Камертонный стенд

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 9088 А 1 СПУБЛИ 1 М 7/ОО ОП ИЕ ИЗОБРЕТЕ К АВТОРС ВИДЕТЕЛ ЬСТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(46) 07.01.91, Бюл. 1 Ф 171) Отраслевая научно-исследовательскаялаборатория "Дистанционная диагностика"Института общей физики - Института геохимии и аналитической химии АН СССР приНаманганском государственном педагогическом институте им. Хамзы и Институт общей физики АН СССР(56) Стационарное образцовое виброкалибровочное устройство СОВКУ, Техническое описание и инструкция по эксплуатации К.34.00.00,000,ТО, с. 15 - 63,(54) КАМЕРТОННЫЙ СТЕНД(57) Изобретение относится к испытательной технике, а именно к камертонным стендам для испытаний на вибрацию малогабаритных изделий и образцов материалов, а также для поверки и калибровки виброизмерительных преобразователей. Цель изобретения - расширение диапазона воспроизводимой вибрации при заданном уровне нелинейных искажений. Камертонный стенд содержит камертон 2 и привод камертона, включающий блок питания, а также магнитно-взаимодействующие статор с индуктивным элементом, подключеннь 1 м к выходу блока питания, и якорь, механически жестко связанный с ветвью камертона. Блок питания привода камертона выполнен в виде импульсного дозатора 9 возбуждения с ключами и управляющей схемы 10 коммутации. 2 з,п. ф-лы, 5 ил.Изобретение относится к испытательной технике, а именно к камертонным стендам для испытаний на вибрациюмалогабаритных изделий и образцов материалов, а также для поверки и калибровкивиброизмерительных преобразователей.Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет увеличения диапазона амплитуд воспроизводимойкамертонным стендом вибрации, а такжеобеспечение стабильной частоты колебаний, снижение трудоемкости испытаний иуровня нелинейных искажений,На фиг,1 изображен вариант выполнения стенда с электрическим задающим генератором; на фиг,2 - вариант выполнениястенда с виброизмерительным преобразователем скорости в цепи обратной связи; нафиг,З - вариант выполнения стенда с виброизмерительным преобразователем ускорения; на фиг.4, 5 - эпюры напряжений, токов,силы, ускорения и скорости при работе вариантов стенда.Камертонный стенд включает основание 1, на котором закреплен камертон 2,снабженный гнездами для присоединенияиспытуемых обьектов 3 и системой 4 изме. рения вибросмещений. Приводная системавозбуждения резонансных колебаний камертона 2 содержит статор из двух последовательно соединенных катушек 5возбуждения, каждая из которых размещена на соответствующем магнитопроводе 6 иустановлена с возможностью магнитноговзаимодействия с камертоном 2, изготовленным из магнитного материала и выполняющим благодаря этому функцию якоряпривода,Катушки 5 возбуждения на магнитопроводах 6 установлены с возможностью перемещения вдоль длины камертона 3,например путем закрепления их на плате 7,перемещаемой и фиксируемой в направляющих 8, что обеспечивает возможность выбора положения горизонтальной плоскостисимметрии А-А катушек 5 в области 1/ ==0,2+0,1, являющейся окрестностью узлов(неподвижных точек) второй 1/ = 0,226 итретьей 1/1 = 0,132 форм колебаний.Конкретное положение катушек находится экспериментально по минимуму нелинейных искажений, определяемых спомощью системы 4 измерения вибросмещений,Блок питания привода выполнен в видеимпульсного дозатора 9 возбуждения и управляющей им схемы 10 коммутации. Импульсный дозатор 9 возбуждения состоит издвух каналов, каждые из которых содержитисточник 11(16) тока, к выходу которого под следовательно соединенные между собой и включенные каждый в направлении пропускания тока источника 11(16) первый и второй ключи 14(19), 15(20), между точками соединения первого 14 и второго 15 ключей одного плеча, а также первого 19 и второго 20 ключей другого плеча включен конденсатор-накопитель 21 колебательной энергии, а вторые ключи 15 и 20 обеих плеч соединены между собой и подключены к индуктивному элементу статоров привода камертона - по 10 15 следовательно соединенным катушкам 5 возбуждения, образующим совместно с последовательно соединенными при коммутации ключей 14, 15 и 19, 20 конденсатора 20 ми-накопителями 21 и 12(17) колебательнойи восполняемой энергии параллельный колебательный контур,Схема 10 коммутации в первом варианте выполнения (фиг.1) содержит последовательно включенные источник управляющего сигнала - электрический задающий генератор 22, делитель частоты на четное число, О-триггер, О-вход которого соединен с инвертирующим выходом 23 и устройство управления ключами 14, 15, 19 и 20 импульсного дозатора возбуждения - последовательно соединенные переходной конденсатор 24 и первичная обмотка 25 дифференцирующего импульсного трансформатора 26 с двумя парами выходных обмоток 27, 28 и 29, 30, имеющими одинаковое направление витков в каждой паре и противоположное направление витков в разных парах обмоток.