SU1267377A1 - Device for controlling vibration tests - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к испытательной технике, в частности,к устройствам дл  вибрационных испытаний. Цель изобретени  - расширение области применени  систем за счет обеспечени  испытаний на виброударные воздействи . Устройство содержит последовательно соединенные вибростенд , датчик, согласующий усилитель , операционный усилитель (ОУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), спецвычислитель быстрого преобразовани  Фурье (БПФ), компаратор, спецвычислитель обратного БПФ, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП|, перемножающий 11ДП, усилитель мощности и вибростенд. Кроме того, перемножающий ЦДП включен в цепь обратной св зи ОУ, цифровые входы ИДИ объединены и подключены к информационным шинам посто нного запоминающего устройства (ПЗУ, адресные шины которого соединены с выходом счетчика адреса, вход которого через программируемый делитель частоты и элемент И соединен с выходом генератора тактовых импульсов (ГТИ), а с (О выход переноса счетчика адреса соединен с R-входом RS-триггера, выход (Л которого подключен к второму входу элемента И, а S-вход RS-триггера через второй программируемый делитель частоты соединен с выходом ГТИ, Устройство генерирует случайный широкополосный вибропроцесс ослабленного уровн  на минус 30 дБ, автомат; to тически корректирует неравномерность О5 амплитудно-частотной характеристики, а затем значительно увеличивает урооо вень вибрации во времени по закону, определ емому цифровой информацией, занесенной в ПЗУ. При этом длительность виброударного импульса и частота повторени  импульсов задаетс  программируемыми делител ми частоты. 2 ил.The invention relates to a testing apparatus, in particular, to devices for vibration testing. The purpose of the invention is to expand the scope of application of systems by providing tests for vibration impact effects. The device contains series-connected vibrostand, sensor, matching amplifier, operational amplifier (OU), analog-to-digital converter (ADC), fast Fourier transform special calculator (FFT), comparator, inverse FFT special calculator, digital-to-analog converter (DAC | multiplying 11DP, power amplifier and vibrostand. In addition, the multiplying DSP is connected to the feedback circuit of the OU, the digital inputs of IDNs are combined and connected to the data buses of the permanent storage device (ROM, address buses which is connected to the output of the address counter, whose input is via the programmable frequency divider and the element I is connected to the output of the clock pulse generator (GTI), and c (O, the transfer output of the address counter is connected to the R input of the RS flip-flop, the output (L of which is connected to the second the input element is And, and the S input of the RS flip-flop is connected via a second programmable frequency divider to the output of the GTI. The device generates a random wideband vibroprocess of attenuated level minus 30 dB, automatic; To tically corrects the non-uniformity of the O5 amplitude-frequency characteristic, and then significantly increases the vibration level in time according to the law determined by the digital information stored in the ROM. In this case, the duration of the vibro-impact pulse and the pulse repetition frequency are set by programmable frequency dividers. 2 Il.

