DE3332979C2

DE3332979C2 - Einrichtung zur Erzeugung eines Spektrums zufälliger Vibrationen

Info

Publication number: DE3332979C2
Application number: DE3332979A
Authority: DE
Inventors: Jan Semenovi&ccaron; Kazan Ureckij
Original assignee: KAZANSKIJ AVIACIONNYJ INSTITUT IMENI A N TUPOLEVA KAZAN' SU
Current assignee: KAZANSKIJ AVIACIONNYJ INSTITUT IMENI A N TUPOLEVA KAZAN' SU
Priority date: 1983-08-22
Filing date: 1983-09-13
Publication date: 1986-07-17
Also published as: DE3332979A1; US4513622A

Abstract

Das Verfahren zur Erzeugung eines Spektrums zufälliger Vibrationen besteht darin, daß man zuvor eine Vibration des Erzeugnisses (1) im vorgegebenen Frequenzbereich mittels harmonischer Schwingungen von veränderlicher Frequenz erzeugt und in jedem gewählten Kontrollpunkt (a, b) der zu prüfenden Erzeugnisse (1) mit Hilfe eines Mehrkanal-Zufallssignalformers (4) eigene Werte der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung in jedem Band des vorgegebenen Frequenzbereiches vorgibt, während man den Pegel (Kn) des Ausgangszufallssignals in jedem Kanal dieses Formers durch Lösen eines linearen Gleichungssystems errechnet. Die Einrichtung enthält einen Mehrkanalformer (4), der mit einem Vibrator (2) mit einem auf diesem befestigten zu prüfenden Erzeugnis (1) verbunden ist, Vibrationsgeber (3), die in den gewählten Kontrollpunkten (a, b) befestigt und über eine Schalteinheit (12) an den Eingang eines Signalanalysators (13) gelegt sind, eine Einheit (16) zur Vorgabe der Parameter des zu erzeugenden Spektrums zufälliger Vibrationen und eine Steuereinheit (17). Die Einrichtung ist auch mit einem Generator (10) zur Erzeugung harmonischer Schwingungen von veränderlicher Frequenz und einem an diesen angeschlossenen Speicher (14) versehen.

Description

,v
= V · K-

' „Tj "''

zu lösen, worin {q,) der vorgegebene Wert der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung des /-ten Punktes im Hen Frequenzlvjid des vorgegebenen Frequenzbereiches ist und der Koeffizient (a_B/) in dem /-ten Kontrollpunkt in -lern /-ten Frequenzband für den η-ten Kanal des Mehrkanal formers (4) nacli der Formel

a„. = —— f φΙ(ω) ■ ψ){ω)αω

errechnet wird, worin φ_η(.ω) die Amplitudenfrequenzkennlinie des n-ten Kanals des Mehrkanalformers, ψι{ω) die Amplitudenfrequenzkennlinie des Systems »Vibrator-Erzeugnis« im /-ten Kontrollpunkt des zu prüfenden Erzeugnisses, Δ <a, das /-te Band des vorgegebenen Frequenzbereiches sind, wobei die Summe der Ausgangszufallssignale mit den Pegeln K_n das Zufallssignal bestimmt, mittels dessen das Zufallsvibrationsspektrum erzeugt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung eines Spektrums zufälliger Vibrationen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus dem SU-Buch von J. V. Weselow u. a.: »Apparatur zur Reproduktion und Registrierung zufälliger Signale und Schläge«, Leningrad, Verlag des Leningrader Hauses für wissenschaftlich-technische Propaganda, 1979, Seiten 15 bis 18, bekannten Art. Solche Einrichtungen werden bei der Laborprüfung von komplizierten Erzeugnissen mit begrenzten Abmessungen und von nichtstarren Konstruktion angewendet, die auf beweglichen Objekten aufgestellt und während des Betriebes zufälligen Vibrationen ausgesetzt werden, zum Beispiel in der Flugzeug- und Raketentechnik, sowie im Maschinen- und Automobilbau usw.

