DE2002633A1 - Vorrichtung zur Messung von Daempfungscharakteristiken - Google Patents

Description

PATENTAMWiHTE

DR.E.WIEGANb DIPL-ING. W. NIEMANN 2002633

DR, M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNMARDT

MDNCHEN - " ' : HAMBURG . - TELEFON: 395314 2000 HAMBU.RG 50, *"■ "" TELEGRAMME: KARPATENT . KDNIGSTRASSE 28

Wo 14 655/70 12/Pl

National Aeronautics and Space Administration,

Vorrichtung zur Messung von DämpfungsCharakteristiken

Wenn körperliche oder physikalische, Ausführungen oder Körper willkürlichen Kräften ausgesetzt werden, werden gewisse innere Schwingen in dem Körper aufgebaut j. wenn ex versucht_s die ihm.erteilte Eiiergie au aTasorbieren«, In einigen Fällen kann die ihm erteilte-Energie seine physikalischen Begrenzungen"überschreiten und eine Ermüdung einleiten, die zum Versagen des Körpers oder der Ausführung führt. Optimal sind Körper od. dgl., die gewissen ■Arten von Spannungen und Beanspruchungen ausgesetzt werden sollen, mit einer geeigneten Verstärkung in denjenigen Bereichen versehen, die einem Versagen zufolge induzierter innere:r Schwingungen unterworfen sind. Jedoch wird . in den meisten Fällen dieses Versagen lediglich durch Anwendung eines Verfahrens, bei dem der Körper aufgeschnitten und untersucht wird, festgeetellt, was'üblicherweise zur Zerstörung des getesteten Prüfkörpers führt. ··■."■.

Verschiedene Versuche, sind demgemäß bisher unter-"

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nommen worden, um Mittel zum Erhalten von ^aten zu schaffen, die dazu verwendet werden können, als Unterstützung bei der Gestaltung versagungasicherer Ausführungen als mitlaufende Überwachungsvorrichtung zu dienen, um einen solchen Vorgang einzuleiten, wie er erforderlich ist, die angelegten Kräfte aufzuheben oder zu verringern, die eine Beschädigung der Ausführung hervorrufen können. Obwohl es viele bekannte Arten von Vorrichtungen zum Messen des Ansprechens von Körpern oder Ausführungen auf willkürliche Schwingungen gibt, sind die mit ihnen erhaltenen Daten üblicherweise so kompliziert, daß ein den Test durchführender Beobachter nicht leicht sagen kann, wann sich eine wesentliche Änderung des Ansprechens des geprüften Körpers oder der geprüften Ausführung ergibt.

Bei Windkanaluntersuchungen, beispielsweise bei Flatterschwingungsuntersuchungen von dynamischen Modellen von Startfahrzeugen ist ersichtlich geworden, daß rationelle Entscheidungen, basierend auf den Änderungen der Prufbedingungen, nicht auf der Grundlage der Beobachtung des Ausgangszeitverlaufs allein getroffen werden können. Das Problem besteht darin, daß die Zufallszeitverläufe oder willkürlichen Zeitverläufe typisch so kompliziert sind, daß aus ihnen der Beobachter höchstens den allgemeinen Pegel der Signale interpretieren kann. Die bei dieser besonderen Anwendung auftretenden Beanspruchungen sind besonders kritisch, nahe den Flatterbereichen, wo der Mangel an Kenntnis des Trends hinsichtlich der Dämpfung und der frequenz zur Zerstörung des Modells führen kann.

In vielen Fällen werden Untersuchungen durchgeführt, lediglich um später Mittels Analyse festzustellen, daß die Stabilitätsgrenzen nicht richtig bestimmt

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waren oder daß die Aufzeichnungen nicht lang genug waren, um ihnen kennzeichnende statistische Werte au entnehmen. Außer dem waren zufolge -verschiedener Unsicherheiten viele dar Aufzeichnungen länger als erforderlich, so daß demgemäß wertvolle Windkanalzeit 'vergeudet wurde. Es wurden auph Geräte für Spektralanalyse für mitlaufende Verwendung entwickelt, bei denen Daten hinsichtlich der Dämpfung dadurch erhalten werden können» daß die Bandbreite der Halbwertspunkte gemessen wird* «Tedoch erfördert diese Art der Analyse zu viel Zeit» um genaue Dämpfungswerte zu erhalten, und sie führt zu unrichtigen Ergebnissen bei nichtlinearen Systemen«

Bs sind auch Kqrrelationareohner für mitlaufende Verwendung entwickelt worden, bei denen Dämpfungsdaten von dem Dekrement der Autokorrelationsfunktion erhalten weiden. Jedoch gebea diese Korrelationsreehner nur die Dämpfung bei der Amplitude des Effektivwerts des wiilklirlichen AusgäTigs oder Zufalls ausgangs an. Um Mmpfuag bei niedrigeren Amplituden zu erhalten, ist zu Tli-el Zeit erforderlich, und Dämpfung bei höheren Aiaplitiaden kana,nicht erhalten werden* Demgemäß können KorrelaiionsrechneT nur mit linearen Systemen verwendet werden. Weiterhin ist die Genauigkeit der Dämpfungsmesausg begafenüt, weil zwei große Zahlen subtrahiert werden müssen, um eine kleine Zahl zu erhalten, ,wenn die Dämpfung klein ist.