Description

Изобретение относитс  к испытательной технике, а именно к цифровым системам управлени  виброиспытани ми , генерирующим особый класс нестационарных вибрационных процессов, который прин то назыв&ть виброударом характеризующийс  значительной интенсивностью колебаний по сравнению с остальнымвибрационным фоном дл  данного участка измерений н небольшой длительностью. Цель изобретени  - расширение области применени  устройства за счет создани  нестационарных вибраций типа виброудар. На фиг. 1 показана функциональна  схема устройства дл  управлени  виброиспытани ми на фиг, 2 - длаграмма его работы. Устройство состоит из вибростенда 1 с установленным на нем датчиком 2, согласующего усилител  3, операционного усилител  4, первого перемножающего цифроаналогового преобразовател  5, аналого-цифрового преобразовател  6, спецвычислител  7 быстрого преобразовани  Фурье, компаратора 8, спецвычислител  9 обратного быстрого преобразовани  Фурье , цифроаналогового преобразовател  10, второго перемножающего цифроаналогового преобразовател  I1, усилител  12 мощности, генератора 13 тактовых импульсов, элемента И 54, первого 15 и второго 16 программируемых делителей, счетчика адреса 17 RS-триггера 18, посто нного запоми- нающего устройства 19 и резистора 20 В процессе работы аналоговый элек трический сигнал с датчика с помощью аналого-цифрового преобразовател  преобразуетс  в .цифровой код и по ступает на вход ЭВИ общего назначени , котора  производит передачу цифровой информации, по которому в спецвычислителе быстрого вычислени  Фурье вычисл етс  спектр по известному алгоритму 1 «/ -л . Х„, --А- . ,l,..,,,N-l. и «.,(1) (2irjN), где X(k) - отсчеты периодической функции в k-e моменты вре мени; Х(п) - спектр периодической функ ции. Спектральна  плотность ускорени  или знергетический спектр, вычисл етс  по формуле P(n)X(n)X(n) (. (2) Вычисленные значени  спектральной плотности ускорени  сравниваютс  с заданным опорным спектром, и управление спектральной плоскостью ускорени  осуществл етс  по следующему алгоритму 1к)-1.п ()- ()- , (3) где R(n) - опорное значение СПУ на заданной спектральной ли нии; РК-, («) - действительное значение СПУ, полученное в результате k-1 вычислени  СПУ; 1|(п) - результирующий коэффициент управлени , полученный на операции вычислеt ни . Значени  управл ющих коэффициентов передаютс  в спецвычислителе обратного быстрого преобразовани  Фу- рье , где вычисл етс  нова  временна  реализаци  по алгоритму I(n)W Устройство работает следующим образом . При включении устройства счетчик адреса 17 обнул етс , на выходе RSтриггера 18 устанавливаетс  логическа  единица. На выходе запоминающего устройства 19 при обнуленном счетчике адреса записан минимальный код, обеспечивающий ослабление сигнала на выходе перемножающего цифроаналогового преобразовател  11 на 30-40 дБ по сравнению с максимальным значением виброударного процесса . При этом напр жение на выходе перемножающего цифроаналогового преобразовател  11 определ етс : где и - напр жение на аналоговом входе; Z - масштаб выходного сигнала, определ емый кодом D, поступающим с запоминающего устройства 19, 0:М.р : 0,999. Напр жение же на выходе операционного усилител  4 будетThe invention relates to a test technique, in particular to digital vibration test control systems, generating a special class of transient vibration processes, which is commonly referred to as & vibro-shock characterized by a considerable vibration intensity compared with the other vibration background for a given measurement area and short duration. The purpose of the invention is to expand the field of application of the device by creating non-stationary vibrations of the type of vibro-shock. FIG. 1 is a functional block diagram of the vibration test control device in FIG. 2; a diagram of its operation. The device consists of a vibrostand 1 with a sensor 2 installed on it, a matching amplifier 3, an operational amplifier 4, a first multiplying digital-analog converter 5, an analog-digital converter 6, a special calculator 7 fast Fourier transform, a comparator 8, a special calculator 9 of the inverse fast Fourier transform, a digital-analog converter 10, the second multiplying digital-to-analog converter I1, power amplifier 12, oscillator 13 clock pulses, element 54, first 15 and second 16 programs dividers, the address counter 17 of the RS flip-flop 18, the permanent storage device 19 and the resistor 20. During operation, the analog electric signal from the sensor is converted into a digital code by the analog-digital converter and is fed to the general-purpose EVI input, which transmits digital information, using which the spectrum is calculated by the known algorithm 1 "/ - l in the Fourier special calculator. X „, --A-. , l, .. ,,, N-l. and «., (1) (2irjN), where X (k) are the samples of a periodic function at the k – e moments of time; X (n) is the spectrum of a periodic function. The spectral acceleration density or energy spectrum calculated by the formula P (n) X (n) X (n) (. (2) The calculated acceleration spectral density values are compared with a given reference spectrum, and the acceleration spectral plane is controlled by the following algorithm 1k ) -1.п () - () -, (3) where R (n) is the reference value of the SPU on a given spectral line; RK-, (") is the actual value of the STC obtained as a result of k-1 calculation of the STC; 1 | (p) - the resulting control coefficient obtained in the operation of computation ti. The values of the control coefficients are transferred to the Fourier inverse fast transform special calculator, where the new time realization is calculated using the I (n) W algorithm. The device operates as follows. When the device is turned on, the address counter 17 is nullified, and a logical unit is set at the output of the RS trigger 17. At the output of the storage device 19 when the address counter is zero, the minimum code is written, which provides attenuation of the signal at the output of the multiplying digital-to-analog converter 11 by 30-40 dB compared to the maximum value of the vibro-impact process. In this case, the voltage at the output of the multiplying digital-analogue converter 11 is determined: where and is the voltage at the analog input; Z is the scale of the output signal, defined by code D, coming from memory device 19, 0: M. p.: 0.999. The voltage at the output of the op amp 4 will be