Aus der SU-PS 8 62 018 ist es zur Erzeugung eines Spektrums zufälliger Vibrationen bekannt, mit Hilfe von Schmalbandfiltern aufeinanderfolgend eine Vibration des Erzeugnisses mittels nichtkorrelierter zufälliger Schmalbandsignale in jedem Band des vorgegebenen Frequenzbereiches zu erzeugen. Die Frequenzbänder teilt man in zwei Gruppen derart ein, daß in jeder Gruppe die zufalligen Schmalbandsignale sich nicht überdecken. Den Frequenzbändern einer Gruppe weist man geradzahlige Nummern, den Frequenzbändern der anderen Gruppe ungeradzahlige Nummern zu. Dann gibt man ein Spektrum zufälliger Vibrationen für ein konkretes Prüfiingserzeugnis in Form von spektralen Dichten der Vibrationsbeschleunigungen in den erwähnten Frequenzbändern vor. Nun bildet man ein System »Vibrator-Erzeugnis«, indem man das zu prüfende Erzeugnis auf dem Vibratortisch befestigt. Zuerst gibt man auf das erwähnte System zufällige Signale der ersten Gruppe und regelt das Niveau dieser Signale entsprechend den vorgegebenen spektralen Dichten der Vibrationsbeschleunigung, dann errechnet man die Korrektionskoeffizienten C„ entsprechend dem Ausdruck:

JR

J I φ\(ω)άω

AR

Hierin bedeuten:
q„ die vorgegebene spektrale Dichte der Vibraticnsbeschleunigung in dem n-ten Frequenzband der ersten Gruppe;

φ_π (ω) die Amplitudenfrequenzkennlinie des η-ten Schmalbandfilters in dem η-ten Frequenzband;
ψι(ω) die Amplitudenfrequenzkennlinie des Systems »Vibrator-Erzeugnis« bei der mittleren Frequenz des n-

ten Frequenzbandes;
A R den vorgegebenen Frequenzbereich.

Dann korrigiert man die Pegel der zufalligen Signale, indem man deren eingeregelte Werte mit den errechneten Weiten von C_n multipliziert. Die korrigierten zufalligen Signale speichert man in einem Speicher. Nun führt man die angegebenen Operationen mit den zufälligen Signalen der zweiten Gruppe von Frequenzbändern aus, liest aus dem Speicher die zufälligen Signale sämtlicher Bänder des vorgegebenen Frequenzbereiches aus und gibt diese auf das System »Vibrator-Erzeugnis«.

Aus der SU-PS 8 62 018 ist ferner eine Einrichtung zur Erzeugung eines Spektrums zufälliger Vibrationen bekannt, die einen Rauschgenerator zur Erzeugung eines weißen Rauschens enthält, dessen Ausgang mit dem 2n Eingang eines umstimmbaren Schmalbandfilters verbunden ist, welches aus dem Signal de.·; Aauschgenerators hintereinander zufällige Schmalbandsignaie erzeugt, die auf eine Pegelregelungseinheit, deren Eingang mit dem Ausgang eines unstimmbaren Schnialbandfilters in Verbindung steht, gegeben werden. Der Ausgang der Regelungseinheit ist über den ersten Kontakt eines Umschalters an den Eingang des Vibrators und gleichzeitig an den Eingang des Speichers gelegt. Der Ausgang des Speichers ist über den zweiten Kontakt des Umschalters an den Eingang des Vibrators gelegt. Die eingeregelten zufälligen Signale, und zwar zuerst der ersten und dann dar zweiten Gruppe, werden in den Speicher eingespeichert. Sodann werden die Signale sämtlicher Bänder des vorgegebenen Frequenzbereiches ausgelesen und mit Hilfe des Umschalters auf den Vibrationsprüfstand gegeben.

Die bekannte Vorgehensweise und die bekannte Einrichtung gestatten es, vorgegebene spektrale Dichten der Vibrationsbeschleunigung in jedem Band des vorgegebenen Frequenzbereiches unter Berücksichtigung der Amplitudenfrequenzkennlinie des Systems »Vibrator-Erzeugnis«, aber nur in einem Punkt des Erzeugnisses und nicht in allen Kontrollpunkten, die durch eigene Werte der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung in jedem Band des vorgegebenen Frequenzbereiches gekennzeichnet sind, bei Benutzung eines einzigen Vibrators zu erzeugen.

