Камертонный стенд

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 M 7/00

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4348708/28 (22) 25.12,87 (46) 07.01.91. Бюл. N 1 (71) Отраслевая научно-исследовательская лаборатория "Дистанционная диагностика"

И нститута общей физики — И нститута геохимии и аналитической химии АН СССР при

Наманганском государственном педагогическом институте им. Хамзы и Институт общей физики АН СССР (72) Ф.В,Бункин, В.В.Добросельский, П.В,Добросельский, Ю.А.Кравцов, А.С,Мага ршак, М. Мамадалиев, А.С. Соколен ко, Б.А.Станковский и А.Г,Шкляр (53) 620.178.53 (088.8) (56) Стационарное образцовое виброкалибровочное устройство СОВКУ-68, Техническое описание и инструкция по эксплуатации К.34.00.00.000.ТО, с. 15 — 63.

„„. Ж„„1619088 А1 (54) КАМЕРТОННЫЙ СТЕНД (57) Изобретение относится к испытательной технике, а именно к камертонным стендам для испытаний на вибрацию малогабаритных изделий и образцов материалов, а также для поверки и калибровки виброизмерительных преобразователей. Цель изобретения — расширение диапазона воспроизводимой вибрации при заданном уровне нелинейных искажений. Камертонный стенд содержит камертон 2 и привод камертона, включающий блок питания, а также магнитно-взаимодействующие статор с индуктивным элементом, подключенным к выходу блока питания, и якорь, механически жестко связанный с ветвью камертона. Блок питания привода камертона выполнен в виде импульсного дозатора

9 возбуждения с ключами и управляющей схемы 10 коммутации. 2 з,п. ф-лы, 5 ил.

1619088

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к камертонным стендам для испытаний на вибрацию малогабаритных изделий и образцов материалов, а также для поверки и калибровки виброизмерительных преобразователей.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей за счет увеличения диапазона амплитуд воспроизводимой камертонным стендом вибрации, а также обеспечение стабильной частоты колебаний, снижение трудоемкости испытаний и уровня нелинейных искажений, На фиг,1 изображен вариант выполнеHMA стенда с электрическим задающим генератором; на фиг.2 — вариант выполнения стенда с виброизмерительным преобразователем скорости в цепи обратной связи; на фиг,З вЂ” вариант выполнения стенда с виброизмерительным преобразователем ускорения; нафиг.4,5 — эпюры напряжений, токов, силы, ускорения и скорости при работе вариантов стенда.

Камертонный стенд включает основание 1, на котором закреплен камертон 2, снабженный гнездами для присоединения испытуемых обьектов 3 и системой 4 изме. рения вибросмещений. Приводная система возбуждения резонансных колебаний камертона 2 содержит статор из двух последовательно соединенных катушек 5 возбуждения, каждая из которых размещена на соответствующем магнитопроводе 6 и установлена с возМожностью магнитного взаимодействия с камертоном 2, изготовленным из магнитного материала и выполняющим благодаря этому функцию якоря привода, Катушки 5 возбуждения на магнитопроводах 6 установлены с возможностью перемещения вдоль длины камертона 3, например путем закрепления их на плате 7, перемещаемой и фиксируемой в направляющих 8, что обеспечивает возможность выбора положения горизонтальной плоскости симметрии А — А катушек 5 в области I/1 =

=0,2+0,1, являющейся окрестностью узлов (неподвижных точек) второй l/L = 0,226 и третьей 1/L = 0,132 форм колебаний.

Конкретное положение катушек находится экспериментально по минимуму нелинейных искажений, определяемых с помощью системы 4 измерения вибросмещений.

Блок питания привода выполнен в виде импульсного дозатора 9 возбуждения и управляющей им схемы 10 коммутации. Импульсный дозатор 9 возбуждения состоит из двух каналов, каждые из которых содержит источник 11(16) тока, к выходу которого под10

55 рой ключи 14(19), 15(20), между точками соединения 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 между собой и подключены к индуктивному элементу статоров привода камертона — последовательно соединенным катушкам 5 возбуждения, образующим совместно с последовательно соединенными при коммутации ключей 14, 15 и 19, 20 конденсаторами-накопителями 21 и 12(17) колебательной и восполняемой энергии параллельный колебательный контур, Схема 10 коммутации в первом варианте выполнения (фиг.1) содержит последовательно включенные источник управляющего сигнала — электрический задающий генератор 22, делитель частоты на четное число, D-триггер, D-вход которого соединен с инвертирующим выходом 23 и устройство управления ключами 14, 15, 19 и 20 импульсного дозатора возбуждения — последовательно соединенные переходной конденсатор 24 и первичная обмотка 25 дифферен цирующего импульсного трансформатора 26 с двумя парами выходных обмоток 27, 28 и 29, 30, имеющими одинаковое направление витков в каждой паре и противоположное направление витков в разных парах обмоток.

