устройство для возбуждения ударных импульсов

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ УДАРНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащее первую зарядную цепь, состоящую из последовательно соединенных источника питания, первого зарядного ключа, первой батареи конденсаторов и первого разрядного ключа, силовозбудитель с размещенным на его столе объектом и вибропреобразователем, к входу которого подключена демпфирующая цепь, состоящая из последовательно соединенных согласующего усилителя, первого фазовращателя, фазоинвертора, второго разрядного ключа, источник запуска, элемент ИЛИ, первый и второй элементы НЕ, отличающееся тем, что, с целью расширения области использования, оно снабжено двумя сумматорами, второй разрядной цепью, состоящей из последовательно соединенных второго зарядного ключа, второй батареи конденсаторов и третьего разрядного ключа, входом подключенной к выходу источника питания, выходом - к второму входу второго сумматора непосредственно, а к управляющему входу второго зарядного ключа через третий элемент НЕ, второй сумматор включен между выходом фазоинвертора и входом второго разрядного ключа, управляющий вход третьего разрядного ключа подключен к выходу элемента И, первый вход которого подключен к выходу первого элемента НЕ, а второй вход - к прямому выходу первого триггера, единичный вход которого подключен к выходу источника запуска, выход первого разрядного ключа через последовательно соединенные первый сумматор и первый коммутатор подключен к входу силовозбудителя, второй вход первого коммутатора - к выходу генератора синусоидальных сигналов, выход первого коммутатора через последовательно соединенные ключевой элемент, второй фазовращатель и первый формирователь прямоугольных сигналов подключен к первому входу фазового ключа, второй вход которого через второй формирователь прямоугольных сигналов подключен к второму выходу второго коммутатора, выход фазового ключа через интегратор подключен к управляющим входам первого и второго фазовращателей, вход "Пуск" подключен к единичному входу второго триггера непосредственно, а к его нулевому входу через таймер, выходом подключенный через элемент задержки к входу "Запуск" источника запуска, прямой выход второго триггера подключен к управляющему входу первого коммутатора, к объединенным управляющим входам ключевого элемента и второго коммутатора, а нулевые входы первого и второго триггеров подключены к входу "Предустановка".

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике.

Известен стенд для ударных испытаний, содержащий электродинамический силовозбудитель, аппаратуру для формирования импульса тока и демпфирующее устройство [1].

Недостатком стенда является изменение режима движения при изменении массы испытуемого изделия и величины ударного импульса тока, что ограничивает область его применения.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для возбуждения ударных импульсов, содержащее первую разрядную цепь, состоящую из последовательно соединенных источника питания, первого зарядного ключа, первой батареи конденсаторов и первого разрядного ключа, силовозбудитель с размещенным на его столе объектом и измерительным вибропреобразователем, к выходу которого подключена демпфирующая цепь, состоящая из последовательно соединенных фазовращателя, фазоинвертора, второго разрядного ключа, источник запуска, элемент ИЛИ, первый и второй элементы НЕ [2].

Недостатком данного устройства является ограниченная область применения, обусловленная использованием для активного демпфирования послеударных свободных колебаний подвижной части жесткости подвесок самого электромеханического силовозбудителя.

Цель изобретения - расширение области применения за счет использования для демпфирования послеударного колебательного процесса разряда в обмотку возбуждения второй батареи конденсаторов после прохождения основного ударного импульса, обусловленного разрядом первой батареи конденсаторов.