Стенд содержит также устройства регистрации электрических сигналов от испытуемых объектов (на фиг.1 - 3 для упрощения показано только одно такое устройство 31, включающее входной фильтр 32, обеспечивающий подавление сигналов с частотой выше частоты колебаний камертона 2, и регистрирующее устройство 33.Во втором варианте выполнения (фиг.2) камертонный стенд дополнительно содержит устройство 34 запуска камертона - последовательно соединенные кнопку 35 запуска, развязывающий диод 36 и источник 37 тока, подключенные параллельно импульсному дозатору 9 возбуждения. При этом в схеме 10 коммутации блока питания привода камертона задающий генератор выполнен в виде последовательно соединенных виброизмерительного преобразователя 38 скорости перемещения камертона,30 35 40 45 50 55 ключены параллельно конденсатор-накопитель 12(17) восполняемой энергии и вентиль 13(18), катод которого соединен с плюсовой клеммой источника 11(16) тока. К выходу ис точника 11(16) тока подключены также по 5 161908840 45 50 55 полосового фильтра 39, усилителя-ограничителя 40 и дифференцирующей цепочки 41 с фиксирующим диодом 42.Дифференцирующая цепочка 41 с фиксирующим диодом 42 обеспечивают выходные импульсы в моменты перехода скорости движения якоря привода камертона ветви камертона 2) относительно статора катушки 5 возбуждения на магнитопроводе 6) через нуль при его движении по направлению к статору, что обеспечивается соответствующей коммутацией обмотки преобразователя 38 скорости, выбором незаземляемого входа усилителя-ограничителя 40 и полярности включения фиксирующего диода 42, Кроме того, выбором индуктивности катушек 5 возбуждения, а также емкостей .онденсаторов-накопителей восполняемой 12(17) и колебательной 21 энергии обеспечивается отношение длительности полупериода колебаний камертона (т 2) и длительности полупериода колебаний параллельного колебательного контура, образованного соединенными с помощью схемы 10 коммутации конденсаторами импульсного дозатора возбуждения и последовательно включенными катушками 5 возбуждения (тк) в пределах гк/т 2= 0,10,5, при котором обеспечивается эффективная передача энергии возбуждения в камертон (т/т 2 0,5 на фиг,7, т/т 2 = 0,13 на фиг.8).В третьем варианте выполнения стенда (фиг.3) в схеме 10 коммутации блока питания привода камертона в качестве входного элемента источника управляющего сигнала использован виброизмерительный преобразователь 43 ускорения, механически связанный с -ветвью камертона 2. При этом дифференцирующая цепочка 41 с фиксирующим диодом 42 в одном случае обеспечивает выходные импульсы в моменты перехода ускорения ветви камертона через нуль при ее движении по направлению к статору, а отношение гк/т 2 = 0,10,25. В другом случае дифференцирующая цепочка 41 с фиксирующим диодом 42 обеспечивает выходные импульсы в моменты перехода ускорения ветви камертона через нуль при ее движении по направлению от статора, а отношение тк/г 2 .= 0,751, й/т 2 = 0,13 на фиг.8, тк/т 2 = 1 на фиг.9,Появление выходных импульсов в требуемые моменты времени обеспечивается соответствующей коммутацией выходного сигнала преобразователя 43 ускорений, выбором незаземленного входа усилителя-ограничителя 40 и полярности включения фиксирующего диода 42. Выбор указанного отношения тк/т 2 осуществляется таким 5 10 15 20 25 30 35 же образом, как указано при описании второго варианта выполнения стенда.Камертонный стенд фиг.1 - 3) работает следующим образом.Источник 11(16) тока обеспечивает заряд конденсатора - накопителя 12(17) восполняемой энергии. Управление разрядом накопителей 12 и 17 осуществляется ключами 14, 20 и 15, 19 соответственно. Схема 10 коммутации . обеспечивает чередующуюся через период колебаний источника управляющего сигнала попарную коммутацию ключей 14, 20 и 15,19. Открытие ключей 14, 20 приложением положительных импульсов к их управляющим электродам создает условия образует цепь для разряда накопителя 12 и оказывающегося последовательно согласно соединенным с ним накопителя 21 через катушки 5 возбуждения - индуктивный элемент статора привода камертона фиг.4), В этот момент времени к управляющим электродам ключей 15, 19 приложены отрица 1 ельные имгульсы, и эти ключи. оставаясь закрытыми, не влияют на протекание тока разряда накопителя 12, Накопитель 17 в это время заряжается от источника 16 тока. После разряда накопителей 12 и 21 ток самоиндукции катушек 5 возбуждения продолжает протекать через вентиль 13 и перезаряжает накопитель 21, что обеспечивает тем самым выполнение этим кондесатором функции накопителя колебательной энергии (фиг.4), Уменьшение протекающего тока самоиндукции приводит к самозакрыванию ключей 14, 20.