RU2025686C1

RU2025686C1 - Low frequency vibration table

Info

Publication number: RU2025686C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Чистяков; Н.В. Трифонов
Original assignee: Научно-исследовательский институт импульсной техники
Priority date: 1992-06-26
Filing date: 1992-06-26
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: testing of seismometric instrumentation. SUBSTANCE: low frequency vibration table has a movable system connected through a suspension to the base installed on foundation, vibration meter, oscillation exciters connected through immovable parts to the base and through movable parts to movable system, amplifier and reference generator. Foundation is connected to the soil through elastic members. Seismic transformer is installed on the foundation in such a manner, that its sensitivity axis is directed along the axis of generated oscillations. Force detectors linked through immovable part to the soil and through immovable one to the foundation are introduced, as well as the first and the second filters, the second amplifier and integrator. The first and the second filter inputs are connected to the seismic transformer output. The second amplifier input is connected to the output of the first filter, and its output is connected to inputs of force detectors. The first, second and third integrator inputs are connected to outputs of vibration meter, reference generator and the second filter correspondingly. Output of the integrator is connected to input of the first amplifier. EFFECT: increased accuracy when reproducing oscillations. 1 dwg

Description

Изобретение относится к виброиспытательной технике, а именно к вертикальным вибростендам для испытаний сейсмометрической аппаратуры в диапазоне инфранизких частот от 0,01 до 20 Гц. The invention relates to vibration testing equipment, in particular to vertical vibration stands for testing seismometric equipment in the range of infra-low frequencies from 0.01 to 20 Hz.

Известен автоколебательный вибростенд, который содержит подвижную систему, установленную в упругом подвесе, датчик скорости, подвижная часть которого закреплена на подвижной системе стенда, а статор - на корпусе. Выход датчика скорости через усилитель соединен с входом магнитоэлектрического или электромагнитного возбудителя колебаний. Возбуждение синусоидальных колебаний в таком стенде осуществляется за счет цепи положительной обратной связи, содержащей датчик скорости, усилитель и возбудитель колебаний. Недостатком вибростенда является нестабильность частоты и амплитуды воспроизводимых синусоидальных колебаний, которая обусловлена изменением сил трения в подвесе, изменением во времени коэффициента преобразования усилителя, переходными тепловыми процессами в обмотке возбудителей колебаний и другими причинами. Кроме того, в таком стенде затруднена перестройка частоты колебаний. По этой причине он может использоваться лишь для воспроизведения синусоидальных колебаний на фиксированных частотах. A self-oscillating vibrostand is known, which comprises a movable system installed in an elastic suspension, a speed sensor, the movable part of which is fixed to the movable system of the stand, and the stator to the housing. The output of the speed sensor through the amplifier is connected to the input of the magnetoelectric or electromagnetic exciter. The excitation of sinusoidal oscillations in such a stand is carried out by a positive feedback circuit containing a speed sensor, an amplifier and an exciter of oscillations. The disadvantage of the vibration stand is the instability of the frequency and amplitude of reproduced sinusoidal oscillations, which is caused by a change in the friction forces in the suspension, a change in the conversion coefficient of the amplifier over time, transient thermal processes in the winding of the excitation paths, and other reasons. In addition, in such a stand, the tuning of the oscillation frequency is difficult. For this reason, it can only be used to reproduce sinusoidal oscillations at fixed frequencies.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является низкочастотный вибростенд, который содержит основание, установленное на фундаменте, платформу, подвижную систему для установки испытуемого изделия, две стойки, шарнирно связанные с платформой и основанием и образующие с ними параллелограммный механизм, упругий подвес платформы, механизм натяжения упругого подвеса, электродинамическую систему возбуждения колебаний платформы, состоящую из четырех или восьми вибровозбудителей, виброметр, установленный на платформе, усилитель, выход которого соединен с вибровозбудителями, а входы - с выходами виброметра и задающего генератора. Виброметр, усилитель и возбудители колебаний образуют контур отрицательной обратной связи по перемещению платформы. Это позволяет повысить качество воспроизводимых синусоидальных колебаний в диапазоне частот от 0,01 до 20 Гц. The closest technical solution to the proposed one is a low-frequency vibration bench, which contains a base mounted on a foundation, a platform, a movable system for installing the test product, two racks pivotally connected to the platform and the base and forming a parallelogram mechanism with them, an elastic suspension of the platform, an elastic tension mechanism suspension, electrodynamic system for excitation of platform oscillations, consisting of four or eight vibration exciters, a vibrometer mounted on the platform, efforts spruce, whose output is connected to the exciters and inputs - with the vibrometer and the oscillator output. The vibrometer, amplifier and vibration exciters form a negative feedback loop on the movement of the platform. This improves the quality of reproducible sinusoidal oscillations in the frequency range from 0.01 to 20 Hz.

