Пристрій для випробування виробів на вібротривкість

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для проведения испытаний на вибропрочность. Известно устройство для испытания изделий на вибропрочность, содержащее генератор синусоидальных колебаний, последовательно соединенные усилитель мощности и вибростенд, датчик обратной связи, установленный на столе вибростенда, и усилитель сигнала обратной связи, вход которого подключен к выходу датчика обратной связи [Вибрационный электродинамический стенд ВЭДС - 400. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Завод "Виброприбор", г. Таганрог]. Недостаток аналога - ограниченная область применения, обусловленная возможностью формирования только гармонических сигналов для возбуждения вибростенда и отсутствием возможности формирования импульсных и составных случайных сигналов. Такой недостаток обусловлен отсутствием в устройстве блоков коммутации и преобразования, обеспечивающих преобразование гармонических сигналов в импульсные с регулируемой скважностью и формирование составных случайных сигналов. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и принятым за прототип является устройство для испытания изделий на вибропрочность, содержащее перестраиваемый генератор синусоидальных колебаний, последовательно соединенные усилитель мощности и вибростенд, датчик обратной связи, установленный на столе вибростенда, и усилитель сигнала обратной связи, вход которого подключен к выходу датчика обратной связи, при этом устройство снабжено цифроаналоговым преобразователем и источником опорного напряжения, а перестраиваемый генератор синусоидальных колебаний выполнен в виде программируемого цифрового синтезатора синусоидальных колебаний, выход которого подключен к цифровому входу цифроаналогового преобразователя, к управляющему входу которого подключен выход источника опорного напряжения, выход цифроаналогового преобразователя связан с входом усилителя мощности, при этом выход усилителя сигнала обратной связи подключен к входу источника опорного напряжения [Авт.св. СССР № 1265509, кл. G 0 1 М 7/00, опублик. 1986]. При этом в прототипе блок коммутации отсутствует, а блок преобразования, содержащий цифроаналоговый преобразователь и источник опорного напряжения, позволяет регулировать частоту и амплитуду воспроизводимых синусоидальных вибраций и не обеспечивает изменение формы формируемых сигналов. Недостаток прототипа - ограниченная область применения, обусловленная возможностью формирования только гармонических сигналов для возбуждения вибростенда и отсутствием возможности формирования импульсных и случайных сигналов, в частности, составных случайных сигналов. Необходимость формирования составных случайных процессов (сигналов) обусловлена тем, что они моделируют такие режимы, как например, старение, износ, постепенные отказы работы изделий, разрегулировка аппаратуры, расходование ресурсов и др. Причина отмеченного недостатка обусловлена отсутствием блока коммутации и такой структурой блока преобразования, которая не обеспечивает подсчет числа пе-риодоз гармонического сигнала до заданного значения, а также формирование линейно изменяющегося напряжения для управления блоками коммутации, что и приводит к невозможности формирования импульсных и составных случайных сигналов. В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство для испытания изделий на вибропрочность, которое воспроизводит сигналы как гармонической формы, так и в формах импульсных и составных случайных процессов. Такая задача решена за счет введения блока коммутации и нового исполнения блока преобразования, осуществляющих формирование из исходного гармонического сигнала импульсных сигналов регулируемой скважности и составных случайных сигналов. Заявляемое изобретение позволяет обеспечить следующий технический эффект, а именно, проводить испытания на вибропрочность в трех режимах: 1) режим формирования гармонических сигналов; Л 2) режим формирования импульсных сигналов; 3) режим формирования сигналов в форме составных случайных процессов. В результате расширяется класс решаемых задач, область применения устройства при незначительных затратах трудовых и материальных ресурсов за счет использования стандартного оборудования, в