SU1619088A1 - Камертонный стенд - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к испытательной технике, а именно к камертонным стендам дл  испытаний на вибрацию малогабаритных изделий и образцов материалов, а также дл  позерки и калибровки виброизмерительных преобразователей. Цель изобретени  - расширение диапазона воспроизводимой вибрации при заданном уровне нелинейных искажений. Камертонный стенд содержит камертон 2 и привод камертона, включающий блок питани , а также магнитно-взаимодействующие статор с индуктивным элементом, подключенным к выходу блока питани , и  корь, механически жестко св занный с ветвью камертона. Блок питани  привода камертона выполнен в виде импульсного дозатора 9 возбуждени  с ключами и управл ющей схемы 10 коммутации. 2 з,п. ф-лы, 5 ил. fe FrnFil Оч ю О 00 со

Description

Изобретение относитс  к испытательной технике, а именно к камертонным стен- дам дл  испытаний на вибрацию малогабаритных изделий и образцов материалов , а также дл  поверки и калибровки виброизмерительных преобразователей.

Цель изобретени  - расширение технологических возможностей за счет увеличени  диапазона амплитуд воспроизводимой камертонным стендом вибрации, а также обеспечение стабильной частоты колебаний , снижение трудоемкости испытаний и уровн  нелинейных искажений.

На фиг.1 изображен вариант выполнени  стенда с электрическим задающим генератором; на фиг.2 - вариант выполнени  стенда с виброизмерительным преобразователем скорости в цепи обратной св зи; на фиг.З - вариант выполнени  стенда с виброизмерительным преобразователем ускорени ; на фиг.4, 5-эпюры напр жений, токов, силы, ускорени  и скорости при работе вариантов стенда.

Камертонный стенд включает основание 1, на котором закреплен камертон 2, снабженный гнездами дл  присоединени  испытуемых объектов 3 и системой 4 измерени  вибросмещений. Приводна  система возбуждени  резонансных колебаний камертона 2 содержит статор из двух последо- вательно соединенных катушек 5 возбуждени , кажда  из которых размещена на соответствующем магнитопроводе б и установлена с возможностью магнитного взаимодействи  с камертоном 2, изготовленным из магнитного материала и выполн ющим благодар  этому функцию  кор  привода.

Катушки 5 возбуждени  на магнитопро- водах 6 установлены с возможностью перемещени  вдоль длины камертона 3, например путем закреплени  их на плате 7, перемещаемой и фиксируемой в направл ющих 8, что обеспечивает возможность выбора положени  горизонтальной плоскости симметрии А-А катушек 5 в области I/L 0,2±0,1,  вл ющейс  окрестностью узлов (неподвижных точек) второй 1/L 0,226 и третьей I/L 0,132 форм колебаний.

Конкретное положение катушек находитс  экспериментально по минимуму нели- нейных искажений, определ емых с помощью системы 4 измерени  вибросмещений .

Блок питани  привода выполнен в виде импульсного дозатора 9 возбуждени  и управл ющей им схемы 10 коммутации. Импульсный дозатор 9 возбуждени  состоит из двух каналов, каждые из которых содержит источник 11(16) тока, к выходу которого подключены параллельно конденсатор-накопитель 12(17) восполн емой энергии и вентиль 13(18), катод которого соединен с плюсовой клеммой источника 11 (16) тока. К выходу источника 11(16) тока подключены также последовательно соединенные между собой и включенные каждый в направлении пропускани  тока источника 11(16) первый и второй ключи 14(19), 15(20), между точками

0 соединени  первого 14 и второго 15 ключей одного плеча, а также первого 19 и второго 20 ключей другого плеча включен конденсатор-накопитель 21 колебательной энергии, а вторые ключи 15 и 20 обеих плеч соединены

5 между собой и подключены к индуктивному элементу статоров привода камертона - последовательно соединенным катушкам 5 воз- буждени , образующим совместно с последовательно соединенными при комму0 тации ключей 14, 15 и 19, 20 конденсаторами-накопител ми 21 и 12(17) колебательной и восполн емой энергии параллельный колебательный контур.

Схема 10 коммутации в первом вариан5 те выполнени  (фиг.1) содержит последовательно включенные источник управл ющего сигнала - электрический задающий генератор 22, делитель частоты на четное число, D-триггер, D-вход которого соединен с ин0 вертирующим выходом 23 и устройство управлени  ключами 14, 15, 19 и 20 импульсного дозатора возбуждени  - последовательно соединенные переходной конденсатор 24 и первична  обмотка 25

5 дифференцирующего импульсного трансформатора 26 с двум  парами выходных обмоток 27,28 и 29,30, имеющими одинаковое направление витков в каждой паре и противоположное направление витков в разных1

0 парах обмоток.

