RU1775631C - Устройство дл измерени резонансной частоты элементов конструкции - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к испытательной технике и может быть использовано дл  измерени  резонансных частот элементов конструкций. Цель изобретени  - повышение точности. Достижение поставленной цели осуществл етс  путем цифрового преобразовани  зарегистрированных при сканировании частоты сигналов, внесением этой информации в два счетчика и уменьшением содержани  счетчиков импульсами с частотой следовани , пропорциональной соответствующей скорости сканировани . Искома  частота определ етс  цифровым компаратором при равенстве содержимого счетчиков. 1 ил. Ё

Description

Изобретение относитс  к технике исследовани  динамических характеристик элементов конструкций при проведении виброиспытаний и может быть использовано дл  определени  частот колебаний при резонансе.

Известно устройство дл  измерени  резонансной частоты элементов конструкции, содержащее последовательно соединенные блок развертки частоты, генератор, регул тор амплитуды, усилитель мощности, вибростенд с установленным на нем испытуемым объектом и установленными на вибростенде и на объекте вибропреобразовател ми, двум  согласующими усилител ми и индикатором , входами подключенным к выходам соответствующих согласующих усилителей, входы последних соединены с выходами соответствующих вибропреобразователей,

преобразователь, входом подключенный к выходу первого согласующего усилител , выходом - к второму входу регул тора амплитуды , преобразователь частота - напр жение , блок пам ти, сумматор, регистратор, причем выход блока пам ти подключен к входу вычислительного блока, выход которого подключен к входу регистратора.

Недостаток этого устройства - недостаточна  точность при измерении резонансной частоты элементов конструкции обладающих несимметричной (слабо нелинейной ) характеристикой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство дл  определени  резонансной частоты элементов конструкции, содержащее последовательно соединенные блок управлени  разверткой частоты, задающий

4 СЛ О Ы

генератор, регул тор амплитуды, усилитель мощности, вибростенд с установленными на вибростенде и на объекте вибропреобразовател ми , два согласующих усилител , входы которых соединены с выходами соответствующих сибропреобразователей, блок обратной св зи, фазовый детектор, входом подключенный к выходу первого согласующего усилител , выходом - ко второму входу регул тора амплитуды, преобразователь частота-напр жение, блок пам ти, сумматор , регистратор, причем выход блока пам ти подключен к входу сумматора, выход которого подключен к входу регистратора, нуль-орган, два ключа, два усилител  с регулируемыми коэффициентами усилени , коммутатор, два триггера, дешифратор, два элемента задержки, причем выход преобразовател  частота-напр жение через последовательно соединенные второй ключ и второй усилитель с регулируемым коэффициентом усилени  подключен к суммирующему входу сумматора, а через последовательно соединенные первый ключ и первый усилитель с регулируемым коэффициентом усилени  - к входу блока пам ти, выход которого подключен к вычитающему входу сумматора, выход фазового детектора через нуль-орган подключен к входу коммутатора, первый выход которого подключен к управл ющему входу первого ключа и входу запись блока пам ти непосредственно , а через второй элемент задержки - к единичному входу первого триггера, второй выход коммутатора подключен к управл ющему входу второго ключа и входу чтение блока пам ти непосредственно, а через первый элемент задержки - к нулевому входу первого триггера, объединенному с нулевым входом второго триггера, единичный вход которого подключен к входу пуск устройства, единичные выходы первого и второго триггеров подключены к входам дешифратора , первый выход которого подключен к первому управл ющему входу коммутатора и первому входу блока развер- гки частоты, второй выход дешифратора подключен к второму входу коммутатора и второму входу блока развертки частоты.

Недостатком известного устройства дл  определени  резонансной частоты элемента конструкции  вл етс  недостаточна  точность, обусловленна  необходимостью аналогового функционального преобразовани  зафиксированных значений частот аи и элемента конструкции, при которых сдвиг фаз между возбуждающими колебани ми и колебани ми элемента конструкции равен ж II.

Цель изобретени  - повышение точности устройства за счет преобразовани  зафиксированных частот И 0)2.

На чертеже изображена структурна 

схема устройства.

Устройство дл  измерени  резонансной частоты элементов конструкции содержит последовательно соединенные блок 1 управлени  разверткой частоты, задающий ге0 нератор 2, регул тор 3 амплитуды, усилитель 4 мощности и вибростенд 5, предназначенный дл  установки испытуемого объекта б, первый вибропреобразователь 7, установленный на подвижной части вибростенда 5, второй вибропреобразователь 8,

5 предназначенный дл  установки на испытуемый объект, первый и второй согласующие усилители 9,10, входы которых соединены с соответствующими вибропреобразовател ми , фазовый детектор 11, входы которого

0 соединены с выходами согласующих усилителей 9, 10, блок 12 обратной св зи, вход которого соединен с выходом первого согласующего усилител  9, а выход - с управл ющим входом регул тором 3 амплитуды,

5 преобразователь 13 частота-напр жение, вход которого соединен с выходом второго согласующего усилител  10, последовательно соединенные нуль-орган 14, вход которого соединен с выходом фазового детектора

