устройство для регулирования колебаний

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ, содержащее генератор периодических сигналов, выход которого соединен с первым входом регулятора амплитуды, выход которого подключен через последовательно соединенные первый ключ, усилитель мощности, вибратор и вибропреобразователь к входу согласующего усилителя, последовательно соединенные измеритель пикового значения, блок памяти и блок сравнения, к второму входу которого подключена шина источника опорного напряжения, последовательно соединенные формирователь прямоугольных сигналов, входом подключенный к выходу регулятора амплитуды, первый дифференцирующий блок, элемент И, к второму входу которого подключен прямой выход второго триггера, первый триггер, подключенный S-входом к выходу элемента И, причем прямой выход первого триггера подключен к объединенным управляющим входам первого ключа и блока памяти, подключенные к выходу формирователя прямоугольных сигналов последовательно соединенные инвертор и второй дифференцирующий блок, а также первый счетчик импульсов, вход "Сброс" которого подключен через задатчик числа импульсов к выходу первого ключа, а выход переполнения - к S-входу второго триггера, третий дифференцирующий блок, входом подключенный к прямому выходу первого триггера, отличающееся тем, что генератор периодических сигналов выполнен регулируемым по частоте, а устройство снабжено вторым счетчиком импульсов, цифроаналоговым преобразователем, первым, вторым, третьим коммутаторами, вторым, третьим, четвертым и пятым ключами, пороговым элементом и сумматором, причем информационные входы третьего и четвертого ключей объединены и подключены к выходу формирователя прямоугольных сигналов, выходы третьего и четвертого ключей подключены к счетным входам первого и второго счетчиков импульсов соответственно, управляющий вход третьего ключа подключен к инверсному выходу второго триггера непосредственно, а управляющий вход четвертого ключа подключен к прямому выходу второго триггера через пятый ключ, R-вход первого триггера подключен к выходу второго дифференцирующего блока через третий коммутатор, а R-вход второго триггера подключен к выходу третьего дифференцирующего блока через второй коммутатор, входы цифроаналогового преобразователя подключены к прямым выходам разрядов второго счетчика импульсов, а выход к вычитающему входу сумматора, объединенному с управляющим входом генератора периодических сигналов, к суммирующему входу сумматора подключена шина источника опорного напряжения, выход сумматора подключен к второму информационному входу первого коммутатора, объединенному с входом порогового элемента, выход которого подключен к объединенному входу "Сброс" второго счетчика импульсов и вторым информационным входам второго и третьего коммутаторов, выход согласующего усилителя подключен к входу измерителя пикового значения через второй ключ, а выход блока сравнения подключен к первому информационному входу первого коммутатора, выходом подключенного к управляющему входу регулятора амплитуды.

Описание изобретения к патенту

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

Известен вибростенд, содержащий последовательно соединенные генератор периодических сигналов, регулятор амплитуды, усилитель мощности, вибратор, вибропреобразователь, согласующий усилитель, выпрямитель, фильтр низких частот, блок сравнения, на второй вход которого подается постоянное опорное напряжение, а выход подключен к управляющему входу регулятора амплитуды.

Недостаток этого устройства - ограниченная область применения, обусловленная отсутствием возможности воспроизведения последовательности пакетов синусоидальных сигналов, имеющих убывающую амплитуду в каждом пакете и повторяющуюся при переходе от пакета к пакету и возрастающую частоту в пределах каждого пакета, что определяется структурой и функциональными связями.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и принятым за прототип является устройство для регулирования колебаний, содержащее генератор периодических сигналов, выход которого соединен с первым входом регулятора амплитуды, последовательно соединенные усилитель мощности, вибратор, вибропреобразователь и согласующий усилитель, а также блок сравнения, выход которого подключен к второму входу регулятора амплитуды, последовательно соединенные формирователь прямоугольных сигналов, первый дифференцирующий блок, элемент И, первый триггер и ключевой элемент, последовательно соединенные инвертор и второй дифференцирующий блок, последовательно соединенные задатчик числа импульсов, счетчик импульсов и второй триггер, последовательно соединенные измеритель пикового значения и блок памяти, а также третий дифференцирующий блок, вход которого связан с выходом первого триггера и с вторым входом блока памяти, а выход - с вторым входом второго триггера, выходом подключенного к второму входу элемента И, выход регулятора амплитуды соединен с входом формирователя прямоугольных сигналов и с вторым входом ключевого элемента, выход которого подключен к входу усилителя мощности и к входу задатчика числа импульсов, вход инвертора связан с выходом формирователя прямоугольных сигналов и с вторым входом счетчика импульсов, выход второго дифференцирующего блока соединен с вторым входом первого триггера, выход согласующего усилителя соединен с входом измерителя пикового значения, а выход блока памяти подключен к входу блока сравнения.