Bin anderer Hackteil der bekannten Ausführung besteht darin, daß die Dämpfungsanzeigen nicht direkt als Spannungen erhalten werden, die in einem ^öteuersystem verwendet werden können*

Di* Erfindung bezieht sich allgemein auf eine selbsttätige^ dauernd mitlaufende Dämpfungsmeßvorrichtung und insbesondere auf ein G@rät zum Messen des Dämpfungsdekrementes einer Ausführung oder eines

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Systems während der Erregung durch willkürliche Kräfte oder Einflüsse.

Der Ausgang des"Geräts ist dazu geeignet, als Mittel zum Bestimmen der sicheren und zufriedenstellenden Arbeitsbedingungen verschiedener Arten von Ausrüstung zu bestimmen und drohendes Versagen festzustellen. Gemäß der Erfindung wird die Messung direkt während des Arbeitens oder während der Testperiode durchgeführt und der Ausgang kann in einem geeige^n/ten Steuersystem verwendet werden, um gefährliche nicht normale Bedingungen selbsttätig zu korrigieren.

Bei einer besonderen Anwendung mißt das. Gerät Dämpfungsdekremente verschiedener Luftfahrzeugteile während Zeiträumen, in denen willkürliche Eingänge vorhanden sind, beispielsweise während des Eollens beim Landen und Starten, während des Plugs durch Turbulenz- oder Wirbelzonen oder beim normalen llug hinsichtlich Strahl- und Grenzschichtbedingungen, Solche willkürlichen Eingänge können auch künstlich durch Betätigung von Steuerungen mit einem Zufallsgenerator erzeugt werden. Das gemessene Dämpfungsdekrement wird mit einem Standarddekrement auf einem Zweispuroszilloskop durch den ¥lugingenieur verglichen und Abweichungen von einem Standard können in Ausdrücken des Ermüdungsversagens, Verschlechterung des Stabilitätsvergrößerern usw. interpretiert werden. Das gemessene Dämpfungsdekrementsignal kann auch als Steuersignal in einem elektrischen Steuersystem verwendet werden, um augenblicklich einen Vorgang in gefährlichen Situationen einzuleiten, die für die menschliche Reaktionszeit zu schnell auftreten können, beispielsweise Annäherung an die Flattergrenzen oder Versagen bei Stabilitätsvergrößerungssystemen. Das gemessene Dämpfungsdekrement kann auch gespeichert

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und für präventive Wartung verwendet werden.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch bei Flatter- und Schwingungstests von dynamischen Modellen in Windkanälen verwendet werden, um Dämpfung zu messen und die für statistische .Auswertung benötigte Aufzeichnungslänge anzuzeigen. Diese Informationen können auch dazu verwendet werden, Brüfzeit und Analysenzeit einzusparen.

Bei einer Anwendung bei der Herstellung können die Zufallsdekrementdaten, die durch Benutzung der Erfindung erhalten werden, als Verfahrenssteuermessung verwendet werden, um bei vielen Arten von Erzeugnissen, wie Luftfahrzeugen, Automobilien, Baumfahrzeugen, elektronischen Systemen usw., einzelne außerhalb des Standards liegende Teile auszusondern*

Die das Zufalledekrement bestimmende Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch als Anzeigegerät für den Stromzustand von Ausführungen und Systemen, die sich in Benutzung befinden, verwendet werden, beispielsweise bei Brücken und Gebäuden, die durch Windbelastungen, erregt sind, und bei Fahrzeugen,; die durch Eauhigkeit der Straße erregt sind usw.

Als allgemeines laboratoriumsgerät kann die Er-. fingung verwendet werden, um Dämpfung von nichtlinearen und linearen Systemen zu messen. Demgemäß kann die Erfindung an einem großen Bereich von Erüfausführungon unter simulierten oder natürlichen Zufallsbedingungen verwendet weiden. Sie kann auch als ^Gerät zum Klassifizieren biologischer Proben verwendet werden.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Dämpfungsmessung während des Arbeitens mityeiner festen Amplitude erhalten werden kann, so daß sie als Verfahrenssteuergröße verwendet werden, kann» lin anderer Vorteil der Erfindung besteht darin*

daß die Dämpfungsmessung schneller und genauer als mit bisher verwendeten bekannten Spektraldichteverfahren erhalten wird.

