DE1100332B - Vorrichtung zur Schwingungspruefung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Schwingungsprüfeinrichtungen und insbesondere Vorrichtungen zum Einregeln der Egalisatoren bei solchen Einrichtungen.

Zu einer typischen S chwingungsprüf einrichtung gehört ein Schwingungserzeuger zum Schütteln des Prüf Objektes, ein großer elektronischer Leistungsverstärker zur Erregung des Schwingungserzeugers und eine Signalquelle für den Verstärker. Infolge von Resonanzen des Prüf Objektes und des beweglichen Systems des Schwingungserzeugers zeigt der Frequenzgang für den Schwingungserzeuger und für das Prüf objekt eine Anzahl scharfer Spitzen und Einschnitte und anderer Unregelmäßigkeiten. Solche Unregelmäßigkeiten des Frequenzganges würden es, sofern man sie nicht kompensiert, erschweren, die äugenblickliche Lageänderung und Beschleunigung des Prüfobjektes zuvor zu bestimmen. Aus diesem Grunde sind Prüfeinrichtungen bereits mit einem oder mehreren Egalisatoren versehen worden, die sich so einstellen lassen, daß sie einen entgegengesetzten Frequenzgang erzeugen. Wenn die Egalisatoren so eingestellt und mit dem Verstärker und dem Schwingungserzeuger in Reihe geschaltet werden, wird der Gesamtfrequenzgang über einen vorgegebenen Frequenzbereich im wesentlichen flach. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sich die erforderliche Einstellung der Egalisatoren vornehmen läßt, um den Frequenzgang von Schwingungserzeuger und Prüfobjekt exakt zu komplementieren.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Schwingungsprüfung mit einem Schwingungserzeuger zum Schütteln eines Prüf Objektes und Egalisatoren zur Kompensation des Frequenzganges von Schwingungserzeuger und Prüfobjekt ist dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Schaltvorrichtung nacheinander ein Betriebszustand zur Aufzeichnung des Frequenzganges mittels einer X-F-Aufzeichnungsvorrichtung mit getrennten Ordinaten- und Abszissen-Eingangskanälen, ein Betriebszustand zur Einstellung der Egalisatoren in Abhängigkeit von der Frequenzgangaufzeichnung auf die inversen Werte und ein Betriebszustand zum Betrieb des Schwingungserzeugers mit der frequenzgangkompensierenden Spannung eingestellt werden kann.

In einer ersten Schaltstellung koppelt die Schaltvorrichtung einen Eingang des Schwingungserzeugers über einen einstellbaren Verstärkerkreis mit einem Ausgang eines mit veränderbarer Frequenz arbeitenden Oszillators und eine Signalmeßvorrichtung mit einem Übertrager, welcher ein Signal liefert, das von einem Kennzeichen des Schwingungserzeugers abhängt, wobei ferner die X-F-Aufzeichnungsvorrichtung mit ihrem einen Eingangskanal unter der Steuerung eines Signals steht, welches von der Frequenz Vorrichtung zur Schwingungsprüfung

Anmelder:

Textron Electronics, Inc.,
Providence, R. I. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. E. Wiegand, München 15,

und Dipl.-Ing. W. Niemann,
Hamburg 1, Ballindamm 26, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 10. März 1958

Charles Everet Maki, Short Beach, Conn. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

des Oszillators abhängt, während der andere Eingangskanal mit einem Signal gesteuert wird, welches von dem Verstärkungsfaktor des Verstärkungskreises abhängt.

In einer zweiten Schaltstellung koppelt die Schaltvorrichtung die Signalmeßvorrichtung über die Egalisatoren und den in Reihe geschalteten Verstärkerkreis mit dem Ausgang des Oszillators, während in einer dritten Schaltstellung der Schaltvorrichtung der Eingang des Schwingungserzeugers mit den Egalisatoren in Reihe geschaltet wird, um eine schwingungerzeiugende Spannung zuzuführen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darauf gerichtet, daß der verstellbare Verstärkerkreis ein logarithmisches Potentiometer ist und die Größe des vom Verstärkungsfaktor abhängigen Signals dem Logarithmus des Verstärkungsfaktors des Verstärkerkreises proportional ist, wobei das vom Verstärkungsfaktor abhängige Signal vorzugsweise von einem linearen Potentiometer geliefert wird, dessen Mittelanzapfung mit einem Bezugspotential verbunden ist und dessen Außenklemmen an eine Gleichspannungsquelle von wählbarer Polarität angeschlossen sind, und ferner der bewegliche Kontakt des linearen Potentiometers mit dem beweglichen Kontakt des logarithmischen Potentiometers zur gemeinsamen Verstellung gekoppelt ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung dient die nachfolgende ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung, die einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet,

