способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации
Классы МПК: | G01M7/02 испытания на вибрацию |
Автор(ы): | Баширов З.А., Тагиров Ш.Ф. |
Патентообладатель(и): | Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-10-08 публикация патента:
20.04.1999 |
Изобретение относится к испытаниям на вибрацию и может быть использовано при испытаниях изделий на случайную одномерную вибрацию для уменьшения уровня мощности паразитной боковой вибрации при заданном уровне мощности в вертикальном направлении. Техническая задача, решаемая при создании изобретения, заключается в обеспечении возможности уменьшения уровня паразитной боковой вибрации при сохранении заданного уровня вертикальной вибрации испытуемого изделия, при испытаниях на вертикальную случайную одноточечную вибрацию. Способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрацией заключается в том, что предварительно с входа вибровозбудителя до контрольной точки по трем ортогональным направлениям снимают амплитудно-частотные характеристики вибротракта, разбивают каждую частотную полосу на М частотных подполос равной ширины, вычисляют в каждой частотной подполосе средние значения амплитудно-частотных характеристик вибротакта по каждому из трех ортогональных направлений, вычисляют уровни спектра возбуждающего сигнала по формуле, при помощи полученного спектра возбуждают вибрацию в испытуемом изделии, поддерживают общий уровень дисперсии вертикальной вибрации в каждой частотной полосе в соответствии с заданным вектором дисперсий, сохраняя неизменным взаимосоотношение вычисленных коэффициентов умножения. 3 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
Способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, заключающийся в формировании спектра возбуждающего случайного сигнала в виде ступенчатой функции по заданному вектору![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-44t.gif)
дисперсий,
где Di - дисперсия в i-й частотной полосе,
N - число заданных полос, учитывающий паразитную боковую вибрацию,
отличающийся тем, что предварительно с входа вибровозбудителя до контрольной точки по трем ортогональным направлениям {x, y, z} (где z - направление основной вибрации; х, у - направления паразитной вибрации), снимают амплитудно-частотные характеристики Kx(
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-45t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-46t.gif)
где Gо - уровень спектра генератора белого шума,
и формируют спектр
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-47t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-48t.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к испытаниям на вибрацию и может быть использовано при испытаниях изделий на вертикальную случайную вибрацию для уменьшения уровня мощности паразитной боковой вибрации при заданном уровне мощности в вертикальном направлении. Известен способ испытания на гармоническую вибрацию с качающейся частотой, в котором сигнал управления формируется посредством векторного усреднения мгновенных пиковых значений ускорений трехкомпонентного виброизмерительного преобразователя (ВИП) [См. "Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара": Справочник. В 2-х кн. Кн. 2/ Под ред. В.В. Клюева.- М. : Машиностроение, 1978.- C. 157, рис.13.]. Сигнал управления может быть сформирован также в результате выделения из трех сигналов сигнала максимального уровня, или минимального уровня, или в результате вычисления среднего уровня всех сигналов, или среднеквадратичного значения сигналов. Таким образом, способ, в частности, позволяет автоматически поддерживать заданный уровень вибрации при сканировании частоты возбуждающего сигнала. Причем это может быть уровень вибрации в вертикальном направлении, или одном из боковых, или усредненный боковой, или усредненный по всем трем направлениям, или модуль векторной вибрации. Недостатком способа является отсутствие возможности уменьшения боковой вибрации при сохранении заданного уровня вибрации в основном направлении. Наиболее близким к заявляемому является способ управления спектром одномерных случайных вибраций (См. "Вибрация в технике": Справочник в 6 т. / Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.) и др.- М.: Машиностроение, 1981.- Т.5 Измерения и испытания / Под ред. М.Д. Генкина, 1981. - С.461., рис.3). Способ заключается в том, что формируют возбуждающий сигнал следующим образом. Белый шум подают на формирующие каналы, каждый из которых состоит из формирующего фильтра и перемножителя. Выходные сигналы формирующих каналов складывают между собой и возбуждают вибрацию тем, что полученный сигнал через усилитель мощности подают на вибровозбудитель, на столе которого закреплено испытываемое изделие, в контрольной точке которого установлен виброизмерительный преобразователь. Устанавливают и поддерживают необходимый спектр вибрации следующим образом. Сигнал с виброизмерительного преобразователя подают на анализирующие каналы, каждый из которых состоит из анализирующего фильтра, выпрямителя и фильтра нижних частот, таким образом, на выходах анализирующих каналов получают оценку спектра, которую сравнивают с эталонным (заданным) спектром, при помощи дискриминатора получают сигнал ошибки и подают его через усилитель обратной связи и выпрямители на перемножители формирующих каналов, вследствие чего, спектр вибрации приближается к эталонному. Способ позволяет автоматически поддерживать случайную вибрацию в одной точке с заданным вектором дисперсий. Недостатком данного способа является отсутствие возможности уменьшения боковой вибрации при сохранении заданного уровня вибрации в основном направлении. Техническая задача, решаемая при создании изобретения, заключается в обеспечении возможности уменьшения уровня паразитной боковой вибрации при сохранении заданного уровня одномерной вибрации испытываемого изделия, при испытаниях на вертикальную случайную одноточечную вибрацию. В способе управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрацией, заключающемся в формировании спектра возбуждающего случайного сигнала в виде ступенчатой функции по заданному вектору![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-2t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-3t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-4t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-5t.gif)
где GO - уровень спектра генератора белого шума, и формируют спектр
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-6t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-7t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-8t.gif)
затем разворачивают частоту гармонического сигнала от нижней
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-9t.gif)
Так же находят
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-10t.gif)
Разбивают каждую i-ю частотную полосу (i - текущий номер полосы