Je,2Je, 2

выyou

т.е. операционный усилитель имеет :усиление в 30-40 дБ.those. operational amplifier has: gain 30-40 dB.

Таким образом,сгенерированный цифровой широкополосный процесс в спецвыч1 слителе 9 преобразуетс  в аналоговый сигнал цифроаналогового преобразовател  10 и поступает на аналоговый вход перемножающего цифроаналогового преобразовател  11. Ослабленный на 30-40 дБ сигнал, как указывалось выше, поступает через усипитель мощности 2 на катушку возбуждени  электродинамического вибростенда 1. На вибростенде 1 возбуждаютс  механические случайные колебани . Механические колебани  стенда 1 преобразуютс  датчиком 2 в электрический сигнал и через согласуюпщй усилитель 3 и резистор 20 он поступает на инвертирующий вход операционного усилител  4 в цепь обратной св зи которого включен перемножающий цифроаналоговый преобразователь 5. Как отмечалось вьше, в начальный момент усиление усилител  4 велико и составл ет 30-40 дБ. Сигнал с усилител  4 поступает на аналого-цифровой преобразователь 6, преобразуетс  в цифровой вид и поступает на спецвычислитель 7 быстрого преобразовани  Фурье БПФ, где происходит анализ вычисление спектральной плотности ускорени  по алгоритму (1) и (2). Вычисленные значени  спектральной плотности ускорени  по каждой спектральной линии поступают в компаратор 8, где вырабатываютс  управл ющие коэффициенты в соответствии с алгоритмом 3. Значени  управл ющих коэффициентов поступают на спецвычислитель 9, с выхода которого генерируетс  по алгоритму (2) и (3) скорректированна  по результатам анализа временна  последовательность. Эта цифрова  последовательность поступает в преобразователь 10, где и преобразуетс  в аналоговый сигнал, поступающий на возбуждение вибростенда . Таким образом, за счет обратной св зи на вибростенде формируетс  широкополосный случайный сиг,нал с заданным спектральным составом очень низкого уровн , ослабленный на 30-40 дБ по сравнению с максимадьным значением виброудара.Thus, the generated digital wideband process in special interface 1 is converted into an analog signal of a digital-to-analog converter 10 and is fed to the analog input of a multiplying digital-analog converter 11. The signal attenuated by 30-40 dB, as mentioned above, is fed through a power amplifier 2 to an electrodynamic vibrator coil 1. On the vibrating table 1, mechanical random oscillations are excited. Mechanical oscillations of the stand 1 are converted by the sensor 2 into an electrical signal and through a matching amplifier 3 and a resistor 20 it goes to the inverting input of the operational amplifier 4 into the feedback circuit of which the multiplying digital-to-analog converter 5 is switched. As noted above, at the initial moment the amplification of the amplifier 4 is large and is 30-40 dB. The signal from amplifier 4 is fed to analog-to-digital converter 6, converted into digital form and fed to special calculator 7 of the fast Fourier transform of FFT, where the analysis of the calculation of the spectral acceleration density is performed according to the algorithm (1) and (2). The calculated spectral density of the acceleration for each spectral line is fed to the comparator 8, where the control coefficients are generated in accordance with algorithm 3. The values of the control coefficients are fed to the special calculator 9, the output of which is generated by the algorithm (2) and (3) corrected according to the results analysis time sequence. This digital sequence enters converter 10, where it is converted into an analog signal fed to the shaker excitation. Thus, due to the feedback on the shaker table, a broadband random signal is formed, with a given spectral composition of a very low level, attenuated by 30–40 dB compared to the maximum value of the vibration shock.