частности, вибростендов электродинамического типа, стандартных блоков автоматики и вычислительной техники. Поставленная задача решается тем, что устройство для испытания изделий на вибропрочность, содержащее последовательно соединенные генератор синусоидальных колебаний в виде программируемого синтезатора синусоидальных колебаний и первый цифроаналоговый преобразователь, последовательно соединенные усилитель мощности и вибростенд, последовательно соединенные датчик обратной связи, установленный на столе вибростенда, и усилитель сигнала обратной связи, а также источник опорного напряжения, согласно изобретению, снабжено последовательно соединенными первым коммутатором, один из входов которого подключен к выходу первого цифроаналогового преобразователя, и первым сумматором, последовательно соединенными вторым коммутатором, вход которого подключен к выходу усилителя сигнала обратной связи, и вторым сумматором, выход которого подключен к входу источника регулируемого опорного напряжения, последовательно соединенными пиковым детектором, вход которого соединен с вторым выходом второго коммутатора, и первым блоком памяти, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, последовательно соединенными и подключенными к второму выходу первого коммутатора первым диодом в прямом включении, первым формирователем прямоугольных сигналов и первым дифференцирующим элементом, вторым диодом в прямом включении и первым счетчиком импульсов, последовательно соединенными первым ключом, вход которого соединен с вторым выходом первого коммутатора, вторым формирователем прямоугольных сигналов, вторым дифференцирующим элементом, четвертым диодом в обратном включении и первым инвертором, выход которого подключен к входу "Установка в нуль" первого счетчика импульсов, подключенными к выходу первого дифференцирующего элемента последовательно соединенными третьим диодом в обратном включении, вторым инвертором и триггером R - входу, S - вход которого подключен к выходу переполнения первого счетчика импульсов, а прямой выход - к управляющим входам первого ключа и первого блока памяти, выход первого ключа соединен также с вторым входом первого сумматора, а управляющий вход устройства соединен с управляющими входами первого и второго коммутаторов, вторым ключом, включенным между выходом источника регулируемого опорного напряжения и управляющим входом первого цифроаналогового преобразователя, последовательно соединенными третьим ключом, входом подключенным к выходу второго формирователя прямоугольных сигналов, усилителем с регулируемым коэффициентом усиления, генератором пилообразного напряжения и третьим сумматором, вторым входом подключенным к прямому выходу триггера через последовательно соединенные четвертый ключ, генератор шума и узкополосный фильтр, выход третьего сумматора подключен к второму входу третьего коммутатора, выход которого подключен к входу усилителя мощности, последовательно соединенными вторым блоком памяти-, входы которого подключены к разрядным выходам второго счетчика импульсов, и вторым цифроаналоговым преобразователем, выходом подключенным к управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, счетный вход второго счетчика импульсов подключен через пятый ключ к выходу переполнения первого счетчика импульсов, причем выход первого сумматора соединен с входом третьего коммутатора. Вся предложенная в формуле изобретения совокупность существенных признаков устройства обеспечивает формирование сигналов для реализации всех трех режимов. Режим формирования гармонических сигналов обеспечивается элементами и блоками, общими с прототипом, Режим формирования импульсных сигналов обеспечивается дополнительно введенными триггером и первым счетчиком импульсов, определяющими паузу между импульсами сигналов. Режим формирования составных случайных сигналов обеспечивается дополнительным введением генератора шума, второго блока памяти, второго цифроаналогового преобразователя, генератора пилообразного напряжения и усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. Для реализации в одном устройстве трех режимов формирования сигналов для управления вибростендом дополнительно введены коммутаторы и ключи в необходимом количестве. Таким образом, введение