Aus der eingangs genannten Druckschrift ist es bekannt, an dem zu prüfenden Erzeugnis Kontrollpunkte zu wählen, die durch eigene Werte der spekiraien Dichte der Vibrationsbcschlcunigung in jedem Band des vorgegebenen Frequenzbereiches gekennzeichnet sind. Das zu prüfende Erzeugnis unterwirft man der Einwirkung von Vibrationen im vorgegebenen Frequenzbereich unter Zuhilfenahme eines Mehrkanalformers zufüHiger Signale, wobei jeder Kanal desselben ein zufalliges Schmalbandsignal mit geregeltem Ausgangspegel erzeugt. In den Kontrollpunkten mißt man die spektrale Dichte der Vibrationsbeschleunigung in den erwähnten Bändern, dann errechnet man die mittleren Werte der spektraien Dichte der Vibrationsbeschleunigung für sämtliche Kontrollpunkte getrennt in jedem Band des vorgegebenen Frequenzbandes, vergleicht die erhaltenen mittleren Werte mit den für das konkrete Erzeugnis vorgegebenen Werten der spektralen Dichte der"Vtbrationsbeschleunigung und korrigiert anhand der Verstimmungssignale die Pegel der zufälligen Schmalbandsignaie in jedem Kanal des Mehrkanalformers, an dessen Ausgang das Spektrum des zufalligen Signals, das der Summe der zufälligen Schmalbandsignaie gleich ist, das Spektrum der zufälligen Vibrationen des zu prüfenden Erzeugnisses kennzeichnet.

Dieses Verfahren wird mit Hilfe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Einrichtung durchgeführt. Die breitbandigen Zufallssignale von den Ausgängen der Rauschgeneratoren, die einen gleichmäßigen Pegel der spektralen Dichte im vorgegebenen Frequenzbereich haben, gelangen dabei an die Schmalbandfilter, die aus dem Spektrum des breitbandigen Zufallssignals nur diejenigen Spektralkomponenten ausfiltern, die auf den Durchlaßbereich derselben, der durch die Sollparameter des zu erzeugenden Spektrums bestimmt wird, fallen. Die Signale von den Ausgängen der Schmalbandfilter w:.iden in den regelbaren Verstärkern verstärkt und summiert. Das Ausgangssignal des Mehrkanalformers gelangt über den Leistungsverstärker an den Vibratorengang. Die Zufallssignale, die die Vibration der Kontrollpunkte des zu prüfenden Erzeugnisses kennzeichnen, werden abwechselnd mittels der Schalteinheit auf die Eingänge der Bandfilter des Spektrumanalysators gegeben. Die Signale vom Ausgang des Zufallssignalpegelmessers jedes Anaiysatorkanals, die das Niveau der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung kennzeichnen, werden übei die gewählten Kontrollpunkte gemittelt. Somit kennzeichnet der Signalpegel am Ausgang jedes Anaiysatorkanals das mittlere Niveau der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung mehrerer Kontrollpunkte im Frequenzband des betreffenden Kanals, Das Signal vom Ausgang des Zufallssignalpegelmessers jedes Anaiysatorkanals, das den mittleren Wert der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung im Frequenzband des betreffenden Kanals kennzeichnet, gelangt dann an den ersten Eingang der Vergleichseinheit, deren Eingang man eine Gleichspannung zuführt, deren Niveau das vorgegebene Niveau der spektralen Dichte der VibrationsbeschlPunigung in dem angegebenen Frequenzband bestimmt. Das Verstimmungssignal vom Ausgang der Vergleichseinheit steuert den Verstärkungsfaktor des regelbaren Verstärkers des gleichnamigen Kanals des Mehrkanalformers. Die Messung der spektralen Dichte der Vibration&beschleunigung in den Kontrollpunkten erfolgt bei Erzeugung einer Vibration des Erzeug-

nisses mittels eines Zufallssignals, was die Kompliziertheit der Analyse, besonders bei einem weiten vorgegebenen Frequenzbereich, bedingt. Die Analyse des Zufallssignals wird durch Fehler

r = ^2ff + ^Αω*

' Δω, Ta (2.τ)⁴ 576 L G(ω) J

gekennzeichnet (s. das Buch I. S. Bendat, A. G. Pursol »Measurement and analysis of random data.«, John Wiley and Sons Inc. New York-London-Sidney).
Die Bestimmung der Zufalissignalpegel in den Kanälen des Mehrkanalformers nach den Werten der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung in den Kontrollpunkten des zu prüfenden Erzeugnisses, die man durch Mittelung der Werte der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung in den Kontrollpunkten des zu prüfenden Erzeugnisses erhält, gestattet es nicht, zufällige Vibrationen für das zu prüfende Erzeugnis mit bestimmten Werten der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung in jedem Kontrollpunkt des zu prüfenden Erzeugnisses zu erzeugen, d. h. gestattet es nicht, das Erzeugnis auf Einwirkung von zufälligen Vibrationen, die den realen Vibrationen, welchen das Erzeugnis während des Betriebes ausgesetzt wird, zu prüfen.

