устройство для регулирования колебаний

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ, содержащее последовательно соединенные генератор периодических сигналов, регулятор амплитуды, первый ключевой элемент, усилитель мощности, вибратор, вибропреобразователь, согласующий усилитель, измеритель пикового значения, блок памяти, первый блок сравнения, выход которого подключен к второму входу регулятора амплитуды, последовательно соединенные формирователь прямоугольных сигналов, первый дифференцирующий блок и первый элемент И, первый, второй и третий триггеры, последовательно соединенные инвертор и второй дифференцирующий блок, задатчик числа импульсов, первый и второй счетчики импульсов, третий дифференцирующий блок, второй ключевой элемент, элемент задержки, первый элемент ИЛИ и первый коммутатор, выход первого элемента И подключен к единичному входу первого триггера, нулевой вход которого подключен к выходу второго дифференцирующего блока, вход третьего дифференцирующего блока подключен к прямому выходу первого триггера и управляющему входу блока памяти, а выход - к нулевому входу второго триггера, прямым выходом подключенного к второму входу первого элемента И, выход регулятора амплитуды соединен с входом формирователя прямоугольных сигналов, выход первого ключевого элемента подключен к входу задатчика числа импульсов, выход которого через первый элемент ИЛИ подключен к входу "Сброс" первого счетчика импульсов, последовательно соединенные блок задания максимального кода и второй блок сравнения, подключенный второй группой входов к соответствующим выходам первого счетчика импульсов, вход которого подключен к входу инвертора, выходу формирователя прямоугольных сигналов, входу элемента задержки, информационному входу второго ключевого элемента, соединенного управляющим входом с прямым выходом третьего триггера, а выходом - с нулевым входом третьего триггера, выход первого счетчика импульсов соединен с единичным входом первого триггера через первый коммутатор, подключенный управляющим входом к выходу задания блока максимального кода, вторые входы первого элемента ИЛИ, первого коммутатора и единичный вход третьего триггера соединены с выходом второго блока сравнения, отличающееся тем, что оно снабжено третьим блоком сравнения, вторым коммутатором, дешифратором, вторым элементом И, четвертым триггером, третьим и четвертым ключевыми элементами, вторым элементом ИЛИ, причем первая и вторая группы входов третьего блока сравнения соединены с разрядными выходами второго счетчика импульсов и блока задания максимального кода соответственно, выход третьего блока сравнения соединен с нулевым входом четвертого триггера, единичный вход которого соединен с выходом второго элемента И, один вход которого соединен с выходом дешифратора, объединенным с входом четвертого ключевого элемента, причем входы дешифратора соединены с прямыми выходами разрядов второго счетчика импульсов, прямой выход четвертого триггера соединен с управляющим входом второго коммутатора, вход которого подключен к выходу второго ключевого элемента, а выходы - к вычитающему и суммирующему входам второго счетчика импульсов, выполненного реверсивным, при этом вход второго блока сравнения подключен к элементу задержки через третий ключевой элемент, а нулевой вход четвертого триггера подключен к входу "Предустановка", выход четвертого ключевого элемента через второй элемент ИЛИ подключен к входу "Сброс" второго счетчика импульсов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для испытания изделий на импульсные нагрузки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для регулирования колебаний, содержащее последовательно соединенные генератор периодических сигналов, регулятор амплитуды, первый ключевой элемент, усилитель мощности, вибратор, вибропреобразователь, согласующий усилитель, измеритель пикового значения, блок памяти, первый блок сравнения, выход которого подключен к второму входу регулятора амплитуды, последовательно соединенные формирователь прямоугольных сигналов, первый дифференцирующий блок и первый элемент И, первый, второй и третий триггеры, последовательно соединенные инвертор и второй дифференцирующий блок, задатчик числа импульсов, первый и второй счетчики импульсов, третий дифференцирующий блок, второй ключевой элемент, элемент задержки, первый элемент ИЛИ, первый коммутатор, причем выход первого элемента И подключен к единичному входу первого триггера, нулевой вход которого подключен к выходу второго дифференцирующего блока, вход третьего дифференцирующего блока подключен к прямому входу первого триггера и управляющему входу блока памяти, а выход - к нулевому входу второго триггера, прямым выходом подключенного к второму входу элемента И, выход регулятора амплитуды соединен с входом формирователя прямоугольных сигналов, выход первого ключевого элемента подключен к входу задатчика числа импульсов, выход которого через первый элемент ИЛИ подключен к входу "Сброс" первого счетчика импульсов, последовательно соединенные блок задания максимального кода и второй блок сравнения, подключенный второй группой входов к соответствующим выходам первого счетчика импульсов, вход которого подключен к выходу инвертора, выходу формирователя прямоугольных сигналов, входу элемента задержки и информационному входу второго ключевого элемента, соединенного управляющим входом с прямым выходом третьего триггера, а выходом - с нулевым входом третьего триггера, причем выход первого счетчика импульсов соединен с единичным входом первого триггера через первый коммутатор, подключенный управляющим входом к выходу блока задания максимального кода, вторые входы первого элемента ИЛИ, первого коммутатора и единичный вход третьего триггера соединены с выходом второго блока сравнения.