Ein noch anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Dämpfungsdaten von nicht-linearen Systemen schneller erhalten werden als sie erhalten werden können, wenn Autokorrelationsverfahren verwendet werden. Außerdem besteht hier keine Begrenzung auf eine besondere Amplitude· Autokorrelationsfunktionen beginnen an dem Pegel des Effektivwertes, wohingegen die gemäß der Erfindung erhaltenen Daten bei irgendeinem ausgewählten Spannungspegel beginnen. Weiterhin sind MuItiplikations- und Zeitverzögerungsstromkreise nicht erforderlich, die bei dem Korrelationsverfahren benötigt werden.

Ein noch anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Wirkungen von nicht-stationären Eingängen selbsttätig kompensiert werden.

Ein noch weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Auflösung des Dämpfungssignals stark verbessert ist, weil das Dämpfungsdekrement direkt von den Bezugspegel gemessen wird und nicht eine große Zahl von einer anderen großen Zahl abgezogen wird, um eine kleine Zahl zu erhalten, wie es bei Anwendung der Autokorrelationstechnik typisch ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

fig. 1 ist eine einfache Darstellung eines Körpers, der veranlaßt ist, bei Ansprechen auf angelegte willkürliche Kräfte zu schwingen.

Pig. 2 ist ein Diagramm, in dem die Schwingungszustände dargestellt sind, die in einem gegebenen Körper bei Ansprechen auf an ihn angelegte Kräfte hervorgerufen sind.

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■ . - 7 - ^v

Fig· 3 let ein Blockdiagramm der mitlaufenden Dämpfungemeflvorrichtung gemäß der Erfindung. Fig.'4 ist ein Zeitdiagramm, in dem das Arbeiten

der Ausführung gemäß der Erfindung gemäß . fig. 3 dargestellt ist.

Fig. 5 iet ein Diagramm einer Keine von Übergangskurven, die bei Ansprechen auf die Ausgänge des Systems gemäß Fig. 5 erhalten sind«

Fig. 6 let ein Diagramm, in dem die Dämpfungsdaten dargestellt sind, die durch Abtasten der gemittelten Ausgänge der Torrichtung gemäß fig« 3 erhalten sind.

Fig. 7 let eine sehematisehe Ansicht einer zweistufigen Dämpfungsabfühlvorrichtung gemäß dir 3rfindang. Flg. 8 let eine schematicehe Ansicht einer mit

mehreren Eingangen versehenen abgewandelten Ausführungsfοrm der Erfindung* Fig. 9 iet «in schea&tlsches Diagramm eines > Dämpfttngsfeststell- und -Steuersystems gemäß der Erfindung. Fig.10 iet ein Diagramm eines beispielsweisen Ausgangs, der mit dem System gemäß Fig.-dargestellt ist.

Wenn die mechanische Ausführung bssw. der Körper (nachstehend dt* Einfachheit halber "Körper*¹ genannt) geaäfi *lg> 1 willkürlichen Kräften auageg statt wird, werden Schwingungen aufgebaut, die in übereinstiuBung MiIt Asu aechanlachen Charakt;eristiken des Körpera gedämpft werden. Durch Anschließen eines Schwingfühlwandlers an den Körper gemäß Fig. 1, wenn dieser willkürlichen Kräften ausgesetzt wird, kannein Schwingungssignal abgenommen werden, welches

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von der Art ist, wie es in Pig. 2b dargestellt iet. Die Kurve in dieser Figur zeigt die Sohwingungeausschläge des Körpers bei Ansprechen auf angelegte willkürliche Kräfte.

Wenn eine einzelne Kraft an den Körper angelegt werden soll und der Körper dann bei Ansprechen auf die einzelne Kraft unbehindert schwingen gelassen wird, würden die DämpfungsCharakteristiken des Körpers bewirken, daß die Schwingung des Körpers exponentiell abklingt, wie es in Fig. 2a dargestellt ist. Wenn jedoch willkürliche Kräfte kontinuierlich an den Körper angelegt werden, können die Schwingungsausschläge des Körpers nicht auf Null zurückgehen und der Körper schwingt weiter mit einer unregelmäßigen Frequenz, die durch die Summe der willkürlichen Kräfte und die DämpfungsCharakteristiken des Körpers bestimmt ist.

Durch Messung der Wirkung der durch die willkürlichen Kräfte induzierten Schwingungen des Körpers können die DämpfungsCharakteristiken des Körpers erhalten werden unter Verwendung einer mitlaufenden oder dauernd wirksamen Meßvorrichtung gemäß der Erfindung, so daß viele wertvolle Informationen hinsichtlich der mechanischen Charakteristiken eines besonderen Körpers erhalten werden können.