Недостатком этого устройства является ограниченная область применения, обусловленная отсутствием возможности воспроизведения последовательности пакетов синусоидальных сигналов, имеющих убывающую амплитуду в каждом пакете и повторяющуюся при переходе от пакета к пакету и возрастающую частоту в пределах каждого пакета, что определяется структурой и функциональными связями.

Изобретение позволяет расширить область применения за счет осуществления возможности воспроизведения последовательности пакетов синусоидальных сигналов с линейно убывающей амплитудой в пределах каждого пакета и возрастающей частотой синусоидального сигнала в пределах каждого пакета.

Поставленная задача решается тем, что устройство для регулирования колебаний, содержащее генератор периодических сигналов, выход которого соединен с первым входом регулятора амплитуды, выход которого подключен через последовательно соединенные первый ключ, усилитель мощности, вибратор и вибропреобразователь к входу согласующего усилителя; последовательно соединенные измеритель пикового значения, блок памяти и блок сравнения, к второму входу которого подключена шина источника опорного напряжения; последовательно соединенные формирователь прямоугольных сигналов, входом подключенный к выходу регулятора амплитуды, первый дифференцирующий блок, элемент И, к второму входу которого подключен прямой выход второго триггера, первый триггер, подключенный S-входом к выходу элемента И, прямой выход первого триггера подключен к объединенным управляющим входам первого ключа и блока памяти; подключенные к выходу формирователя прямоугольных сигналов последовательно соединенные инвертор и второй дифференцирующий блок; а также первый счетчик импульсов, вход "Сброс" которого подключен через задатчик числа импульсов к выходу первого ключа, а выход переполнения - к S-входу второго триггера; третий дифференцирующий блок, входом подключенный к прямому выходу первого триггера, в соответствии с изобретением, генератор периодических сигналов выполнен регулируемым по частоте, а устройство снабжено вторым счетчиком импульсов, цифроаналоговым преобразователем, первым, вторым, третьим коммутаторами, вторым, третьим, четвертым и пятым ключами, пороговым элементом и сумматором, причем информационные входы третьего и четвертого ключей объединены и подключены к выходу формирователя прямоугольных сигналов, выходы третьего и четвертого ключей подключены к счетным входам первого и второго счетчиков импульсов соответственно, управляющий вход третьего ключа подключен к инверсному выходу второго триггера непосредственно, а управляющий вход четвертого ключа подключен к прямому выходу второго триггера через пятый ключ, R-вход первого триггера подключен к выходу второго дифференцирующего блока через третий коммутатор, а R-вход второго триггера подключен к выходу третьего дифференцирующего блока через второй коммутатор, входы цифроаналогового преобразователя подключены к выходам прямых разрядов второго счетчика импульсов, а выход к вычитающему входу сумматора, объединенному с управляющим входом генератора периодических сигналов, к суммирующему входу сумматора подключена шина источника опорного напряжения, выход сумматора подключен к второму информационному входу первого коммутатора, объединенному с входом порогового элемента, выход которого подключен к объединенным входу "Сброс" второго счетчика импульсов и вторым информационным входам второго и третьего коммутаторов, выход согласующего усилителя подключен к входу измерителя пикового значения через второй ключ, а выход блока сравнения подключен к первому информационному входу первого коммутатора, выходом подключенного к управляющему входу регулятора амплитуды.

