УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ИЗДЕЛИЙ НА СЛУЧАЙНЫЕ ВИБРАЦИИ
DEVICE AND METHOD FOR TESTING ARTICLES FOR RANDOM VIBRATION

Изобретение относится к области испытаний изделий на случайную вибрацию и может быть использовано при определении вибронадежности машин, приборов и аппаратуры.
Из существующего уровня техники известны способ испытания изделий на случайные вибрации и устройство для осуществления способа, описанные в справочнике «Вибрации в технике»: Справочник. В 6-ти т. / Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.). - М.: Машиностроение, 1981 - Т. 5. Измерения и испытания. - Под ред. М.Д. Генкина, 1981. (С. 463, рис. 3).
Способ заключается в том, что формируют возбуждающий сигнал следующим образом: в параллельных каналах формирования с генератора шума и последовательно соединенного узкополосного формирующего фильтра подают случайный сигнал на перемножитель.
Выходные сигналы формирующих каналов суммируются, полученный сигнал через усилитель мощности подается на вибровозбудитель, преобразующий электрический сигнал в механические колебания стола с закрепленным испытываемым изделием.
Необходимый спектр вибрации устанавливают и поддерживают следующим образом: сигнал с виброизмерительного преобразователя, закрепленного на столе, подают на анализирующие каналы, каждый из которых состоит из анализирующего фильтра, выпрямителя и фильтра низких частот, таким образом, на выходах анализирующих каналов получают оценку спектра, которую сравнивают с заданным спектром.
С применением дискриминатора получают сигнал ошибки и подают его через усилитель обратной связи и выпрямители на перемножители формирующих каналов, вследствие чего спектр вибрации приближается к заданному. Способ позволяет автоматически поддерживать случайную вибрацию в одной точке с заданным спектром.
Устройство, осуществляющее этот способ, состоит из параллельных каналов формирования, в каждом из которых имеется последовательно подключенный генератор шума, узкополосный формирующий фильтр и перемножитель, выходы которого подключены к сумматору, выход которого соединен с входом усилителя мощности, выход которого соединен с входом вибровозбудителя, создающего вибрацию на вибростоле с испытуемым изделием и вибродатчиком, выход которого соединен с параллельными каналами анализа, состоящих из последовательно включенного анализирующего фильтра, выпрямителя, фильтра низких частот, выход которого подключен к входу блока сравнения, на вход которого подается сигнал с устройства задания, с выхода блока сравнения идет обратная связь через выпрямители на перемножитель формирующих каналов.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство и способ испытания изделия на широкополосную случайную вибрацию по авторскому свидетельству СССР №977970, МПК G01M 7/00, опубл. 10.02.2011.
Устройство испытания изделий на случайные вибрации содержит цепи формирования, каждая из которых включает генератор белого шума, подключенный к его выходу фильтр низких частот, выход которого подключен к управляемому частотно-модулированному генератору, выход которого соединен с сигнальным входом соответствующего регулируемого усилителя, сумматор, к входам которого подключены выходы регулируемых усилителей, возбудитель колебаний, к входу которого подключен выход сумматора, вибродатчик, а также цепи анализа, каждая из которых включает анализирующий полосовой фильтр, который выполнен в виде модулированного фильтра, модулирующий вход которого подключен к выходу соответствующего фильтра низкой частоты, амплитудный детектор и блок сравнения, которые соединены с анализирующим полосовым фильтром, индикаторное устройство, к входам которого подключены выходы амплитудных детекторов.
Способ испытания изделий на случайные вибрации осуществляется следующим образом. В каждой цепи формирования вырабатываются случайные сигналы управления частотой соответствующего частотно-модулированного генератора, после чего сигналы поступают на сумматор, с которого суммарный сигнал поступает на вход возбудителя колебаний, преобразующий сигнал в механические колебания стола, на котором закреплены испытываемое изделие и вибродатчик, сигнал с вибродатчика поступает в многоканальный анализатор, где в каждой цепи сигнал с анализирующего полосового фильтра, выполненного в виде модулированного фильтра, подается на амплитудный детектор, сигнал с которого попадает в блок сравнения, который вырабатывает управляющие сигналы на регулируемый усилитель формируемого сигнала по результатам обработки сигналов с анализирующего полосового фильтра и заданного значения дисперсии, с выходов амплитудного детектора сигналы поступают на индикаторное устройство, отображающее график спектра воспроизводимой вибрации.
