Пристрій для визначення резонансної частоти елементів конструкції

Винахід відноситься до техніки дослідження технічних характеристик елементів випробуваних конструкцій при проведенні вібровипробувань і може знайти застосування для визначення резонансних частот. Відомий пристрій для визначення резонансної частоти об'єкта, що містить послідовно з'єднані блок керування розгорткою частот, задавальний генератор, регулятор амплітуди, підсилювач потужності. вібростенд з установленим на ньому випробуваним об'єктом і установленими на вібростенді і об'єкті віброперетворювачами, два узгоджувальних підсилювачі, регістратор, входи якого сполучені з виходами відповідних узгоджувальних підсилювачів, входи яких сполучені з виходами відповідних віброперетворювачів, перетворювач, вхід якого сполучений з виходом першого узгоджувального підсилювача, а вихід - з керувальним входом регулятора амплітуди, послідовно з'єднані перетворювач частота-напруга, перший блок пам'яті, обчислювальний блок і регістратор, другий блок пам'яті, вхід якого сполучений з виходом перетворювача частота -напруга, а вихід з другим входом обчислювального блоку, послідовно з'єднані формувач імпульсів і блок керування розгорткою частоти, другий формувач імпульсів, вхід якого сполучений з входом першого формувача імпульсів і виходом індикатора, другий вхід якого сполучений з входом перетворювача частота - напруга, вихід другого формувача імпульсів сполучений з другим входом другого блоку пам'яті, а другий вхід першого блоку пам'яті сполучений з виходом першого формувача імпульсів (Авторское свидетельство ССCP № 1254310, MПК G01H1/00, 1986). Недолік відомого пристрою - недостатня точність визначення резонансної частоти елементів конструкції, що пояснюється непропорційністю величини зміщення максимумів обвідних напіврозмахів коливань динамічних резонансних піків від величини швидкості розгортки частоти сигналу збуджувальної дії при збільшенні і зменшенні частоти збуджувальної дії, яка залежить від інерційності при зростанні амплітудних значень коливань в режимі сканування частоти. Причому така інерційність зростає при збільшенні швидкості розгортки частоти, що підтверджується результатами моделювання. За прототип вибраний пристрій для визначення резонансної частоти елементів конструкції, що містить послідовно з'єднані блок керування розгорткою частоти, задавальний генератор, регулятор амплітуди, підсилювач потужності і вібростенд з установленим на його платформі випробуваним об'єктом, перший віброперетворювач, установлений на платформі вібростенда, другий віброперетворювач, установлений на випробуваному об'єкті, перший і другий узгоджувальні підсилювачі, входи яких сполучені з виходами відповідних віброперетворювачів, фазовий детектор, входи якого сполучені з виходами першого і другого узгоджувальних підсилювачів, блок зворотного зв'язку, вхід якого сполучений з виходом першого узгоджувального підсилювача, а вихід - з керувальним входом регулятора амплітуди, перетворювач частота-напруга-вхід якого сполучений з виходом другого узгоджувального підсилювача, нуль-орган, вхід якого сполучений з виходом фазового детектора, комутатор, інформаційний вхід якого сполучений з виходом нуль-органа, дешифратор, перший і другий виходи якого сполучені з відповідними входами блока керування розгорткою частоти і відповідними входами комутатора, перший і другий тригери, прямі виходи яких сполучені з відповідними входами дешифратора, перший і другий ключі, перший і другий підсилювачі з регульованими коефіцієнтами підсилення, блок пам'яті, перший суматор, регістратор, перший і другий елементи затримки, причому входи першого і другого ключів об'єднані і сполучені з виходом перетворювача частота-напруга, а виходи цих ключів сполучені з входами першого і другого підсилювачів з регульованими коефіцієнтами підсилення відповідно, вихід першого підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення сполучений з інформаційним входом блока пам'яті, вихід якого і вихід другого підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення сполучені з підсумовувальним і віднімальним входами суматора, вихід якого сполучений з інформаційним входом регістратора, керувальний вхід першого ключа сполучений з входом «Запис» блоку пам'яті і під'єднаний до першого виходу комутатора, а