Однако указанное устройство не дает возможности формирования импульсных сигналов с периодически линейно-дискретно изменяющимся периодом следования как в сторону убывания, так и в сторону возрастания.

Поставленная задача решена за счет снабжения указанного устройства третьим блоком сравнения, вторым коммутатором, дешифратором, третьим и четвертым ключевыми элементами, вторым элементом ИЛИ, при этом первая и вторая группы входов третьего блока сравнения соединены с разрядными выходами второго счетчика импульсов и блока задания максимального кода соответственно, выход третьего блока сравнения соединен с нулевым входом четвертого триггера, единичный вход которого соединен с выходом второго элемента И, один вход которого соединен с выходом дешифратора, объединенным с входом четвертого ключевого элемента, входы дешифратора соединены с прямыми выходами разрядов второго счетчика импульсов, прямой выход четвертого триггера соединен с управляющим входом второго коммутатора, вход которого подключен к выходу второго ключевого элемента, а выходы - к вычитающему и суммирующему входам второго счетчика импульсов, выполненного реверсивным, вход второго блока сравнения подключен к элементу задержки через третий ключевой элемент, а нулевой вход четвертого триггера подключен к входу "Предустановка", выход четвертого ключевого элемента через второй элемент ИЛИ подключен к входу "Сброс" второго счетчика импульсов.

Введенные новые элементы и функциональные связи приводят к осуществлению режима с линейно-дискретно убывающим периодом следования импульсов для возбуждения вибратора (при установке второго счетчика в режим вычитания) и режима с линейно-дискретно возрастающим периодом следования импульсов для возбуждения вибратора (при установке второго счетчика в режим сложения), причем эти режимы периодически чередуются. Указанное обстоятельство и приводит к расширению функциональных возможностей устройства.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 - схема первого коммутатора; на фиг.3 - схема второго коммутатора.

Устройство для регулирования колебаний содержит последовательно соединенные генератор 1 периодических сигналов, регулятор 2 амплитуды, первый ключевой элемент 3, усилитель 4 мощности, вибратор 5, вибропреобразователь 6, согласующий усилитель 7, измеритель 8 пикового значения, блок 9 памяти, первый блок 10 сравнения, формирователь 11 прямоугольных сигналов, инвертор 12, первый счетчик 13 импульсов, первый дифференцирующий блок 14, элемент И 15, первый и второй триггеры 17 и 16, второй дифференцирующий блок 18, задатчик 19 числа импульсов, третий дифференцирующий блок 20, второй счетчик 21 импульсов, второй блок 22 сравнения, блок 23 задания максимального кода, коммутатор 24, элемент ИЛИ 25, второй ключевой элемент 26, третий триггер 27, элемент 28 задержки, третий ключевой элемент 29. В устройство введены третий блок 30 сравнения, второй коммутатор 31, дешифратор 32, второй элемент И 33, четвертый триггер 34, вход 35 "Предустановка", вход 36 управления, четвертый ключ 37, второй элемент ИЛИ 38. Коммутатор 24 содержит ключевые элементы 39,40 и элемент НЕ 41. Коммутатор 31 содержит ключевые элементы 42,43 и элемент НЕ 44.