Fig. 3 ist ein Diagramm einer selbsttätigen mitlaufenden Dämpfungameßvorrichtung gemäß der Erfindung. Die Vorrichtung umfaßt einen Start-Stop-Flip-Flop 10, der einen Schalter 12 steuert, um das Eingangssignal auf einer Leitung 14 an eine erste Vergleichseinrichtung 16 und an eine zweite Vergleichseinrichtung 18 anzulegen, ^ine Bezugsspannungsquelle 20 ist vorgesehen, um an die beiden Vergleichseinrichtungen 16 und 18 eine Bezugsspannung

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Bin ΪΟΐΙρ-ΙΙοφ 22 hzmt« 24 ist am dart Ausgang dear leo^letcifeeii^icaLiiuiig, 1ίβ? fezw, 1-S Scteaüiteir 2€ Kzm* 2® zm at&Uie^n,, welesfear daa

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gangssignal auf der leitung 14 au dea einrichtungen 16 und 18 gelangt.

Die Vergleiehseiarichtung 16 ist sg eingestellt,, daß ein Ausgangssignal geliefert wirt> w®naa die Spannung des an sie angelegtes Signaleiagangea die Bezugsspannung V_re» in positiv gehenier llektuaag

erreicht. Wenn der Punkt A₁ auf der lurve 15 wr-* reicht ist, bewirkt der Flip-flop 22 das Einschalten des Schalters 26, um das auf dar Leitung 14 erwache inende Eingangssignal 15 an den FrQf- unäi Haltestromkreis 30 anzulegen, ^er Ausgang der 2eitge"b»rt einrichtung 42 wird ebenfalls mit dem Prüf- und

Haltestromkreis 30 verbunden, wenn der Sehalter 26 geöffnet wird, um zu bewirken, daß der Stromkre,!» 30 eine Schrittschaltausgangsspannung erzeug-t» M« sich mit jedem Zeitgeberimpuls bei Ansprechen sud? den augenblicklichen Wert des Eingangssignal© Ϊ5 ändert.

Im Teil II der Fig. 4 ist der Zeitgebersignaleingang für den Prüf- und Haltestromkreis 30 dargestellt, und er entspricht den Punkten a-, ap,·.·» au auf der Kurve 15 des Teiles I der ?ig. 4. Die durch den Prüf- und Haltestromkreis 30 gehenden Z&itgefeerimpulse bewirken weiterhin, daß &ei Folgesehalter 38 Ausgangs leitung en mit dem von dem Stromkreis 3% β:Γ-zeugten Spannungssignal ändert oder wechselt, -demgemä entspricht der Ausgang auf der Leitung 1 bei Ansprechen auf das über den behälter 26 gehend© liagangssignal dem ersten Impuls, der in ^ig- 4 im Teil I? angedeutet ist. Die zweite geprüfte oder abgenommene Spannung, die der Spannung an dem Puaaärfe entspricht, wird an den Ausgang 2 des 38 angelegt und sie erscheint als der errate Impuls, der im Teil Y der Pig. 4 dargestellt ist.

In ähnlicher Weise entspricht die aa den Auegaaag des folgesrchalters 38 angelegte Auegangs spannung

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ersten im Teil VI der Pig. 4 dargestellten Impuls, und die dem Punkt β entsprechende Spannung, die an dem n-ten Ausgang des Schalters 38 erscheint, entspricht derjenigen, die im Teil VII der Fig. 7 durch den ersten Impuls dargestellt ist. Die Anzahl der Proben n, die von einem gegebenen Eingangssignal genommen werden, ist allgemein so gewählt, daß wenigstens zwei positive Knotenpunkte des Eingangssignales überlappt werden.

Die Vergleichseinrichtung 18 ist so eingestellt, daß sie ein Ausgangssignal schafft, wenn das Eingangssignal 15 negativ gehend die Bezugsspannung kreuzt, wie es an dem Punkt B₁ im Teil I der Fig. dargestellt ist. in dem Punkt B₁ bewirkt der Flip-Flop 24, daß der Schalter 28 das Eingangssignal 15 auf der Leitung 14 an den PrUf- und Haltestromkreis 32 anlegt, der gleichfalls von der Zeitgefeereinrichtung 42 gesteuert ist, wobei Ausgänge für die Leitungen. 1, 2, 3 ... η des Folgeschalters 40 entsprechend den Punkten b-, b« ·«· b_ in der Weise geschaffen, werden, wie es oben mit Bezug auf den Ausgang des Schalters 38 erläutert ist. Durch Anschalten des Schalters 28 wird weiterhin ein AusSignal an den Flip-Flop 10 angelegt, wodurch der Schalter 12 ausgeschaltet wird.

Die Ausgänge des Schalters 40 sind direkt an die entsprechenden Ausgänge des Schalters 38 gekoppelt, so daß die vollständigen Ausgänge auf den Leitungen 1, 2, 3 ... η ewei Impulse umfassen, von denen der erste dem Ausgang der Α-Stufe und der zweite dem Ausgang der B-Stufe entspricht, wie es in den Teilen IV bis VII der Fig. 4 dargestellt ist.