через перший елемент затримки - з S-входом першого тригера, другий вихід комутатора сполучений з об'єднаними керувальним входом другого ключа і входом «Читання» блока пам'яті безпосередньо, а через другий елемент затримки - з об'єднаними R-входами першого і другого тригерів, S-вхід другого тригера сполучений з входом «Пуск» пристрою (Ав. св. СССР №1633294, MПКG01H 13/00, 1991 г.). Недолік відомого пристрою - недостатня точність визначення резонансної частоти елементів конструкції, що пояснюється наближеністю застосованого аналітичного співвідношення, отриманого на основі застосування наближеного визначення інтеграла згортки (Харкевич А. А Спектры и анализ. М.: Физматгаз, 1962. - с. 139-143). Алгоритм формування структури відомого пристрою призводить до визначення дещо завищеного значення резонансної частоти статичного резонансного піку, що пояснюється нелінійністю зміщення частоти максимуму обвідної напіврозмахів коливань динамічного резонансного піку с залежності від швидкості розгортки частоти задавального генератора, який формує сигнал збуджувальної вібростенд дії. В основу винаходу поставлене завдання удосконалення пристрою для визначення резонансної частоти елементів конструкції за рахунок введення до його структури додаткових елементів, які дозволили б урахувати нелінійність залежності величини зміщення максимуму обвідної напіврозмахів коливань динамічного резонансного піку в залежності від швидкості розгортки частоти сигналу задавального генератора, який формує сигнал збуджувальної вібростенд дії, для резонансних піків, що мають невелике демпфування, а це призводить до підвищення точності визначення резонансної частоти елемента конструкції і до розширення технологічних можливостей. Поставлене завдання вирішується тим, що пристрій для визначення резонансної частоти елементів конструкції містить послідовно з'єднані блок керування розгорткою частоти, задавальний генератор, регулятор амплітуди, підсилювач потужності і вібростенд, з установленим на його платформі випробуваним об'єктом, перший віброперетворювач, установлений на платформі вібростенда, другий віброперетворювач, установлений на випробуваному об'єкті, перший і другий узгоджувальні підсилювачі, входи яких сполучені з виходами відповідних віброперетворювачів, фазовий детектор, входи якого сполучені з виходами першого і другого узгоджувальних підсилювачів, блок зворотного зв'язку, вхід якого сполучений з виходом першого узгоджувального підсилювача, а вихід - з керувальним входом регулятора амплітуди, перетворювач частота-напруга, вхід якого сполучений з виходом другого узгоджувального підсилювача, нуль-орган, вхід якого сполучений з виходом фазового детектора, комутатор, інформаційний вхід якого сполучений з виходом нуль-органа, дешифратор, перший «другий виходи якого сполучені з відповідними входами блока керування розгорткою час юти і відповідними входами комутатора, перший і другий тригери, прямі виходи яких сполучені з відповідними входами дешифратора, перший і другий ключі, перший і другий підсилювачі з регульованими коефіцієнтами підсилення, блок пам'яті, перший суматор, регістратор, перший і другий елементи затримки причому входи першого і другого ключів об'єднані і сполучені з виходом перетворювача частота-напруга, а виходи цих ключів сполучені з входами першого і другого підсилювачів з регульованими коефіцієнтами підсилення відповідно, вихід першого підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення сполучений з інформаційним входом блока пам'яті, вихід якого і вихід другого підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення сполучені з підсумовувальним і віднімальним входами відповідно першого суматора, керувальний вхід першого ключа сполучений з входом «Запис» блоку пам'яті і під’єднаний до першого виходу комутатора безпосередньо, а через перший елемент затримки - з S-входом першого тригера, другий вихід комутатора сполучений з об'єднаними керувальним входом другого ключа і входом «Читання» блока пам'яті безпосередньо, а через другий елемент затримки - з об'єднаними R-входами першого і другого тригерів, S-вхід другого тригера сполучений з входом «Пуск» пристрою, згідно винаходу, пристрій додатково містить третій і четвертий підсилювачі з регульованими коефіцієнтами підсилення, другий і третій