Выход генератора 1 периодических сигналов через регулятор 2 амплитуды соединен с входом первого ключевого элемента 3, выход которого через усилитель 4 мощности подключен к обмотке подвижной катушки (на фигурах не показана) вибратора 5. На испытуемом объекте (на фигурах не обозначен) установлен вибропреобразователь 6, выход которого через последовательно соединенные согласующий усилитель 7 и измеритель 8 пикового значения подключен к входу блока 9 памяти. Выход последнего соединен с первым входом первого блока 10 сравнения, второй вход которого соединен с шиной источника опорного напряжения V_оп, а выход - с управляющим входом регулятора 2 амплитуды. Выход регулятора амплитуды подключен к входу формирователя 11 прямоугольных сигналов, выход которого через первый дифференцирующий блок 14 подключен к первому входу элемента И 15, к второму входу которого подключен прямой выход второго триггера 16. Выход элемента И 15 соединен с единичным входом первого триггера 17, нулевой вход которого подключен через инвертор 12 и второй дифференцирующий блок 18 к выходу формирователя 11 прямоугольных сигналов. Прямой выход триггера 17 соединен с управляющим входом первого ключевого элемента 3 и управляющим входом блока 9 памяти непосредственно, через третий дифференцирующий блок 20 с нулевым входом второго триггера 16, единичный вход которого соединен с выходом коммутатора 24.

Первый вход коммутатора 24 соединен с выходом переполнения первого счетчика 13 импульсов, вход которого, объединенный с входом второго ключевого элемента 26, подключен к входу инвертора 12 непосредственно, а через последовательно соединенные элемент 28 задержки и ключевой элемент 29 к входу второго блока 22 сравнения. Первая группа входов блока 22 подключена к прямым выходам разрядов первого счетчика 13 импульсов, а вторая группа входов - к прямым выходам разрядов второго счетчика 21 импульсов, группа входов которого подключена к выходам разрядов блока 23 задания максимального кода. Входы элементов 13 и 26 объединены и подключены к выходу формирователя 11 непосредственно, а к входу блока 29 через элемент 28 задержки. Выход первого ключевого элемента 3 через последовательно соединенные задатчик 19 числа импульсов и элемент ИЛИ 25 подключен к входу "Останов" счетчика 13 импульсов. Выход второго блока 22 сравнения подключен к объединенным второму входу коммутатора 24, второму входу элемента ИЛИ 25 и к единичному входу третьего триггера 27, прямой выход которого подключен к управляющему входу второго ключевого элемента 26. Выход ключевого элемента 26 подключен к объединенным входу коммутатора 31 и нулевому входу триггера 27. Первый выход коммутатора 31 соединен с вычитающим входом счетчика 21, а второй выход - с суммирующим входом счетчика 21. Прямые выходы разрядов второго счетчика 21 и блока 23 задания максимального кода соединены с входами третьего блока 30 сравнения, выход которого соединен с нулевым входом триггера 34. Единичный вход триггера 34 соединен с выходом второго элемента И 33, один вход которого соединен с входом 36 управления, а второй вход - с выходом дешифратора 32, входы которого соединены с разрядными выходами счетчика 21.

Прямой выход четвертого триггера 34 соединен с управляющим входом второго коммутатора 31. Нулевой вход триггера 34 соединен с входом 35 "Предустановка".

Первый вход коммутатора 24 соединен через ключевой элемент 39 с его выходом, второй вход коммутатора 24 соединен через ключевой элемент 40 с его выходом, управляющий вход коммутатора 24 соединен с управляющим входом ключевого элемента 40 непосредственно, а с управляющим входом ключевого элемента 39 через элемент НЕ 41.

Вход коммутатора 31 соединен с объединенными входами ключевых элементов 42,43, выход первого из которых подключен к вычитающему входу счетчика 21 импульсов, а выход второго - к суммирующему входу счетчика 21 импульсов. Управляющий вход ключевого элемента 43 соединен с управляющим входом коммутатора 31 непосредственно, а управляющий вход ключевого элемента 42 соединен с управляющим входом коммутатора 31 через элемент НЕ 44.

Выход дешифратора 32 через последовательно соединенные четвертый ключ 37 и второй элемент ИЛИ 38 подключен к входу "Прием" счетчика 21 импульсов.

При нулевом потенциале на управляющем входе коммутатора 24 его выход соединен с его первым входом, подключенным к выходу счетчика 13, при единичном потенциале выход коммутатора 24 соединен с его вторым входом, подключенным к выходу второго блока 22 сравнения.

При нулевом потенциале на управляющем входе коммутатора 31 его вход соединен с первым выходом, соединенным с вычитающим входом счетчика 21, при единичном потенциале на управляющем входе коммутатора 31 его вход соединен с вторым выходом, соединенным с суммирующим входом счетчика 21. Счетчик 13 выполнен накопительным, счетчик 21 - реверсивным.

Устройство для регулирования колебаний работает следующим образом.

Режим формирования последовательности импульсных сигналов с неизмененным периодом следования импульсов.