Wenn jeder der Schalter 38 und 40 den η-ten Ausgang erreicht, wird ein Aus-Signal erzeugt und an den Flip-Flop 22 bzw. 24 angelegt, um den Schalter 26 bzw.

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auszuschalten. Kurz nachdem der Schalter 40 sein Schrittschaltverfahren beginnt, wird ein Ausgang 44 erzeugt, der für einstufiges Arbeiten zu dem äußeren Startknopf des Flip-Flops 10 zurückgeführt oder rückgekoppelt werden kann oder der an eine zweite Stufe angelegt werden kann, um zweistufiges Arbeiten einzulieten, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 7 vollständiger "beschrieben wird.

Für Zwecke der Vereinfachung wird die Schaltung gemäß Fig, 3 als "RANDOMDEC"-Vorrichtung bezeichnet. Die verschiedenen Ausgänge dieser Vorrichtung können

| auf verschiedene Weisen abgelesen werden. Beispielsweise kann eine analoge Mittelwertbildungsschaltung verwendet werden, so daß die Ausgänge jeder Leitung gemittelt werden und angenäherte Werte der Periode und des Dämpfungsdekrementes erhalten werden, wie es in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Die in Fig. 5 dargestellten Kurven stellen die typischen Spannungsübergänge eines RANDOMDEC-Ausganges nach Durchgang durch einen Mittelwertbildungsstromkreis dar. Durch Abtasten dieser Ausgänge und Darstellung an einer Kathodenstrahlröhre in zeitlicher Folge, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, können sowohl die Periode als auch das Dämpfungsdekrement des ge-

f testeten Körpers bequen. bestimmt werden.

Die Punkte 1, 2, 3 ... η gemäß Fig. SA entsprechen einem Prüfen der Ausgange 1, 2, 3 .. n, die von der Vorrichtung gemäß Fig. 3 abgenommen worden sind, nachdem sie gemittelt worden sind, um die in Fig. 5 dargestellten stabilisierten Ausgangssignale zu erzeugen. Durch geeignete Eichung der Kathodenstrahlröhrendarstellung kann das Dämpfungsdekrement sehr genau erhalten werden in der Weise, wie es in Fig. 6B der Zeichnung dargestellt ist, welche den Teil der betrachteten "Probe" auf den in Fig. 6A durch den

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Kreis umgrenzten Teil .entsprechend dem zweiten · Knotenpunkt des Gesamtausgangssignals begrenzt. Durch Schaffen eines geeigneten Maßstabs kann das Dämpfungsverhältnis anstelle des Dämpfungadekrementes direkt abgelesen werden. .

In Fig. 7 ist eine zweistufige RANDOMDEO-Vqr- ■ richtung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform, die eine erste BMDOiDSG-Vorrichtung 50 und eine. zweite solche Vorrichtung 52 derjenigen Arty wie sie in Pig, 3 im einzelnen dargestellt ist, aufweist, werden die Ausgänge gemeinsam an einen Satz · von Ausgangsanschlüsse 1, 2, 3 ... η geschaltet» Das an einen Singangsanschluß 54 angelegte Bingangs signal wird direkt an den Eingang der beidsii Detektoren 50 und 52 angeschlossen. Wenn die erste Stufe 50 durch ein bei 56 angelegtes äußeres Signal gestartet wird, wird die. erste Stufe 50 betätigt, um eine leihe von Impulsen zu schaffen, wie es oben beschriebe« worden ist» . -

Zu einem gewissen vorbestimmten Zeitpunkt nach Erregung der ersten Stufe 50 wird durch diese ein Zeitsteuerausgangssignal 58 erzeugt, -um die zweite Stufe 52 einzuschalten, die einen anderen Satz von Impulsen schafft entsprechend späteren !eilender im Teil I der Fig. 4 dargestellten Kurve 15« Der Zeitsteuerausgang 60 der zweiten Stufe 52 ist zu der ersten Stufe 50 rückgekoppelt, so daß er an der nächsten Spitze arbeitet bzw. wirksam wird. Auf diese Weise sind alle Spitzen in den Berechnungen -v. " eingeschlossen.

Gewöhnlieh sind nur zwei solcher Stufen 50, 52 erforderlich, um das Zufallsdekrement zu erhalten, weil die Stufenarbeitszeit, die benötigt wird, nur geringfügig langer als eine Periode igt« Bei gewissen labOratoriumsanwendungenkann es erwünscht