Стенд содержит также устройства регистрации электрических сигналов от испытуемых объектов (на фиг.1 - 3 дл  упрощени  показано только одно такое устройство 31,

5 включающее входной фильтр 32, обеспечивающий подавление сигналов с частотой выше частоты колебаний камертона 2, и регистрирующее устройство 33.

Во втором варианте выполнени  (фиг.2)

0 камертонный стенд дополнительно содержит устройство 34 запуска камертона - последовательно соединенные кнопку 35 запуска, разв зывающий диод 36 и источник 37 тока, подключенные параллельно им5 пульсному дозатору 9 возбуждени . При этом в схеме 10 коммутации блока питани  привода камертона задающий генератор выполнен в виде последовательно соединенных виброизмерительного преобразовател  38 скорости перемещени  камертона,

полосового фильтра 39, усилител -ограничител  40 и дифференцирующей цепочки 41 с фиксирующим диодом 42.

Дифференцирующа  цепочка 41 с фиксирующим диодом 42 обеспечивают выходные импульсы в моменты перехода скорости движени   кор  привода камертона (аетви камертона 2) относительно статора (катушки 5 возбуждени  на магчитопроводе 6) через нуль при его движении по направлению к статору, что обеспечиваетс  соответствующей коммутацией обмотки преобразовател  38 скорости, выбором незаземл емого входа усилител -ограничител  40 и пол рности включени  фиксирующего диода 42. Кроме того, выбором индуктивности катушек 5 возбуждение, а также емкостей - он- денсаторов-накопителей воспопн емой 12(17) и колебательной 21 энергии сбеспе- чиааетс  отношение длительности полупериода колебаний камертона (TI) и длительности полупериода колебаний параллельного колебательного контура, образованного соединенными с помощью схемы 10 коммутации конденсаторами импульсного дозатора возбуждени  и последовательно включенными катушками 5 возбуждени  (ri) в пределах tk/ra 0.1...0.5, при котором обеспечиваетс  эффективна  передача энергии возбуждени  в камертон ( 0,5 на фиг.7, 0,13 на фиг.8).

В третьем варианте выполнени  стенда (фиг.З) а схеме 10 коммутации блока питани  привода камертона в качестве входного элемента источника управл ющего сигнала использован виброизмерительный преобразователь 43 ускорени , механически св занный с -ветвью камертона 2. При этом дифференцирующа  цепочка 41 с фиксирующим диодом 42 в одном случае обеспечивает выходные импульсы в моменты перехода ускорени  ветви камертона через нуль при ее движении по направлению к статору, а отношение Гк/Г2 0,1...0,25. В другом случае дифференцирующа  цепочка 41 с фиксирующим диодом 42 обеспечивает выходные импульсы в моменты перехода ускорени  ветви камертона через нуль при ее движении по направлению от статора, s отношение rkAz 0,75..1, Гй/Г2 0,13на фиг.8, 1 на фиг.9.

По вление выходных импульсов в требуемые моменты времени обеспечиваетс  соответствующей коммутацией выходного сигнала преобразовател  43 ускорений, выбором незаземленного входа усилител -ограничител  40 и пол рности включени  фиксирующего диода 42. Выбор указанного отношени  осуществл етс  таким

же образом, как указано при описании второго варианта выполнени  стенда.

Камертонный стенд (фиг. 1 - 3) работает следующим образом.

5Источник 11(16) тока обеспечивает зар д конденсатора - накопител  12(17) восполн емой энергии . Управление разр дом накопителей 12 и 17 осуществл етс  ключами 14, 20 и 15, 19 соответственно. Схема 10

10 коммутации обеспечивает чередующуюс  через период колебаний источника управл ющего сигнала попарную коммутацию ключей 14, 20 и 15,19. Открытие ключей 14, 20 приложением положительных импульсов к

5 гх управл ющим электродам создает услови  (образует цепь дн  разр да накопител  2 и оказывающегос  последовательно согласно соединенным с ним накопител  21 через катушки 5 возбуждени  - индуктив0 ный элемент статора привода камертона (фиг.4). В этот момент времени к управл ющим электролзм ключей 15, 19 приложены отрицательные импульсы, и эти ключи, остава сь закрытыми, не вли ют на протекание

5 тока разр да накопител  12. Накопитель 17 в это врем  зар жаетс  от источника 16 тока . После разр да накопителей 12 и 21 ток самоиндукции катушек 5 возбуждени  продолжает протекать через вентиль 13 и пере0 зар жает накопитель 21, что обеспечивает тем самым выполнение этим кондесатором функции накопител  колебательной энергии (фиг.4). Уменьшение протекающего гокэ самоиндукции приводит к самозакрыванию

5 ключей 14, 20.