Die Nachteile der bekannten Einrichtung bestehen in folgendem. Erstens ist ein Mehrkanalanalysator für die Zufallssignale erforderlich, was den Aufbau der Einrichtung kompliziert macht und einen wesentlichen Fehleranteil in der Einrichtung infolge des zufälligen Charakters des von ihr zu messenden Signals ergibt. Zweiten« werden für den normalen Betrieh der F.inrii-.htnng harte Forderungen an Rechteckigkeit. Stabilität und

:o Identität der Amplitudenfrequenzkennlinien der gleichnamigen Kanäle des Mehrkanalformers und des Mehrkanal-Zufallssignalanalysators gestellt, da anderenfalls ein Regelungsfehler entsteht, besonders im Falle einer Komensurabilität der Abstimmfrequenz des Filters mit seinem Durchlaßbereich, der dadurch charakterisiert wird, daß der n-te Kanal des Analysator in diesem Falle den Zufallssignalpegel des (n - l)-ten oder des in + l)-ten Frequenzbandes messen und das Signal des η-ten Frequenzbandes steuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Spektrums zufälliger Vibrationen zu schaffen, die es geslattet. Vibrationen mit vorgegebenen eigenen Werten der spektralen Dichte der Schwingungsbeschleunigung in jedem Kontrollpunkt des zu prüfenden Erzeugnisses in jedem Band des vorgegebenen Frequenzspektrums bei Benutzung eines einzigen Mehrkanalformers und eines einzigen Vibrators zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebene Einrichtung gelöst.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Erzeugung eines Spektrums zufalliger Vibrationen gestattet es, ein vorgegebenes Spektrum zufälliger Vibrationen in mehreren Kontrollpunkten des zu prüfenden Erzeugnisses unter Benutzung eines einzigen Vibrators zu gewinnen.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Einrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert. Die Zeichnung zeigt:

das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erzeugung eines Spektrums zufalliger Vibrationen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht folgendes Vorgehen:

An dem zu prüfenden Erzeugnis 1 wählt man Kontrollpunkte, zum Beispiel zwei Punkte a, b, die man durch Analyse der Vibration des Erzeugnisses 1 während des Betriebes bestimmt und die unterschiedliche Werte q,. der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung im Frequenzbereich haben, den man ebenfalls durch Analyse während des Betriebes bestimmt. Sollte jedoch ein neu entwickeltes Erzeugnis geprüft werden, so können die Kontrollpunkte a, b ausgehend von den konkreten Bedingungen, die von den Entwicklern vorgegeben sind, gewählt werden. So können z. B. als Kontrollpunkte α und b die Befestigungspunkte und vibrationsempfindlichsten Stellen des Erzeugnisses 1 gewählt werden.

Die Vorgabe in jedem Kontrollpunkt a, b eines eigenen Wertes q_u der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung in jedem Band des vorgegebenen Frequenzbereiches gestattet es, die Prüfungen der Erzeugnisse unter Laborbedingungen genauer an die realen Betriebsbedingungen anzunähern.

Das zu prüfende Erzeugnis 1 befestigt man auf einem, z. B. elektrodynamischen oder elektrohydrauiischen, Vibrator 2. In d<"n Kontrollpunkten α und b des zu prüfenden Erzeugnisses I befestigt man Vibrationsgeb.r3 (Wandler mechanischer Schwingungen in elektrische Signale). Die Zahl der Vibrationsgeber 3 entspricht der Zahl der Kontrollpunkte. Die Vibration des Erzeugnisses 1 erzeugt man mit Hilfe eines Mehrkanalformers 4. Jeder Kanal des Mehrkanalformers 4 hat eine eigene Amplitudenfrequenzkennlinie φ_η (ω) und einen regelbaren Pegel K_n des zufalligen Ausgangssignals, wobei η die Nummer des Kanals ist. Die Schmalbandzufallssignale sämtlicher Kanäle bilden ein Signal, mit dessen Hilfe man eine Vibration des Erzeugnisses 1 mit dem erforderlichen Spektrum erzeugt.

