CS208885B1 - Zařízení pro měření parametrů lineárního rezonančního obvodu definovaného lineární diferenciální rovnicí druhého řádu s konstantními koeficienty - Google Patents

Abstract

Z hlediska měřených objektů, jako například různých mechanických zařízení a strojů, pro zmenšení rizika jejich poškození nebo, zničení vlivem nadměrného zatížení jejich jednotlivých konstrukčních částí, je nutné zrychlit měření při,zachování množství získaných informací. Z poloh absolutních maxim dvou různých dynamických amplitudových frekvenčních charakteristik a (obr. 1) rezonančního obvodu 2 (mechanického nebo elektrického) měřeného objektu, získaných při různé hodnotě úhlového zrychlení £ vstupního kvaziharmoniokého signálu s konstantní amplitudou na vstupu rezonančního obvodu 2, se vypočítají parametry lineární diferenciální rovnice, popisující chování měřeného rezonančního obvodu 2. Zařízení k provádění způsobu sestává z generátoru signálu !L, rezonančního obvodu 2, členu sběru naměřených dat 3., vyhodnocovacího členu 4. a registračního členu 2, jež jsou zapojeny podle obr. 2.

Description

(54) Zařízení pro měření parametrů lineárního rezonančního obvodu definovaného lineární diferenciální rovnicí druhého řádu s konstantními koeficienty

Z hlediska měřených objektů, jako například různých mechanických zařízení a strojů, pro zmenšení rizika jejich poškození nebo, zničení vlivem nadměrného zatížení jejich jednotlivých konstrukčních částí, je nutné zrychlit měření při,zachování množství získaných informací.

Z poloh absolutních maxim dvou různých dynamických amplitudových frekvenčních charakteristik a (obr. 1) rezonančního obvodu 2 (mechanického nebo elektrického) měřeného objektu, získaných při různé hodnotě úhlového zrychlení £ vstupního kvaziharmoniokého signálu s konstantní amplitudou na vstupu rezonančního obvodu 2, se vypočítají parametry lineární diferenciální rovnice, popisující chování měřeného rezonančního obvodu 2.

Zařízení k provádění způsobu sestává z generátoru signálu )L, rezonančního obvodu 2, členu sběru naměřených dat 3., vyhodnocovacího členu 4. a registračního členu jež jsou zapojeny podle obr. 2.

208 885

Vynález se týká zařízení pro měření parametrů lineárního rezonančního obvodu definovaného lineární diferenciální rovnicí druhého řádu s konstantními koeficienty. Tyto rezonanční obvody mohou být například mechanické nebo elektrické a v praxi se vyskytují při konstruování různých mechanických zařízení a strojů, jako jsou točivé stroje a podobně, nebo při návrhu plynule přeladitelnýčh elektrických pásmových propustí. Parametry rezonančního obvodu jsou určeny koeficienty uvedené diferenciální rovnice, komplexním přenosem rezonančního obvodu nebo komplexní frekvenční charakteristikou rezonančního obvodu.

Dosud známá zařízení se skládají z generátoru vstupního signálu, který generuje signál o vlastnostech požadovaných jednotlivými používanými způsoby měření. Generovaný vstup ní signál je přiveden na vstup měřeného obvodu, jehož výstupní signál je přiveden na vstup'vyhodnocovacího členu, kde výstupem vyhodnocovacího členu je žádaná informace.

První používaný způsob je založen na měření odezvy obvodu v ustáleném stavu na harmonický signál, jehož frekvence se po zvolených stupních mění. Pro každou frekvenci vstup ního signálu se vyhodnotí komplexní přenos obvodu v ustáleném stavu. - Druhý používaný způsob je založen na vyhodnocení parametrů obvodu z odezvy na vstupní impuls.

Třetí používaný způsob je založen na vyhodnocení odezvy obvodu při plynulé změně frekvence vstupního kvaziharmonického signálu s konstantní amplitudou.

Jelikož známá zařízení byla speciálně zkonstruována pro realizaci používaných způsobů měření, jejich možnosti a nevýhody vyplývají ze zvoleného způsobu měření.

