устройство для определения параметров линейной механической колебательной системы

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ, содержащее вибропреобразователь в виде преобразователя скорости, устанавливаемый на испытуемом объекте, два ключа, два регистра, генератор сигналов в виде генератора импульсов, интегратор, два знакочувствительных элемента, элемент И, два дифференцирующих элемента, четыре диода, два инвертора, два триггера, два счетчика импульсов, два цифроаналоговых преобразователя, элемент задержки, блок деления, три блока умножения и два преобразователя, выход преобразователя скорости подключен к входам первого знакочувствительного элемента и интегратора, выход которого подключен к входу второго знакочувствительного элемента, выход которого подключен к первому входу элемента И, к второму входу которого подключен выход первого знакочувствительного элемента, выход элемента И подключен к входу первого дифференцирующего элемента, выход которого подключен через первый диод в прямом направлении к единичному входу первого триггера, обнуляющий вход которого подключен к выходу первого инвертора, выход второго знакочувствительного элемента подключен к входу второго дифференцирующего элемента, выход которого через второй диод в прямом направлении подключен к единичному входу второго триггера, обнуляющий вход которого подключен к выходу второго инвертора, выход первого дифференцирующего элемента подключен через третий диод в обратном направлении к входу первого инвертора, выход второго дифференцирующего элемента через четвертый диод в обратном направлении подключен к входу второго инвертора, выход которого подключен к входу элемента задержки и к управляющим входам первого и второго регистров, выход элемента задержки подключен к установочным входам первого и второго счетчиков, входы которых соответственно подключены к выходам первого и второго ключей, входы которых подключены к выходу генератора импульсов, а управляющие входы - соответственно к выходам первого и второго триггеров, выходы первого и второго счетчиков импульсов подключены соответственно к входам первого и второго регистров, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выход первого цифроаналогового преобразователя подключен к первому входу первого блока умножения, выход которого подключен к входам первого и второго преобразователей, выход второго цифроаналогового преобразователя подключен к входу "Делитель" блока деления, вход "Делимое" которого предназначен для подключения к источнику напряжения величиной , а выход - к второму входу первого блока умножения, выходы первого и второго преобразователей подключены соответственно к вторым входам второго и третьего блоков умножения, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения информативности, оно снабжено четвертым блоком умножения, первым и вторым усилителями, блоком деления на 2, третьим преобразователем, выходы первого преобразователя и источника напряжения величиной подключены к входам четвертого блока умножения, выход которого через первый усилитель подключен к третьему выходу устройства, а через второй усилитель - к четвертому выходу устройства, выход первого преобразователя подключен к пятому выходу устройства непосредственно, а вход первого преобразователя - к шестому выходу устройства через третий преобразователь, выход которого через блок деления на 2 подключен к седьмому выходу устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике, может быть использовано в машиностроении.

Известно устройство для виброиспытаний, содержащее вибропреобразователь, устанавливаемый на испытуемом объекте, два ключа, два регистра и генератор сигналов.

Недостаток устройства - ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения параметров линейной механической колебательной системы, содержащее вибропреобразователь, устанавливаемый на испытуемом объекте, два ключа, два регистра, генератор сигналов, интегратор, два знакочувствительных элемента, элемент И, два дифференцирующих элемента, четыре диода, два инвертора, два триггера, два счетчика импульсов, два цифроаналоговых преобразователя, элемент задержки, блок деления, три блока умножения, два преобразователя, в качестве генератора сигналов использован генератор импульсов, а вибропреобразователь представляет собой преобразователь скорости.

Недостаток устройства - недостаточная информативность, обусловленная отсутствием возможности определения добротности, коэффициента поглощения, логарифмического декремента колебаний, относительного затухания и тангенса угла потерь.

Цель изобретения - повышение информативности за счет определения добротности, коэффициента поглощения, логарифмического декремента колебаний, относительного затухания и тангенса угла потерь.