дополнительных блоков коммутации и преобразования обеспечивает формирование из гармонического сигнала с выхода генератора синусоидальных колебаний импульсных сигналов регулируемой скважности и амплитуды, а также формирование сигнала, состоящего из пилообразного напряжения регулируемой крутизны с наложенным узкополосным случайным сигналом, что и определяет форму составного случайного сигнала для возбуждения вибростенда. На чертеже представлена блок-схема устройства для испытаний изделий на вибропрочность. Устройство содержит генератор синусоидальных колебаний 1 в виде программируемого синтезатора синусоидальных колебаний, усилитель мощности 2, вибростенд 3. первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, датчик обратной связи 5, усилитель сигнала обратной связи 6, источник регулируемого опорного напряжения 7, первый коммутатор 8, первый ключ 9, первый 10, второй 11, третий 12. четвертый 13 диоды, первый 14 и второй 15 формирователи прямоугольных сигналов, первый 16 и второй 17 дифференцирующие элементы, первый 18 и второй 19 инверторы, первый счетчик импульсов 20, триггер 21, первый 22 и второй 23 сумматоры, второй коммутатор 24, первый блок памяти 25, пиковый детектор 26, управляющий вход 27, генератор 28 пилообразного напряжения, генератор шума 29, третий сумматор 30, третий коммутатор 31, усилитель 32 с регулируемым коэффициентом усиления, ключи второй 33, третий 34, четвертый 35, пятый 36, второй счетчик импульсов 37, второй блок памяти 38, второй цифроаналоговый преобразователь 39, узкополосный фильтр 40. Первый 8, второй 24, третий 31 коммутаторы, первый ключ 9, диоды первый -четвертый 10, 11, 12, 13, второй - пятый ключи 33, 34,35,36 условно представляют блок коммутации. Первый 14, второй 15 формирователи прямоугольных сигналов, первый 16 и второй 17 дифференцирующие элементы, первый 18 и второй 19 инверторы, первый 20 и второй 37 счетчики импульсов, триггер 21, первый 22, второй 23 и третий 30 сумматоры, первый 25 и второй 38 блоки памяти, пиковый детектор 26, генераторы пилообразного напряжения 28 и шума 29, соответственно, усилитель 32 с регулируемым коэффициентом усиления, второй цифроаналоговый преобразователь 39, узкополосный фильтр 40 условно представляют собой блок преобразования. Устройство первого блока памяти 25 описано в книге: Скаржепа ВА Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника, ч. I. - К.: Высшая школа, 1989, с. 390-394; устройство второго блока памяти 38 взято из изобретения по авт.св. СССР № 1101794, кл. G 05 D 19/02, 1984. Все остальные элементы и блоки стандартны. Элементы и блоки устройства соединены следующим образом. Выход генератора синусоидальных колебаний 1 подключен к цифровому входу первого ЦАП 4, выход которого подключен к входу первого коммутатора 8, первый выход которого подключен через последовательно соединенные первый сумматор 22, третий коммутатор 31 и усилитель мощности 2 к катушке подвижной системы вибростенда 3. Второй вход первого сумматора 22 подключен через первый ключ 9 к второму выходу первого коммутатора 8. Датчик обратной связи 5, установленный на платформе подвижной системы вибростенда 3, подключен через усилитель 6 сигнала обратной связи к входу второго коммутатора 24, первый выход которого подключен к первому входу второго сумматора 23 непосредственно, а второй выход через последовательно соединенные пиковый детектор 26 и первый блок 25 памяти подключен к второму входу второго сумматора 23, ллход которого подключен к управляющему входу источника 7 регулируемого опорного напряжения. Второй выход первого коммутатора 8 через последовательно соединенные первый диод 10 в прямом включении, первый формирователь 14 прямоугольных сигналов, первый дифференцирующий элемент 16 и второй диод 11 в прямом включении подключен к счетному входу первого счетчика импульсов 20, выход переполнения которого подключен к S-входу триггера 21, R – вход которого подключен через последовательно соединенные второй инвертор 19 и третий диод 12 в прямом включении к выходу первого дифференцирующего элемента 16, Прямой выход триггера 21 подключен к управляющим входам первого блока памяти 25 и первого ключа 9, выход которого через последовательно соединенные второй формирователь 15 