Спосіб визначення коефіцієнту демпфування та пристрій для його здійснення

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения демпфирующи х свойств механических объектов. Известен способ [1] определения коэффициента демпфирования объекта, заключающийся в том, что возбуждают вынужденные колебания в диапазоне частот прирезонансной области при постоянном уровне возбуждения, получают в диапазоне частотную характеристику системы, определяют частоту при которой действительная составляющая частотной характеристики имеет максимум, частоту при которой действительная составляющая частотной характеристики имеет минимум, и определяют коэффициент демпфирования по соотношению К недостаткам известного способа следует отнести низкую точность определения коэффициента демпфирования, обусловленную неидентичностью резонансных областей механических объектов при силовом, и кинематическом способах вибровозбуждения, учитывая что соотношение получено из уравнения, описывающего колебания механического объекта при силовом возбуждении. Известно устройство [1] для определения коэффициента демпфирования объекта, содержащее последовательно соединенные генератор, регулируемый усилитель и вибровозбудитель, первый вибропреобразователь, размещенный на вибровозбудителе, второй вибропреобразователь, установленный на исследуемом объекте, первый и второй сопровождающие фильтры, подключенные каждый сигнальным входом к соответствующему вибропреобразователю, управляющим входом - к управляющему вы ходу генератора, а выход первого фильтра подключен к управляющему входу усилителя, блок выделения максимума, первый и второй ключи, информационные входы которых подключены к выходу кода частоты генератора, а управляющий вход первого ключа подключен к выходу блока выделения максимума, вычислительный блок, входы которого подключены к выходам ключей, блок индикации, включенный на выходе вычислительного блока, фазовый детектор, выходы которого подключены к управляющим выходам сопровождающих фильтров, функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу фазового детектора, аналоговый перемножитель, входы которого подключены к выходам функционального преобразователя и второго сопровождающего фильтра, а выход - ко входу блока выделения максимума, и блок выделения минимума, вход которого подключен к выходу перемножителя, а выход - к управляющему входу второго ключа. К недостаткам -известного устройства следует отнести низкую точность определения коэффициента демпфирования, обусловленную неидентичностью резонансных областей механических объектов при силовом и кинематическом способах его вибровозбуждения. Известен способ определения коэффициента демпфирования [2], заключающийся втом, что возбуждают вынужденные колебания механического объекта, закрепленного на столе вибровозбудителя, в диапазоне частот прирезонансной области. При постоянном уровне виброперемещений стола, регистрируют сигналы пропорциональные соответственно виброперемещениям стола вибровозбудителя, механического объекта и сдвигу фаз между сигналами у и х, определяют значений частот и при которых соответственно сигнал у максимален и сигнал равен 90°, а коэффициент демпфирования h находят из соотношения К недостаткам известного способа относятся низкая точность и ограниченный диапазон измеряемых величии, обусловленные несоответствием соотношения уравнению где - масса объекта, - коэффициент жесткости, коэффициент сопротивления, - кинематическое возбуждение, - виброперемещение объекта (см., например, работу [3] на с.28 - 35), описывающему колебания объекта при кинематическом возбуждении (известное соотношение получено из уравнения где - вынуждающая сила, описывающего колебания объекта при силовом возбуждении). Например, для объекта с параметрами и погрешность определения (без учета погрешности канала измерения) коэффициента демпфирования составит соответственно 13,5% и 2р,3%, что и ограничивает область применения известного способа областью малых значений Известно устройство [2] для определения коэффициента демпфирования объекта, содержащее генератор синусоидальных колебаний с блоками компрессии и развертки частоты, подключенный через усилитель к вибровозбудителю, два вибропреобразователя, из которых первый установлен на вибровозбудителе, а второй на испытуемом объекте, первый и второй сопровождающие фильтры, подключенные каждый сигнальным выходом к соответствующему вибропреобразователю, а управляющим входом - к выходу генератора синусоидальных колебаний, блок выделения максимума, соединенный с выходом второго сопровождающего фильтра, фазовый компаратор, подключенный к выходам сопровождающих фильтров, ключ, ин формационный вход которого связан с выходом кода частоты генератора синусоидальных колебаний, блок обработки информации, связанный с