SU960725A1 - Устройство дл определени частоты и добротности резонансных характеристик - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к испытательной технике и может примен тьс  дл  измерени  добротности и частоты резонанса различных объектов, в частности механических конструкций и их узлов.

Известно устройство дл  автоматической настройки полосового фильтра , содержащее последовательно соединенные полосовой фильтр, смеситель, генератор, регулируемый усилитель, детекторы, частотный дис криминатор, переключатель, интеграторы, блок задани  nporpciMM 1 ,

Недостатком такого устройства  вл етс  низка  точность настройки при поступлении на вход амплитудно модулированного сигнала, а также неустойчива  работа и как следствие возможный срыв слежени  из-за воз-. никновени  биений между частотой исследуемого сигнала и частотой помехи.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному  вл етс  устройство дл  определени , частотных характеристик объектов, содержащее источник опорного напр жени ,последовательно соединенные первый ключ, первый интегратор, первый генератор.

первый фильтр, первый компаратор, первый триггер, первый и второй элемент И, последовательно соединенные второй ключ,второй интегратор, ;инвертор, второй генератор, второй фильтр, второй компаратор, второй триггер, последовательно соединенные сумматор, третий компаратор, третий элемент И, третий ключ и тре10 тий интегратор, выходы первого и второго интеграторов подключены соответственно к первому и к второму входам су;мматора, а вторые входы соединены с вторыми входами первого

15 и второго триггеров, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго ключей, выход и второй вход третьего компаратора соединены соответственно с

20 вторым входом второго элемента И i и с выходом источника опорного напр жени , выход второго триггера подключен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен

25 с вторым входом третьего элемента И 2 ..

Недостатком этого устройства  в л етс  невозможность измерени  добротности резонансного пика, то есть ограниченные функциональные возможности . Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства в плане измерени  добротности. Дл  достижени  поставленной цели устройство содержит пусковой блок, делитель напр жени , источник запирающего напр жени , три переключате л  , первый из- которых включен между первым выходом пускового блока и вы ходом второго элемента И, второй пе реключатель - между вторьм выходом пускового блока и вторым входом третьего интегратора, подключенного выходом к. входу делител  напр жени  третий переключатель - между источником запирающего напр жени  и выходом третьего элемента И, первый выход пускового .блока соединен со вторьм входом первого интегратора, а вцход делител  напр жени  подключен к вторым входам первого. и второ го компараторов. На фиг.1 приведена структурна  схема устройства; на фиг,2 - диагра ма зависимости тока от напр жени . Устройство содержит перв ай ключ 1, первый интегратор 2, первый генератор 3, первый фильтр 4, первый компаратор 5, делитель 6 напр жени  третий интегратор 7; второй компара тор 8, второй фильтр, 9, второй генератор 10, инвертор 11, второй интегратор 12, первый триггер 13, вто рой триггер 14, второй ключ 15, первый элемент И 16, третий элемент И 17, третий ключ 18, второй элемент И 19, пусковой блок 20, третий компаратор 21, источник 22 опорного напр жени , сумматор 23, источник 24Запирающего напр жени , первый переключатель 25, второй переключатель 26, третий переключатель 27. Устройство работает в двух режимах . 1. Режим и-змерени  частоты резонанса . При измерении частоты резонанса коэффициент передачи делител  6 напр жени  равен единице, контакты первого и второго переключателей замкнуты, а третьего переключател  разомкнуты. На входы обоих фильтров поступае сигнал с исследуемого объекта, кото рый обладает собственными шумами ил может быть возбужден от постороннег генератора шума. С выходов пускового блока 20 подаетс  импульс сброса, поступающий на вторые входы первого 2, второго 12 и третьего 7 интеграторов, первого 13 и второго 14 триггеров. На первые входы, первого 2 и второго12 интеграторов через ключи 1 и 15 подаетс  посто нное стабилизированное напр жение и, величина которого определ ет скорость интегрировани  обоих интеграторов. ОдновременнЬ на вход третьего интегратора 7 подаетс  посто нное стабилизированное напр жение , величина которого определ ет скорость интегрировани  последнего. Скорость интегрировани  первых двух интеграторов 2 и 12 должна быть как можно больше скорости интегрировани  третьего интегратора 7, так как это условие в значительной мере вли ет на точность измерени  частотных характеристик. Линейно нарастающее напр жение с интегратора 2 и через инвертор 11 с интегратора 12 поступает на входы преобразовател  напр жени  в частот5 генераторов 3 и 10 соответственно, что заставл ет их измен ть свою частоту навстречу друг другу, т,е, частота генератора 3 увеличиваетс , генератора 10 уменьшаетс , причем частоты обоих генераторов должны линейно зависеть от управл ющих напр жений , что в значительной мере вли ет на точность измерени  частот Конечна  частота первого генератора 3 должна быть равна или близка начальной чгьстоте второго генератора 10 и наоборот. Только в этом случае выбранный диапазон частот будет наиболее широким. Выходы гёйераторов 3 и 10 управл ют фильтрами 4 и 9, заставл   их перестраиватьс  по частоте. Отфильтрованные исследуемые сигналы с выходов фильтров 4 и 9 сравниваютс  компараторами 5 и 8 с медленно нарастающим напр жением с третьего интегратора 7, поступающего на вторие входы компараторов 5 и 8 с делител  б напр жени , коэффициент передачи которого установлен равным единице. Как только на выходе одного из Фильтров по витс  напр жение, превышающее линейно нарастающее напр жение, с выхода делител  б напр жени , которое в-данном режиме будет равно напр жению с выхода третьего интегратора 7, один из двух компараторов 5 или 8 выдает импульс на триггеры 13 или 14, один из них, остава сь в переключенномсосто нии, своим импульсом с помощью ключей 15 или 1 остановит интеграторы 12 или 2 соответственно. Как только сработают оба триггера 13 и 14, т.е, фильтры подойдут к резонансному пику с двух сторон, то первый элемент И 16 ввщаст импульс на соединённые вместе первые входы второго 19 и третьего 17 элементов И.Если в этот момент аа соединенных вместе .вторых входах второго 19 и третьего 17 элементов И будет отсутствовать импульс с третьего компаратора 21, о с выхода второго элемента И 19