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sein, mehr als eine Periode dea Dekrementes zu betrachten, in welchem Fall irgendeine Anzahl von Stufen in ähnlicher Weise hinzugefügt werden kann, um zu gewährleisten, daß alle Spitzen umfaßt sind. In Fig. 8 ist eine A_usftunning mit mehrkanaligem Eingang dargestellt, die dazu verwendet werden kann, viele verschiedene Bedingungen gleichzeitig zu überwachen. Bei dieser Ausführungsform sind beispielsweise Eingänge 1 und 2 über eine zweipolige Schaltereinrichtung 62, die durch eine Zeitgebereinrichtung 64 und durch Ein-Aus-Signale von dem Flip-Flop 22 gemäß Fig. 3 gesteuert ist, an einen Prüf- und Haltestromkreis 66 bzw. 68 geschaltet. Wie es unter Bezugnahme auf die oben dargestellten Stromkreise beschrieben ist,, wird der Ausgang der Prüf- uad Haltestromkreiae 66 und 68 in eine n-stu^fige Folgeschalteinrichtung 70 bzw. 72 geführt, die eine Mehrzahl von Ausgängen 1, 2, 3 ... η für jeden Eingang 1 bzw. 2 schafft. Diese Ausgänge können gleichzeitig auf irgendeine geeignete Weise dargestellt werden. Wenn der Vergleich durch eine menschliche Bedienungsperson erfolgt, kann es zweckmäßig sein, eine Hotlichttafel zu haben zusammen mit einer Schalteinrichtung zum Schalten einer Kathodenstrahlröhrendarstellung an kritische Stellen zum Betrachten. Mehrfachkanäle können ebenfalls in kritischen Fällen verwendet werden, um die Zuverlässigkeit der erhaltenen Messung zu überprüfen. Die Mehrkanalanwendung gibt den Phasenwinkel zwischen den Eingängen sowie die Dämpfung und die Periode wieder. Diese Änwendung&er Erfindung ist analog der Querkorrelation zweier Signale, jedoch hat sie die gleichen Vorteile wie diejenigen, die mit der BANDOMDEC-Arbeitsweise gegenüber der Autokorrelation erhalten werden.

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Ia Pig» 9 ist ein volletändiges System in Blocket iagrammfοrm dargestellt. Der Eingang zu dem System ist jedoch; für Zwecke der Vereinfachung der Erläuterung auf awe i Wandler beschränkt. Es igt jedoch zu verstehen, daß "irgendeine Anzahl von Wandlern in irgendeiner geeigneten Weise verwendet werden kann. Die Sendewandler 76 und 77 sind in geeigneter Weise so angeordnet» daß sie Schwingungen an kritischen Stellen des Körpers eines Luftfahrzeugs 78 abfühlen. Der Körper 78 kann selbstverständlich irgendein Teil irgendeiner Art von System oder eines Herstellungsverfahrens sein» der bzw. das willkürlichen Eingängen ausgesetzt ist, die natürlich oder künstlich sein können. Die Wandler 76 und 77 können Spannungsmesser» Beschleunigungsmesser oder irgendwelche anderen geeigneten Vorrichtungen sein» die dazu bestimmt sind, die gesteuerte Groß© zu messen.

Der Ausgang des Wandlers 76 bzw. 77 wird einem Filter 80 bzw. 81 zugeführt, die eine Bandbegrenzung der Signale auf einen interessierenden Bereich vornehmen. Diese Signale werden dann dem BANDOMDEC-Dämpfungsdetektor 82 zugeführt, der das mitlaufende oder dauernd gemessene Dekrement der betreffenden willkürlichen Eingangssignale mißt. Eine Datenabtaateinrichtung 86 ist vorgesehen zum Abtasten der verschiedenen Ausgange von Mittelwertbildungsstromkreisen 84 und 85 und sie schafft die gewünschte Information für eine ^ufzeichnungseinrichtung 88 und eine Einrichtung 90 für sichtbare Darstellung, wenn es gewünscht ist, den mitlaufend oder dauernd erhaltenen Ausgang mit einem zuvor aufgezeichneten Standard zu vergleichen.

Eine Standardauawahleinrichtung 92 ist vorgesehen zum Auswählen eines besonderen Standards aus einem Speicher 94, welcher.die entsoreehende Bezugs-

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spannung und Zeitgebereinstellung an den Detektor 82 liefert. Der Ausgang des Standards wird dann in die Datenabtasteinrichtung 86 geführt und der Aufzeichnungseinrichtung 88 und der Darstellungseinrichtung 90 zugeführt, um eine unmittelbare Anzeige irgendeiner Abweichung der empfangenen Eingangsaignale von denen des ausgewählten Standards zu schaffen.

Wie in Verbindung mit Fig. 6 angedeutet, wird für Vergleich der Dämpfung nur der Ausgang der Durchschnittsperiode oder gemittelten Periode des Signals feenötigt. Benachbarte Ausgänge würden gewöhnlich gemessen, um Änderungen der Periode festzustellen, die weiterhin in einem Steuersystem benutzt werden können. Für anderes Versagen als Stabilitätsversagen, d.h. für Ermüdung, lose Verbindungen usw., kann es erwünscht sein, alle Ausgänge zu betrachten, um die ' gesamte RANDOMDEC-"Zeichnung" mit einer Standard-"Zeichnung" abzustimmen.