Um den erforderlichen Pegel K_n des zufalligen Ausgangssignals in jedem Kanal des Mehrkanalformers 4 zu bestimmen, erzeugt man vorerst eine Vibration des Erzeugnisses 1 mittels harmonischer Schwingungen mit stufenlos veränderlicher Frequenz im vorgegebenen Frequenzbereich. Dann mißt man abwechselnd in jedem Kontrollpunkt die Amplitudenfrequenzkennlinie ψ,(ω) des Systems »Vibrator-Erzeugnis«. Die Wahl der Amplitudenfrequenzkennlinie als Meßparameter der Vibration gestattet es, die harmonische Analyse zu benutzen, die einfacher und genauer als die Analyse des Zufallssignals durchgeführt wird.
Dann löst man ein lineares System von Gleichungen:

.v

in⁼ Σ «ι, ti O)

worin q,_t der vorgegebene Wert der spektralen Dichte der Vibraiioiisbeschleunigung des /-ten Kontrollpunktes in den /-ten Band des vorgegebenen Frequenzbereiches ist und die Koeffizienten des linearen Gleichungssystems a„_t nach der Formel

1 , ,

a„, = —— ι φ-,,(ω) ■ φ](ύ>)ιΙω (2)

Δ ο), ,"

errPihnet werden.

üin Errechnung des Pegels K_n des zufälligen Ausgangssignals in jedem Kanal des Mehrkanalformers 4 gestattet es, eigene Werte </, der spektralen Dichte der Vibrationsbcschleunigung jedes Kontrollpunktes des zu prüfenden Erzeugnisses in allen Bändern des vorgegebenen Frequenzbereiches zu erzeugen.

Die erwähnten Gleichungen resultieren aus den bekannten Beziehungen (s. die angegebene Literaturstelle von Bendat et al.)

6"_;(ω) = G»((o) ψ](ω)

<7/, = —— ι G',(ω) (Iω Δ ω, , _ω

Hierin bedeuten: m

ΟΌ(ω) das Spektrum des Signals am Eingang des Systems »Vibrator-Erzeugnis«, das von dem Mehrkanalformer erzeugt wird;

G,(ω) das Spektrum am Ausgang des Systems »Vibrator-Erzeugnis«. z. B. in dem /-ten Kontrollpunkt: <7,₍ den Wert der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung, z. B. in dem /-ten Kontrollpunkt und in dem i-ten Frequenzband.

Für den Mehrkanalformer 4 hat das Spektrum des zufälligen Ausgangssignals, das als Eingangssignal für das System Vibrator-Erzeugnis dient, die Form:

J!0 V

G₀ (ω) = yV„ V K²„ φ; {ω)

η Ι

Hierin bedeuten: .'5

N₀ den Zufallssignalpegel der Geräuschquelle 5, der im vorgegebenen Frequenzbereich konstant ist und dessen Wert man gleich Eins annehmen kann;

K₁₁ den Verstärkungsfaktor des /i-ten Kanals des Formers 4. eier bei .V₁, - 1 und φ,Λω),..., = 1 den Pegel seines

zufälligen Ausgangssignals bestimmt. -»o

Dann ist

V j V

= 2u K'„ j φ~_η(ω) ψ}(ω)(1ω - ^₁ K~„a„,

„„I isijj,, „-,\

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Spektrums zufälliger Vibrationen erhöht die Prüfgenauigkeit von Erzeugnissen auf Einwirkung zufälliger Vibrationen bedeutend, indem es die Prüfbedingungen an die Betriebsbedingungen annähen.

Nachstehend wird das Verfahren zur Erzeugung eines Spektrums zufälliger Vibrationen durch ein Berechnungsbeispiel der Werte des Ausgangssignalpegels in jedem Kanal des Mehrkanalformers 4 eines Zufallssignals veranschaulicht.

Es sei die Erzeugung eines Spektrums zufälliger Vibrationen zur Prüfung einer Schaufel für einen Gasturbinenmotor erforderlich. In zwei Kontrollpunkten α und b der zu prüfenden Schaufel sind relative Werte der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung in einem Bereich von relativen Frequenzen von z. B. 0,2 bis 2 vorgegeben, welcher in drei Bänder: 0,2-0,8:0,8-1,4: 1,4-2 aufeeteilt ist. wobei q· = 0.18; ^₁, =0,41: q_x. = 0.53: uo ^₁ = 0,46; g₂₂ = 0,5; ^₃ = 0,34 ist.

In dem vorgegebenen Bereich der relativen Frequenzen erzeugt man eine zufällige Vibration der Schaufel mit Hilfe des Mehrkanalformers 4, der beispielsweise 6 Kanäle hat.

Jeder Kanal hat eine eigene Amplitudenfrequenzkennlinie φ,, (ω):

φΐ(ω) =

\+(_ω- «_η)²/0,04

wobei

ω_η = 0,3; 0,6; 0,9; 1,2; 1,5; 1,8 ist, und einen regelbaren Ausgangssignalpegel K_n.