Недостатком аналога и прототипа являются ограниченные функциональные возможности из-за невозможности воспроизводить случайную нестационарную вибрацию.
Задачей изобретения является разработка устройства и способа испытания изделий на случайные вибрации, в котором устранен указанный выше недостаток аналога и прототипа.
Технический результат, заключающийся в обеспечении возможности воспроизведения случайной нестационарной вибрации за счет формирования амплитудной модуляции, достигается тем, что в устройстве испытания изделий на случайные вибрации, содержащем цепи формирования, каждая из которых включает первый генератор шума, подключенный к его выходу первый фильтр низких частот, выход которого подключен к управляемому частотно-модулированному генератору, выход которого соединен с сигнальным входом соответствующего регулируемого усилителя, сумматор, к входам которого подключены выходы регулируемых усилителей, возбудитель колебаний, к входу которого подключен выход сумматора, вибродатчик, а также цепи анализа, каждая из которых включает анализирующий полосовой фильтр, который выполнен в виде модулированного фильтра, модулирующий вход которого подключен к выходу соответствующего первого фильтра низкой частоты, амплитудный детектор и блок сравнения, которые соединены с анализирующим полосовым фильтром, индикаторное устройство, к входам которого подключены выходы амплитудных детекторов, согласно настоящему изобретению каждая цепь формирования дополнительно содержит последовательно соединенные второй генератор шума, второй фильтр низких частот, перемножитель, а каждая цепь анализа дополнительно содержит усилитель анализируемого сигнала, который подключен к вибродатчику и соединен с соответствующим вторым фильтром низких частот и соответствующим анализирующим полосовым фильтром, при этом в каждой цепи анализа блок сравнения соединен с соответствующим перемножителем каждой цепи формирования, который соединен с соответствующим регулируемым усилителем.
Технический результат достигается также тем, что в способе испытаний изделий на случайные вибрации, заключающемся в том, что используют указанное устройство, в каждой цепи формирования которого формируют частотную модуляцию сигнала, при этом вырабатывают случайные стационарные сигналы управления частотой соответствующего управляемого частотно-модулированного генератора, после чего сигналы поступают на сумматор, с которого суммарный сигнал поступает на вход возбудителя колебаний, преобразующий сигнал в механические колебания стола, на котором закреплены испытываемое изделие и вибродатчик, сигнал с вибродатчика поступает в цепи анализа, где в каждой цепи анализа сигнал с анализирующего полосового фильтра поступает на амплитудный детектор, сигнал с которого поступает в блок сравнения, который вырабатывает управляющие сигналы на регулируемый усилитель формируемого сигнала по результатам обработки сигналов с анализирующего полосового фильтра и заданного значения дисперсии, с выхода амплитудного детектора сигналы поступают на индикаторное устройство, отображающее график спектра воспроизводимой вибрации, согласно настоящему изобретению в каждой цепи формирования дополнительно формируют амплитудную модуляцию сигнала по случайному закону, которая управляет регулируемым усилителем и усилителем анализируемых сигналов, причем случайный стационарный сигнал с помощью регулируемого усилителя преобразуют в случайный нестационарный сигнал, который поступает на сумматор и далее на возбудитель колебаний и вибродатчик, с выхода которого случайный нестационарный сигнал поступает на вход усилителя анализируемых сигналов, который в каждой цепи анализа случайный нестационарный сигнал преобразует в случайный стационарный сигнал.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема предлагаемого устройства испытания изделий на случайные вибрации.
Цифрами на чертеже обозначены:
1 - первый генератор шума;
2 - первый фильтр низких частот;
3 - частотно-модулированный генератор;
4 - регулируемый усилитель;
5 - сумматор;
6 - возбудитель колебаний;
7 - испытываемое изделие;
8 - вибродатчик;
9 - усилитель анализируемого сигнала;
10 - анализирующий полосовой фильтр;
11 - амплитудный детектор;
12 - индикаторное устройство;
13 - блок сравнения;
14 - второй генератор шума;
15 - второй фильтр низких частот;
16 - перемножитель.