выходом ключа, блок индикации, вход которого связан с выходом блока обработки информации, второй ключ, причем, блок обработки информации выполнен в виде вычислительного блока, входы регистров переменных которого подключены к выходам ключей, второй ключ управляющим входом подключен к выходу блока выделения максимума, информационный вход второго ключа связан с выходом кода частоты генератора синусоидальных колебаний, а управляющий вход первого ключа подключен к выходу фазового компаратора. К недостаткам известного устройства следует отнести низкую точность и ограниченный диапазон измеряемых величин. В основу изобретения поставлена задача создания способа определения коэффициента демпфирования и устройства для его осуществления, заключающаяся в осуществлении генератором и вибровозбудителем возбуждения вынужденных колебаний объекта, регистрации вибропреобразователями, виброускорения и виброперемещения стола вибровозбудителя и виброперемещения объекта, определении блоком сравнения сигнала относительного виброперемещения, определении значения частот для которых сигнал относительного виброперемещения максимален соответственно при постоянном уровне виброперемещения и виброускорения стола вибровозбудителя, нахождении коэффициента демпфирования из соотношения обеспечивающих снижение погрешности определения коэффициента демпфирования, расширение области применения и за счет этого повышение точности и расширение диапазона измеряемых величин. Поставленная задача решается тем, что в способе определения коэффициента демпфирования объекта, заключающемся в возбуждении вынужденных колебаний механического объекта, закрепленного на стале вибровозбудителя, в диапазоне частот прирезонансной области при постоянном уровне виброперемещений стола, регистрации сигналов пропорциональных виброперемещениям соответственно стола вибровозбудителя и механического объекта, и определении коэффициента демпфирования, согласно изобретению, определяют сигнал пропорциональный относительному виброперемещению стола вибровозбудителя путем определения разности сигналов и регистрирую, максимум сигнала относительного виброперемещения, определяют значение частоты при которой сигнал максимален, возбуждают вынужденные колебания механического объекта в диапазоне частот прирезонансной области при постоянном уровне виброускорений стола, регистрируют максимум сигнала и определяют значение частоты при которой сигнал максимален, а коэффициент демпфирования наводят из соотношения коэффициента объекта демпфирования из Определение механического соотношения в котором частоты максимумов сигнала относительного виброперемещения являются параметрами резонансных колебаний объекта при кинематическом возбуждении, соответственно при постоянных уровнях виброперемещений и виброускорений стола вибровозбудителя, приводит к исключению зависимости погрешности определения коэффициента демпфирования от его величины, повышению точности и расширению диапазона измеряемых величин. Поставленная задача решается тем, что устройство для определения коэффициента демпфирования, содержащее последовательно соединенные генератор, регулируемый усилитель и вибровозбудитель, первый вибропреобразователь колебаний стола вибровозбудителя, второй вибропреобразователь колебаний объекта, первый и второй сопровождающие фильтры, подключенные каждый сигнальным входом к соответствующему вибропреобразователю, а управляющим входом - ко второму выходу генератора, первый ключ, сигнальный вход которого связан с третьим выходом генератора, блок выделения максимума, выход которого связан с управляющим входом первого ключа, вычислительный блок, вход которого подключен к выходу первого ключа, и блок индикации, вход которого связан с выходом вычислительного блока, согласно изобретению, снабжено блоком сравнения, подключенным вычитающим и суммирующим входами и выходом соответственно первого и второго сопровождающих фильтров, вибропреобразователем ускорений стола вибровозбудителя, третьим сопровождающим' фильтром, связанным сигнальным входом с выходом вибропреобразователя ускорений, а управляющим входом -со вторым выходом генератора, вторым и третьим ключами, связанными входами соответственно с выходами первого и третьего сопровождающих фильтров, а выходами соответственно с первым и вторым управляющими входами регулируемого усилителя. Применение блока сравнения, вибропреобразователя ускорений стола вибровозбудителя, третьего сопровождающего фильтра, второго и третьего ключей измерения сигнала относительного виброперемещения механического объекта, выделения частот его максимумов соответственно при постоя иных уровнях виброперемещений и виброускорений стола вибровозбудителя и определения коэффициента демпфирования объекта из соотношения приводит к исключению зависимости погрешности