Nevýhodou prvního používaného způsobu je malá rychlost měření měřených objektů, které mají značný počet rezonančních převýšení s velkou jakostí při různých frekvencích.

Nevýhodou druhého používaného způsobu je velmi obtížná realizace vstupního signálu s impulsním průběhem, obzvláště při měření mechanických obvodů.

Nevýhodou třetího používaného způsobu je rovněž malá rychlost měření jako u prvního způsobu, a kontrola, zda byla změřena frekvenční charakteristika bez chyb plynoucích z plynulého přelaďování frekvence vstupního signálu, zpomaluje měření.

Z hlediska měřeného objektu pro zmenšení rizika jeho poškození nebo zničení vlivem nadměrného zatížení jeho jednotlivých konstrukčních částí je nutné zrychlit měření při zachování množství získaných informací dosud získávaných používanými způsoby měření re.Zonančního odvodu. .

Nevýhody dosavadních zařízení pro měření parametrů lineárního rezonančního obvodu definovaného lineární diferenciální rovnicí druhého řádu s konstantními lfoeficienty odstraňuje zařízení pro měření podle vynálezu.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že generátor kvaziharmonického vstupního signálu s konstantní amplitudou a s plynule se měnící frekvencí je svým výstupem připojen na vstup měřeného rezonančního obvodu, který je výstupem připojen na člen sběru naměřených 'dat, .jehož první výstup je připojen na vstup generátoru a jehož druhý výstup je připojen •na vstup vyhodnocovacího clenu, jehož výstup' je připojen na vstup registračního clenu.

Zařízení umožňuje značnou úroveň automatizace s využitím výhod moderní výpočetní techniky zejména ve spřažeriém režimu práce viz on - line. Výhody spočívají v tom, že se jednak urychlí měření parametrů rezonančního obvodu a jednak se sníží riziko poškození měřeného objektu snížením dříve nutného rezonančního převýšení a zkrácením doby, po kterou byl objekt dříve vystavován zvýšenému namáhání. t

Ka připojeném výkrese jsou na, obr. 1 znázorněny amplitudové frekvenční charakteristi ky měřeného rezonančního obvodu a ne, obr. 2 je znázorněno blokové schéma zařízení pro měřeni parametrů podle vynálezu.

Měření parametrů lineárního rezonančního obvodu zařízením podle vynálezu.je založeno na vlastnostech dynamických amplitudových frekvenčních charakteristik B^ a Bg měřeného rezonančního obvodu.

Na. obr. 1. je znázorněna závislost absolutní hodnoty frekvenčního přenosu 1 G (juj ) I na okamžité hodnotě frekvence f vstupního kvaziharmonického signálu. Absolutní hodnota frekvenčního přenosu 1 G ( j uj ) I je dána poměrem amplitudy kmitů na výstupu k amplitudě kmitů na ystupu rezonančního obvodu 2. v ustáleném stavu při harmonickém průběhu kmitů, kde G (j uj ) je frekvenční přenos, j je imaginární jednotka a uJ je úhlová frekvence signálu. Absolutní hodnota frekvenčního přenosu I G (j tu ) I dává amplitudovou frekvenční charakteristiku A.

Amplitudová frekvenční charakteristika A, někdy též nazývaná statická, je taková charakteristika, jejíž všechny body byly registrovány v ustáleném stavu rezonančního obvodu 2, Boloha (f_Q, I G_s (j tu ) 1^ ) maxim amplitudové frekvenční charakteristiky A je jednoznačně určena úrovní I G_g (j tu ) 1^. maxima amplitudové frekvenční charakteristiky A a rezonanční frekvencí f_g . Při plynulém přelaáování frekvence f vstupního kvaziharmonického signálu rezonančního obvodu 2 se naměří dynamická amplitudová frekvenční charakteristika B-^ nebo B₂, která se liší od statické amplitudové frekvenční charakteristiky A zejména nižší úrovní I G_D1 (j uj ) 1^- nebo I Gpg (j tu ) 1^ absolutního maxima dynamické amplitudové frekvenční charakteristiky B^ nebo a dále posunutím frekvence ^foDl ^{nebo f}oD2 maxima dynamické frekvenční charakteristiky B-^ nebo B₂ ve směru změny frekvence f vstupního kvaziharmonického signálu.