В следующий период колебаний источника управл ющего сигнала накопитель 12 зар жаетс  от источника 11 тока, и происходит разр д другого конденсатора-накопи0 тел  17 воспламен емой энергии через открытые ключи 19 и 15 благодар  приложению положительных импульсов к их управл ющим электродам. При этом, как и в случае разр да накопител  12 (фиг.4) обеспечивает5 с  согласованное соединение зар женного накопител  17 и перезар женного в предыдущий период управл ющего сигнала накопител  21. После разр да накопителей 17 и 21 накопитель 21 перезар жаетс  по цепи, изо0 браженной ча фиг.4. В дальнейшем чередующийс  процесс разр да накопителей 12 и 17 повтор етс .

В соответствии с предложенным техническим решением последовательно соединен5 ные при коммутации конденсатор-накопитель 12(17) восполн емой энергии и конденсатор- накопитель 21 колебательной энергии совместно с индуктивным элементом статора привода камертона - катушками 5 возбуждени  образуют параллельный колебательный

контур (процесс разр да конденсаторов и перезар да накопител  21 носит колебательный характер). Выбором их емкостей конденсаторов и индуктивностей катушек 5 возбуждени  можно измен ть период колебаний этого контура и соответственно соотношение этого периода Tk и периода резонансных колебаний камертона Г2 дл  обеспечени  необходимого соотношени  этих периодов.

Потери энергии в цепи катушек 5 возбуждени  восполн ютс  за счет накоплени  энергии на накопител х 12 и 17 от источников 11,16 тока соответственно, что и обеспечивает выполнение конденсаторами функции накопителей восполн емой энергии .

Описанный процесс попарной коммутации ключей 14, 20 и 15, 19 обеспечиваетс  наличием делителей частоты колебаний источника управл ющего сигнала D-триггера в соответствующем включении 23, дифференцирующего импульсного трансформатора 26 и двум  парами выходных обмоток 27, 28 и 29, 30, имеющими одинаковое направление витков в каждой паре и противоположное направление витков в различных парах обмоток.

На фиг.4 и 5 проиллюстрированы эпюры , отражающие работу первого варианта стенда при соотношени х Гк/та 1 и

0,2.

Напр жение с выхода задающего генератора 22 (U22), имеющего период, равный периоду резонансных колебаний камертона 2 после делени  частоты на два, с помощью делител  частоты - D-триггера 23 (U23) образует на входной обмотке дифференцирующего импульсного трансформатора 25 последовательности коротких разнопол р- ных импульсов U25- Соответствующие напр жени  на парах выходных обмоток 27,28 и 29, 30 - U27.28 и U29.30 обеспечивают поочередное через период колебаний задающего генератора 22 попарное открывание ключей 14, 20 и 15. 19. Последнее, в свою очередь, вызывает чередующиес  через период колебаний задающего генератора 22 процессы зар да-разр да накопителей 12 и 17 (Ui2, Un), а также перезар д и перекоммутацию накопител  21.

В результате протекани  однопол рных импульсов тока через катушки возбуждени  привода камертона Is возникает магнитный поток ФБ , имеющий минимальное значение Фед . и действует соответствующа  сила, прит гивающа  ветви камертона к статорам привода F2. Под действием силы F2 ветви камертона движутс  со скоростью V2.

Форма импульсов тока is существенно зависит от соотношени  (фиг.4, fk/T2 1; фиг.6, tk/T2- 0,2), что, в конечном счете, определ ет величину энергии,

передаваемой камертону, Совпадение максимумов прикладываемой силы F2 с достижением максимума скорости V2 движени  камертона в направлении действи  силы обеспечивает высокую эффективность пере0 дачи энергии камертону от блока питани  его привода, при которой энерги , передаваема  камертону, достигает, как следует из законов механики, максимальной величины At

5 ( АЕ / V2 F2 dt, где At- длитель- о

ность импульса, А Е - энерги , передаваема  камертону).

Присоединенные к ветв м колеблющего0 с  камертона 2 с помощью присоединительных гнезд 3 испытуемые объекты подвергаютс  вибрационному воздействию. Соответствующа  амплитуда смещений измер етс  с помощью системы 4. Электриче5 ские сигналы от испытуемых объектов после прохождени  через фильтры 32 регистрируютс  устройством 33.