Недостаток этого низкочастотного вибростенда заключается в том, что помимо синусоидальных колебаний подвижная система воспроизводит случайные сейсмические колебания, передаваемые с фундамента, на котором расположен вибростенд. При эксплуатации вибрационных стендов в зоне промышленных объектов погрешность от случайных сейсмических движений при амплитудах воспроизводимых колебаний, меньших 10 мкм, может достигать десятков процентов. The disadvantage of this low-frequency vibration bench is that in addition to sinusoidal vibrations, the mobile system reproduces random seismic vibrations transmitted from the foundation on which the vibration bench is located. When operating vibration stands in the area of industrial facilities, the error from random seismic movements with reproducible vibration amplitudes less than 10 microns can reach tens of percent.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения вертикальных синусоидальных колебаний путем компенсации случайных сейсмических движений фундамента. The aim of the invention is to increase the accuracy of reproduction of vertical sinusoidal vibrations by compensating for random seismic movements of the foundation.

Эта цель достигается тем, что в низкочастотном вибростенде, содержащем подвижную систему, соединенную посредством подвеса с основанием, установленным на фундаменте, виброметр, возбудители колебаний, соединенные неподвижными частями с основанием, а подвижными - с подвижной системой, усилитель и задающий генератор, фундамент связан с грунтом посредством упругих элементов, на фундаменте установлен сейсмопреобразователь, так что его ось чувствительности направлена по оси воспроизводимых колебаний, дополнительно введены датчики силы, соединенные не подвижной частью с грунтом, а подвижной - с фундаментом, первый и второй фильтры, второй усилитель и сумматор, входы первого и второго фильтров соединены с выходом сейсмопреобразователя, вход второго усилителя соединен с выходом первого фильтра, а выход - с входами датчиков силы, первый, второй и третий входы сумматора соединены соответственно с выходами датчика перемещений, задающего генератора и второго фильтра, а выход - с входом первого усилителя. This goal is achieved by the fact that in a low-frequency vibration bench containing a movable system connected via a suspension to a base mounted on a foundation, a vibrometer, vibration exciters connected by stationary parts to the base, and movable ones with a movable system, an amplifier and a master oscillator, the foundation is connected with soil through elastic elements, a seismic transducer is installed on the foundation, so that its sensitivity axis is directed along the axis of reproducible vibrations, additional force sensors are introduced, soy they are not movable with the soil, but movable with the foundation, the first and second filters, the second amplifier and adder, the inputs of the first and second filters are connected to the output of the seismic transducer, the input of the second amplifier is connected to the output of the first filter, and the output to the inputs of the force sensors, the first, second and third inputs of the adder are connected respectively to the outputs of the displacement sensor, the master oscillator and the second filter, and the output is connected to the input of the first amplifier.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого низкочастотного вибростенда. The drawing shows a functional diagram of the proposed low-frequency vibration stand.

Низкочастотный вибростенд содержит подвижную систему 1, основание с фундаментом 2, виброметр 3, первый усилитель 4, возбудитель колебаний 5, задающий генератор 6, измерительную систему 7, сумматор 8, сейсмопреобразователь 9, первый фильтр 10, второй усилитель 11, датчики силы 12, второй фильтр 13 и упругие элементы 14. Фундамент 2 связан с грунтом посредством упругих элементов 14. На фундаменте установлен сейсмопреобразователь 9 так, что его ось чувствительности направлена по оси воспроизводимых колебаний. Возбудители колебаний 5 соединены неподвижными частями с основанием 2, а подвижными - с подвижной системой 1. Датчики силы 12 соединены неподвижной частью с грунтом, а подвижной - с фундаментом 2. Входы первого 10 и второго 13 фильтров соединены с выходом сейсмопреобразователя 9. Вход второго усилителя 11 соединен с выходом первого фильтра 10, а выход - с входами датчиков силы 12. Первый, второй и третий входы сумматора 8 соединены соответственно с выходами виброметра 3, задающего генератора 6 и второго фильтра 13, а выход - с входом первого усилителя 4. Вход измерительной системы 7 соединен с выходом виброметра 3. The low-frequency vibration bench contains a movable system 1, a base with a foundation 2, a vibrometer 3, a first amplifier 4, an exciter 5, a master oscillator 6, a measuring system 7, an adder 8, a seismic transducer 9, a first filter 10, a second amplifier 11, force sensors 12, and a second a filter 13 and elastic elements 14. The foundation 2 is connected to the ground by means of elastic elements 14. A seismic transducer 9 is installed on the foundation so that its sensitivity axis is directed along the axis of reproduced vibrations. Vibration causative agents 5 are connected by fixed parts to base 2, and moving ones - with mobile system 1. Force sensors 12 are connected by a fixed part to the ground, and mobile - by a foundation 2. The inputs of the first 10 and second 13 filters are connected to the output of the seismic transducer 9. The input of the second amplifier 11 is connected to the output of the first filter 10, and the output to the inputs of the force sensors 12. The first, second and third inputs of the adder 8 are connected respectively to the outputs of the vibrometer 3, the master oscillator 6 and the second filter 13, and the output is connected to the input of the first amplifier 4. In One of the measuring system 7 is connected to the output of the vibrometer 3.