Durch Verwendung eines fiechners 100, der auf die Abtasteinrichtung 86 anspricht, können das gemessene Signal und der Standard verglichen werden. Wenn Spannungen außerhalb der vorbestimmten Sicherheitsgrenzen liegen, kann ein Signal zu einer oder mehrerer Servoeinrichtungen oder Hilfseinrichtungen 102 zurückgesendet werden, um einen geeigneten Korrekturvorgang durchzuführen. Beispielsweise könnte ein den Verlust an Stabilität anzeigendes Signal dazu verwendet werden, eine Servoeinrichtung zu aktivieren für die Verringerung der Energiezufuhr zu einer oder mehreren Maschinen oder zum Anschalten eines Bereitschaftssystems oder zum Steuern einer oder mehrerer Steuerflächen.

Im Betrieb eines solchen Steuersystems würde die BANDOMDEC-i-Berechnung nach Verarbeitung einer vorbe-

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stimmten Anzahl von Spitzen automatisch wieder durchlaufen gelassen. Dies kann "bequem dadurch erfolgen, daß ein Zähler eingebaut wird, der die äußere Stopeinrichtung betätigt, nachdem eine yorbestimmte Anzahl von Zählungen gemacht worden ist.

In I^lig. 10 ist ein Beispiel der Nützlichkeit des Systems gemäß Pig. 9 dargestellt. Bei diesem Beispiel ist ein Standard gleichzeitig mit einem festgestellten Signal X, das zu dem Zeitpunkt empfangen worden ist, zu dem der geprüfte Körper begonnen hat zu versagen, und einem zweiten abgefühlten Signal Z dargestellt, das mit Bezug auf den Standard phasenverschoben ist. Die Fehlerabweichung des abgeführten Signals X von dem Standard zeigt sehr deutlich.das Versagen des Körpers in der überwachten Vor*-richtung an, während die Phasenverschiebung Δ φ des zweiten Signals andere Abweichungen darstellt. Dies ist selbstverständlich ein anderer Bereich der Nützlichkeit der Erfindung über das einfache Bestimmen des Dämpfungsdekrementes einer gegebenen Ausführung.hinaus.

Im Rahmen der Erfindung können verschiedene Änderungen vorgenommen werden«. Beispielsweise können die Prüf- und Haltestromkreise aus der Schaltung gemäß Pig. 3 fortgelassen werden, wodurch sich jedoch ein gewisser Verlust an Genauigkeit ergibt. In ähnlicher Weise könnte die Zeitgebervorrichtung eine kontinuierlich laufende Uhr od.. dgl. sein, die einfach angeschaltet wird und nicht gestartet wird, was in gewissem Ausmaß zu Lasten der Zeitsteuerstellung geht. Der Mittelwertbildungs.stromkreis kann in seiner einfachsten Form ein Potentiometer sein. Weiterhin könnte das -Arbeiten der EMDOlylDEC-Vorrichtung" durch gleichwertige Stromkreise erzielt werden, bei denen -fluid is ehe Komponenten oder Digitalrechnung anstelle der Prüf- und Haltestromkreise verwendet werden.

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Zusätzlich können parallele RANDu&DEC-t-Systeme verwendet werden, um Dämpfung an vielen verschiedenen Niveaus oder Pegeln gleichzeitig zu bestimmen durch Versetzen der Bezugsspannungswerte jeder RANDOMIC-i-Einheit. Die Präzision der RANDuMDEC-Vorrichtung könnte selbstverständlichweiter verbessert werden durch Speichern der Ausgänge des Folgeschalters 38 und durch Synchronisieren dieser Ausgänge mit den Ausgängen des Folgeschalters 40. Dies würde zu einer Einengung der Varianz der ^erte um den Mittelwert herum führen. Für lineare und-nicht-lineare Systeme, die um Null symmetrisch sind, kann die Arbeitsgeschwindigkeit verdoppelt werden durch Hinzufügen von Stufen, die bei dem negativen Wert der Bezugsspannung arbeiten, gemessen vom Kitlelwert. Dies kann auch ausgeführt werden durch Gleichrichten des Signals und Verdoppelungder Anzahl der Stufen, die sich auf positiven Bezugsniveau befinden.

Weiterhin kann zusätzliche Genauigkeit erhalten werden durch Hinzufügen einer logischen UND-Einrichtung zu der äußeren Starteinrichtung, und einer Vergleichseinrichtung, die angeschaltet ist, wenn die Eingangsspannung niedriger als die Bezugsspannung ist. Ohne dies startet jedoch das System bei b.., wenn die Spannung höher als der Bezugswert ist, wenn die äußere Starteinrichtung angeschaltet wird. Dies kann weiterhin verhindert werden durch Anordnen eines Flip-Flops und eines öchalters zwischen dem Schalter und der Vergleichseinrichtung 18, die durch das Zeitsteuersignal von dem Schalter 26 angeschaltet und durch das Zeitsteuersignal von dem Schalter 28 abgeschaltet wird.