прямоугольных сигналов, второй дифференцирующий элемент 17, четвертый диод 13 в обратном включении и первый инвертор 18 подключен к входу "Установка в нуль" первого счетчика импульсов 20. Управляющий вход 27 устройства подключен к управляющим входам первого 8 и второго 24 коммутаторов. Выход источника 7 регулируемого опорного напряжения через второй ключ 33 подключен к управляющему входу первого ЦАП : 4. Выход второго формирователя 15 прямоугольных сигналов через третий ключ 34 подключен к входу усилителя 32 с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого подключен к входу генератора 28 пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора 30, второй вход которого через узкополосный фильтр 40 подключен к выходу генератора шума 29, управляющий вход которого через четвертый ключ 35 подключен к прямому выходу триггера 21. Выход третьего сумматора 30 подключен к второму входу третьего коммутатора 31. Выход переполнения первого счетчика импульсов 20 через пятый ключ 36 подключен к счетному входу второго счетчика импульсов 37, прямые выходы разрядов которого подключены к адресным входам второго блока памяти 38, выходы которого через второй ЦАП 39 подключены к управляющему входу усилителя 32 с регулируемым коэффициентом усиления. Устройство работает следующим образом. 1. Режим формирования гармонических сигналов. На управляющем входе второго ключа 33 - единица, второй ключ 33 - замкнут, триггер 21 установлен в нуль. На управляющих входах третьего 34, четвертого 35, пятого 36 ключей - нуль, поэтому эти ключи разомкнуты. На управляющем входе третьего коммутатора 31 - нуль, поэтому его выход соединен с выходом первого сумматора 22. Генератор синусоидальных колебаний 1 генерирует на выходе двоичную кодовую комбинацию, соответствующую дискретным значениям функции синус (косинус), которая поступает на цифровой вход ЦАП 4. Скорость вывода информации, а значит частота синусоиды на выходе первого ЦАП 4 зависит от заложенной в генератор синусоидальных колебаний 1 программы. Первый ЦАП 4 вырабатывает на выходе синусоидальное напряжение с частотой, пропорциональной коду, поступающему на его цифровой вход, а амплитуда этого напряжения зависит от величины опорного напряжения, поступающего с выхода источника 7 регулируемого опорного напряжения на его управляющий вход. На управляющем входе первого коммутатора 8 - нуль, поэтому синусоидальное напряжение с выхода генератора 1 синусоидальных колебаний поступает на первый вход первого сумматора 2 и далее через третий коммутатор 31 поступает на вход усилителя мощности 2, с выхода которого синусоидальный сигнал поступает в обмотку подвижной катушки вибростенда 3. Вибростол вибростенда 3 совершает колебательное движение, пропорциональное входному сигналу. При нуле на управляющем входе второго коммутатора 24 сигнал с выхода усилителя сигнала обратной связи 6 через второй коммутатор 24 поступает на первый вход сумматора 23 и далее на управляющий вход источника 7 регулируемого опорного напряжения. Для того, чтобы стол вибростенда 3 не разрушался на частотах резонанса на нем укреплен датчик 5 обратной связи, который через усилитель 6 сигнала обратной связи воздействует на источник 7 регулируемого опорного напряжения, уменьшая величину опорного напряжения при возрастании амплитуды колебаний стола вибростенда 3, а значит и амплитуду сигнала на входе первого ЦАП 4. 2. Режим формирования импульсных сигналов. На управляющих входах первого 8 и второго 24 коммутаторов - единичные сигналы. При наличии единичного потенциала на управляющем входе первого коммутатора 8 его входной сигнал поступает на второй выход и далее положительная полуволна синусоидального сигнала через первый диод 10 и первый формирователь 14 прямоугольного импульса дифференцируется первым дифференцирующим элементом 16 и импульс, соответствующий переднему фронту прямоугольного импульса через второй диод 11 поступает на счетный вход первого счетчика 20 импульсов, увеличивая его содержимое на единицу младшего разряда. Импульс, соответствующий заднему фронту прямоугольного импульса на выходе первого дифференцирующего элемента 16 через третий диод 12 и второй инвертор 19 поступает на R-вход триггера 21. подтверждая его исходное нулевое состояние. Так