109 527/282

Fig. 2 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild zur Erläuterung einer ersten Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. 1,

Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltbild zur Erläuterung einer zweiten Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. 1 und

Fig. 4 ein vereinfachtes Rechteckdiagramm zur Erläuterung einer dritten Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. 1.

Wie die Fig. 1 zeigt, ist der als Rechteck dargestellte Schwingungserzeuger 10 mechanisch mit dem Prüfobjekt 12 und mit einem Übertrager 14 gekoppelt. Der Übertrager 14 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Spannung, die einem bewegungsabhängigen Merkmal des Schwingungserzeugers und damit des Prüfobjektes proportional ist. Solche schwingungsabhängigen Merkmale können beispielsweise die Beschleunigung, die Verschiebung oder die Geschwindigkeit sein. Für die vorliegende Betrachtung soll angenommen werden, daß es sich um einen Beschleunigungsmesser handelt. Zur Vorrichtung gehören des weiteren der elektronische Leistungsverstärker 16, der mit variabler Frequenz arbeitende Oszillator 18 und ■die kollektiv als Rechteck 20 dargestellten Egalisatoren. Das Wort »kollektiv« wird verwendet, da zu den Egalisatoren normalerweise ein oder mehrere Scheitelwert-Tiefpunkt-Egalisatoren und ein Schwingungserzeuger-Egalisator gehören. Der letzterwähnte Egalisator kompensiert den nicht gleichförmigen Frequenzgang des Schwingungserzeugers und des Teiles ■des Prüfobjektes, welcher sich zusammen mit dem Schwingungserzeuger bewegt, während jeder der Scheitelwert-Tiefpunkt-Egalisatoren einen gesonderten Resonanzpunkt des Prüf Objektes kompensiert.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 hat der einstellbare Verstärkerkreis die Gestalt eines logarithmischen Potentiometers 22, welches mit einem beweglichen Kontakt oder Abgriff 24 versehen ist. Eine X-F-Aufzeichnungsvorriehtung ist bei 26 und eine Signalmeß vorrichtung oder ein Voltmeter bei 28 dargestellt. Der mit veränderlicher Frequenz arbeitende Oszillator 18 ist mechanisch mit einer automatisch und manuell arbeitenden Verstellvorrichtung in Form eines Motors 30 oder einer manuellen Steuerung 32 gekoppelt, um den Frequenzbereich des Oszillators zu durchfahren. Diese Anordnungen sind schematisch dargestellt, können aber in jeder bekannten Form ausgebildet sein, um die Frequenz des Oszillators über ■einen speziellen Bereich zu varrieren. Mit dem beweglichen Abstimmelement ist der Abgriff 34 eines linearen Potentiometers 36 mechanisch gekoppelt. Das Potentiometer 36 wird, wie dargestellt, von einer Gleichspannungsquelle 38 mit der in der Zeichnung angegebenen Größe Ef erregt.

Wie die Fig. 1 zeigt, sind mit dem Abgriff 24 des Potentiometers 22 sowohl eine manuelle Steuerung 40 als auch ein Hilfskraftregler 42 mechanisch gekoppelt, um unabhängig voneinander die Lage des Abgriffes und damit den Verstärkungsfaktor des Potentiometers einstellen zu können. Der Ausdruck »Verstärkung« "wird hier im weitesten Sinne verstanden, so daß hierunter auch die negative Verstärkung oder Dämpfung fällt. Ebenfalls mit dem Hilfskraftregler 42 und der manuellen Steuerung 40 ist der bewegliche Kontakt oder Abgriff 44 eines linearen Potentiometers 46 ge-Jcoppelt. Es ist somit ersichtlich, daß der Abgriff 44 dem Abgriff 24 folgt bzw. mit diesem gemeinsam bewegt wird. Der Widerstand des Potentiometers 46 ist mit einer Mittelanzapfung 48 versehen, die mit Masse oder einem Bezugspotential verbunden ist. Die äußeren Klemmen 50 und 52 des Potentiometers 46 sind über einen Polwender 54 mit den Abgriffen 56 und 58 der linearen Potentiometer 60 bzw. 62 verbunden. Wie dargestellt, liegt das Potentiometer 60 zwischen dem Bezugspotential und der positiven Klemme einer Gleichspannungsquelle 64, während das Potentiometer 62 zwischen dem Bezugspotential und der negativen Klemme der Spannungsquelle 64 liegt. Es ist offensichtlich, daß die Polarität der Klemmen 50 und 52