Es sollen nun die Werte K₁₁ errechnet werden, die die Einhaltung der vorgegebenen Parameter des zu erzeugenden Vibrationsspektrums gewährleisten.

Dazu erzeugt man zuerst eine Vibration des Erzeugnisses 1 mittels eines harmonischen Signals mit stufenlos veränderlicher Frequenz im Bereich relativer Frequenzen von 0,2 bis 2 und mißt die Amplitudenfrequenzkennlinien φ,{ω) in beiden Kontrollpunkten α und b der Schaufel.

Nehmen wir an. daß die Messung folgende Werte ergeben hat:

« (<u) = 0,1 4- 0,4 o> ν* (ω) =1-0,3 ω Nun errechnen wir die Koeffizienten a ,,I₁:

■ ι. ' . "■·* 0.1 4- 0,4 ο) , ■>() ün, - ι <p\ Uo) Vi Uülti ω - ι α o> - »,itj

0,04

• ^ , ', w "■■* 0.14-0,4 w , ,.,„., " Γ«, " ιΛ ₁₊ (ω-0.6)-

0.04

Οι:, ⁼ ί φ\(ω)ψ·((ι))αω = ι ^:—'-τ^τ dο> = 0,484

0,04

Auf ähnliche Art errechnen wir nach der Formel (2) die übrigen Koeffizienten a„_h Dann lösen wir das Gleichungssystem:

0.145 A'i 4- O.2O2A3 + 0,096 Al 4- 0.03 Ai 4- 0,014*1 4- 0,008As = 0,18 0.034 A'i 4- 0,09Ai + 0,277 A';· + 0.354 A; 4- 0,162A"? 4- 0.05 A; = 0,41

0.16 K] + 0,026A] 4- 0,05 A'i 4- 0,133 A'i + 0.409 A; + 0,505 A; = 0,53 0,484 A'i 4- 0,526 X\ + 0,225 A'i 4- 0,073 Ai 4- 0.035 A:- 4- 0,02 A^ = 0,46 0,046A? 4- 0.126 AS 4- 0,385Ai 4- 0.413 A'i 4- 0,176A< 4- 0,05 Kl = 0,5 0,01 A'i 4- 0.017Ai 4- 0,034 Ai 4- 0,094Ai + 0,286*1; 4- 0,3 A", = 0,34

, Die Lösung dieses Gleichungssystems ergibt folgende Werte des Ausgangssignalpegels in jedem Kanal des Mehrkanalformers 4:

A'i = 0.005; _m Ki = 0,65;

A'i = 0,21; K% = 0,6;

co Ai = 0.33;

A₁; = 0,57.

Am Ausgang des Mehrkanalformers 4 hat das Zufallssignal ein Spektrum 65

c G_u (ω) = 2Ld Κ\ · φ], (ω),

weiches die Einhaltung der vorgegebenen Werte q_tj der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung in jedem Kontrollpunkt a, b in jedem der drei Bänder des vorgegebenen Frequenzbereiches gewährleistet.

Die Einrichtung zur Erzeugung eines Spektrums zufälliger Vibrationen enthält in jedem Kanal des Mehrkanalformers 4 eine Reihenschaltung aus einem Rauschgenerator 5 zur Erzeugung eines weißen Rauschens, einen Bandfilter 6 und einen Verstärker 7, Zum einfacheren Verständnis der Beschreibung der Einrichtung zur Erzeugung eines Spektrums zufälliger Vibrationen ist in dem Blockschaltbild ein Mehrkanalformer 4 geze-gt, der nur zwei Kanäle I und II hat. Die Ausgänge sämtlicher regelbarer Verstärker 7 sind an die Eingänge eines Summierers 8gelegt, dessen Ausgang an einen der Eingänge eines Schalters 9 angeschlossen ist, dessen anderer Eingang mit einem Generator 10 zur Erzeugung harmonischer Schwingungen von veränderlicher Frequenz in Verbindung steht. Der Ausgang des Schalters 9 ist an einen Leistungsverstärker 11 angeschlossen, der mit dem Eingang iv des Vibrators 2 mit einem auf diesem befestigten zu prüfenden Erzeugnis 1 in Verbindung steht, in dessen Kontrollpunkten a, b Vibrationsgeber 3 befestigt sind. Die Ausgänge sämtlicher Vibrationsgeber 3 sind über eine Schalteinheit 12 an einen Amplitudendemodulator 13 gelegt, dessen Ausgang an einen der Eingänge eines Speichers 14 angeschlossen ist. An den gleichen Eingang ist der Ausgang des Schwingungsgenerators 10 angeschlossen. Der Ausgang des Speichers 14 ist an einen der Eingänge einer Recheneinheit 15 gelegt, an deren anderen Eingang eine Einheit 16 zur Vorgabe der Parameter des zu erzeugenden Spektrums zufälliger Vibrationen angeschlossen ist. An den dritten Steuereingang der Recheneinheit 15 ist der erste Ausgang einer Steuereinheit i7 angeschlossen, der gleiche Ausgang der Steuereinheit 17 ist mit den Steuereingängen des Schwingungsgenerators 10, des Speichers 14 und der Schalteinheit 12 verbunden. Der zweite Ausgang der Steuereinheit 17 ist mit dem Stcucrcingang des Schalters 9 verbunden. Einer der Ausgänge der Recheneinheit 15 isi an die Eingänge der ω regelbaren Verstärker 7 sämtlicher Kanäle und der andere Ausgang derselben an den dritten Eingang des Speichers 14 gelegt.

