SU746200A1 - Устройство дл определени двух компонент колебаний механических конструкций - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к виброметрии и может быть использовано дл  экспериментальных исследований динамических характеристик различных механических контрукций узлов и элементов , при которых измерени  амплитуды колебаний и их фазы относительно возбуждающего воздействи  производ тс  путем разложени  колебаний на две компоненты - действительную и мнимую. Известно устройство дл  определени  двух компонент коЛебаний механических конструкций, содерхсащёе двухфазный задсоощий генератор и дополнительный генератор, силовозбудитель тензометрический преобразователь, установленный на исследуемой конструкции , переключатель, сглаживающий фильтр и регистратор. Определение двух компонент (действительной и мнимой колебаний производитс  путем гос лёдователького подключени  цепи питани  тензометрического преобразовател  к выходам двухфазного генератора и выходу дополнительного генератора и измерени  посто нной со ставл ющей напр жени  преобразовател после каждого такого подключени  11 Недостатком устройства  вл ютс  большие затраты времени на проведение измерений. Наиболее близким по технической сущности иjдостигаемому результату к изобретению  вл етс  устройство, содержащее двухфазный .заццанхций генератор , вибровозбудитель, тензометрический преобразователь, устанавливаемый на исследуемой конструкции, два синхронных детекто{эа, два сглаживающих фильтра и регистратор 2J. Однако данное устройство чувст ,вительно к нечетным гармоникам, ймею|щимс  в измер емом сигнале преобразовател  и обусловленным нелинейностью характеристик испытываемых конструкций. Это приводит к ухудшению точности определени  обеих компонент колебаний конструкции.. Целью изобретени   вл етс  повышение точности устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство снабжено согласующим усилителем мощности и двухполупериодным выпр мителем , включенным через согласующий усилитель мощности между одним из выходов двухфазного задающего генератора и входом питани  тензометрического преобразовател .

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - пример электрической схемы тёнэо метрического преобразовател  с двум  тензорезисторами, включенными в смежные плечи моста; на фиг.З - графики форм напр женийв различных точках блок-схемы устройства.

Устройство дл  определени  двух компонент колебаний включает исследуемую конструкцию 1,  вл ющуюс  :Объектом исследований, механически св занную с вибровозбудитёлем 2, вход которого соединен с одним из выходов двухфазного задаквдего генератора 3. Генератор 3 имеет два выхода 4 и 5, напр жени  на которых сдвийуты по фазе на угол . Тензометрический преобразователь 6 установлен на конструкции i, его выход соединен с входами двух синхронных детекторов 7 и 8, выходы которых через сглаживающие фильтры 9 и 10 соединены с регистратором 11. Входы управлени  синхронных детекторов св заны .с выходами 4 и 5 задающего генератора 3. Между выходом 4 задающего генератора 3 и входом питани  тензомётрического преобразовател  б включен двухполупериодный выпр митель 12 через согласующий усилитель мощностей 13.

Устройство работает следующим образом .

В исследуемой кс нструкции 1 при помощи вибровозбудител  2 возбуждаютс  колебани  с частотой задающего -генератора 3. Эти колебани  воспринимаютс  тензометрическим преобразователем б, который питаетс  однопол рным напр жением полусинусоидальной формы, полученным путем выпр млени  при помощи двухполупериодного выпр мител  12 напр жени  с одного из выводов генератора 3. Выходное напр жение тензомётрического преобразовател  6 поступает на синхронные детекторы 7 и 8, управл емые с выходов генератора 3. Посто нные составл ющие выходных напр жений синхронных детекторов, пропорциональные соответственно действительной и миймдй компонентам колебаний исследуеМой конструкции 1, отфильтровываютс  фильтрами 9 и 10 и регистрируютс  регистратором 11. - Действительно, тензометрический преобразователь, содержащий два тензорезистора 14 и 15, включенные в юмежные плечи моста, воспринимают колебани  исследуемой точки конструкции , которые выражаютс  изменением во времени относительно деформации тензорезисторов:

,E. e.ffiin(u))

(1)

Сд - амплитуда относительной

деформации тензорезисторов; - углова  частота колебаний ;.