В следующий период колебаний источника управляющего сигнала накопитель 12 заряжается от источника 11 тока, и происходит разряд другого конденсатора-накопителя 17 воспламеняемой энергии через открытые ключи 19 и 15 благодаря приложению положительных импульсов к их управляющим электродам. При этом, как и в случае разряда накопителя 12 фиг,4) обеспечивается согласованное соединение заряженного накопителя 17 и перезаряженного в предыдущий периодуправляющегосигнала накопителя 21, После разряда накопителей 17 и 21 накопитель 21 перезаряжается по цепи, изображенной на фиг,4, В дальнейшем чередующийся процесс разряда накопителей 12 и 17 повторяется. В соответствии с предложенным техническим решением последовательно соединенные при коммутации конденсатор-накопитель 12(17) восполняемой энергии и конденсаторнакопитель 21 колебательной энергии совместно с индуктивным элементом статора привода камертона - катушками 5 возбуждения образуют параллельный колебательныйконтур (процесс разряда конденсаторов иперезаряда накопителя 21 носит колебательный характер). Выбором их емкостейконденсаторов и индуктивностей катушек 5возбуждения можно изменять период колебаний этого контура и соответственно соот-ношение этого периода тк и периодарезонансных колебаний камертона т 2 дляобеспечения необходимого соотношенияэтих периодов.Потери энергии в цепи катушек 5 возбуждения восполняются за счет накопленияэнергии на накопителях 12 и 17 от источников 11, 16 тока соответственно, что и обеспечивает выполнение конденсаторамифункции накопителей восполняемой энергии.Описанный процесс попарной коммутации ключей 14, 20 и 15, 19 обеспечиваетсяналичием делителей частоты колебаний источника управляющего сигнала 0-триггерав соответствующем включении 23, дифференцирующего импульсного трансформатора 26 и двумя парами выходных обмоток 27,28 и 29, 30, имеющими одинаковое направление витков в каждой паре и противоположное направление витков в различныхпарах обмоток.На фиг.4 и 5 проиллюстрированы эпюры, отражающие работу первого вариантастенда при соотношениях ткlт 2 = 1 ит/т =0,2,Напряжение с выхода задающего генератора 22 (022), имеющего период, равныйпериоду резонансных колебаний камертона2 после деления частоты на два, с помощьюделителя частоты - О-триггера 23 (О 2 з) образует на входной обмотке дифференцирующего импульсного трансформатора 25последовательности коротких разнополярных импульсов О 25, Соответствующие напряжения на парах выходных обмоток 27, 28и 29, 30 - О 2 т,2 в и О 29,зо обеспечивают поочередное через период колебаний задающего генератора 22 попарное открываниеключей 14, 20 и 15, 19, Последнее, в своюочередь, вызывает чередующиеся через период колебаний задающего генератора 22процессы заряда-разряда накопителей 12 и17 (О 12, О 17), а также перезаряд и перекоммутацию накопителя 21.В результате протекания однополярныхимпульсовтока через катушки возбужденияпривода камертона 15 возникает магнитныйпоток Ф 5, имеющий минимальное значениеФщ, и действует соответствующая сила,притягивающая ветви камертона к статорампривода Е 2. Под действием силы Г 2 ветвикамертона движутся со скоростью Чг.10 20 25 30 35 40 45 50 55 Форма импульсов тока 5 существенно зависит от соотношения тк/х 2 (фиг,4, т/т 2 = 1; фиг,6, Мг 2 =-0,2), что, в конечном счете, определяет величину энергии, передаваемой камертону. Совпадение максимумов прикладываемой силы Г 2 с достижением максимума скорости /2 движениякамертона в направлении действия силы обеспечивает высокую эффективность передачи энергии камертону от блока питания его привода, при которой энергия, передаваемая камертонудостигает, как следует из законов механики, максимальной величиныЛс( Л Е = Х Ч 2 Г 2 от, где Л т - длительоность импульса, Л Е - энергия, передаваемая камертону).Присоединенные к ветвям колеблющегося камертона 2 с помощью присоединительных гнезд 3 испытуемые объекты подвергаются вибрационному воздействию, Соответствующая амплитуда смещений измеряется с помощью системы 4, Электрические сигналы от испытуемых объектов после прохождения через фильтры 32 регистрируются устройством ЗЗ,Второй и третий варианты камертонного стенда (фиг.2 и 3) работают следующим образом.