Die Einrichtung zur Erzeugung eines Spektrums zufälliger Vibrationen funktioniert wie folgt: Ein Steuersignal von der Steuereinheit 17 bringt die Einrichtung in den Betriebszustand »Einstellung«, wozu über den Schalter 9 an den Eingang des Leistungsverstärkers !1 der Ausgang des Schwingungsgenerators 10 gelegt wird. Gleichzeitig löst ein Steuersignal vom Ausgang der Steuereinheit den Schwingungsgenerator 10 aus, dessen Ausgangssignal über den Leistungsverstärker 11 an den Eingang des Vibrators 2 geiangt und das zu prüfende Erzeugnis 1 in harmonische Vibration versetzt, sowie an den Steuereingang der Schalteinheit 12, die den Vibrationsgeber 3 abwechselnd an den Eingang des Amplitudendemodulators 13 legt. Die Ausgangssignale des Amplitudendemodulatc^rs 13 sind die gemessenen Werte der Amplitudenfrequenzkennlinien φ-,(ω) des Systems »Vibrator-Erzeugnis« *n den Kontrollpunkten α, b des Erzeugnisses 1 und werden zusammen mit den Werten der jeweiligen oder laufenden Frequenz des Schwingungsgenerators 10 in den Speicher 14 eingebracht. In dem Speicher sind auch die Amplitudenfrequenzkennlinien φ,, (ω) der Bandfilter 6 des Mehrkanalformers 4 gespeichert.

Vor Beginn der Messungen im Einstellbetrieb wird ein Signal von dem ersten Ausgang der Steuereinheit 17 auf die Steuereingänge des Speichers 14 und der Recheneinheit 15 gegeben, um diese in den Ausgangszustand zu bringen. Nach Beendigung der Messung der Amplitudenfrequenzkennlinien ψ, (ω) in jedem Kontrollpunkt a, b wird ein Signal vom Ausgang des Speichers 14 auf den Eingang der Recheneinheit 15 gegeben. In der Recheneinheit 15 werden abwechselnd die Koeffizienten a_nj nach der Formel (2) errechnet, die in den Speicher 14 eingebracht werden. Nach Beendigung der Errechnung'der Koeffizienten a„_h gelangen alle Werte a„_u an den Eingang der Recheneinheit 15. Gleichzeitig gelangt an den anderen Eingang der Recheneinheit 15 ein Signal vom Ausgang der Einheit 16 zur Vorgabe der Parameter des zu erzeugenden Spektrums zufälliger Vibrationen in Form von ^,.-Werten.

Dann löst die Recheneinheit 15 das lineare Gleichungssystem der Formel (1) und liefert die Werte der Verstärkungsfaktoren K_n der regelbaren Verstärker 7. Nach Beendigung der Rechnungen schaltet die Steuereinheit 17 den Schwingungsgenerator 10 von dem Eingang des Leistungsverstärkers 11 ab und legt an diesen den Ausgang des Mehrkanalformers 4, wodurch die Einrichtung in den Betriebszustand »Prüfung·· gebracht wird.