Стенд содержит также устройства регистрации электрических сигналов от испытуемых объектов (на фиг.1 — 3 для упрощения показано только одно такое устройство 31, включающее входной фильтр 32. обеспечивающий подавление сигналов с частотой выше частоты колебаний камертона 2, и регистрирующее устройство 33.

Во втором варианте выполнения (фиг.2) камертонный стенд дополнительно содержит устройство 34 запуска камертона — последовательно соединенные кнопку 35 запуска, развязывающий диод 36 и источник 37 тока, подключенные параллельно импульсному дозатору 9 возбуждения. При этом в схеме 10 коммутации блока питания привода камертона задающий генератор выполнен в аиде последовательно соединенных виброизмерительного преобразователя 38 скорости перемещения камертона, ключены параллельно конденсатор-накопитель 12(17) восполняемой энергии и вентиль

13(18), катод которого соединен с плюсовой клеммой источника 11(16) тока. К выходу ис5 точника 11(16) тока подключены также последовательно соединенные между собой и включенные каждый в направлении пропускания тока источника 11(16) первый и вто5

1619088

45

55 полосового фильтра 39, усилителя-ограничителя 40 и дифференцирующей цепочки 41 с фиксирующим диодом 42.

Дифференцирующая цепочка 41 с фиксирующим диодом 42 обеспечивают выходные импульсы в моменты перехода скорости движения якоря привода камертона (ветви камертона 2) относительно статора (катушки 5 возбуждения на магнитопроводе 6) через нуль при его движении по направлению к статору, что обеспечивается соответствующей коммутацией обмотки преобразователя 38 скорости, выбором незаземляемого входа усилителя-ограничителя 40 и полярности включения фиксирующего диода 42.

Кроме того, выбором индуктивности катуLUGK 5 возбуждения, а также емкостей <онденсаторов-накопителей восполняемой

12(17) и колебательной 21 энергии обеспечивается отношение длительности полупериода колебаний камертона (rz) и длительности полупериода колебаний параллельного колебательного контура, образованного соединенными с помощью схемы

10 коммутации конденсаторами импульсного дозатора возбуждения и последовательно включенными катушками 5 возбуждения (т ) в пределах гк/т2 = 0,1...0,5, при кото-. ром обеспечивается эффективная передача энергии возбуждения в камертон {т /rz

0,5 на фиг,7, rp/т2 = 0,13 на фиг.8).

В третьем варианте выполнения стенда (фиг.3) в схеме 10 коммутации блока питания привода камертона в качестве входного элемента источника управляющего сигнала использован виброизмерительный преобразователь 43 ускорения, механически связанный с -ветвью камертона 2. При этом дифференцирующая цепочка 41 с фиксирующим диодом 42 в одном случае обеспечивает выходные импульсы в моменты перехода ускорения ветви камертона через нуль при ее движении по направлению к статору, а отношение r>/rz = 0,1...0,25. В другом случае дифференцирующая цепочка

41 с фиксирующим диодом 42 обеспечивает выходные импульсы в моменты перехода ускорения ветви камертона через нуль при ее движении по направлению от статора, а отношение т к/г 2 = 0,75..1, . /т2 = 0,13 на фиг.8, тк/т2 = 1 на фиг.9.

Появление выходных импульсов в требуемые моменты времени обеспечивается соответствующей коммутацией выходного сигнала преобразователя 43 ускорений, выбором незаземленного входа усилителя-ограничителя 40 и полярности включения фиксирующего диода 42. Выбор указанного отношения тк/tz осуществляется таким

35 же образом, как указано при описании второго варианта выполнения стенда.