Pro určení parametrů lineárního rezonančního obvodu 2. z poloh I Gp^(j ^ω V a (f_oD2^{5 1 G}D2 (3 ^ω ) Ijj) absolutních maxim dvou různých dynamických amplitudových frekvenčních charakteristik B-^ a B₂, kde tato absolutní maxima jsou určena kartézskými souřadnicemi (f_Qpp! I G_D2 (j tu ) a (f_oD2, I Gp₂ (j tu ) 1^), se využije analytické, případně grafické vyjádření obecných poloh absolutních maxim dynamických frekvenčních 'charakteristik B v závislosti na rezonanční frekvenci f obecného rezonančního obvodu, na úhlovém zrychlení 6 a na jakosti Q obecného rezonančního obvodu, která je dána rovnicí ^fo

Q ₌ -:- , ' f kde f je šířka statické amplitudové frekvenční charakteristiky A při poklesu o 3 1B od absolutní hodnoty I G (j ω ) maxima statické amplitudové frekvenční charakteristiky A.

Analytické, případně grafické vyjádření obecných poloh I (j cu ) IjP lze odvodit vhodnou aproximací nebo interpolací z množiny vypočítaných poloh ^^foD’ ¹ % ^ω ) IjP pro různé rezonanční frekvence fθ, pro různá úhlová zrychlení £ a pro různé jakosti Q. Jednotlivé vypočítané polohy (f_Q, I Gp (j cu ) Ijj) patřící do množiny vypočítaných poloh se získávají numerickým vyřešením příslušné diferenciální rovnice.

Po změření poloh (f_QD1, I (i 1^) a (f_oD2> ¹ %2 ^{ω z}í^skaný^cl1 P^ři různých hodnotách úhlového zrychlení £ ^ a C? kvaziharmonického vstupního signálu s konstantní amplitudou a s plynule se měnící frekvencí f, lze interačními metodami vypočítat parametry rezonančního obvodu 2, kterému přísluší obě změřené polohy (f₀Dl^{J 1} %l (3 1^) ^a (^f0D2’ ^IGD2 ^ω W daných úhlových zrychleních £ _χ a £ 2» Pro výpočet parametrů se použije nejméně pět z šesti odlišných údajů f_Qp^, ^foD2’

I G_D1 (j tu) 1_M, I G_D2 (j tu ) l_M, £₁₅ £₂i ^z nichž čtyřmi údaji jsou určeny polohy (f₀Di> ¹ %ι (3 ^a (^foD2’ ’ ^GD2 (3 tu ) Ijj) obou absolutních maxim dvou různých dynamických amplitudových frekvenčních charakteristik B-p měřeného rezonančního obvodu 2 a dvěma údaji jsou určena úhlová zrychlení £^ a £₂· ,

Měření popsaným způsobem je možno použít v těch případech, kdy je nutné nebo z provozních důvodů žádoucí urychlit měření amplitudových frekvenčních charakteristik rezonan čního obvodu, a dále v případech, kdy měření statických amplitudových frekvenčních charakteristik by mohlo vést k poškození měřeného objektu při statickém měření v oblasti rezonančních frekvencí.

Měření lze úspěšně využít i pro vícenásobné, neintervenující rezonanční obvody, zapojené v kaskádě, popsané soustavou lineárních diferenciálních rovnic druhého řádu s konstantními koeficienty. , ^,;Ψ

Zařízení pro měření parametrů lineárního rezonančního obvodu podle vynálezu je znázorněno na schématu blokového zapojení v obr. 2. Generátor 1 je svým výstupem připojen na vstup měřeného rezonančního obvodu 2, který je výstupem připojen na clen sběru naměřených dat 2j jehož první výstup je připojen na vstup generátoru 1 a jehož druhý výstup jé připojen·na vstup vyhodnocovacího Členu J·. Výstup vyhodnocovacího členu je připojen na vstup registračního členu jj_. ,