Низкочастотный вибростенд работает следующим образом. The low-frequency vibration stand works as follows.

Сигнал от задающего генератора 6 через сумматор 8, усилитель 4 и возбудители колебаний 5 сообщает подвижной системе 1 колебания, которые измеряются виброметром 3. Подвижная система 1, виброметр 3, сумматор 8, усилитель 4 и возбудители колебаний 5 образуют контур отрицательной обратной связи по перемещению подвижной системы 1. При перекосных движениях фундамента Y_п часть из них передается через пружины 14 на фундамент 2 (перемещения Y₁), а затем на подвижную систему 1 (перемещения Y₂). Для компенсации случайных движений подвижной системы в низкочастотный вибростенд введено два контура компенсации. Первый из них содержит сейсмопреобразователь 9, который измеряет движения фундамента 2 Y₂, первый фильтр 10, формирующий необходимую частотную характеристику, усилитель 11 и датчик силы 12. Этот контур осуществляет компенсацию случайных движений фундамента 2 за счет отрицательной обратной связи по перемещениям фундамента 2. Второй контур компенсации содержит сейсмопреобразователь 9, второй фильтр 13, сумматор 8, усилитель 4 и возбудители колебаний 5. Этот контур осуществляет дополнительную компенсацию случайных сейсмических движений подвижной системы 1.The signal from the master oscillator 6 through the adder 8, the amplifier 4 and vibration exciters 5 informs the mobile system 1 of the vibrations measured by the vibrometer 3. The mobile system 1, the vibrometer 3, the adder 8, the amplifier 4 and the vibration exciters 5 form a negative feedback loop for moving the mobile systems 1. When the foundation movements Y _{p are} skewed, part of them is transmitted through the springs 14 to the foundation 2 (displacements Y ₁ ), and then to the mobile system 1 (displacements Y ₂ ). To compensate for accidental movements of the mobile system, two compensation loops are introduced into the low-frequency vibration stand. The first of them contains a seismic transducer 9, which measures the movement of the foundation 2 Y ₂ , the first filter 10, which forms the necessary frequency response, an amplifier 11 and a force sensor 12. This circuit compensates for random movements of the foundation 2 due to negative feedback on the movements of the foundation 2. Second The compensation circuit contains a seismic transducer 9, a second filter 13, an adder 8, an amplifier 4, and vibration exciters 5. This circuit provides additional compensation for random seismic movements of mobile 1 st system.

Компенсация случайных сейсмических движений осуществляется следующим образом. Compensation for random seismic movements is as follows.

Сейсмические шумы поверхности Земли передаются через упругие элементы 14 на фундамент 2 с установленным на нем основанием и измеряются сейсмометром 9. Выходной сигнал сейсмометра 9 после фильтрации первым фильтром 10 и усиления вторым усилителем 11 подается на входы датчиков силы 12, которые перемещают фундамент 2 так, чтобы его движения были близкими к нулю. Для последующего уменьшения сейсмических колебаний, передаваемых на подвижную систему 1 от фундамента 2, введен второй контур компенсации, в котором сигнал о движениях фундамента 2 с выхода сейсмометра 9 через усилитель мощности 4 поступает на возбудитель колебаний 5, который воздействует на подвижную систему 1 так, что она движется в сторону, противоположную движению фундамента 2. Seismic noise of the Earth’s surface is transmitted through elastic elements 14 to the foundation 2 with the base installed on it and measured by the seismometer 9. The output signal of the seismometer 9 after filtering by the first filter 10 and amplification by the second amplifier 11 is fed to the inputs of the force sensors 12, which move the foundation 2 so that his movements were close to zero. To further reduce the seismic vibrations transmitted to the mobile system 1 from the foundation 2, a second compensation circuit is introduced, in which the signal about the movements of the foundation 2 from the output of the seismometer 9 through the power amplifier 4 is supplied to the vibration exciter 5, which acts on the mobile system 1 so that it moves in the direction opposite to the movement of the foundation 2.