определения коэффициента демпфирования от его величины, повышению точности и расширению диапазона измеряемых величии. Совокупность отличительных признаков предлагаемого изобретения является необходимой и достаточной для решения поставленной задачи. На чертеже (фиг.) приведена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит генератор (Г) 1 синусоидальных колебаний с блоками компрессии и развертки частоты, подключенный через регулируемый усилитель (У) 2 к вибровозбудителю (В) 3, на столе которого закреплен испытуемый объект (О) 4, вибропреобразователь (By) 5 ускорений стола вибровозбудителя, первый (Вп1) и второй (Вп2) вибропреобразователи 6, 7 перемещений соответственно стола вибровозбудителя и испытуемого объекта; первый (Сф1), второй (Сф2) и третий (Сф3) сопровождающие фильтры 8-10, подключенные каждый сигнальными входами к соответствующим вибропреобразователям 5 - 7; блок (Бс) 11 сравнения; блок (Бм) 12 выделения максимума; первый (Кл1), второй (Кл2) и третий (Кл3) ключи 13 15, выходы которых связаны соответственно с блоком обработки информации, выполненным в виде вычислительного блока (Вб) 16, первым и вторым управляющими входами усилителя 2; блок (Би) 17 индикации. Управляющий вход ключа 13 связан с выходом блока 11 сравнения через блок. 12 выделения максимума. Суммирующий вход блока 11 сравнения соединен с выходом фильтра 10, а вычитающий - с выходом фильтра 9 и входом ключа 14, Вход ключа 15 соединен с выходом фильтра 8, фильтры 8 - 10 соединены управляющими входами со. вторым выходом генератора. Ключ 13 соединен сигнальным входом с третьим выходом генератора. Вход блока 17 индикации соединен с выходом вычислительного блока 16. Устройство реализуется на базе стандартных блоков аналого-цифровой техники. Способ определения коэффициента демпфирования осуществляется следующим образом. Генератор 1 производит развертку частоты электрического сигнала в заданном частотном диапазоне. Регулируемый усилителем 2 этот сигнал поступает на вибровозбудитель 3, возбуждая колебания установленного на столе объекта 4. При этом вибропреобразователи 5, 6, установленные на столе вибровозбудителя 3, и вибропреобразователь 7, расположенный на объекте 4, вырабатывает соответствующие сигналы. Выходные сигналы вибропреобразователей 6, 7 через первый 9 и второй 10 сопровождающие фильтры поступают на вычитающий и суммирующий входы блока 11 сравнения (сигналы и Для определения значения частоты на которой разностный выходной сигнал блока 11 при постоянном уровне виброперемещений стола вибровозбудителя 3 максимален, отключают ключ 15. При этом выходной сигнал фильтра 9 управляет усилителем 2 через ключ 14, осуществляя стабилизацию заданного уровня виброперемещений стола вибровозбудителя 3. Разностный сигнал блока 11 поступает на вход блока 12 выделения максимума. В момент прохождения максимума сигнала относительного виброперемещения выделяемого блоком 12, последний вырабатывает импульс, поступающий на управляющий вход ключа 13. Ключ 13 открывается и код текущего значения частоты генератора 1 поступает на вход вычислительного блока 16. Далее определяют значение частоты для которой разностный выходной сигнал блока 11 максимален при постоянном уровне виброускорений стола вибровозбудителя 3. Генератор 1 переводят в исходное состояние. Отключают ключ 14 и включают ключ 15. Генератор 1 повторно производит развертку частоты электрического сигнала. Описанные ранее принцип действия устройства повторяется. При этом выходной сигнал фильтра 8управляет усилителем 2 через ключ 15, осуществляя стабилизацию заданного уровня виброускорений стола вибровозбудителя 3, а на вход вычислительного блока 16 поступает код текущего значения частоты генератора 1. Вычислительный блок 16 осуществляет вычисление коэффициента демпфирования по формулегде - значения частот максимумов сигнала относительного виброперемещения объекта и стола вибровозбудителя при постоянном уровне соответственно виброперемещений и виброускорений стола; абсолютные колебания стола вибровозбудителя и объекта. Результат вычисления поступает в блок 17 индикации. При кинематическом возбуждении колебаний механического объекта максимум сигнала относительного виброперемещения имеет место: при постоянном уровне виброперемещений стола вибровозбудителя - на частоте где - коэффициент демпфирования (см. работу [3] на с.16) объекта; при постоянном уровне виброускорений стола вибровозбудителя - на частоте Тогда получим Для рассмотренного ранее объекта получим при для коэффициента демпфирования соответственно значения которые на 13,5% и 20,3% точнее по сравнению с прототипом. Предложенное изобретение обеспечивает повышение точности определения коэффициента демпфирования и расширение диапазона измеряемых величин в сторону более высоких значений.