Устройство испытания изделий на случайные вибрации содержит цепи формирования, каждая из которых включает первый генератор шума 1, подключенный к его выходу первый фильтр низких частот 2, выход которого подключен к управляемому частотно-модулированному генератору 3, выход которого соединен с сигнальным входом соответствующего регулируемого усилителя 4, сумматор 5, к входам которого подключены выходы регулируемых усилителей 4, возбудитель колебаний 6, к входу которого подключен выход сумматора 5, вибродатчик 8, а также цепи анализа, каждая из которых включает анализирующий полосовой фильтр 10, который выполнен в виде модулированного фильтра, модулирующий вход которого подключен к выходу соответствующего первого фильтра низкой частоты 2, амплитудный детектор 11 и блок сравнения 13, которые соединены с анализирующим полосовым фильтром 10, индикаторное устройство 12, к входам которого подключены выходы амплитудных детекторов 11.
Предлагаемое устройство испытания изделий на случайные вибрации отличается тем, что каждая цепь формирования дополнительно содержит последовательно соединенные второй генератор шума 14, второй фильтр низких частот 15, перемножитель 16, а каждая цепь анализа дополнительно содержит усилитель анализируемого сигнала 9, который подключен к вибродатчику 8 и соединен с соответствующим вторым фильтром низких частот 15 и соответствующим анализирующим полосовым фильтром 10, при этом в каждой цепи анализа блок сравнения 13 соединен с соответствующим перемножителем 16 каждой цепи формирования, который соединен с соответствующим регулируемым усилителем 4.
В предлагаемом способе используют указанное выше устройство испытания изделий на случайные вибрации.
В каждой цепи формирования формируют частотную модуляцию сигнала с помощью первого генератора шума 1 и первого фильтра низких частот 2, при этом вырабатывают случайные стационарные сигналы управления частотой соответствующего управляемого частотно-модулированного генератора 3, после чего сигналы поступают через регулируемый усилитель 4 формируемого сигнала на сумматор 5, с которого суммарный сигнал поступает на вход возбудителя 6 колебаний, преобразующий сигнал в механические колебания стола, на котором закреплены испытываемое изделие 7 и вибродатчик 8, сигнал с вибродатчика 8 поступает в цепи анализа, где в каждой цепи анализа сигнал с анализирующего полосового фильтра 10 поступает на амплитудный детектор 11, сигнал с которого поступает в блок 13 сравнения, который вырабатывает управляющие сигналы на регулируемый усилитель 4 формируемого сигнала по результатам обработки сигналов с анализирующего полосового фильтра 10 и заданного значения дисперсии D, с выхода амплитудного детектора 11 сигналы поступают на индикаторное устройство 12, отображающее график спектра воспроизводимой вибрации.
Предлагаемый способ испытания изделий на случайные вибрации отличается тем, что в каждой цепи формирования дополнительно формируют с помощью второго генератора 14 шума, второго фильтра 15 низких частот и перемножителя 16 амплитудную модуляцию сигнала по случайному закону, при этом амплитудная модуляция сигнала управляет регулируемым усилителем 4 и усилителем 9 анализируемых сигналов, причем случайный стационарный сигнал с помощью регулируемого усилителя 4 преобразуют в случайный нестационарный сигнал, который поступает на сумматор 5 и далее на возбудитель 6 колебаний и вибродатчик 8, с выхода которого случайный нестационарный сигнал поступает на вход усилителя 9 анализируемых сигналов, который в каждой цепи анализа случайный нестационарный сигнал преобразует в случайный стационарный сигнал.
Таким образом, широкополосный нестационарный сигнал формируется из суммы узкополосных, каждый из которых образован путем частотной и амплитудной модуляции гармоники по случайному закону, следовательно, суммарный сигнал имеет случайный нестационарный характер. Этот сигнал, проходя через вибротракт (возбудитель 6 колебаний, преобразующий сигнал в механические колебания стола, на котором закреплены испытываемое изделие 7 и вибродатчик 8) с неравномерной частотной характеристикой, изменяется и поступает на вход усилителя 9 анализируемых сигналов, где в цепях анализа преобразуется в стационарный, и анализирующие полосовые фильтры 10 настроены на мгновенные частоты соответствующих гармоник цепи формирования, поэтому на их выходе сигнал несет информацию об уровне энергии только в своей полосе частот и служит блоку 13 сравнения для корректировки амплитуд гармоник в цепи формирования, и, следовательно, обратная связь позволяет сформировать заданный спектр.
Использование предлагаемого изобретения позволит расширить функциональные возможности устройства и способа испытания изделий на случайные вибрации за счет обеспечения возможности воспроизведения случайной нестационарной вибрации путем формирования амплитудной модуляции.