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

Источник 11(16) тока обеспечивает заряд конденсатора — накопителя 12(17) восполняемой энергии. Управление разрядом накопителей 12 и 17 осуществляется ключами 14, 20 и 15, 19 соответственно. Схема 10 коммутации . обеспечивает чередующуюся через период колебаний источника управляющего сигнала попарную коммутацию ключей 14, 20 и 15,19. Открытие ключей 14, 20 приложением положительных импульсов к

v:< управляющим электродам создает условия (образует цепь для разряда накопителя

12 и оказывающегося последовательно согласно соединенным с ним накопителя 21 через катушки 5 возбуждения — индуктивный элемент статора привода камертона (фиг.4), B этот момент времени к управляю цим электродам ключей 15, 19 приложены отрица1сльные имг|ульсы, и эти ключи. оставаясь закрытыми, не влияют на протекание тока разряда накопителя 12, Накопитель 17 в это время заряжается от источника 16 тока. После разряда накопителей 12 и 21 ток самоиндукции катушек 5 возбуждения продолжает протекать через вентиль 13 и перезаряжает накопитель 21, что обеспечивает тем самым выполнение этим кондесатором функции накопителя колебательной энергии (фиг.4), Уменьшение протекающего тока самоиндукции приводит к самозакрыванию ключей 14, 20.

В следующий период колебаний источника управляющего сигнала накопитель 12 заряжается от источника 11 тока, и происходит разряд другого конденсатора-накопителя 17 воспламеняемой энергии через открытые ключи 19 и 15 благодаря приложению положительных импульсов к их управляющим электродам. При этом, как и в случае разряда накопителя 12 (фиг,4) обеспечивается согласованное соединение заряженного накопителя 17 и перезаряженного в предыдущий периодуправляющегосигнала накопителя 21, После разряда накопителей 17 и 21 накопитель 21 перезаряжается по цепи, изображенной на фиг,4. В дальнейшем чередующийся процесс разряда накопителей 12 и 17 повторяется.

В соответствии с предложенным техническим решением последовательно соединенные при коммутации конденсатор-накопитель

12(17) восполняемой энергии и конденсаторнакопитель 21 колебательной энергии совместно с индуктивным элементом статора привода камертона — катушками 5 возбуждения образуют параллельный колебательный

1619088 контур (процесс разряда конденсаторов и перезаряда накопителя 21 носит колебательный характер). Выбором их емкостей конденсаторов и индуктивностей катушек 5 возбуждения можно изменять период колебаний этого контура и соответственно соот- ношение этого периода тк и периода резонансных колебаний камертона т2 для обеспечения необходимого соотношения этих периодов.

Потери энергии в цепи катушек 5 возбуждения восполняются за счет накопления энергии на накопителях 12 и 17 от источников 11, 16 тока соответственно, что и обеспечивает выполнение конденсаторами функции накопителей восполняемой энергии.

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

Нэ фиг.4 и 5 проиллюстрированы эпюры, отражающие работу первого варианта стенда при соотношениях тк/т2 = 1 и т /т = 0,2.

Напряжение с выхода задающего генератора 22 (Uz2), имеющего период, равный периоду резонансных колебаний камертона

2 после деления частоты на два, с помощью делителя частоты — D-триггера 23 (О2з) образует на входной обмотке дифференцирующего импульсного трансформатора 25 последовательности коротких разнополярных импульсов Uzs. Соответствующие напряжения на парах выходных обмоток 27, 28 и 29, 30 — О2т,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 чередующиеся через период колебаний задающего генератора 22 процессы заряда-разряда накопителей 12 и

17 (U>2, О17), а также перезаряд и перекоммутацию накопителя 21.

В результате протекания однополярных импульсовтока через катушки возбуждения привода камертона 15 возникает магнитный поток Фв, имеющий минимальное значение Фщ, и действует соответствующая сила, притягивающая ветви камертона к статорам привода Fz. Под действием силы Fz ветви камертона движутся со скоростью Чг.

20

Форма импульсов тока is существенно зависит от соотношения tg!tg (фиг,4, т1/г2 = 1; фиг,6, tI;/т2 =-0,2), что, в конечном счете, определяет величину энергии, передаваемой камертону. Совпадение максимумов прикладываемой силы F2 с достижением максимума скорости Чг движения камертона в направлении действия силы обеспечивает высокую эффективность передачи энергии камертону от блока питания его привода, при которой энергия, передаваемая камертону,.достигает, как следует из законов механики, максимальной величины

Лс (Л Е = j V2 Fz dt, где Л 1 — длительо ность импульса, Л Е вЂ” энергия, передаваемая камертону).

Присоединенные к ветвям колеблющегося камертона 2 с помощью присоединительных гнезд 3 испытуемые объекты подвергаются вибрационному воздействию, Соответствующая амплитуда смещений измеряется с помощью системы 4. Электрические сигналы от испытуемых объектов после прохождения через фильтры 32 регистрируются устройством 33.