673774673774

Так рак на выходе RS-триггера 18 в исходном состо нии находитс  логическа  единица, то тактовые импульсы с генератора 13 черезэлемент 5 И 14 и программируемый делитель 15 поступают на счетчик адреса 17. Возрастающа  кодова  последовательность со счетчика 17 поступает на адресные шины запоминающего устройства 19,Since the cancer at the output of the RS flip-flop 18 is in its initial state a logical unit, the clock pulses from the generator 13 through the element 5 and 14 and the programmable divider 15 are fed to the address counter 17. The increasing code sequence from the counter 17 goes to the address buses of the storage device 19,

10 где записана в цифровом виде желаема  форма виброударного процесса, например трапеци  или треугольник. Считываемые коды запоминающего устройства 19 поступают на цифровые10 where the desired form of the vibro-impact process, for example, a trapezoid or a triangle, is recorded in digital form. Readable codes of the storage device 19 are sent to digital

5 входы перемножающих цифроаналоговых преобразователей 11 и 5. При этом напр жение на выходе перемножающего цифроаналогового преобразовател  11 возрастает, а усиление операцион20 ного усилител  4, в цепь обратной св зи которого включен перемножающий цифроаналоговый преобразователь 5, падает обратно пропорционально коду D. Таким образом, на стенде гене25 рируетс  виброударный процесс с формой, записанной в запоминающем устройстве 19. Так как произведение коэффициентов передачи перемножающего цифроаналогового преобразовател  11 и5 inputs of multiplying digital-analog converters 11 and 5. At the same time, the voltage at the output of multiplying digital-analog converter 11 increases, and the gain of operational amplifier 4, the feedback multiplier of digital multiplexing converter 5, falls inversely proportional to code D. Thus, the stand is generated by a vibro-impact process with a form recorded in memory 19. As the product of the transfer coefficients of the multiplying digital-to-analog converter 11 and

30 операционного усилител  4, в цепи обратной св зи которого включен перемножающий цифроаналоговый преобразователь 5, остаетс  неизменным в процессе формировани  виброудар5 ного процесса, то замкнута  система , включающа  в себ  блоки 6-8, осуществл ющие анализ и сравнение спектрального наполнени  виброудара , работают при одном и том же уров0 не сигнала. Таким образом, несмотр  на то, что на стенде генерируетс  нестационарный (пиброударный) процесс, устройство работает при неизменном уровне сигнала и поддер5 живает заданный спектральный состав виброудара.30 of the operational amplifier 4, in the feedback circuit of which the multiplying digital-analog converter 5 is included, remains unchanged during the formation of the vibro-impact process, then the closed system, including blocks 6-8, performing analysis and comparison of the spectral filling of the vibrodar, works with one And the same level is not a signal. Thus, in spite of the fact that a non-stationary (pee-percussion) process is generated on the stand, the device operates at a constant signal level and maintains the specified spectral composition of the vibro-shock.