ίο durch die Lage des Polwenders 54 bestimmt wird, während die Potentiale dieser Klemmen unabhängig voneinander mit Hilfe der Abgriffe 56 und 58 eingestellt werden können.
Lediglich als Beispiel ist eine geeignete Schaltanordnung dargestellt, um zu zeigen, wie die verschiedenen Schaltelemente miteinander verbunden werden können, um das nachfolgend zu erläuternde Einstellverfahren vorzunehmen. Die dargestellte Schaltanordnung enthält sieben Dreiwegeschalter, die zur gleichzeitigen Bewegung untereinander verbunden sind. Die

_ sieben Schalter sind mit den Bezugszeichen 66, 68, 70, 72, 74, 76 und 78 versehen. Es sei ferner angenommen, daß die Schaltarme der sieben Schalter, wenn sie das zugeordnete Kontaktelement 1 beaufschlagen, sich in ihrer ersten Schaltstellung befinden. In einer zweiten Schaltstellung liegen die sieben beweglichen Kontaktarme auf den zugeordneten Kontaktelementen 2, während in einer dritten Schaltstellung die zugeordneten Kontaktelemente 3 beaufschlagt werden.

Der Ausgang des mit variabler Frequenz arbeitenden Oszillators ist mit dem Schaltarm oder beweglichen Kontakt des Schalters 66 verbunden. Die Kontakte 1 und 2 des Schalters 66 sind mit demhochohmigen Ende des logarithmischen Potentiometers 22 verbunden, dessen niederohmiger Teil am Bezugspotential (Masse) liegt. Der Kontakt 3 des Schalters 66 ist mit dem Kontakt 3 des Schalters 72 verbunden. Der Schaltarm des Schalters 68 ist mit dem Eingang des Verstärkers 16 verbunden, während der Kontakt 1 dieses Schalters mit dem Kontakt 1 des Schalters 70 verbunden ist. Der Kontakt 2 des Schalters 68 stellt keine Schaltverbindung her, während sein Kontakt 3 mit dem Kontakt 3 des Schalters 74 verbunden ist. Der Abgriff 24 ist mit dem Schaltarm des Schalters 70 verbunden, dessen Kontakt 3 keine Schaltverbindung herstellt, während sein Kontakt 2 mit dem Kontakt 2 des Schalters 72 verbunden ist. Der Kontakt 1 des Schalters 72 stellt keine Schaltverbindung her, und der zugehörige Schaltarm ist mit dem Eingang der Egalisatoren 20 verbunden. Der Ausgang der Egalisatoren ist mit dem Schaltarm des Schalters 74 verbunden, dessen Kontakt 1 keine Schaltverbindung herstellt und dessen Kontakt 2 mit dem Kontakt 2 des Schalters 76 verbunden ist. Der Kontakt 1 des Schalters 76 ist mit dem Kontakt 1 des Schalters 78 und einer Ausgangsklemme des Übertragers 14 verbunden. Der dritte Kontakt des Schalters 76 und auch die Kontakte 2 und 3 des Schalters 78 führen keine Schaltaufgaben aus. Der Schaltarm des Schalters 76 ist jedoch mit dem Eingang einer Anzeige- oder Meßvorrichtung 28 verbunden. Der Schaltarm des Schalters 78 ist mit dem Eingang des Hilfskraftreglers 42 verbunden. Zur Vervollständigung der Vorrichtung ist der Abgriff 44 mit der Aufzeichnungsvorrichtung 26 verbunden, um die Ordinate oder die F-Werte zu steuern, während der Abgriff 34 so angeschlossen ist, daß er die Steuerung bezüglich der Abszisse oder X-Achse vornimmt.