На управляющем входе коммутатора 24 и на управляющем входе ключа 29 нулевые сигналы. Триггеры 16,17,27 и счетчик 13 импульсов установлены в ноль. Триггер 34 может быть установлен в любое состояние - ноль или единицу. Так как ключи 26,29 разомкнуты, то состояние триггера 34 не влияет на работу устройства в этом режиме. На выход коммутатора 24 проходит сигнал, поступающий на его первый вход. Генератор 1 периодических сигналов формирует на своем выходе периодические сигналы, в частности напряжение синусоидальной формы, которое через регулятор 2 амплитуды поступает на выход ключа 3. Но так как исходное состояние триггера 17 нулевое, то ключ 3 разомкнут и импульсные сигналы не поступают в обмотку подвижной катушки вибратора 5.

На выходе формирователя 11 формируются прямоугольные импульсы, которые дифференцируются блоком 14 и поступают на первый вход элемента И 15 и дальше не поступают, так как на втором входе элемента И 15 нулевой сигнал (триггер 16 установлен в ноль). Одновременно инвертированные инвертором 12 импульсы после дифференцирования блоком 18 поступают на нулевой вход триггера 17, подтверждая его нулевое состояние.

Сигналы с выхода формирователя 11 поступают на вход счетчика 13 импульсов, работающего в режиме делителя частоты. При появлении на выходе счетчика 13 импульса переполнения триггер 16 устанавливается в единицу и очередной импульс, соответствующий моменту формирования переднего фронта импульса на выходе формирователя 11, устанавливает триггер 17 в единицу, ключ 3 замыкается. Одновременно сигнал с выхода триггера 17 подается на вход блока 9 памяти и подготавливает его для запоминания поступающего на его вход сигнала, а сигнал с выхода ключа 3 поступает через усилитель 4 мощности в обмотку подвижной катушки вибратора 5.

Выходной сигнал вибропреобразователя 6 через согласующий усилитель 7 и измеритель 8 пиковых значений поступает на вход блока 9 памяти, который фиксирует максимальное значение сигнала. Сигнал с выхода блока 9 памяти подается на первый вход блока 10 сравнения, на второй вход которого подается опорное напряжение с выхода источника опорного напряжения (на фигурах не показан). Зафиксированное в блоке 9 памяти максимальное значение сигнала на момент паузы сравнивается с опорным в блоке 10 сравнения и подается на управляющий вход регулятора 2 амплитуды, подстраивая амплитуду импульсов до заданного значения.

В момент окончания рабочего импульса на вход нулевой установки триггера 17 с выхода второго дифференцирующего блока 18 поступает импульс, устанавливая триггер 17 в нулевое состояние, при этом размыкается ключ 3, триггер 16 устанавливается также в нулевое состояние импульсом с выхода дифференцирующего блока 20.

Режим формирования последовательности импульсных сигналов с линейно-дискретно уменьшающимся периодом следования импульсов.

В исходном состоянии триггеры 16,17 и счетчик 13 установлены в ноль, триггер 34 устанавливается в ноль по входу 35 "Предустановка", на управляющий вход ключа 37 подается единичный сигнал, на входе 36 нулевой сигнал, на вход 45 "Пуск" подается единичный сигнал, который через элемент ИЛИ 38 подается на вход "Прием" счетчика 21 импульсов, и происходит запись содержимого блока 23 задания максимального кода в счетчик 21.

На управляющие входы ключа 29 и коммутатора 24 поступает единичный сигнал. При этом на вход коммутатора 24 проходит сигнал, поступающий на его второй вход с выхода блока 22.

Сигнал с выхода формирователя 11 поступает на вход первого счетчика 13 непосредственно, а через первый элемент 28 задержки и замкнутый ключ 29 на вход второго блока 22 сравнения, и при равенстве кодов на прямых выходах разрядов счетчиков 13 и 21 и на выходе блока 22 формируется сигнал, который поступает на вход "Сброс" счетчика 13, устанавливая его в ноль, а через коммутатор 24 на единичный вход триггера 16, устанавливая его в единицу, поэтому при появлении соответствующего импульса на первом входе элемента И 15 триггер 17 устанавливается в единицу, замыкая ключ 3. Происходит формирование очередного импульса для возбуждения вибратора 5.

Импульс с выхода блока 22 поступает на единичный вход триггера 27, устанавливая его в единицу, а ключ 26 - в замкнутое состояние. Поэтому очередной импульс, поступающий на вход счетчика 13, поступает также через замкнутый ключ 26 и коммутатор 31 на вычитающий вход счетчика 21 импульсов, уменьшая его содержимое на единицу младшего разряда, и на нулевой вход триггера 27, устанавливая его в ноль, благодаря чему происходит размыкание ключа 26.