поступит короткий импульс на сброс , триггеров 13 и 14 и сброс первого 2 и второго 12 интеграторов в исходное состо ние, а ключи 1 и 15 вновь подключат посто нное напр жение к входам первого 2 и второго 1.2 интеграторов , что заставит фильтры 4 и 9 снова перестраиватьс  по часхоте .

Следует отметить, что индикации на табло частотоНера, измер ющего разность частот, происходить не будет , поскольку промежуток времени между импульсами, поступающими на его вход запуска с выхода второго элемента И 18, значительно меньше времени измерени  частотомера.

В то же врем  напр жение с выхода третьего интегратора 7 продолжает без остановки нарастать и по мере его нарастани , фильтры 4 и 9 с каждым шагом все ближе подход т к вершине резонансного пика. Напр жение с выходов первого 2 ивторого 12 интеграторов посто нно суммируютс  сумматором 23, выход которого подключен к первому входу третьего компаратора 21 и в момент достижени  вершины резонансного пика сумма напр жений и UviHTi с выходов интеграторов 2 и 12, обозначенна  и (фиг.2), окажетс  равной посто нному напр жению Ер источника 22, подключенного к второму входу третьего компаратора, которое должно быть регулируемым и стабилизированным, поскольку вли ет на точность измерени . В момент, когда напр жение с выхода сумматора 23 Превысит напр жение величину, достаточную дл  срабатывани  :сретьего компаратора 21, котора  определ етс  .чувствительностью последнего, он выдаст импульс на второй вход второго элемента И 19, запрещающего сброс триггеров 13 и 14, интеграторов 2 и 12 и на вход запуска частотомера , фиксирующего частоту резонанса .

При необходимости вид частотной . характеристики объекта можно наблюдать , например, с помощью запомин ющего осциллографа, снабженного коммутатором , или двухлучевого осциллографа , подключив его усилители по X.J и Х, Y и выходам интегратора 3, инвертора 11, выходам фильтров 4 и 9 соответственно. Амплитуду резонанса можно измер ть, подключив вольтметр к выходу третьего интегратора 7.

2. Режим измерени  разности частот и определени  добротности.

При измерении добротности, например механической конструкции/ последн   определ етс  по формуле

.

Qд1з .-5г,

где (Ыд - частота собственного резонанса конструкции; Q,j,nQ., частоты на уровне 0,5 резонансной кривЬй, Таким образом, дл  измерени  5 добротности с помощью предлагаемого устройства коэффициент передачи делител  22 напр жени  равен 0,5, контакты первого и второго переключателей разомкнуты, а третьего переключател  -замкнуты.