Это достигается тем, что устройство для возбуждения ударных импульсов, содержащее первую зарядную цепь, состоящую из последовательно соединенных источника питания, первого зарядного ключа, первой батареи конденсаторов и первого разрядного ключа, силовозбудитель с размещенным на его столе объектом и вибропреобразователем, к выходу которого подключена демпфирующая цепь, состоящая из последовательно соединенных согласующего усилителя, первого фазовращателя, фазоинвертора, второго разрядного ключа, источник запуска, элемент ИЛИ, первый и второй элементы НЕ, снабжено двумя сумматорами второй разрядной цепью, состоящей из последовательно соединенных второго зарядного ключа, второй батареи конденсаторов и третьего разрядного ключа, входом подключенной к выходу источника питания, выходом - к второму входу второго сумматора непосредственно, а к управляющему входу второго зарядного ключа - через третий элемент НЕ, причем второй сумматор включен между выходом фазоинвертора и входом второго разрядного ключа, управляющий вход третьего разрядного ключа подключен к выходу элемента И, первый вход которого подключен к выходу первого элемента НЕ, а второй вход - к прямому выходу первого триггера, единичный вход которого подключен к выходу источника запуска, выход первого разрядного ключа через последовательно соединенные первый сумматор и первый коммутатор подключен к входу силовозбудителя, второй вход первого коммутатора подключен к выходу генератора синусоидальных сигналов, вход первого коммутатора через последовательно соединенные ключевой элемент, второй фазовращатель и первый формирователь прямоугольных сигналов подключен к первому входу фазового ключа, второй вход которого через второй формирователь прямоугольных сигналов подключен к второму выходу второго коммутатора, выход фазового ключа через интегратор подключен к управляющим входам первого и второго фазовращателей, вход "Пуск" подключен к единичному входу второго триггера непосредственно, а к его нулевому входу - через таймер, выходом подключенный также через элемент задержки к входу "Запуск" источника запуска, прямой выход второго триггера подключен к управляющему входу первого коммутатора, к объединенным управляющим входам ключевого элемента и второго коммутатора, нулевые входы первого и второго триггеров подключены к входу "Предустановка".

Введенные новые элементы и функциональные связи приводят к осуществлению фазовой коррекции сигнала по цепи отрицательной обратной связи вибровозбудителя и ускорению демпфирования переходного колебательного процесса после прохождения основного ударного импульса, обусловленного разрядом первой батареи конденсаторов, что и расширяет область применения устройств.

На чертеже приведена структурная схема устройства для возбуждения ударных импульсов.

Оно содержит источник питания 1, первую батарею 2 конденсаторов, электромеханический силовозбудитель 3, вибропреобразователь 4, согласующий усилитель 5, первый и второй фазовращатели 6, 7 соответственно, фазоинвертор 8, первый и второй зарядные ключи 9 и 10 соответственно, первый, третий и второй разрядные ключи 11, 12, 13, ключевой элемент 14, источник 15 запуска, элемент ИЛИ 16, первый, второй и третий элементы НЕ 17, 18, 19 соответственно, первый и второй сумматоры 20 и 21, вторую батарею 22 конденсаторов, элемент И 23, первый и второй триггеры 24, 25 соответственно, генератор 26 синусоидальных сигналов, первый и второй коммутаторы 27 и 28 соответственно, первый и второй формирователи 29, 30 прямоугольных сигналов, фазовый ключ 31, интегратор 32, таймер 33, элемент 34 задержки, шину "Пуск" 35, шину "Предустановка" 36.

Блоки и элементы устройства соединены следующим образом.

Выход источника 1 питания через первый и второй зарядные ключи 9 и 10 подключен к входам батарей 2 и 22 конденсаторов соответственно, выход первой из которых через последовательно соединенные первый разрядный ключ 11, первый сумматор 20 и первый коммутатор 27 подключен к входу электромеханического силовозбудителя 3 с установленным на его подвижной части вибропреобразователем 4, а выход второй батареи 22 через третий разрядный ключ 12 подключен к первому входу второго сумматора 21, второй вход которого подключен к выходу вибропреобразователя 4 через последовательно соединенные согласующий усилитель 5, второй коммутатор 28, первый фазовращатель 6 и фазоинвертор 8. Выход второго сумматора 21 через второй разрядный ключ 13 подключен к второму входу первого сумматора 20.