.746200

У - фазовый сдвиг относительно сйгнайа возбуждени  конструкции; t - врем .

Напр жение на выходе мостовой схемы с двум  активными плечами равно:

%.. (2) где S - коэффициент тензочувствительности тензорезисторов и,7 напр жение питани  мостовой

схемы.

Из выражени  (2) видно, что в тензометрическом преобразователе происходит перемножение двух величин: напр жени  и,, питани  и относительной деформации тензорезисторов. Если напр жение имеет полусинусоидальную форму (фиг.З), котора  может быть представлена в виде:

Un Vglsmcjtl, (3)

где VP- амплитуда полусинусоид, то напр жение на выходе тензомётрического преобразовател  равно:

вьж os(2o}U V}) Г4) Знак плюс в выражении (4) соответствует нечетнЕЛм полупериодам

(2rt) f знак минус - четным полупериодам ))n-o,,2...

Посто нные составл квдие выходных напр жений синхронных детекторов

могут быть определены из выражени (4) путем вычислени  его интеграла за со.ответствуннцие промежутки времени. Йервый синхронный детектор работает в фазе с сигналом возбуждени .

Среднее значение напр жени  на его выходе равно :Ucp e .. . (5)

Второй синхронный детектор работает со Сдвигом на четверть периода по отношению к первому. Среднее значение напр жени  на его ёыходе равно:

5/4

,

Ucp.s (I %/И/-/ )

л 5 т/

%

.(6)

Таким образом, | средние значени  (или посто нные составл ющие)выходных напр жений синхронных детекторов пропорциональны соответственно дей .ствительной (5) и мнимой (6) компоО нентам колебаний исследуемой точки конструкции, выражаемых формулой (1). Коэффициенты пропорциональности, как это можно видеть из формул, отличаютс  в 7t/2 раз, что быть учтено при обработке результатов.

Если в исследуемом сигнале- кроме основной частоты содержатс  высшие гармоники, например, TpeTibHi - ( /(7) то соответствующа  сбетайл вда  выходного напр жени  преобразовател 

будет иметь вид:

f,(

Xs)

Вычислени , аналогичные проведенным выше, показывают, что средние значени  выходных напр жений синхронных детекторов от гармоникой равны нулю. Точно также может быть показано, что на результат измерений не вли ют все остальные нечетные а также и четные гармоники.

Таким образом, наличие в цепи Питани  тензометричёского преобразовател  двухполупериодного выпр мител 

св занного с задающим генератором,

делает устройство нечувствительным к высшим гармоникам, имеющимс  в измер емом сигнале и, следовательно повышает точность определени  двух компонент колебаний механических конструкций.

Преимуществом предлагаемого устройства  вл етс  также и то, что применение в тензометрическом преобразователе высокочувствительных полупроводниковых тензорезисторов с нелинейной вольтамперной характеристикой не приводит к уменьшению точности измерений, поскольку, во-первых , тензометрический мост питаетс  напр жением одной пол рности и, следовательно , не сказываютс  выпр мительные свойства тензорезисторов. Во-вторых, одновременное примеренйе двухполуперидного выпр мител  в

цепи питани  тейзомётрического преобразовател  и синхронный детекторов в вйх6дйой цеп:и его позвол ет исключить вли ние любой, не св занной- с измер емой величиной, посто нной составл ксдей выходного напр жени  преобразовател , возниканнцей как из-за нелинейности вольтамперной характеристики тензорезисторов, так и из-за других причин: дрейфа нул  в цепи питани , начального разбалан0 са тензометрического моста, и прочих.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР по за вке 2326036/28,

5

кл. G .01 И 1/00, 1976,.

2.Смыслов В.И. Об экспериментальных способах исследовани  колебаний летательных аппаратов. Труды ЦАГИ, вып. 12-17. М,, 1970, с.31-32 (прототип ) .

- isses-i riian.-:

.а А:СЙч: Ы2 : л.. iSttrt S- f|ii t .

tfescaiiW v y --.-vf-;.

/j

«j

&д

(Sbif

16)

SbitJ

Ucpl (.W)

lг.J