Это достигается тем, что устройство для определения параметров линейной механической колебательной системы, содержащее вибропреобразователь в виде преобразователя скорости, устанавливаемый на испытуемом объекте, два ключа, два регистра, генератор сигналов в виде генератора импульсов, интегратор, два знакочувствительных элемента, элемент И, два дифференцирующих элемента, четыре диода, два инвертора, два триггера, два счетчика импульсов, два цифроаналоговых преобразователя, элемент задержки, блок деления, три блока умножения и два преобразователя, выход преобразователя скорости подключен к входам первого знакочувствительного элемента и интегратора, выход которого подключен к входу второго знакочувствительного элемента, выход которого подключен к первому входу элемента И, к второму входу которого подключен выход первого знакочувствительного элемента, выход элемента И подключен к входу первого дифференцирующего элемента, выход которого подключен через первый диод в прямом направлении к единичному входу первого триггера, обнуляющий вход которого подключен к выходу первого инвертора, выход второго знакочувствительного элемента подключен к входу второго дифференцирующего элемента, выход которого через второй диод в прямом направлении подключен к единичному входу второго триггера, обнуляющий вход которого подключен к выходу второго инвертора, выход первого дифференцирующего элемента подключен через третий диод в обратном направлении к входу первого инвертора, выход второго дифференцирующего элемента через четвертый диод в обратном направлении подключен к входу второго инвертора, выход которого подключен к входу элемента задержки и к управляющим входам первого и второго регистров, выход элемента задержки подключен к установочным входам первого и второго счетчиков, входы которых соответственно подключены к выходам первого и второго ключей, входы которых подключены к выходу генератора импульсов, а управляющие входы - соответственно к выходам первого и второго триггеров, выходы первого и второго счетчиков импульсов подключены соответственно к входам первого и второго регистров, выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выход первого цифроаналогового преобразователя подключен к первому входу первого блока умножения, выход которого подключен к входам первого и второго преобразователей, выход второго цифроаналогового преобразователя подключен к входу "Делитель" блока деления, вход "Делимое" которого предназначен для подключения к источнику напряжения величиной , а выход - к второму входу первого блока умножения, выходы первого и второго преобразователей подключены соответственно к вторым входам второго и третьего блоков умножения, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами устройства, снабжено четвертым блоком умножения, первым и вторым усилителями, блоком деления на 2, третьим преобразователем, выход первого преобразователя и выход источника напряжения величиной подключены к входам четвертого блока умножения, выход которого через первый усилитель подключен к третьему выходу устройства, а через второй усилитель - к четвертому выходу устройства, выход первого преобразователя подключен к пятому выходу устройства непосредственно, а вход первого преобразователя подключен к шестому выходу устройства через третий преобразователь, выход которого через блок деления на 2 подключен к седьмому выходу устройства.

В режиме затухающих колебаний линейных механических колебательных систем с одной степенью свободы промежуток времени между двумя соседними моментами положения равновесия

₂=t₂-t₁=/₁ , (1)

₁= , (1а) где ₁ - частота свободных колебаний;

_о - собственная частота колебаний;

h - коэффициент демпфирования (параметр рассеяния механической энергии);

t₁, t₂ - первый и второй соседние моменты прохождения положения равновесия.

Обозначим ₃= ₂-2 ₁=t₃-2 t₂-t₁, (2) где t₂ - момент равенства нулю скорости колебаний.

Как известно ,

₃= , tg = где - угол потерь.

Из формул (1) и (2) следует

= (3)

tg = tg = = h (4)

Определим h из выражения (4)

h = tg

(5)

Из соотношения (1а) определим <sub>о

о</sub>²=₁²+h². (6)

Учитывая соотношения (1), (5), (6), получим

²₀ =

или

₀= cos (7)

Учитывая, что

₃= ₂-2₁, соотношения (5), (7) представим в виде

h = ctg ,

(8)

₀= sin (9)

Как известно, что логарифмического декремента колебаний справедливо выражение

= hT₁= h2₂= 2ctg

(10)

Логарифмический декремент колебаний и тангенс угла потерь характеризуют рассеяние энергии в системе

tg = h/₁= ctg

(11)

Кроме того, вводятся относительное затухание

= = cos,

(12) добротность

Q = = cos = sec

(13) и коэффициент поглощения

= 2 = h4₂= 4ctg

(14)

Следовательно, для определения параметров , tg, , Q, необходим источник и определение величин ₁, ₂, а также функции ctg и cos. Но ctg(o) и cos(o) входят в полученные ранее выражения для _о и h.