Второй вход первого коммутатора 27 подключен к выходу генератора 26 синусоидальных сигналов. Выход первого коммутатора 27 через последовательно соединенные ключевой элемент 14, второй фазовращатель 7 и первый формирователь 29 прямоугольных сигналов подключен к первому входу фазового ключа 31, второй вход которого подключен через второй формирователь 30 прямоугольных сигналов к второму выходу второго коммутатора 28.

Выход фазового ключа 31 через интегратор 32 подключен к управляющим входам первого и второго фазовращателей 6 и 7. Управляющий вход первого разрядного ключа 11 подключен к своему выходу через последовательно соединенные первый и второй элементы НЕ 17, 18 и элемент ИЛИ 16. К второму входу элемента ИЛИ 16 подключен выход источника 15 запуска.

Управляющий вход третьего разрядного ключа 12 подключен к выходу элемента И 23, первый вход которого подключен к прямому выходу первого триггера 24, а второй вход - к выходу первого элемента НЕ 17. Единичный вход первого триггера 24 соединен с выходом источника 15 запуска, нулевой вход первого триггера 24 объединен с управляющим входом второго зарядного ключа 10 и соединен с выходом третьего разрядного ключа 12 через третий элемент НЕ 19.

Единичный вход второго триггера 25 подключен к шине "Пуск" 35 непосредственно, а нулевой вход - через таймер 33. Кроме того , выход таймера 33 через элемент 34 задержки подключен к управляющему входу источника 15 запуска.

Прямой выход второго триггера 25 подключен к управляющему входу первого коммутатора 27, к управляющим входам ключевого элемента 14 и второго коммутатора 28. Кроме того, нулевые входы триггеров 24 и 25 подключены к внешнему входу 36 "Предустановка".

Устройство для возбуждения ударных импульсов работает следующим образом.

В исходном состоянии источник 15 запуска отключен. Первый разрядный ключ 11 разомкнут. На выходе первого разрядного ключа 11 нулевой сигнал, на выходе первого элемента НЕ 17 есть сигнал, поэтому первый зарядный ключ 9 замкнут, а первый разрядный ключ 11 разомкнут благодаря наличию сигнала на входе второго элемента НЕ 18 и его отсутствию на выходе элемента ИЛИ 16.

В исходном состоянии триггеры 24 и 25 по входу "Предустановка" 36 установлены в нуль. При этом на одном входе элемента И 23 высокий потенциал (на выходе первого элемента НЕ 17 высокий потенциал), а на другом - низкий потенциал. Третий разрядный ключ 12 разомкнут, на выходе третьего элемента НЕ 19 присутствует сигнал, второй зарядный ключ 10 замкнут.

Батареи 2 и 22 конденсаторов заряжаются током источника 1 питания.

При поступлении сигнала на управляющий вход шины 35 второй триггер 25 устанавливается в единицу. При этом на выход первого коммутатора 27 поступает сигнал с выхода генератора 26 синусоидальных сигналов. Далее этот сигнал поступает на катушку подвижной системы электромеханического силовозбудителя 3. При этом устанавливается режим гармонических колебаний подвижной системы силовозбудителя 3.

В этом режиме вибропреобразователь 4 формирует на выходе гармонический сигнал, который через согласующий усилитель 5 и второй коммутатор 28 поступает на вход второго формирователя 30 прямоугольных сигналов и далее на вход фазового ключа 31, на второй вход которого поступает гармонический сигнал с выхода первого коммутатора 27 после прохождения через замкнутый ключевой элемент 14 (второй триггер 25 установлен в единицу), второй фазовращатель 7 и первый формирователь 29 прямоугольных сигналов.

На управляющие входы фазовращателей 6, 7 поступают сигналы, обеспечивающие такое изменение фазы сигнала на выходе фазовращателей 6, 7 при котором разность фаз сигналов на входе силовозбудителя 3 и выходе вибропреобразователя 4 равна нулю.

Сигнал, поступающий на вход 35, поступает также на вход таймера 33, на выходе которого формируется импульсный сигнал через некоторое время ₃₁, которое заранее устанавливается и определяется временем установления режима коррекции фазы с помощью второго фазовращателя 7. Сигнал с выхода таймера 33 устанавливает триггер 25 в нуль, а через время ₃₂, определяемое элементом задержки 34, поступает на вход "Пуск" источника 15 запуска.