0 11, и первый коммутатор 15, дешифратор 1 б, первый выход которого соединен с первыми управл ющими входами блока 1 управлени  разверткой частоты и первого коммутатора 15, второй выход - с их вторыми управл ю5 щими входами, первый и второй триггеры 17, 18, единичные выходы которых соединены с соответствующими входами дешифратора 16, а нулевые входы через первый элемент 19 задержки - с первым выходом

0 первого коммутатора 15, второй элемент 20 задержки, соедин ющий второй выход первого коммутатора 15 с единичным входом второго триггера, второй коммутатор 21, вход которого соединен с выходом преобра5 зовател  частота-напр жение, третий триггер 22, единичный и нулевой входы которого соединены соответственно со вторым и первым выходами первого коммутатора 15, а единичный выход - через третий элемент 23

0 задержки с управл ющим входом второго коммутатора 21, первый и второй аналого- цифровой преобразователи 24, 25, входы которых соединены с соответствующими выходами второго коммутатора 21, первый и

5 второй счетчики 26, 27 импульсов, входы которых соединены с выходами соответствующих аналого-цифровых преобразователей 24, 25, а входы запись - с соответствующими выходами первого коммутатора 15, цифровой компаратор 28, входы которого соединены с выходами соответствующих счетчиков 26, 27, последовательно соединенные, генератор 29 тактовых импульсов и ключ 30, четвертый триггер 31, нулевой вход которого соединен с нулевым входом первого триггера 17, единичный вход - с выходом цифрового компаратора 28, а выход - с управл ющим входом ключа, первый и второй делители 32, 33 частоты, входы которых соединены с выходом ключа 30 и через четвертый элемент задержки с управл ющим входом цифрового компаратора 28, а выходы - со счетными входами соответствующих счетчиков импульсов, и индикатор 35, вход которого соединен с выходом второго счетчика импульсов, а управл ющий вход через п тый элемент 36 задержки - с выходом цифрового компаратора 28. Входом 37 пуск устройства  вл етс  единичный вход первого триггера 17.

Устройство дл  определени  резонансной частоты элементов конструкции работает следующим образом.

В исходном состо нии триггеры 17 и 18 установлены в нуль, триггер 22 в единицу, частота задающего генератора 2 установлена равной нижней частоте диапазона частот развертки.

Коммутатор 15 установлен в нейтральное положение, при этом его вход отключен от обоих выходов, а блок 1 управлени  разверткой частоты установлен в исходное состо ние , при котором частота задающего генератора 2 фиксирована.

При поступлении сигнала на вход Пуск 37 триггер 17 устанавливаетс  в единицу , на первом выходе дешифратора 16 по вл етс  сигнал, поступающий на первый управл ющий вход коммутатора 15 и первый управл ющий вход блока 1 управлени  разверткой частоты.

При наличии кодовой комбинации 00 на входах дешифратора 16 на его выходах сигналов нет, при наличии кодовой комбинации 01 по вл етс  сигнал на первом выходе дешифратора 16, при этом сигнал с входа коммутатора 15 поступает на его первый выход и по вл етс  сигнал на первом входе блока 1 управлени  разверткой частоты .

При наличии кодовой комбинации 11 на входах дешифратора 16 по вл етс  сигнал на его втором выходе, а сигнал с входа коммутатора 15 поступает на его второй выход и по вл етс  сигнал на втором входе блока 1 управлени  разверткой частоты.

При наличии сигналов на первом (втором ) входе блока 1 управлени  разверткой частоты происходит увеличение частоты задающего генератора 2 от заранее заданного начального значени  со скоростью Vi (Vj) (например, Vi V2),

Сигнал с выхода задающего генератора 2 через регул тор 3 амплитуды и усилитель 4 мощности поступает в катушку подвижной части подвижной части (обмотку возбуждени ) вибростендэ 5 с установленным на нем испытуемым объектом б.

Сигнал с выхода вибропреобразовател 

7 через согласующий усилитель 9 и блок 12 обратной св зи поступает на управл ющий вход регул тора 3 амплитуды дл  стабилизации уровн  возбуждени  вибростенда 5. Сигналы с выходов согласующих усилителей 9 и 10 поступают нз входы фазового детектора 11. При совпадении измен ющейс  со скоростью Vi частоты возбуждени  с резонансной частотой испытуемого объекта 6 разность фаз сигналов на входах

фазового детектора 11 равна л/2, а сигнал на его выходе равен нулю.

На выходе нуль-органа 14 по вл етс  импульсный сигнал, который через коммутатор 15 поступает на вход запись счетчика

26 импульсов, благодар  чему содержимое анапого-цифрового преобразовател  24 вводитс  в счетчик 26 импульсов. Одновременно триггер 22 устанавливаетс  в единицу, благодар  чему через промежуток времени,

определ емый элементом 23 задержки второй коммутатор 21 устанавливаетс  в состо ние , при котором сигнал с его входа поступает на его второй выход.

Кроме того, импульсный сигнал с первого выхода коммутатора 15 через элемент 20 задержки поступает на единичный вход триггера 18, устанавлива  его в единицу.