Подвижная система 1, виброметр 3, усилитель 4, возбудители колебаний 5 и основание с фундаментом 2 образуют единую конструкцию, в качестве которой может быть использована, например, установка ПСВУ, изготавливаемая ОКБ ИФЗ АН СССР. При этом виброметр 3 выполнен емкостным, усилители 4 и 11 выполнены на операционных усилителях и транзисторах и имеют полосу пропускания от нулевых частот до 100 Гц. Возбудители колебаний 5 могут быть электродинамическими. В качестве сейсмопреобразователя 9 могут быть использованы сейсмометр СМ-3 или сейсмостанция ССМ, изготавливаемые ОКБ ИФЗ АН СССР. Фильтры 10 и 13 представляют собой интегродифференцирующие цепи с передаточными функциями
W_ф(p) =

где T_i, T_j - постоянные времени дифференцирующих и интегрирующих звеньев. Датчики силы 12 - электродинамического типа, упругие элементы 14 могут быть изготовлены в виде витых пружин сжатия. В качестве задающего генератора могут использоваться генераторы типа Г3-110, Г6-33 и т.п., а измерительной системой может служить цифровой вольтметр В7-43.The mobile system 1, the vibrometer 3, the amplifier 4, the exciters 5 and the base with the foundation 2 form a single structure, which can be used, for example, PSVU installation manufactured by OKB IFZ AN USSR. In this case, the vibrometer 3 is capacitive, the amplifiers 4 and 11 are made on operational amplifiers and transistors and have a passband from zero frequencies to 100 Hz. The causative agents of oscillations 5 may be electrodynamic. As the seismic transducer 9, the SM-3 seismometer or the SSM seismic station manufactured by OKB IPZ AN SSSR can be used.

Filters

10 and 13 are integro-differentiating circuits with transfer functions
W _f (p) =

where T _i , T _j - time constants of differentiating and integrating links. The force sensors 12 are of the electrodynamic type, the elastic elements 14 can be made in the form of twisted compression springs. Generators of the type G3-110, G6-33, etc., can be used as a master oscillator, and a digital voltmeter V7-43 can serve as a measuring system.

Экспериментальные исследования показали, что использование в низкочастотном вибростенде двуступенчатой системы компенсации случайных сейсмических шумов позволило уменьшить их уровень более, чем в 10 раз. Это позволяет воспроизводить с помощью предложенного вибростенда синусоидальные колебания в диапазоне частот от 0,01 до 20 Гц при уровне сейсмических шумов не более 1 мкм. Experimental studies have shown that the use of a two-stage system for compensating for random seismic noise in a low-frequency vibration bench made it possible to reduce their level by more than 10 times. This allows you to reproduce using the proposed vibrator stand sinusoidal oscillations in the frequency range from 0.01 to 20 Hz at a seismic noise level of not more than 1 μm.

Claims

A LOW FREQUENCY VIBROSTEND, comprising a movable system connected by suspension to a base mounted on a foundation, a vibrometer, vibration exciters connected by stationary parts to the base, and mobile - with a movable system, an amplifier and a master oscillator, characterized in that, in order to increase the accuracy of reproduction vibrations, the foundation is connected to the ground by means of elastic elements, a seismic transducer, force sensors connected by the fixed part to the ground are additionally introduced into the vibrating stand, and one with the foundation, the first and second filters, the second amplifier and adder, the inputs of the first and second filters are connected to the output of the seismic transducer, the input of the second amplifier is connected to the output of the first filter, and the output is connected to the inputs of the force sensors, the first and third inputs of the adder are connected respectively to the outputs of the vibrometer, the master oscillator and the second filter, and the output is with the input of the first amplifier, and the seismic transducer is mounted on the foundation so that its sensitivity axis is directed along the axis of vibration reproduction.