Второй и третий BBpvlBHTbl камертонного стенда (фиг.2 и 3) работают следующим образом.

Запуск стенда осуществляется нажатием и отпусканием кнопки 35, вызывающей протекание тока от источника 37 через раэвяэывающий диод 36 в катушках 5 возбуждения статора привода и соответственно притяжение к ним ветвей камертона 2. После отпускания кнопки 35 ветви камертона начинают совершать слабо затухающие (ввиду высокой добротности камертона 2) колебания, которые воспринимаются виброизмерительными преобразователями скорости 38 (фиг.2) или ускорения 43 (фиг.3), связанными с камертоном 2. Выходной сигнал преобразователя, отражающий движение камертона 2, после прохождения фильтра 39. усилителя-ограничителя 40, дифференцирующей цепочки 41 с фиксирующим диодом 42 сохраняет информацию о фазе движения камертона и используется в качестве управляющего сигнала взамен сигнала задающего генератора в первом варианте стенда.

Коммутацией преобразователя 38, заземлением того или иного входа усилителяограничителя 40, а также выбором полярности включения фиксирующего диода 42 обеспечивается приложение к входу

D-триггера коротких положительных импульсов в моменты перехода скорости движения ветви камертона относительно

1619088 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 деления частоты на два 0гл) образуются импульсы коротких разнополярных импульсов U>7,2э и U29,3Q, обеспечивающие поочередное через период колебаний камертона 2 попарное открывание ключей 14, 20 и 15, 19 в соответствующие моменты времени. Протекающие токи разряда накопителей 12 и 17 при выборе rg/rz. в пределах

0.1...0,5 обеспечивают приложение импульсов силы Ег в моменты максимумов скорости, что так же, как и в описанных случаях, приводит к эффективной передаче энергии колеблющемуся камертону. При т1/т > 0,5 импульсы силы F7 начинают в течение части своей продолжительности тормозить движение камертона, а при rklrg < 0,1, как свидетельствуют эксперименты, необходимо такое увеличение амплитуды токов Ig для раскачки камертона. что резко возрастают тепловые потери в катушках 5 возбуждения, также снижающие эффективность передачи энергии камертону 2 от блока питания.

Формула изобретения

1. Камертонный стенд, содержащий камертон, выполненный из магнитного материала, и привод камертона, включающий блок питания, а также взаимодействующий с камертоном статор с индуктивным элементом, подключенным к выходу блока питания, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей за счет увеличения диапазона амплитуд воспроизводимой вибрации, блок питания привода камертона выполнен в виде схемы коммутации и импульсного дозатора, состоящего из накопителя

Г. 1 15 1 колебательной энергии и двух каналов, каждый из которых состоит из параллельно соединенных источника тока, накопителя восполняемой энергии и вентиля, катод ко5 торого присоединен к положительному полюсу источника тока, последовательно соединенных первого и второго ключей, управляющий вход первого ключа соединен с положительным выходом источника пита10 ния, выходы накопителя колебательной энергии соединены соответственно с входом второго ключа каждого из каналов, выходы вторых ключей каждого из каналов обьединены и подсоединены к индуктивно15 му элементу, отрицательные выходы источн.,ков тока объединены, схема коммутации выполнена в виде последовательно соединенныхх задающего гене ратооэ, делителя частоты нэ четное число и схемы управления

20 ключами, четыре выхода схемы коммутации подключены соответственно к управляюцим входам первого и второго ключей каждо о из к .анналов.

25 2, Стенд по п.1, о т л и ч г ю шийся тем, что, с целью снижения трудоемкости испытаний за счет синхронизации импульса возбуждения с фазой колебаний камертона, он снабжен блоком запуска, соединенным с ин30 дуктивным элементом, задающий генератор схемы коммутации выполнен в виде последовательно соединенных-виброизмерительного преобразователя, связанного с камертоном, полосового фильтра, усилителя-ограничителя

35 и дифференцирующей цепочки, 3. Стенд по пп.1и2,,о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения нелинейных искажений, статор установлен с возможностью перемещения вдоль ветви камертона в

40 диапазоне l/L = 0,2+ 0,1, где I — расстояние статора от торца камертора, а L — длина ветви камертона.

1619088

И)у

Qg(Фу

16i9088

Редактор В.Данко

Заказ 39 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. )i<-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Мм йюк ж,за

Иат,zs

Иц

Составитель О.Несова

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Т.Палий