На чертеже представлена структурная схема устройства для определения параметров линейной механической колебательной системы.

Устройство содержит вибропреобразователь 1 в виде преобразователя скорости, интегратор 2, первый 3 и второй 4 знакочувствительные элементы, элемент И 5, первый 6 и второй 7 дифференцирующие элементы, первый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 диоды, первый 12 и второй 13 инверторы, первый 14 и второй 15 триггеры, генератор 16 импульсов, первый 17 и второй 18 ключи, первый 19 и второй 20 счетчики импульсов, первый 21 и второй 22 регистры, первый 23 и второй 24 цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), элемент 25 задержки, блок 26 деления, первый 27, второй 28 и третий 29 блоки умножения, первый 30 и второй 31 преобразователи, первый 32 и второй 33 выходы устройства, блок 34 умножения, первый и второй усилители 35, 36, третий, четвертый и пятый выходы 37, 38, 39, третий преобразователь 40, шестой выход 41, второй блок 42 деления на 2, седьмой выход 43.

Выход вибропреобразователя 1 подключен к объединенным входам интегратора 2 и первого знакочувствительного элемента 3, выход интегратора 2 подключен к входу второго знакочувствительного элемента 4, выход которого подключен к первому входу элемента И 5 непосредственно, а к единичному входу второго триггера 15 - через последовательно соединенные второй дифференцирующий элемент 17 и второй диод 9 в прямом направлении.

Нулевой вход второго триггера 15 подключен к выходу второго дифференцирующего элемента 7 через последовательно соединенные четвертый диод 11 и второй инвертор 13.

Выходы первого знакочувствительного элемента 3 подключен к второму входу элемента И 5, выход которого через последовательно соединенные первый дифференцирующий элемент 6 и первый диод 8, включенный в прямом направлении, подключен к единичному входу первого триггера 14, нулевой вход которого подключен к выходу первого дифференцирующего элемента 6 через последовательно соединенные третий диод 10, включенный в обратном направлении, и первый инвертор 12.

Единичные выходы первого 14 и второго 15 триггеров подключены к управляющим входам первого 17 и второго 18 ключей соответственно, входы которых объединены и подключены к выходу генератора 16 импульсов.

Выходы первого 17 и второго 18 ключей подключены к входам первого 19 и второго 20 счетчиков соответственно.

Выходы разрядов первого 19 и второго 20 счетчиков подключены к входам первого 21 и второго 22 регистров соответственно, выходы которых через первый 23 и второй 24 цифроаналоговые преобразователи соответственно подключены к первому входу блока 27 умножения и входу "Делитель" блока 26 деления, к входу "Делимое" которого подключен выход источника напряжения величиной соответственно.

Выход блока 26 деления подключен к объединенным первым входам первого 27, второго 28 и третьего 29 блоков умножения. Выход первого блока 27 умножения подключен к объединенным входам первого 30 и второго 31 преобразователей, выходы которых подключены к вторым входам блоков 28, 29 умножения соответственно, выходы которых подключены к первому и второму 32, 33 выходам устройства соответственно.

Выход второго инвертора 13 подключен к управляющим входам первого 21 и второго 22 регистров непосредственно, а к установочным входам первого 19 и второго 20 счетчиков - через элемент 25 задержки.