Каждый последующий импульс на выходе второго блока 22 сравнения формируется снова при равенстве кодов на его входах, причем каждый последующий код в счетчике 21 отличается от предыдущего на единицу младшего разряда в сторону уменьшения, а значит, каждый последующий интервал между импульсами, формируемыми на выходе ключа 3, отличается от предыдущего на период синусоидального напряжения, формируемого на выходе генератора 1 периодических сигналов.

При равенстве содержимого счетчика 21 импульсов заранее заданному значению (например, 0000...1), определяемому подключением прямых выходов разрядов счетчика 21 импульсов к входам разрядов дешифратора 32, на выходе дешифратора 32 формируется сигнал, поступающий на вход элемента И 33. Но так как в этом режиме на втором входе 36 элемента И 33 присутствует нулевой сигнал, то нулевое состояние триггера 34 не изменяется.

Сигнал с выхода элемента И 32 через замкнутый ключ 37 и элемент ИЛИ 38 поступает на вход "Прием" счетчика 21 импульсов, благодаря чему содержимое блока 23 записывается в счетчик 21.

Таким образом, происходит процесс формирования последовательности импульсных сигналов с линейно-дискретно уменьшающимся периодом следования импульсов для возбуждения вибратора.

Режим формирования последовательности импульсных сигналов с чередующимися линейно-дискретно увеличиваю- щимися и линейно-дискретно уменьшающимися периодами следования.

В этом режиме на вход 36 элемента И 33 подается единичный сигнал, на управляющий вход ключа 37 - нулевой сигнал. После поступления сигнала на вход 45 "Пуск" производится запись содержимого блока 23 в счетчик 21.

Очередной сигнал с выхода формирователя 11 поступает на вход счетчика 13, увеличивая его содержимое на единицу младшего разряда, а через элемент 28 задержки и ключ 29 на вход второго блока 22 сравнения.

При равенстве содержимого счетчиков 13 и 21 на выходе второго блока 22 сравнения формируется сигнал, поступающий на вход сброса счетчика 13, устанавливая его в нулевое состояние, и на единичный вход триггера 27, при этом замыкается ключ 26 и очередной импульс с выхода формирователя 11 поступает на вычитающий вход счетчика 21, уменьшая его содержимое на единицу младшего разряда.

Таким образом, на выходе второго блока 22 сравнения формируется импульсная последовательность с линейно-дискретно уменьшающимся периодом следования импульсов.

При установлении счетчика 21 в состояние 000...1 (единица в младшем разряде) на выходе дешифратора 32 формируется сигнал, устанавливающий триггер 34 в состояние единица. При этом импульс, поступающий на вход коммутатора 31, проходит на его выход, подключенный к суммирующему входу счетчика 21. Поэтому содержимое счетчика 21 после каждого срабатывания компаратора - второго блока 22 сравнения - увеличивается на единицу младшего разряда. Причем каждый последующий код, при котором происходит срабатывание второго блока 22 сравнения, отличается от предыдущего на единицу младшего разряда в сторону возрастания, а значит, каждый последующий интервал между импульсами импульсной последовательности на выходе второго блока 22 сравнения отличается от предыдущего на период синусоидального напряжения, формируемого на выходе генератора 1.

Такая же импульсная последовательность формируется на выходе ключа 3. Причем импульсные последовательности с линейно-дискретно уменьшающимся периодом следования импульсов (триггер 34 в нуле) и линейно-дискретно увеличивающимся периодом следования импульсов (триггер 34 в единице) периодически чередуются.

При равенстве кодов на выходах блока 23 задания максимального кода и счетчика 21 импульсов на выходе блока 30 сравнения кодов формируется сигнал, поступающий на нулевой вход триггера 34, устанавливая его в ноль. При этом устанавливается снова режим, при котором импульсы поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 21, а формирование импульсов для возбуждения вибратора 5 происходит с периодом, изменяющимся по линейно-дискретно убывающей зависимости. Задатчик 19 числа импульсов подсчитывает число импульсов и по достижении заранее заданного значения останавливает счетчик 13 импульсов.

По сравнению с прототипом предложенное устройство имеет более широкие функциональные возможности, обусловленные осуществлением возможности формирования последовательности импульсных сигналов для возбуждения вибратора с линейно-дискретно изменяющимся периодом следования как в сторону убывания, так и в сторону возрастания.