Die Fig. 2 zeigt die Schaltung, wenn sich die sieben miteinander verbundenen Schalter und der Polwender 74 sämtlich in den in Fig. 1 dargestellten Stellungen

befinden. Aus Bequemlichkeit werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile zu bezeichnen. Die Schaltung der Fig. 2 ist so eingestellt, daß auf der Aufzeichnungsvorrichtung 26 der Frequenzgang des Schwingungserzeugers 10 und des Prüf Objektes 12 aufgezeichnet wird. Der Oszillator 18 ist anfänglich auf die niedere Frequenz abgestimmt, von der aus das Durchlaufen des Frequenzbandes beginnt. Der Abgriff 34 befindet sich in der Nähe des an Masse liegenden Endes des Potentiometers 36, und der Schreibstift der Aufzeichnungsvorrichtung befindet sich auf der F-Achse oder in deren Nähe. Mit der manuellen Steuerung 40 kann dann das Potentiometer 22 so eingestellt werden, bis eine vorgegebene geringe Beschleunigung am Schwingungserzeuger auftritt, die am Meßinstrument 28 abzulesen ist. Diese Einstellung bestimmt die Ausgangslage des Abgriffes 44, und die Potentiale an den Klemmen 50 und 52 werden so eingestellt, daß der Schreibstift der Aufzeichnungsvorrichtung sich etwa im mittleren Bereich der F-Achse befindet. Der Hilfskraftregler 42 kann nun mit nicht dargestellten Mitteln eingeschaltet werden, um die Größe g (/) am Ausgang des Schwingungserzeugers konstant zu halten. Diese Einregelung erfolgt durch Einstellung des Verstärkungsfaktors am Potentiometer 22. Wenn der Motor 39 mit geringer Drehzahl eingeschaltet wird, wird der Frequenzgang automatisch aufgezeichnet. Eine typische Aufzeichnung ist bei 80 in der Aufzeichnungsvorrichtung 26 dargestellt. Wenn einfaches Logarithmenpapier verwendet wird, gibt die Aufzeichnung das Verhältnis von Beschleunigung des Schwingungserregers zur Eingangsspannung

°±1L· in Dezibel in Abhängigkeit von der Frequenz in e_a

Hertz wieder. Wenn eine unmittelbare Anzeige geliefert werden soll, kann doppeltes Logarithmenpapier verwendet werden.