Запуск стенда осуществляется нажатием и отпусканием кнопки 35, вызывающей протекание тока от источника 37 через раэвяэывающий диод 36 в катушках 5 возбуждения статора привода и соответственно притяжение к ним ветвей камертона 2. После отпускания кнопки 35 ветви камертона начинают совершать слабо затухающие (ввиду высокой добротности камертона 2) колебания, которые воспринимаются виброизмерительными преобразователями скорости 38 (фиг.2) или ускорения 43 (фиг.3), связанными с камертоном 2. Выходной сигнал преобразователя, отражающий движение камертона 2, после прохождения фильтра 39. усилителя-ограничителя 40, дифференцирующей цепочки 41 с фиксирующим диодом 42 сохраняет информацию о фазе движения камертона и используется в качестве управляющего сигнала взамен сигнала задающего генератора в первом варианте стенда.Коммутацией преобразователя 38, заземлением того или иного входа усилителя- ограничителя 40, а также выбором полярности включения фиксирующего диода 42 обеспечивается приложение к входу О-триггера коротких положительных импульсов в моменты перехода скорости движения ветви камертона относительностатора через нуль при ее движении по направлению к статору. В результате этого на парах 27, 28 и 29, 30 выходных обмоток дифференцирующего трансформатора 26 (после деления частоты на деа Ог) образуются импульсы коротких разнополярных импульсов 027,гэ и 029,зо, обеспечивающие поочередное через период колебаний камертона 2 попарное открывание ключей 14, 20 и 15, 19 в соответствующие моменты времени. Протекающие токи разряда накопителей 12 и 17 при выборе т/гг,в пределах 0.10,5 обеспечивают приложение импульсов силы Г 2 в моменты максимумов скорости, что так же, как и в описанных случаях, приводит к эффективной передаче энергии колеблющемуся камертону. При аlт 20,5 импульсы силы Г 2 начинают в течение части своей продолжительности тормозить движение камертона, а при ткlгг0,1, как свидетельствуют эксперименты, необходимо такое увеличение амплитуды токов ь для раскачки камертона. что резко возрастают тепловые потери в катушках 5 возбуждения, также снижающие эффективность передачи энергии камертону 2 от блока питания. Формула изобретения 1. Камертонный стенд, содержащий камертон, выполненный из магнитного материала, и привод камертона, включающий блок питания, а также взаимодействующий с камертоном статор с индуктивным элементом, подключенным к выходу блока питания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей за счет увеличения диапазона амплитуд воспроизводимой вибрации, блок питания привода камертона выполнен в виде схемы коммутации и импульсного доза- тора, состоящего из накопителяГ. 15 1 колебательной энергии и двух каналов, каждый из которых состоит из параллельно соединенных источника тока, накопителя восполняемой энергии и вентиля, катод ко торого присоединен к положительному полюсу источника тока, последовательно соединенных первого и второго ключей, управляющий вход первого ключа соединен с положительным выходом источника пита ния, выходы накопителя колебательнойэнергии соединены соответственно с входом второго ключа каждого из каналов, выходы вторых ключей каждого из каналов обьединены и подсоединены к индуктивно му элементу, отрицательные выходы источюков тока объединены, схема коммутации выполнена в виде последовательно соединенныхх задающего генеоэтооэ, делителя частоты нэ четное число и схемы управления 20 ключами, четыре выхода схемы коммутацииподключены соответственно к управляюцим входам первого и второго ключей каждо с из каналов. 25 2, Стенд по п.1, о т л и ч г ю щ и й с я тем,что, с целью снижения трудоемкости испытаний за счет синхронизации импульса возбуждения с фазой колебаний камертона, онснабжен блоком запуска, соединенным с ин 30 дуктиеным элементом, задающий генераторсхемы коммутации выполнен е виде последовательно соединенных вибрсизмерительногопреобразователя, связанного с камертоном,полосового фильтра, усилителя-ограничителя35 и дифференцирующей цепочки,3. Стенд по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения нелинейныхискажений, статор установлен с возможностью перемещения вдоль ветви камертона в40 диапазоне/ = 0,2+ 0,1, где - расстояниестатора от торца камертора, а . - длинаветвь камертона.1619088 Составитель О.НесовТехред М.Моргентал ктор В.Данко Корректор Т.Палий оизводстэенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро Гагарина, 101 Мм Мак О,ЗФ ОИ Заказ 39 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобрете 113035, Москва. Ж, РэушскаПодписноем и открытиям при ГКНТ СССРаб., 4/5