При включении источника 15 запуска импульсный сигнал с его выхода поступает через элемент ИЛИ 16 на вход первого разрядного ключа 11, который замыкается и на вход первого сумматора 20 поступает импульс тока, а с его выхода через первый коммутатор 27 (триггер 25 установлен в нуль) подается в обмотку подвижной катушки силовозбудителя 3. При этом на выходе первого разрядного ключа 11 присутствует сигнал, на выходе первого элемента НЕ 17 сигнала нет, первый зарядный ключ 9 будет разомкнут, а замкнутое состояние первого разрядного ключа 11 (даже при отсутствии сигнала на выходе источника 15 запуска) обусловлено наличием сигнала на выходе второго элемента НЕ 18, а значит и на выходе элемента ИЛИ 16. Одновременно импульсный сигнал с выхода источника 15 запуска поступает на единичный вход первого триггера 24, устанавливая его в единицу.

При достижении напряжением на первой батарее 2 конденсаторов порога срабатывания элемента НЕ 17, т.е. после прохождения основного ударного импульса тока, на выходе элемента НЕ 17 появляется сигнал, первый зарядный ключ 9 замыкается, первый разрядный ключ 11 размыкается. Выход 1 источника питания снова подключается к входу первой батареи 2 конденсаторов и снова начинается ее заряд, а цепь разряда блокирована разомкнутым состоянием первого разрядного ключа 11.

Так как второй разрядный ключ 13 замыкается после срабатывания первого элемента НЕ 17, то при отключении подвижной части силовозбудителя 3 от положения устойчивого равновесия сигнал вибропреобразователя 4 после прохождения через согласующий усилитель 5, второй коммутатор 28, первый фазовращатель 6, фазоинвертор 8, второй сумматор 21 и второй разрядный ключ 13 поступает на второй вход первого сумматора 20.

Таким образом, замыкание второго разрядного ключа 13 приводит к образованию замкнутого контура отрицательной обратной связи и демпфированию колебаний подвижной системы силовозбудителя 3.

Одновременно с замыканием второго разрядного ключа 13 единичный сигнал с выхода первого элемента НЕ 17 поступает на второй вход элемента И 23, на другом входе которого присутствует единичный потенциал с прямого выхода первого триггера 24, вследствие чего третий разрядный ключ 12 замыкается, а выход второй батареи 22 конденсаторов подключается к второму входу второго сумматора 21 и начинается ее разряд, причем положительная полуволна напряжения при разряде совпадает с отрицательной полуволной перемещения подвижной системы силовозбудителя 3 относительно положения устойчивого равновесия. При режиме разряда второй батареи 22 конденсаторов второй зарядный ключ 10 разомкнут.

Таким образом, после разряда первой батареи 2 конденсаторов и образования контура отрицательной обратной связи начинается разряд второй батареи 22 конденсаторов, который производит дополнительное демпфирование колебательного переходного процесса после прохождения основного ударного импульса тока.

После разряда второй батареи 22 конденсаторов появляется единичный сигнал на выходе третьего элемента НЕ 19, замыкается второй зарядный ключ 10 и снова начинается заряд второй батареи 22 конденсаторов. Кроме того, сигнал с выхода третьего элемента НЕ 19 поступает на нулевой вход первого триггера 24, устанавливая его в нуль, тем самым третий разрядный ключ 12 размыкается.

Таким образом, после формирования основного ударного импульса тока устанавливается режим автоколебаний с демфированием с добавлением режима вынужденного демпфирования, что и приводит к ускорению гашения колебательного процесса перемещения подвижной системы силовозбудителя 3.

Формирование очередного ударного импульса происходит снова только при поступлении сигнала на вход "Пуск" 35.

Предложенное устройство имеет более широкую область применения благодаря увеличению частоты воспроизводимых ударных импульсов без снижения точности.