как триггер 21 установлен в нуль, то первый ключ 9 разомкнут и на вход усилителя 2 мощности сигнал возбуждения вибростенда 3 не поступает (при наличии единичного сигнала на входе первого коммутатора 8). При переполнении первого счетчика импульсов 20 с выхода его старшего разряда поступает на S-вход триггера 21 импульс, устанавливая триггер 21 в единицу, тем самым открывается первый ключ 9 и сигнал с его выхода поступает через первый сумматор 22 на вход усилителя 2 мощности. Причем на вход усилителя мощности 2 поступает только положительная полуволна синусоидального сигнала, так как импульс, соответствующий моменту перехода синусоидального сигнала из положительной области в отрицательную поступает через третий диод 12 и второй инвертор 19 на R -вход триггера 21, устанавливая его в нуль, тем самым прекращая формирование импульсного сигнала для возбуждения вибростенда 3, соответствующего в данном случае положительной полуволне синусоидального сигнала с выхода первого ЦАП 4. Одновременно сигнал с выхода первого ключа 9 трансформируется вторым формирователем прямоугольных сигналов 15 в прямоугольный импульс, импульсный сигнал, соответствующий заднему фронту которого с выхода второго дифференцирующего элемента 17 через четвертый 13 диод и первый инвертор 18 поступает на вход "Установка в нуль" первого счетчика импульсов 20, устанавливая его в исходное нулевое состояние. Таким образом, содержимое первого счетчика импульсов 20 и определяет паузу между формируемыми импульсными сигналами для возбуждения вибростенда 3. При единице на управляющем входе второго коммутатора 24 его входной сигнал поступает на второй выход и далее через пиковый детектор 26 поступает на вход первого блока памяти 25, где происходит запоминание максимального значения импульсного сигнала при единичном состоянии триггера 21. При нулевом состоянии триггера 21 состояние первого блока памяти 25 не изменяется. 3. Режим формирования составных случайных сигналов. На управляющем входе второго ключа 33 нуль, второй ключ 33 разомкнут. На управляющих входах ключей третьего 34, четвертого 35, пятого 36 - единица, поэтому эти ключи замкнуты. На управляющем входе третьего коммутатора 31 единица, поэтому его выход подключен к выходу третьего сумматора 30. В этом режиме при переполнении первого счетчика импульсов 20 и установлении* триггера 21 в единицу подается сигнал через замкнутый ключ четвертый 35 на вход "Пуск" генератора шума 29, благодаря чему на его выходе формируется случайный сигнал, а на выходе узкополосного фильтра 40 - узкополосный случайный сигнал. Так как третий ключ 34 замкнут, то на вход усилителя 32 с регулируемым коэффициентом усиления подается с выхода второго формирователя прямоугольных сигналов 15 прямоугольный сигнал, амплитудное значение которого определяется коэффициентом усиления усилителя 32 с регулируемым коэффициентом усиления, определяемого сигналом на выходе второго ЦАП 39. Сигнал с выхода усилителя 32 с регулируемым коэффициентом усиления поступает в качестве опорного на вход генератора 28 пилообразного напряжения, определяя крутизну пилообразного сигнала на его выходе. Длительность пилообразного сигнала ограничена длительностью прямоугольного сигнала на выходе второго формирователя 15 прямоугольных сигналов. Сигнал пилообразной формы поступает на первый вход третьего сумматора 30, на второй вход которого поступает сигнал с выхода узкополосного фильтра 40. На выходе третьего сумматора 30 формируется сигнал пилообразной формы с наложенным узкополосным случайным сигналом, который поступает через третий коммутатор 31 и усилитель мощности 2 на обмотку подвижной катушки вибростенда 3 - режим воспроизведения составного случайного сигнала. Очередной импульс, формируемый на выходе переполнения первого счетчика импульсов 20, через замкнутый ключ пятый 36 поступает на счетный вход второго счетчика импульсов 37, содержимое которого определяет адрес очередной ячейки второго блока памяти 38, который выполняет роль датчика случайных сигналов, поступающих на вход второго ЦАП 39, определяющего коэффициент усиления усилителя 32 с регулируемым коэффициентом усиления непосредственно, а значит и крутизну пилообразного сигнала на выходе генератора 28 пилообразного сигнала.