Входы блока 34 умножения подключены к выходу источника напряжения величиной и выходу преобразователя 30. Выход блока 34 умножения подключен через усилитель 35 к третьему выходу 37, через усилитель 36 - к четвертому выходу 38. Выход преобразователя 30 подключен к пятому выходу 39. Выход блока 27 умножения через преобразователь 40 подключен к шестому выходу 41 устройства. Выход преобразователя 40 подключен также к входу "Делитель" блока 42 деления, вход "Делимое" которого подключен к выходу блока деления на 2. Выход блока 42 деления на 2 подключен к седьмому выходу 43 устройства.

Устройство работает следующим образом.

Вибропреобразователь 1 в виде преобразователя скорости формирует на выходе напряжение, пропорциональное производной перемещения , а на выходе интегратора 2 формируется напряжение, пропорциональное перемещению Х. На выходе первого 3 и второго 4 знакочувствительных элементов формируются сигналы в течение положительных полупериодов входных сигналов , Х соответственно.

На выходе элемента И 5 формируется сигнал при совпадении положительных значений Х и в каждом полупериоде.

В момент t₁ формирования сигнала на выходе элемента И 5 первый триггер 14 устанавливается в единичное состояние импульсом с выхода первого диода 8.

При этом первый ключ 17 замыкается и на вход первого счетчика 19 поступают импульсы с выхода генератора 16 импульсов.

В тот же момент t₁ времени второй триггер 15 устанавливается в единичное состояние импульсом с выхода второго дифференцирующего элемента 7. При этом замыкается второй ключ 18 и импульсы с выхода генератора 16 импульсов поступают на вход второго счетчика 20.

Первый триггер 14 устанавливается в нулевое состояние импульсом с выхода первого дифференцирующего элемента 6, соответствующим заднему фронту импульса с элемента И 5 (момент t₂).

Начиная с момента t₂, содержимое первого счетчика 19 остается без изменения.

В момент t₃, соответствующий заднему фронту импульса со второго знакочувствительного элемента 4, второй триггер 15 устанавливается в нулевое состояние, при этом второй ключ 18 размыкается и содержимое второго счетчика 20 больше не изменяется. Кроме того, импульс, формируемый в момент t₃, поступает на входы первого 21 и второго 22 регистров, в результате чего содержимое первого счетчика 19 переносится в первый регистр 21, а содержимое второго счетчика 20 - во второй регистр 22. Тот же импульс, задержанный элементом 25 задержки, поступает на установочные входы первого 19 и второго 20 счетчиков, устанавливая их в нулевое состояние.

Сигнал ₂ с выхода второго ЦАП 24 поступает на вход "Делитель" блока 26 деления, на вход "Делимое" которого поступает сигнал, равный . Сигнал, равный /₂, поступает на первый вход первого блока 27 умножения, на второй вход которого поступает сигнал ₁ с выхода первого ЦАП 23.

Сигнал с выхода первого блока 27 умножения, равный поступает на входы первого 30 и второго 31 преобразователей, на выходе первого из которых формируется сигнал, равный ctg, а на выходе второго - сигнал, равный sin.

Сигналы с выхода первого 30 и второго 31 преобразователей поступают на первые входы второго 28 и третьего 29 блоков умножения соответственно, на вторые входы которых поступает сигнал с выхода блока 26 деления.

На выходе второго блока 28 умножения формируется сигнал, равный h, а на выходе третьего блока 29 умножения - сигнал, равный _о.

Сигнал с выхода преобразователя 30 и сигнал с выхода источника напряжения величиной поступают на входы блока 34 умножения, выходной сигнал которого через усилитель 35 поступает на третий выход 37 устройства, на котором формируется сигнал по соотношению (10), а через усилитель 36 - на выход 38 устройства, на котором формируется сигнал на основании соотношения (14). На выходе 39 формируется сигнал tg на основании соотношения (11).

Сигнал с выхода блока 27 умножения через преобразователь 40 поступает на шестой выход 41 устройства, на котором формируется сигнал на основании соотношения (12).

Сигнал с выхода преобразователя 40 через блок 42 деления на 2 поступает на седьмой выход 43 устройства, на котором формируется сигнал Q на основании соотношения (13).