Введенные новые элементы и функциональные связи позволяют осуществлять два режима работы устройства: режим А - формирование последовательности импульсных сигналов фиксированной амплитуды с заранее заданной скважностью, режим Б - формирование последовательности пакетов синусоидальных сигналов с линейно убывающей амплитудой в пределах каждого пакета от одного и того же постоянного значения, заданного величиной опорного напряжения и линейно возрастающей частотой в пределах каждого пакета синусоидальных сигналов, что обусловлено выполнением генератора периодических сигналов с регулируемой частотой.

На чертеже приведена структурная схема устройства для регулирования колебаний.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 периодических сигналов, регулятор 2 амплитуды, первый ключ 3, усилитель 4 мощности, вибратор 5, вибропреобразователь 6, согласующий усилитель 7, а также последовательно соединенные измеритель 8 пикового значения, блок 9 памяти, блок 10 сравнения, последовательно соединенные формирователь 11 прямоугольных сигналов, инвертор 12, а также первый счетчик 13, первый дифференцирующий блок 14, элемент И 15, первый и второй триггеры 16, 17 соответственно, второй дифференцирующий блок 18, задатчик 19 числа импульсов, третий дифференцирующий блок 20, второй счетчик 21, цифроаналоговый преобразователь 22, первый, второй и третий коммутаторы 23, 24, 25, второй, третий, четвертый, пятый ключи 26, 27, 28, 29 соответственно, пороговый элемент 30, сумматор 31.

Блоки устройства для регулирования колебаний соединены следующим образом. Выход генератора 1 периодических сигналов через регулятор 2 амплитуды соединен с входом первого ключа 3, выход которого через усилитель 4 мощности подключен к обмотке подвижной катушки вибратора 5. На испытуемом объекте (на чертеже не показан и не обозначен) установлен вибропреобразователь 6, выходом подключенный к входу усилителя 7. Выход согласующего усилителя 7 подключен к входу измерителя 8 пикового значения через второй ключ 26.

Вход дифференцирующего блока 18 подключен к выходу инвертора 12, а выход блока 18 подключен к R-входу первого триггера 16 через третий коммутатор 25. Вход формирователя 11 прямоугольных сигналов подключен к выходу регулятора 2 амплитуды, а выход через последовательно соединенные первый дифференцирующий блок 14 и элемент И 15 подключен к S-входу первого триггера 16. Вход инвертора 12 подключен к выходу формирователя 11 прямоугольных сигналов. Выход формирователя 11 прямоугольных сигналов подключен также к объединенным входам третьего и четвертого ключей 27, 28, выходы которых подключены к счетным входам первого и второго счетчиков 13, 21 импульсов соответственно. Выходы прямых разрядов счетчика 21 подключены к входам цифроаналогового преобразователя 22, выход которого подключен к управляющему входу генератора 1 периодических сигналов, объединенному с вычитающим входом сумматора 31, суммирующий вход которого подключен к шине источника опорного напряжения U_оп, а выход - к объединенным второму входу первого коммутатора 23 и входу порогового элемента 30, выходом подключенного к объединенным входу "Сброс" второго счетчика 21 импульсов, вторым входам третьего коммутатора 25 и второго коммутатора 24, выходом подключенного к R-входу второго триггера 17, инверсный выход которого подключен к управляющему входу третьего ключа 27.

Прямой выход второго триггера 17 подключен к второму входу элемента И 15 непосредственно, а через пятый ключ 29 - к управляющему входу четвертого ключа 28. Прямой выход триггера 16 подключен к объединенным управляющим входам ключа 3 и блока 9 памяти, а через блок 20 дифференцирования - к первому входу второго коммутатора 24.

Выход ключа 3 через задатчик 19 числа импульсов подключен к входу "Сброс" счетчика 13 импульсов. Выход блока 10 сравнения подключен к первому входу первого коммутатора 23, выход которого подключен к управляющему входу регулятора 2 амплитуды. Выход переполнения счетчика 13 подключен к S-входу второго триггера 17.

Устройство для регулирования колебаний работает следующим образом.