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Claims (10)

1. • ■ ■ - ig-- ■ - * .

   Patentansprüche

   Vorrichtung zum Messen der Dämpfungscharakteristiken einer Ausführung während Erregung durch willkürliche Kräfte, mit einer Wandlereinrichtung- zum Schaffen eines auf die Erregung der ""usführung ansprechenden Eingangssignales, gekennzeichnet durch eine erste Vergleichseinrichtung (16), die auf eine erste vorbestimmte Charakteristik des Eingangssignals (1.5) anspricht, um eine ausgewählte Prüf folge einzuleiten, eine zweite Vergleichseinrichtung (18), die auf eine zweite vorbestimmte Charakteristik des Eingangssignals (15) anspricht, um eine zweite ausgewählte P ruf folge einzuleiten, eine Prüfeinrichtung (30, 32), die auf die Ausgänge der ersten (16) und der zweiten (18) Vergleichseinrichtüng anspricht,-um das Eingangssignal (15) zu vorbestimmten Zeitpunkten nach Einleiten der Prüffolge durch die erste und die zweite Vergleichseinrichtung zu prüfen und beim Ansprechen darauf Ausgangssignale zu erzeugen," und durch eine iOlgeschalteinrichtung (38, 40) zum aufeinanderfolgenden Führen von Teilen der Au_ag_ang_a_ signale zu einer Mehrzahl von Ausgangβanschlussen (1, 2, 3■■-.. n).
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfeinrichtung einen ersten Prüf- und Haltestromkreis (30), der auf den Ausgang der ersten Vergleichseinrichtung (16) anspricht, und einen zweiten PrUf- und Haltestromkreis (32) aufweist, der auf den Ausgang der zweiten Vergleichseinrichtung (18) anspricht.
3. 3.. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die iOlgeschalteinrichtung eine erste η-stuf ige Folgeschalt einrichtung" (38), die mit dem Ausgang des ersten Prüf- und Haltestromkreises (30)

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   gekoppelt ist, und eine zweite η-stufige Folgeschalteinrichtung (40) aufweist, die mit dem Ausgang des zweiten Prüf- und Haltestromkreises (38) gekoppelt ist, und daß numerisch entsprechende Ausgänge der beiden η-stufigen Sehalteinrichtungen (38, 40) an den Ausgangsanschlüssen zusammenaddiert sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Zeitgebereinrichtung (42) zum Steuern der Prüf- und Schalt einrichtungen.(30, 32, 38, 40).
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (86) zum aufeinanderfolgenden -Abtasten der Ausgangsanschlüsse und zum Erzeugen von Anzeigen, welche das Dämpfungsdekrement der Ausführung anzeigen.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (86) über eine mittelwertbildende ^chaltungseinrichtung (84, 85) an die Ausgangsanschlüsse geschaltet ist»
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste vorbestimmte Charakteristik, auf welche die erste Vergleichseinrichtung (16) anspricht, eine positiv gehende Auswanderung des Signals durch einen ausgewählten Bezugsspannungswert (V «) ist, und daß die zweite

   vorbestimmte Charakteristik, auf welche die zweite Vergleichseinrichtung (18) anspricht, eine negativ gehende Auswanderung des Eing&ngssignals durch einen ausgewählten B_ezugsspannungspegel ist.
8. 8. Verfahren zum Bestimmen der Charakteristiken einer durch willkürliche Kräfte erregten Ausführung, bei welchem die mechanische Wirkung der willkürlichen an der Ausführung angreifenden Kräfte festgestellt und wenigstens ein darauf ansprechendes Eingangssignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Auswanderung des Eingangssignals durch einen vorbe-

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   stimmten Signalpegel angefühlt und ein. !Folgeprüfen der Signalprobe an vorbestimmten Zeitpunkten danach eingeleitet wird, eine andere.Auswanderung des Eingangssignals durch einen vorbestimmten Signalpegel abgefühlt und ein anderes Folgeprüfen. des Signals zu "vorbestimmten Zeitpunkten danacii eingeleitet wird, aufeinanderfolgend die ersten eingeleiteten Prüfun-. gen in eine Mehrzahl von einzelnen ^usgangssigrialen getrennt werden, die zweiten eingeleiteten Prüfungen aufeinanderfolgend in eine Mehrzahl von einzelnen Ausgang 8 signal en getrennt werden und äa.ß die Ausgangssignale abgetastet werden, um eine Dämpfungscharakteristik des Eingangssignals zu schaffen,
9. 9ο Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungscharakteristik gleichzeitig mit einer Standarddämpfungscharakteristik dargestellt wird₀
10. 10. Verfahren nach Anspruch·9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungscharakteristik.mit der StandarddämpfungsCharakteristik verglichen wird, ' um wesentliche Unterschiede zwischen ihnen zu bestimmen, - . ;

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