Как только счетчик адреса 17 переполнитс , импульс переноса установит выход триггера 18 в нуль, и эле0 мент И 14 перестанет пропускать счетные импульсы на счетчик адреса 17. Элемент И 14 вновь откроетс  по истечении времени, определ емого программируемым делителем.16, ко5 торый устанавливает (задает) частоту виброударов. Программируемый делитель частоты.15 задает длительность виброударного процесса.As soon as the address counter 17 is full, the transfer pulse sets the trigger output 18 to zero, and element 14 will no longer pass counting pulses to address counter 17. element 14 will reopen after the time specified by the programmable divider. 16 which sets ( sets the frequency of vibration shocks. Programmable frequency divider. 15 sets the duration of the vibro-impact process.

$ $

Таким образом, устройство управ«ени  виброиспытани ми нар ду с генерированием широкополосного случайного вибропроцесса позвол ет производить и испытани  на виброударныеThus, the control device for vibration testing, along with the generation of a broadband random vibroprocess, permits the production of vibro-impact and vibration tests.

нагрузки с заданной спектральной плотностью ускорени .loads with a given spectral density of acceleration.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula УстройЬтво дл  управлени  виброиспытани ми , содержащее последовательно соединенные; усилитель мощности , вибростенд, датчик, согласующий усилитель, а также последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, спецвычислитель быстрого преобразовани  Фурье, компаратор , второй вход которого соецинен с выходом задатчика сигналовA device for controlling vibration tests, containing series-connected; power amplifier, vibrostand, sensor, matching amplifier, as well as series-connected analog-to-digital converter, special calculator of fast Fourier transform, comparator, the second input of which is connected with the output of the setpoint generator опорного спектра, второй спецвычислитель обратного быстрого преобразовани  Фурье и цифроаналоговый преобразователь , отличающеес   тем, что, с целью расширени  области, применени  устройства за счет обеспечени  испытаний на виброудар , оно содержит операционный усилитель , два перемножающих цифроаналоговых преобразовател , посто нное запоминающее устройство, счетчик ад673776the reference spectrum, the second special calculator of the inverse fast Fourier transform and the digital-to-analog converter, characterized in that, in order to expand the area of application of the device by providing vibro-impact tests, it contains an operational amplifier, two multiplying digital-analog converters, read-only memory, an ad673776 counter реса, два программируемых делител  частоты, генератор тактовых импульсов , RS-триггер и элемент И, при этом первый перемножающий цифро5 аналоговый преобразователь включен в цепь обратной св зи операционного усилител , который входом подключен через резистор к выходу согласующего усилител , а выходом - к входуRez, two programmable frequency dividers, a clock pulse generator, an RS flip-flop and an And element; the first multiplying digital-to-digital converter 5 is connected to the feedback circuit of an operational amplifier that is connected via a resistor to the output of the matching amplifier, and output to the input to аналого-цифрового преобразовател , второй перемножающий цифроаналого- вый преобразователь включен между цифроаналоговым преобразователем и усилителем мощности, цифровые вхо15 ды перемножающих цифроаналоговых преобразователей объединены и подсоединены к информационным шинам посто нного запоминающего устройства , а адресные шины посто нного за20 поминающего устройства соединены с выходом счетчика адреса, вход которого через первый программируемый делитель частоты и элемент И подсоединен к выходу генератора такто25 вых импульсов, а выход переноса счетчика адреса соединен с R-входом RSтриггера , выход которого подключен к второму входу элемента И, а S-вход RS-триггера через второй программи30 руемый делитель частоты подсоединен к выходу генератора тактовых импульсов .to the analog-to-digital converter, the second multiplying digital-analog converter is connected between the digital-analog converter and the power amplifier, the digital inputs of the multiplying digital-analog converters are combined and connected to the information buses of the permanent storage device, and the address buses of the constant slapper 20 are connected to the output of the address counter whose input through the first programmable frequency divider and the AND element is connected to the output of the clock pulse generator And address counter carry output coupled to the R-input RStriggera, the output of which is connected to the second input of the AND gate, and S-input RStriggera programmi30 legal for trade via the second frequency divider connected to the output of the clock.