Наличие на входе дешифратора 16 кодовой комбинации 11 приводит к скачкообразному уменьшению частоты задающего генератора 2 до его первоначального значени  и ее увеличению со скоростью V2, причем V2 Vi.

При совпадении измен ющейс  со ско- ростью V2 частоты возбуждени  с резонансной частотой испытуемого объекта разность фаз сигналов на входах фазового детектора 11 равна л /2, а сигнал на его выходе равен нулю. На выходе нуль-органа 14 снова возникает импульсный сигнал, который в этом режиме поступает на второй выход коммутатора 15.

При этом содержимое аналого-цифрового преобразовател  25 вводитс  в счетчик 27 импульсов, благодар  сигналу на входе запись. Одновременно триггер 22 устанавливаетс  в нуль, благодар  чему через промежуток времени, определ емый элементом 23 задержки, коммутатор 21 устанавливаетс  в состо ние, в котором его вход соединен с первым выходом.

Сигнал со второго выхода коммутатора 15 через элемент 19 задержки устанавливает триггеры 17, 18, 31 в нуль. При этом ключ 30 замыкаетс  и импульсы с выхода генератора 29 тактовых импульсов поступают соответственно через делители 32, 33 частоты импульсов на вычитающие входы счетчиков импульсов 26 и 27.

Делители 32, 33 частоты импульсов выполнены с коэффициентами делени , соответствующими скорост м разверток Vi и V2.

При равенстве содержимого счетчиков 26 и 27 импульсов на выходе цифрового компаратора 28 формируетс  сигнал, который поступает на единичный вход триггера 31, устанавлива  его в единицу, и через п тый элемент задержки 36 на управл ющий вход индикатора 35, При этом размыкаетс  ключ 30 и на индикатор поступает содержимое счетчика 26. Показани  индикатора 35 соответствуют значению резонансной частоты конструкции (Do , так как при равенстве содержимого Ci, €2, счетчиков 26, 27 выполн етс  известное соотношение:

,, алУ2 -QfrVi V2 - Vi

поскольку:

Ci ui - Vn

C2 ОД -Vat откуда исключа  имеем

Ci V2 - CaVt ал V2 - ок. Vi C(V2 - Vi),

где

wi - значение резонансной частоты.за- фиксированное при скорости сканировани  Vi первым счетчиком;

значение резонансной частоты.за- фиксированное при скорости сканировани  Va вторым счетчиком;

Claims (1)

1. Ci и С2 - текущие значени  содержимого счетчиков в процессе вычитани  со скорост ми пропорциональными Vi и V2. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  резонансной частоты элементов конструкции, содержащее последовательно соединенные блок управлени  разверткой частоты, задающий генератор, регул тор амплитуды, усилитель мощности и вибростенд, предназначенный дл  установки испытуемого объекта, первый

   вибропреобразователь, установленный на подвижной части вибростенда, второй вибропреобразователь , предназначенный дл  установки на испытуемый объект, первый и

   второй согласующие усилители, входы которых соединены с соответствующими вибропреобразовател ми , фазовый детектор, входы которого соединены с выходами согласующих усилителей, блок обратной св 0 зи, вход которого соединен с выходом первого согласующего усилител , а выход - с управл ющим входом регул тора амплитуды , преобразователь частота-напр жение, вход которого соединен с выходом второго

   5 согласующего усилител , последовательно соединенные нуль-орган, вход которого соединен с выходом фазового детектора, и коммутатор, дешифратор, первый выход которого соединен с первыми управл ющими

   0 входами блока управлени  разверткой частоты и коммутатора, а второй выход - с их вторыми управл ющими входами, первый и второй триггеры, единичные выходы которых соединены с соответствующими входа5 ми дешифратора, а нулевые входы через первый элемент задержки - с первым выходом коммутатора, второй элемент задержки , соедин ющий второй выход коммутатора с единичным входом второго

   0 триггера, и ключ, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, оно снабжено вторым коммутатором, вход которого соединен с выходом преобразовател  частота-напр жение , третьим триггером, еди5 ничный и нулевой входы которого соединены соответственно с вторым и первым выходами первого коммутатора, а единичный выход - через третий элемент задержки с управл ющим входом второго

   0 коммутатора, первым и вторым аналого- цифровым преобразовател ми, входы которых соединены с соответствующими выходами второго коммутатора, первым и вторым счетчиками импульсов, входы кото5 рых соединены с выходами соответствующих аналого-цифровых преобразователей, а входы Запись - с соответствующими выходами первого коммутатора, цифровым компаратором , входы которого соединены с

   0 выходами соответствующих счетчиков, генератором тактовых импульсов, выход которого соединен с входом ключа, четвертым триггером, нулевой вход которого соединен с нулевым входом первого триггера, единич5 ный вход - с выходом компаратора, а выход - с управл ющим входом ключа, первым и вторым делител ми частоты, входы которых соединены с выходом ключа и через четвертый элемент задержки с управл ющим входом цифрового компаратора, а выходы - со

   счетными входами соответствующих счет- импульсов, з управл ющий вход через п - чиков импульсов, и индикатором, вход кото- тый элемент задержки - с выходом цифро- рого соединен с выходом второго счетчика вого компаратора.