БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ
Выпуск 553
А. А. КУЗНЕЦОВ
ВИБРАЦИОННЫЕ
ИСПЫТАНИЯ
ЭЛЕМЕНТОВ
И УСТРОЙСТВ
АВТОМАТИКИ
т
«ЭНЕРГИЯ»
МОСКВА 1976

6П2.1.082
К 89
УДК 62-52.001.4:534.647
Редакционная коллегия:
И. В. Антик, Г. Т. Артамонов, А. И. Бертинов, М. А. Боярченков,
А. А. Воронов, Л. М. Закс, В. С. Малов, В. Э. Низе, Д. А. Поспе-
лов, И. В. Прангишвили, О. С. Слежановокий, Ф. Е. Темников,
М. Г. Чиликин, А. С. Шаталов.
Кузнецов А. А.
К 89 Вибрационные испытания элементов и устройств
автоматики. М., «Энергия», 1976.
120 с. с ил. (Б-ка по автоматике. Вып. 553).
В книге приводятся описания и технические характеристики со-
временных пьезоэлектрических виброизмерительных преобразователей
и виброизмерительной аппаратуры.
Рассматриваются конструкции и характеристики электродинамиче-
ских виброустановок отечественного производства и зарубежных фирм.
Приводится методика определения метрологических характеристик.
Разбираются схемы и устройства автоматических генераторов вибра-
ции.
Книга предназначена для широкого круга инженерно-технических
работников, занимающихся исследованием вибронадежности аппара-
туры автоматики в лабораторных условиях.
30501-076
К 051(01)-76 282"75 6П2Л082
(§) Издательство «Энергия», 1976 г,

Предисловие
Решения партии и правительства о повышении ма-
териально-технической базы нашей страны предусматри-
вают ускорение темпов щаучно-технического прогресса и
переход к новому уровню технологии и культуры произ-
водства, что органически связано с комплексной автома-
тизацией всех отраслей народного хозяйства. Поэтому
в настоящее время особое внимание уделяется развитию
средств автоматики, телемеханики и точных приборов.
Современная техника в этих условиях требует от
аппаратуры автоматики высокой эксплуатационной на-
дежности, которая может быть обеспечена еще на ста-
дии конструирования и изготовления опытных образцов
за счет их тщательной проверки на механические и,
в частности, на вибрационные воздействия.
В связи с этим вибрационные испытания имеют
большое значение для обеспечения надежности разраба-
тываемых приборов и занимают одно из важных мест
•в общем комплексе испытаний.
Они проводятся на специальных электродинамиче-
ских виброустановках, имитирующих условия, близкие
к условиям эксплуатации различных изделий. Для обес-
печения разнообразных программ испытаний виброуста-
новки комплектуются сложной электронной задающей
и измерительной аппаратурой.
Ознакомление с некоторыми вопросами вибрацион-
ной техники позволит инженерно-техническим работни-
кам со знанием дела подходить к проведению испыта-
ний, выбору испытательного оборудования и анализу
их результатов. Книга знакомит читателей с отечествен-
ной задающей аппаратурой, применяемой в практике
виброиспытаний, а также с некоторыми характери-
стиками аппаратуры зарубежных фирм. Учитывая, что
книга рассчитана на широкий круг инженерно-техниче-

ских работников, в нее включены сведения о параметрах
вибрации и единицах их измерений.
В настоящее время в Советском Союзе проблемами
вибрационной техники занимается большое количество
специалистов. Этим проблемам посвящен ряд работ оте-
чественных и зарубежных авторов. Наиболее фундамен-
тальной среди них является монография Ю. И. Иориша [8].
Вопросы расчета, конструирования и испытаний ра-
диоэлектронной аппаратуры рассмотрены в книге
В. П. Карпушина [14], в книге В. Д. Малинского [18]
обобщен и систематизирован материал по вопросам кли-
матических и механических воздействий на радиоэлек-
тронную аппаратуру и ее элементы. Вопросам измерения
вибраций посвящены работы Л. Д. Гик [35] и других
авторов.
Автор надеется, что данная книга будет полезна
широкому кругу инженерно-технических работников, за-
нимающихся вопросами вибрационных испытаний, а так-
же разработчикам аппаратуры автоматики и студентам
втузов.
Автор выражает благодарность канд. техн. наук
М. И. Шапошниковой за ряд ценных замечаний, спо-
собствующих улучшению книги.
Автор