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-11t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-12t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-13t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-14t.gif)
где
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-15t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-16t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-17t.gif)
Запись АЧХ в ступенчатом виде представляют в виде таблицы. Вычисляют уровни Gij спектра возбуждающего сигнала из формулы
Gij= G0Q2ij
где Qij(i
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/8712.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/8712.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-18t.gif)
где GO - уровень спектра генератора белого шума. Формула для Qij выводится следующим образом. В качестве критерия оптимальности при выборе Qij используют отношение мощностей вибрации в основном и паразитном направлениях, то есть
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-19t.gif)
где Dxi, Dyi, Dzi дисперсия вибрации в i-й полосе, в направлениях x, y, z соответственно. Дисперсия пропорциональна мощности, так как
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-20t.gif)
Подобный подход используется в радиолокации при согласованной фильтрации сигнала (См. , например, Теоретические основы радиолокации/ Под ред. В.Е. Дулевича. - М.: Сов. радио, 1978.- С. 457, рис.16.4), то есть устанавливают квадрат АЧХ формирователя пропорциональным отношению
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-21t.gif)
Для обеспечения условия Dzi = Di вводят нормирующий коэффициент ci : Qij = ciLij Коэффициент ci выбирают исходя из уравнения формирователя и из заданной дисперсии
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-22t.gif)
где GO - спектр белого шума,
с учетом этого,
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-23t.gif)
Формируют спектр
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-24t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-25t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-26t.gif)
где DuXi исходная дисперсия вибрации в направлении x в i-й полосе, то есть дисперсия в случае, когда возбуждающий сигнал в i-й полосе имеет равномерный спектр,
GuXiCp - исходный средний спектр вибрации в направлении x в i-й полосе. kyi вычисляется аналогично и имеет вид
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-27t.gif)
Предложенное техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень", так как предложенные отличительные признаки позволяют получить "новое свойство" - в каждой из заданных N полос уменьшить уровень мощности боковой вибрации, при сохранении заданного уровня мощности вертикальной вибрации
На фиг. 1 приведены a) - спектр генератора белого шума, б) - схема разбиения диапазона частот на подполосы, в) - заданный спектр одномерной вибрации в виде ступенчатой функции Gзаziдср.
На фиг. 2 показаны АЧХ и спектры в одной, произвольно выбранной, i-й полосе: a) - ступенчатые аппроксимации АЧХ вибровозбудителя в трех направлениях, б) - спектры Gxij= GoK2xij, Gyij= GoK2yij, Gzij= GoK2zij вибрации, соответствующие показанным АЧХ, в) - АЧХ корректирующего эвена формирователя, пропорциональная величине Lij, г) - спектры вибрации в трех направлениях после коррекции. На фиг. 3 изображено устройство, позволяющее реализовать предлагаемый способ. Устройство содержит генератор 1 белого шума (ГБШ), N
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129015/183.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129015/183.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129015/183.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129015/183.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-28t.gif)
затем разворачивают частоту гармонического сигнала от нижней
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-29t.gif)
Так же находят амплитудно-частотные характеристики вибровозбудителя в направлении y и z
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-30t.gif)
Разбивают каждую i-ю частотную полосу (i - текущий номер полосы
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-31t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129018/916.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-32t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-33t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-34t.gif)
Вычисляют вручную уровни Gij спектра возбуждающего сигнала из формулы Gij= G0Q2ij, где Qij коэффициент умножения j-го канала формирования, который вычисляют вручную в соответствии с формулой
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-35t.gif)
где GO- уровень спектра генератора белого шума. Для этого в формирователе в каждой ij-й подполосе устанавливают коэффициент усиления Qij(i
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/8712.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/8712.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-36t.gif)
где Dxi, Dyi, Dzi - дисперсия вибрации в i-й полосе, в направлениях x, y, z соответственно). Вычисляют вручную величину
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-37t.gif)
Для обеспечения условия Dzi = Di вычисляют вручную нормирующий коэффициент ci, который находят исходя из уравнения формирователя и из заданной дисперсии
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-38t.gif)
где GO - спектр белого шума,
Вычисляют вручную коэффициенты умножения Qij вторых умножителей 4:
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-39t.gif)
и устанавливают его при помощи ручек управления коэффициентом умножения умножителей 4. Формируют спектр
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-40t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-41t.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129057/969.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129015/183.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129015/183.gif)
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-42t.gif)
складывают узкополосные сигналы в сумматоре 5, подают суммарный сигнал через коммутатор 6 и усилитель 8 мощность на вибровозбудитель 9 и возбуждают вибрацию в изделии 10, закрепленном на столе вибровозбудителя 9, при помощи виброизмерительного преобразователя 11, закрепленного в контрольной точке изделия, снимают сигнал, пропорциональный виброускорению в вертикальном направлении, подают сигнал на входы анализирующих каналов, состоящих из последовательно включенных анализирующих фильтров 15 и измерителей 16 дисперсии, при помощи делителей 17 сравнивают измеренные дисперсии Dzi с эталонными, которые представлены в виде постоянных электрических напряжений на выходе блоков 18 эталонных дисперсий, и находят N коэффициентов bi = Di/Dzi
![способ управления спектром возбуждаемой случайной одномерной вибрации, патент № 2129259](/images/patents/342/2129259/2129259-43t.gif)
Класс G01M7/02 испытания на вибрацию