Режим А. Формирование импульсных сигналов фиксированной амплитуды, определяемой величиной опорного напряжения U_оп на входе блока 10 сравнения и фиксированной скважности, определяемой моментами появления сигнала на выходе счетчика 13 импульсов.

В этом режиме на управляющих входах первого 23, второго 24, третьего 25 коммутаторов нулевой сигнал. Поэтому выход первого коммутатора 23 соединен с его первым входом (выходом блока 10 сравнения). Выход коммутатора 24 соединен с его первым входом (выходом блока 20 дифференцирования). Кроме того, в исходном состоянии триггер 17 устанавливается в нуль путем подачи сигнала на R-вход, благодаря чему ключ 27 оказывается замкнутым (т.е. состояние ключа 27 однозначно определяется состоянием триггера 17). Выход коммутатора 25 соединен с его первым входом (выходом блока 18 дифференцирования). Триггер 16 в исходном состоянии находится в нуле, поэтому ключ 3 разомкнут и сигнал с выхода задающего генератора 1 не поступает в обмотку подвижной части вибратора 5, работа которого блокирована.

На управляющем входе ключа 26 единица (ключ 26 замкнут), на управляющем входе ключа 29 нуль (ключ 29 разомкнут). Генератор 1 периодических сигналов вырабатывает на выходе синусоидальные сигналы, которые через регулятор 2 амплитуды поступают на вход ключа 3 и на вход формирователя 11 прямоугольных сигналов, на выходе которого формируются прямоугольные сигналы, соответствующие положительным полупериодам синусоидальных сигналов. Эти прямоугольные сигналы дифференцируются первым дифференцирующим блоком 14. Одновременно инвертированные инвертором 12 прямоугольные сигналы поступают на вход второго дифференцирующего блока 18.

Таким образом, на выходах дифференцирующих блоков 14, 18 формируются короткие импульсы, соответствующие передним и задним фронтам прямоугольных сигналов соответственно. Сигнал с выхода формирователя 11 прямоугольных сигналов поступает также через замкнутый ключ 27 на счетный вход счетчика 13, работающего в режиме делителя частоты импульсов импульсной последовательности, поступающей на его вход. При переполнении счетчика 13 импульсов на его выходе формируется сигнал, поступающий на S-вход триггера 17 и устанавливающий его в единицу. Таким образом, на втором входе элемента И 15 оказывается единичный сигнал и при поступлении на первый вход элемента И 15 импульса с выхода дифференцирующего блока 14 на выходе элемента И 15 формируется импульс, устанавливающий триггер 16 в единицу. При этом ключ 3 замыкается и импульсный сигнал, соответствующий положительной полуволне синусоидального сигнала с выхода регулятора 2 амплитуды поступает через ключ 3 и усилитель 4 мощности в обмотку подвижной катушки вибратора 5, тем самым формируя импульс возбуждения вибратора 5.

Одновременно сигнал с прямого выхода триггера 16 подается на управляющий вход блока 9 памяти и подготавливает его к измерению выходного сигнала (пикового значения) вибропреобразователя 6. Сигнал с выхода вибропреобразователя 6 через согласующий усилитель 7, замкнутый ключ 26 и измеритель 8 пиковых значений поступает на сигнальный вход блока 9 памяти, который фиксирует максимальное значение сигнала до начала следующего полусинусоидального импульса на выходе усилителя 7. Зафиксированное в блоке 9 памяти напряжение в момент паузы сравнивается с опорным напряжением U_оп в блоке 10 сравнения и подается на управляющий вход регулятора 2 амплитуды, подстраивая амплитуду полусинусоидальных импульсных сигналов до уровня, задаваемого опорным напряжением U_оп.

В момент окончания очередного полусинусоидального импульса на R-вход триггера 16 с выхода второго дифференцирующего блока 18 поступает короткий импульс, устанавливающий триггер 16 в нуль, тем самым размыкается ключ 3 и отключается блок 9 памяти. Одновременно сигнал с прямого выхода триггера 16 дифференцируется третьим дифференцирующим блоком 20 и поступает через коммутатор 24 на R-вход триггера 17, устанавливая его в нуль. При этом на выходе элемента И 15 импульсные сигналы не формируются.