суматори, причому входи третього і четвертого підсилювачів з регульованими коефіцієнтами підсилення сполучені з виходами блоку пам'яті і другого підсилювача з регульованим коефіцієнтом підсилення відповідно, а виходи - з підсумовувальним і віднімальним входами другого суматора, причому виходи першого і другого суматорів сполучені з підсумовувальними входами третього суматора, вихід якого сполучений з інформаційним входом регістратора, а вхід «Запис» регістратора сполучений з об'єднаними R-входами першого і другого тригерів. Алгоритм формування співвідношення дія наближеного визначення резонансної частоти статистичного резонансною піку при фіксації частоти максимумів обвідних напіврозмахів коливань динамічних резонансних піків для випадку малого демпфування отримаємо на підставі наступних міркувань. Як відомо (Ильинский B.C. Защита РЭА и прецизионного оборудования от динамических воздействий. М.: Радио и связь, 1982.-с. 116.) максимум амплітуди динамічного резонансного піку відповідає частоті w сигналу збудження, яка визначається співвідношенням ( æ w = ç w2 - 2d2 ± 3 pV ö / 1 + 0,28d / 2V ÷ 0 è ø ) 2 , (1) w де 0 - резонансна частота статистичного резонансного піку; d = b / 2m - коефіцієнт демпфування; m - маса рухомої системи вібростенду разом з випробуваним об'єктом; b - коефіцієнт опору; V - швидкість сканування частоти сигналу збудження . 0,28d w0 >> 2d , V1. При порівнянні частоти сигналу змінної частоти з швидкістю V2 з виходу задавального генератора 2 з резонансною частотою динамічного резонансного піку випробуваного об'єкту 6 різниця фаз сигналів на входах фазового детектора 11 дорівнює p. / 2 , а вихідний сигнал фазового детектора 11 буде нульовим. На виході нуль-органа 13 формується імпульсний сигнал, який надходить на другий вихід комутатора 25 і далі на керувальний вхід другого ключа 16 і на вхід «Читання» блоку 21 пам'яті. Сигнал з виходу перетворювача 14 частота-напруга через другий ключ 16 і другий підсилювач 18 з регульованим коефіцієнтом підсилення надходить на віднімальний вхід першого суматора 22, напідсумовувальний вхід якого надходить сигнал з виходу блока 21 w V / (V 2 - V1 ) w1V 2 / (V 2 - V1 ) пам'яті. Ці сигнали дорівнюють значенням 2 1 і . (w1 V2 - w2 V1 ) / (V2 - V1 ) . Сигнал величини w1V2 / (V2 - V1 ) На виході першого суматора 22 формується сигнал з виходу блоку 21 пам'яті через третій підсилювач 19 з регульованим коефіцієнтом підсилення, що дорівнює V1 / V2 , надходить на підсумовувальний вхід другого суматора 23, на віднімальний вхід якого надходить сигнал з виходу другого підсилювача 18 з регульованим коефіцієнтом підсилення після проходження через четвертий підсилювач 20 з регульованим коефіцієнтом підсилення, що дорівнює величині На виході другого суматора 23 формується сигнал [w V 1 2 . /(V2 - V1 )´ V1 / V2 - [w2 V1 / (V2 - V1 )]´ V2 / V1 = V1V2 (w1 - w2 ) = [(w V = V2 / V1 V1V2 ( w2 - w1) ( V2 - V1) На виході третього суматора 24 формується сигнал - w 2 V1 ) - V1 V2 (w 2 - w1 ) / (V2 - V1 ) (V2 - V1 ) 1 2 ] w0 , що відповідає значенню по співвідношенню (7). Цей сигнал фіксується і запам'ятовується регістратором 29 в проміжок часу, що визначається імпульсним сигналом на другому виході комутатора 25 після затримки другим елементом 31 затримки. Наступний цикл роботи пристрою відбувається тільки після надходження сигналу на вхід 32 «Пуск». Найменування елементів пристрою 1 - блок керування розгорткою частоти 2 - задавальний генератор 3- регулятор амплітуди 4- підсилювач потужності 5- вібростенд 6- випробуваний об'єкт 7- перший віброперетворювач 8- другий віброперетворювач 9- перший узгоджувальний підсилювач 10- другий узгоджувальний підсилювач 11- фазовий детектор 12- блок зворотного зв'язку 13- нуль-орган 14- перетворювач частота - напруга 15- перший ключ 16- другий ключ 17- перший підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення 18- другий підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення 19- третій підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення 20- четвертий підсилювач з регульованим коефіцієнтом підсилення 21- блок пам'яті 22- перший суматор 23- другий суматор 24- третій суматор 25- комутатор 26- дешифратор 27- перший тригер 28- другий тригер 29- регістратор 30- перший елемент затримки 31 - другий елемент затримки 32- вхід «Пуск»