На вторые входы интеграторов 2 и 11, триггеров 13 и 14 подаетс  импульс сброса, с выходов пускового блока 20, причем на второй вход

5 третьего интегратора 7 этот, импульс не попадает из-за разомкнутых контакт .ов второго переключател  . Ин- теграторы 2 и 12 станут в исходное состо ние, триггеры 13 и 14 с помощьк

Q ключей 1 и 15 подключат посто нное напр жение к первым входам интеграторов 2 и 12, напр жение на .их выходах начнет линейно нарастать, генераторы 3 и 10 будут сканировать

e ПО частоте, фильтры 4 и 9 пересзграиватьс  и в момент, когда напр жение на выходах фильтров 4 и 9, подключенных к первым входам первого 5 и второго 8 компараторов, достигает величины, равной напр жению на вы ходе делител  6, компараторы 5 и 8 переброс т триггеры 12 и 13, которые с помощью ключей 1 и 15 установ т интеграторы в режим запоминани . Одновременно с выходов триггеров 13

5 и 14 импульсы поступ т на первый и второй входы первого 16 элемента И, который, в свою очередь, подает импульс на первые входы третьего 17 и второго 19 элементов И. Поскольку

0 с выхода третьего компаратора 21 на вторые входы третьего 17 и второго 19 элементов И и вход запуска частотомера, измер ющего частоту резонанса, импульс не поступил

5 ввиду того,, что

JL«HTi+ UuKr и ЕО,

то частотомер не запуститс , второй элемент И 19 выдаст импульс на .запуск частотомера, измер ющего разQ ность частот и последний зафиксирует её, причем сброса интеграторов 2 и 12, триггеров 13 и 14 не произойдёт , поскольку первый переключатель разомкнут. Сигнал на выходе третье . го элемента И 17 на работу третьего ключа 18 не повли ет,- поскольку ко входу последнего подключено запирающее напр жение и/ с помощью замкнутых контактов третьего переключател , а потому третий интегратор

7 останетс  в состо нии запоминани .

Далее на основании измеренных частоты резонанса и разности частот 0.-5., кото.рые могут быть зафиксированы цифропечатающим устрой5 CTBCW, подключении к частотомерам

через транскриптрр с п о1цью вычислительного устройства или вручную, определ етс  добротность по Формуле (1).

Применение в устройстве двух узкополосных перестраивающихс  навстречу друг другу фильтров, полоса которых не зависит от выбранного рабочего диапазона частот и может быть пор дка долей герца, а также логической системы опознавани  основного резонанса, исключает ложное срабатывание устройства от помех Sa границей резонансной зоны и позвол ет оперативно, в автоматическом режиме и в совокупности с цифропечатающим устройством с высокой производительностью измер ть добротность и чистоту доминирующего резонанса объекта,

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  определени  частоты и добротности резонансных характеристик , содержащее источник опорного напр жени , последовательнс соединенные первый ключ,, первый интегратор, первый генератор, первый фильтр, первый компаратор , первый триггер, первый и второй элементы .И, последовательно соединенные второй ключ, второй интегратор , инвертор,, второй генератор , второй фильтр, второй компаратор , второй триггер, последовательно соединенные сумматор, третий компаратор , третий элемент И, третий ключ и третий интегратор, выходы первого и второго интеграторов подключены соответственно к первому и к второму входам сумматора, а вторые входы соединены с вторыми входами первого и второго триггеров, выходы которых подключены к первым входам

   соответственно первого и второго ключей, выход и второй вход третьего компаратора соединены соответственно с вторым входом второго элемента И и с выходом источника опорного напр жени , выход второго триггера подключен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, отличающеес  тем, что,

   5 с целью расширени  Функциональных: возможностей, устройство содержит пусковой блок, делитель напр жени  источник :запирающего напр жени , три переключател , первый из которых

   . включен между первым выходом пускового блока и выходом второго элемента И, второй переключатель - между вторым выходом пускового блока и вторым входом третьего интегратора, подключенного выходом к входу делите

   - л  напр жени , третий переключатель - между источником запирающего напр жени  и выходом третьего элемента И, первый выход пускового блока соединен с вторым входом первого

   0 интегратора, а выход делител  напр жени  подключен Квторым входам первого и второго компараторов.

   Источники информации, и прин тые во внимание при экспертизе

   5 1. Авторское свидетельство СССР 610063, кл. G 05 В 11/01, 1978.

   2, Авторское свидетельство СССР по за вке 2842729/18-24, кл. G 05 В 11/01, 1978.