Im Prüfzustand gelangen die breitbandigen Zufallssignale mit einer in dem vorgegebenen Frequenzbereich gleichmäßigen spektralen Leistungsdichte von den Ausgängen des Rauschgenerators 5 an die Eingänge der Bandfilter 6, die zu ihrem Ausgang nur diejenige Spektralkomponenten des zufälligen Breitbandsignals durchlassen, die in deren Durchlaßbereich fallen. Von den Ausgängen der Bandfilter 6 gelangen die Signale an die Eingänge der regelbaren Verstärker 7, deren Verstärkungsfaktoren nach den errechneten und festgehaltenen Werten K_n eingestellt sind. Die zufalligen Ausgangssignale der Kanäle 1 und II des Mehrkanalformers 4 gelangen an die Eingänge des Summierers 8, dessen Ausgangssignal über den Schalter 9 und den Leistungsverstärker Il an den Eingang des Vibrators 2 gelangt, welcher eine Vibration des Erzeugnisses 1 mit vorbestimmten Parametern des Vibrationsspektrums erzeugt.

Die Verwendung des Schwingungsgenerators 10 gestattet es, in den Kontrollpunkten die Amplitudenfrequenzkennlinien des Systems »Vibrator-Erzeugnis« ψ,(ώ) mit Hilfe eines gewöhnlichen Amplitudendemodulators 13 mit kleiner Integrierkonstante zu messen, wodurch eine solche komplizierte Einheit wie derMehrkanal-Zufallssignalanalysator entfällt. Dadurch braucht man keine harten Forderungen an Rechteckigkeit und Identitat der Amplitudenfrequenzkennlinien φ_π (ω) der Bandfilter der Formerkanäle und der Bandfilter der gleichnamigen Analysatorkanäle zu stellen, was Regelungsfehler ausschließt. Somit gestattet es die erfindungsgemäße Einrichtung, nicht nur die Aufgabe der Erzeugung von eigenen Werten q_t. der spektralen Dichte der Vibrationsbeschleunigung in jedem Kontrollpunkt des zu prüfenden Erzeugnisses mit Hilfe eines einzigen Vibrators zu lösen, sondern auch die eindimensionale Aufgabe der Erzeugung eines Spektrums zufälliger Vibrationen in einem einzigen Kontrollpunkt in den Bändern des vorgegebenen Frequenzbereiches genauer zu lösen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung eines Spektrums zufälliger Vibrationen, mit einem Mehrkanalformer (4) mit mehreren Kanälen, die je eine Reiheaschaltung aus einem Rauschgenerator (5) zur Erzeugung eines weißen Rauschens, einen Bandfilter (6) und einen regelbaren Verstärker (7) umfassen, wobei die Ausgänge sämtlicher regelbarer Verstärker (7) mit den Eingängen eines Summierers (8) verbunden sind, dessen Ausgang an den Eingang eines Leistungsverstärkers (11) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Vibrators (2) mit dem auf diesem angeordneten zu prüfenden Erzeugnis (1) verbunden ist, in dessen Kontrollpunkten (a, b) Vibrationsgeber (3) befestigt sind, die Wandler mechanischer Schwingungen in elektrische Signale darstellen, deren Ausgänge mit den Eingängen einer an einen Analysator (13) angeschlossenen Schalteinheit (12) in Verbindung stehen, mit einer Einheit (16) zur Vorgabe der Parameter des zu erzeugenden Spektrums und mit einer Steuereinheit (17), deren erster Ausgang an den Steuereingang der Schalteinheit (12) angeschlossen ist, gekennzeichnet durch einen Generator (10) zur Erzeugung harmonischer Schwingungen veränderlicher Frequenz, dessen Ausgang mit einem zwischen den Ausgang des Summierers (8) und den Eingang des Leistungsverstärkeis (11) geschalteten und an den zweiten Ausgang der Steuereinheit (17) angeschlossenen Schalter (9) in Verbindung steht, und durch einen Speicher (14), der ausgangsseitig an eine Recheneinheit (15) angeschlossen ist, an deren zweiten Eingang die Einheit (16) zur Vorgabe der Parameter des zu erzeugenden Spektrums angeschlossen und deren dritter Steuereingang mit dem ersten Ausgang der Steuereinheit (17) verbunden ist, die an die Steuereingänge des Schwingungsgenerators (10) und des Speichers (14) angeschlossen ist, dessen anderer Eingang an den Ausgang des Schwingungsgecgrators (10) und den Ausgang des als Amplitudendemodulator ausgeführten Analysators (13) angeschlossen ist, wobei ein Ausgang der Recheneinheit (15) an den Eingang des regelbaren Verstärkers (7) jedes Kanals des Mehrkanalformers (4) angeschlossen ist und ein zweiter Ausgang der Recheneinheit mit dem dritten Eingang des Speichers (14) in Verbindung steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (15) dazu ausgelegt ist, das lineare Gleichungssystem