура, вход и выход регистра уставки резонансной частоты контура юявляются соответственно третьим входом и первым выходом цифрового резонансного контура, а вход регистра установки коэффициента затухания 6 является четвертым входом цифрового резонансного контура.ктор сное ерн ткрыти ктная, 4 Редактор Л. ДоаиничЗаказ 2844/28ВНИИПИ Государств13035,Производственно-нол Составитель К.Текред И. ВересГираж 847 нного когиитета СССР по дел Москва, )К - 35, Раушская играфическос предприятие, г м изобретений инаб., д 4/5Уж го род, ул. Г 1 рс