Nachdem nun der Frequenzgang des Schwingungserzeugers und des Prüf Objektes aufgezeichnet sind, werden die sieben Schalter in die Schaltstellung 2 umgelegt und auch der Polwender 54 reversiert. Die sich dann ergebenden Schaltverbindungen sind in der Fig. 3 dargestellt. Es ist zu beachten, daß gegenüber der Fig. 2 die Polarität des Potentiometers 46 reversiert ist. Durch eine manuelle Bedienung der Steuerung 32 wird als Bezugspunkt eine niedere Frequenz ausgewählt. Die Stellungen der Abgriffe 24 und 44 werden mit Hilfe der manuellen Steuerung 40 so lange verstellt, bis der Schreibstift der Aufzeichnungsvorrichtung auf der Kurve 80 bleibt. Die Ablesung des Meß-Instrumentes 28 wird aufgezeichnet. Dann wird die Frequenz des Oszillators auf den ersten Resonanzpunkt abgestimmt oder so lange verstellt, bis der Schreibstift auf der Ordinate liegt, die durch den Punkt 82 hindurchgeht. Die Auslenkung in F-Richtung wird erneut durch Verstellen der Steuerung 40 eingestellt, bis der Schreibstift auf der Kurve 80 liegt. Nun ist der Egalisator eingestellt, um die Ablesung des Meßinstrumentes 28 wiederherzustellen, die dort zuvor vorhanden war. Dieses Verfahren wird in jedem Resonanzpunkt wiederholt, bis die Egalisatoren vollständig eingestellt sind. Der während dieses Einstellvorganges erforderliche Zeitaufwand ist nicht kritisch, da das Prüf objekt nicht beteiligt ist. Bei älteren Verfahren wurde das Prüf objekt die gesamte Zeit erregt, und es kam häufig vor, daß das Prüfobjekt beschädigt oder zerstört wurde, bevor die Ausrüstung eingestellt war, um mit den tatsächlichen Prüfungen zu beginnen. Wenn die Egalisatoren eingestellt sind, können die Schalter in ihre dritte Schaltstellung eingestellt werden, so daß die Egalisatoren mit dem Schwingungserzeuger in Reihe geschaltet werden, wie es die Fig. 4 zeigt. Nachdem nun die Egalisatoren so eingestellt sind, daß sie einen inversen Frequenzgang gegenüber dem Schwingungserzeuger und dem Prüf objekt haben, ist der Frequenzgang der gesamten Einrichtung flach. Demzufolge wird die Schwingungserzeugerbeschleunigung der Größe der Spannung proportional, die von dem mit veränderlicher Frequenz arbeitenden Oszillator oder einer sonstigen verwendeten Signalquelle geliefert wird.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Schwingungsprüfung mit einem Schwingungserzeuger zum Schütteln eines Prüfobjektes und mit Egalisatoren zur Kompensation des Frequenzganges von Schwingungserzeuger und Prüf objekt, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Schaltvorrichtung (66, 68, 70, 72, 74, 76, 78) nacheinander ein Betriebszustand zur Aufzeichnung des Frequenzganges mittels einer Z-F-Aufzeichnungsvorrichtung (26) mit getrennten Ordinaten- und Abszissen-Eingangskanälen, ein Betriebszustand zur Einstellung der Egalisatoren (20) in Abhängigkeit von der Frequenzgangaufzeichnung auf die inversen Werte und ein Betriebszustand zum Betrieb des Schwingungserzeugers (10) mit der frequenzgangkompensierendeu Spannung eingestellt werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung in einer ersten Schaltstellung einen Eingang des Schwingungserzeugers (10) über einen einstellbaren Verstärkerkreis (22, 24) mit einem Ausgang eines mit veränderbarer Frequenz arbeitenden Oszillators (18) und eine Signalmeßvorrichtung (28) mit einem Übertrager (14) koppelt, welcher ein Signal liefert, das von einem Kennzeichen des Schwingungserzeugers abhängt, und daß ferner die Ä'-F-Aufzeichnungsvorrichtung (26) mit ihrem einen Eingangskanal unter der Steuerung eines Signals steht, welches von der Frequenz des Oszillators abhängt, während der andere Eingangskanal mit einem Signal gesteuert wird, welches von der Frequenz des Oszillators abhängt, während der andere Eingangskanal mit einem Signal gesteuert wird, welches von dem Verstärkungsfaktor des Verstärkerkreises abhängt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung in einer zweiten Schaltstellung die Signalmeß vorrichtung (28) über die Egalisatoren (20) und den in Reihe geschalteten Verstärkerkreis (22,24) mit dem Ausgang des Oszillators (18) koppelt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung in einer dritten Schaltstellung den Eingang des Schwingungserzeugers (10) mit den Egalisatoren (20) in Reihe schaltet, um eine schwingungerzeugendfe Spannung zuzuführen.

5. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Verstärkerkreis ein logarithmisches Potentiometer ist und die Größe des vom Verstärkungsfaktor abhängigen Signals dem Logarithmus des Verstärkungsfaktors des Verstärkerkreises proportional ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Verstärkungsfaktor abhängige Signal von einem linearen Potentio-

meter geliefert wird, dessen Mittelanzapfung mit einem Bezugspotential verbunden ist und dessen Außenklemmen an eine Gleichspannungsquelle von wählbarer Polarität angeschlossen sind, und daß der bewegliche Kontakt des linearen Potentiometers mit dem beweglichen Kontakt des logarithmischen Potentiometers zur gemeinsamen Verstellung gekoppelt ist.

7. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkerkreises, während sich die Schaltvorrichtung in der ersten Schaltstellung befindet, von einem Hilfskraftregler (Servoeinrichtung) eingestellt wird, der auf den Ausgang des Übertragers anspricht und den Verstärkungsfaktor

so einregelt, daß das am Ausgang des Schwingungserzeugers auftretende bewegungsabhängige Merkmal, auf welches der Übertrager anspricht, auf einem konstanten Wert gehalten wird.

8. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Oszillator eine automatisch und manuell bedienbare Verstellvorrichtung vorgesehen ist, um die Frequenz über einen vorgegebenen Frequenzbereich zu variieren, und daß das von der Frequenz des Oszillators abhängige Signal von einem Potentiometer geliefert wird, welches von einer Spannungsquelle erregt wird und mit seinem beweglichen Abgriff mit der Verstellvorrichtung antriebsmäßig gekoppelt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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