Второй и третий варианты камертонного сгенда (фиг.2 и 3) работают следующим

о образом.

Запуск стенда осуществл етс  нажатием и отпусканием кнопки 35, вызывающей протекание тока от источника 37 через разв зывающий диод 36 в катушках 5 возбуж5 дени  статора привода и соответственно прит жение к ним ветвей камертона 2. После отпускани  кнопки 35 ветви камертона начинают совершать слабо затухающие (ввиду высокой добротности камертона 2)

0 колебани , которые воспринимаютс  виброизмерительными преобразовател ми скорости 38 (фиг.2) или ускорени  43 (фиг.З), св занными с камертоном 2. Выходной сигнал преобразовател , отражающий движе5 ние камертона 2, после прохождени  фильтра 39, усилител -ограничител  40, дифференцирующей цепочки 41 с фиксирующим диодом 42 сохран ет информацию о фазе движени  камертона и используетс  в

0 качестве управл ющего сигнала взамен сигнала задающего генератора в первом варианте сгенда.

Коммутацией преобразовател  38, заземлением того или иного входа усилител 5 ограничител  40, а также выбором пол рности включени  фиксирующего диода 42 обеспечиваетс  приложение к входу D-триггера коротких положительных импульсов в моменты перехода скорости движени  ветви камертона относительно

статора через нуль при ее движении по направлению к статору. В результате этого на парах 27, 28 и 29, 30 выходных обмоток дифференцирующего трансформатора 26 (после делени  частоты на два U24) образу- ютс  импульсы коротких разиопол рных импульсов U27.28 и 1)29.30, обеспечивающие поочередное через период колебаний камертона 2 попарное открывание ключей 14, 20 и 15,19 в соответствующие моменты вре- мени. Протекающие токи разр да накопителей 12 и 17 при выборе Г|с/Г2 в пределах 0,1...0,5 обеспечивают приложение импульсов силы F2 в моменты максимумов скорости , что так же, как и в описанных случа х, приводит к эффективной передаче энергии колеблющемус  камертону. При rk/T2 0,5 импульсы силы F2 начинают в течение части своей продолжительности тормозить движение камертона, а при ть/тъ 0,1, как свидетельствуют эксперименты, необходимо такое увеличение амплитуды токов Is дл  раскачки камертона, что резко возрастают тепловые потери в катушках 5 возбуждени , также снижающие эффективность передачи энергии камертону 2 от блока питани .

Формул а изобретени  

Claims (3)

1. Камертонный стенд, содержащий ка- мертон, выполненный из магнитного материала , и привод камертона, включающий блок питани , а также взаимодействующий с камертоном статор с индуктивным элементом , подключенным к выходу блока пита- ни , отличающийс  тем, что, с целью расширени  эксплуатационных возможностей за счет увеличени  диапазона амплитуд воспроизводимой вибрации, блок питани  привода камертона выполнен в ви- де схемы коммутации и импульсного дозатора , состо щего из накопител 

колебательной энергии и двух каналов, каждый из которых состоит из параллельно соединенных источника тока, накопител  восполн емой энергии и вентил , катод которого присоединен положительному полюсу источника тока, последовательно соединенных первого и второго ключей, управл ющий вход первого ключа соединен с положительным выходом источника питани , выходы накопител  колебательной энергии соединены соответственно с входом второго ключа каждого из каналов, выходы вторых ключей каждого из каналов обьединены и подсоединены к индуктивному элементу, отрицательные выходы источников тока объединены, схема коммутации выполнена в виде последовательно соединенных задающего генератора, делител  частоты на четное число и схемы управлени  ключами, четыре выхода схемы коммутации подключены соответственно к управл ющим входам первого и второго ключей каждою из к жалов.

2.Стенд поп.1,отличающийс  тем. что, с целью снижени  трудоемкости испытаний за счет синхронизации импульса возбуждени  с фазой колебаний камертона, он снабжен блоком запуска, соединенным с индуктивным элементом, задающий генератор схемы коммутации выполнен в виде последовательно соединенных виброизмерительного преобразовател , св занного с кзмертоном, полосового фильтра, усилител -ограничител  и дифференцирующей цепочки.

3.Стенд по пп.1 и2,отличающий- с   тем, что, с целью снижени  нелинейных искажений, статор установлен с возможностью перемещени  вдоль ветви камертона в диапазоне I/L 0.2+ 0,1, где I - рассто ние статора от торца камертора, a L - длина ветви камертона.

77 -t

«B

15

2J

X77 78

29

27 78

JJ

„П2

25

.2

«0

Ha

2ffl

7

1

#-F

г

S3

i 5

Z

5