Задатчик 19 числа импульсов, подключенный входом к выходу ключа 3, подсчитывает число импульсов возбуждения вибратора 5 и при достижении заранее установленного их количества останавливается счетчик 13, что приводит к устойчивому нулевому состоянию триггера 16, разомкнутому состоянию ключа 3 и отсутствию импульсов возбуждения вибратора 5.

Режим Б. Формирование последовательности пакетов синусоидальных сигналов с убывающей амплитудой в каждом пакете от одного и того же начального значения, заданного источником опорного напряжения U_оп и возрастающей частотой синусоидального сигнала в пределах каждого пакета.

В этом режиме на управляющих входах трех коммутаторов 23,24,25 - единичные сигналы. Поэтому выход первого коммутатора 23 соединен с его вторым входом (выходом сумматора 31). Выходы второго и третьего коммутаторов 24, 25 соединены с их вторыми входами (выходом порогового элемента 30). На управляющем входе ключа 26 нулевой сигнал, поэтому ключ 26 разомкнут. На управляющем входе ключа 29 единичный сигнал, поэтому ключ 29 в этом режиме постоянно замкнут.

В исходном состоянии триггеры 16, 17 установлены в нуль, поэтому ключ 3 разомкнут, а ключ 27 замкнут, ключ 28 разомкнут, так как на его управляющем входе нулевой сигнал (триггер 17 установлен в нуль). Как и в режиме "А" сигнал с выхода формирователя 11 прямоугольных сигналов через замкнутый ключ 27 поступает на счетный вход счетчика 13, формирующего паузу между полусинусоидальными сигналами для возбуждения вибратора 5.

При появлении импульса переполнения на выходе счетчика 13 импульсов триггер 17 устанавливается в единицу импульсом, поступающим на его S-вход, благодаря чему ключ 28 замыкается, а ключ 27 размыкается. Очередной положительный импульс с выхода дифференцирующего блока 14 проходит через элемент И 15 на S-вход триггера 16, устанавливая его в единицу. При этом ключ 3 замыкается и синусоидальный сигнал с выхода регулятора 2 амплитуды через ключ 3 поступает в обмотку подвижной катушки вибратора 5.

На счетный вход счетчика 21 поступают импульсы, соответствующие положительным полупериодам синусоидального сигнала с выхода регулятора 2 амплитуды. Содержимое счетчика 21 после каждого импульса увеличивается на единицу младшего разряда, а на выходе цифроаналогового преобразователя 22 формируется линейно возрастающее напряжение, поступающее на управляющий вход генератора 1 периодических сигналов, благодаря чему происходит линейное увеличение частоты синусоидального сигнала на выходе генератора 1. Одновременно линейно возрастающий сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 22 поступает на вычитающий вход сумматора 31, на суммирующий вход которого поступает постоянное опорное напряжение. Поэтому на выходе сумматора 31 формируется линейно падающее от уровня опорного напряжения напряжение, поступающее через первый коммутатор 23 на управляющий вход регулятора 2 амплитуды. Таким образом, на выходе регулятора 2 амплитуды формируется синусоидальный сигнал возрастающей частоты, амплитуда каждого периода которого линейно уменьшается.

При заранее заданной величине сигнала на выходе сумматора 31 формируется сигнал на выходе порогового элемента 30. При этом счетчик 21 обнуляется по сигналу, поступающему на его вход "Сброс", а триггеры 16, 17 устанавливаются в нуль. При этом ключ 27 снова замыкается, а ключ 3 размыкается. Снова начинается формирование паузы между импульсными сигналами для возбуждения вибратора 5. Указанные процессы периодически повторяются.

Задатчик 19 числа импульсов как и ранее подсчитывает число периодов синусоидального сигнала на выходе ключа 3 и при достижении заранее заданного их количества останавливает счетчик 13 импульсов, что приводит к прекращению режима формирования пакетов синусоидальных сигналов для возбуждения вибратора 5.