Generátor 1 kvaziharmonického vstupního signálu s konstantní amplitudou a s plynule se měnící frekvencí f vybudí v rezonančním obvodu 2 kmity, které se případně převodníkem mění na výstupní elektrický signál zpracovávaný v členu pro sběr naměřených dat 3, který současně řídí rychlost přelaáování frekvence f generátoru l,to jest úhlového zrychlení £ kvaziharmonického vstupního signálu. V členu pro sběr naměřených dat 3 se rovněž registru jí polohy (f_oD1> (j tu ) I_M) s (f_oD2> · ^Gp₂ d absolutních maxim dvou dynamických amplitudových frekvenčních charakteristik a rezonančního obvodu 2 a dále se registrují okamžité hodnoty parametrů kvaziharmonického budícího vstupního signálu generátoru 1, to jsou úhlová zrychlení £ v okamžiku dosažení obou poloh těchto absolutních' maxim.

Clen sběru naměřených dat 3 a vyhodnocovací člen 4. mohou být nahrazeny počítačem nebo kalkulátorem s vhodným připojením na neznámý rezonanční obvod 2. Počítač může rovněž řídit rychlost přelaďování frekvence f vstupního signálu a při poklesu výstupní úrovně rezonančního obvodu 2. pod zvolenou úrovoň může ještě dále zvětšit úhlové zrychlení £ .

V případech, kdy je rezonanční obvod 2. buzen nějakým technologickým procesem, se z popsaného ' obvodu vypouští generátor jL a kvaziharmonický budící signál rezonančního obvodu 2 se zajištuje přímo z tohoto technologického procesu.

Naměřená data se ve vyhodnocovacím členu 4 vyhodnotí podle dříve odvozeného algoritmu, Výsledky vyhodnoceni se registrují, v požadovaném tvaru registračním členem jj, který může být představován podle potřeby tiskárnou, dálnopisem, souřadnicovým zapisovačem, alfagrafickým nebo alfanumerickým displejem a podobně. Výsledkem vyhodnocení mohou být frekvenční přenos G (j υυ ) rezonančního obvodu 2, koeficienty diferenciální.rovnice, amplitudová frekvenční charakteristika A, z které lze jednoznačně odvodit průběh fázové frekvenční charakteristiky, a podobně.

Vyhodnocování uvedeným zo,řízením lze uskutečnit i v nespřaženém režimu zařízení viz off - line postupně tak, že pět z naměřených šesti údajů výstupu rezonančního obvodu 2 je vhodně, registrováno bud v analogovém nebo číslicovém tvaru například.na-magnetickém disku, na magnetické pásce, v nakresleném grafu dynamických amplitudových frekvenčních charakteristik B^ a B^ nebo v tabulce poloh I G^-^ ^1 ^{M a} ^oD2’ * %2 ^!lP ^a úhlových zrychlení £ ^ a C Nejméně pět z těcht.o šesti naměřených údajů se přivede na vstup vyhodhoc-ovacího. členu 4, jehož výstup je připojen na vstup registračního členu 2· . ‘

Vyhodnocovací člen 4 a registrační člen mohou být nahrazeny počítačem nebo kalkulátorem s vhodným periferním a přídavným zařízením, případně výsledky je možno odečítat přímo z displeje počítače nebo kalkulátoru. . u>í'í

Zařízení podle vynálezu je zejména určeno pro měření parametrů lineárních rezonančních obvodů různých mechanických objektů, strojů, částí strojů na zkušebnáclri za složitých provozních podmínek.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zařízení pro měření parametrů lineárního rezonančního obvodu definovaného lineární diferenciální rovnicí druhého řádu s konstantními koeficienty, například mechanického .rezonančního obvodu, vyznačené tím, že generátor (l) je svým výstupem připojen na vstup měřeného rezonančního obvodu (2), který'je výstupem připojen na člen sběru naměřených dat (3), jehož první výstup je připojen na vstup generátoru (1) a jehož druhý výstup je připojen na vstup vyhodnocovacího členu (4), jehož výstup je připojen na vstup registračního členu (5).