Глава первая
ХАРАКТЕРИСТИКИ КОЛЕБАНИИ И ИХ ПАРАМЕТРЫ
1. Периодические колебания
Периодические колебания, а в случае вибрации — периодические
вибрации можно рассматривать как колебательное движение мате-
риальной точки или тела относительно своего исходного положения,
если все значения колебательной величины, характеризующие про-
цесс, повторяются через одинаковые промежутки времени Т в той
же последовательности. Такой промежуток времени называется пе-
риодом колебаний. Величина обратная периоду Г, называется ча-
стотой колебаний:
f=UT.
(1)
При исследовании колебаний нередко используют угловую ча-
стоту
(0=2п}=2л1Т.
Простейшей формой периодических колебаний являются сину-
соидальные, или гармонические, колебания (рис. 1), где колеблю-
щаяся величина представляет собой синусоидальную функцию вре-
мени. Изучение параметров гармо-
нических колебаний имеет важное
практическое значение для объяс-
нения многих явлений.
Гармонические колебания ха-
рактеризуются тремя связанными
между собой колебательными ве-
личинами: колебательными смеще-
ниями *(/), скоростью v(t), уско-
рением a (t).
Если колебание имеет форму
чисто поступательного движения
тела вдоль только одной оси х, то мгновенное значение каждой из
ее координат называется перемещением и выражается так:
х=Хпик sin (2 Tit IT) = Хпик sin 2nft=Хпик sin со*, (2)
где Хцпк — амплитуда колебательного смещения; Т — период коле-
баний; t — текущее значение времени.
Рис. 1.
Гармоническое коле-
бание.

Амйлитуда колебаний — это абсолютная величина наибольшего
смещения от среднего положения при синусоидальных колебаниях.
Размах колебаний, равный удвоенной амплитуде, представляет со-
бой расстояние между противоположными крайними положениями
колеблющейся точки. По отношению к несинусоидальным колеба-
ниям термин «амплитуда», строго говоря, неприменим. В этих слу-
чаях можно говорить о пиковом значении колеблющейся величины
или о полуразмахе для несинусоидальных колебаний. Для синусои-
дальных колебаний слова «амплитуда», «пиковое значение» и «полу-
размах» являются синонимами.
Выражения для скорости и ускорения гармонического колебания
находятся дифференцированием по времени выражения (2).
Тогда для скорости получаем выражение
V==~dT == ^тткcos®* = ^пикcos^ == ^пикsin ( со/ + -у J,
(3)
где Упик —охХпик — амплитуда скорости колебаний.
Сопоставляя выражения (2) и (3), отмечаем, что при синусои-
дальных колебаниях скорость опережает по фазе перемещение на
угол 90° (я/2).
Вторично дифференцируя по времени, получаем выражение для
ускорения колебаний:
dv d*x
a = 'dt^~dn = — »2^пик sin со/ =
= — Лпик sin со/ = Лпик sin (со/ + тс). (4)
Из приведенного выражения следует, что амплитуда ускорения
пропорциональна амплитуде перемещения, помноженной на квадрат
скорости.
На рис. 2 приведены фазовые соотношения между перемеще-
нием скоростью v и ускорением а гармонического колебания и
показана зависимость между этими величинами при изменении ча-
стоты колебаний. Здесь частота колебаний медленно возрастает и
в конце графика приблизительно вдвое выше начальной частоты.
Величина амплитуды перемещения при изменении частоты остается
постоянной (рис. 2,а).
Из графика (рис. 2,6) видно, что колебательная скорость опере-
жает по фазе перемещение на 90°, причем пиковые значения скоро-
сти соответствуют нулевым значениям перемещения, и наоборот.
Можно заметить, что амплитуда скорости увеличивается с ростом
частоты колебаний. Это объясняется тем, что при возрастании ча-
стоты колеблющаяся точка должна совершать полные циклы коле-
баний в пределах заданного интервала времени. Следовательно,
амплитуда скорости должна быть выше и пропорциональна частоте
колебаний.
Из графика на рис. 2,в видно, что колебательное ускорение опе-
режает по фазе скорость на 90°, а перемещение на 180°, т. е. они
находятся в противофазе. Максимальные значения ускорения соот-
ветствуют моменту времени, когда колеблющаяся точка имеет мак-
симальное отклонение от среднего положения, а кривая скорости
6

проходит нулевое положение при изменении направления. Таким об-
разом, при условии, когда амплитуда перемещения будет поддержи-
ваться постоянной с ростом частоты колебаний (рис. 2,а) до вели-
чины вдвое большей, получаем возрастание амплитуды ускорения
в четыре раза. Эта зависимость ускорения от частоты колебаний
показана на рис. 2,в.
2. Стационарные случайные колебания
Перемещение
Изучение реальных колебаний показывает, что в большинстве
случаев, они имеют не только не гармонический характер, но и не
периодический, случайный (рис. 3). В этом случае невозможно пред-
видеть на основании записи какого-
либо из параметров колебания, како-
вы будут его значения в следующий
отрезок времени. Для получения пол-
ных характеристик таких колебаний
теоретически необходимо бесконечно
большое время записи. Это невыпол-
нимое требование и практически ис-
пользуется ограниченное время за-
писи.
В случайном процессе все харак-
теристики колебаний, частоты и ам-
плитуды параметров компонент мож-
но определить, только обрабатывая
обширный статистический материал.
Одним из важнейших свойств
случайных процессов является свой-
ство стационарности. По этому при-
знаку процессы делятся на два клас-
са— стационарные и нестационарные.
Если статистические свойства
процесса не зависят от того, с какого
момента времени протекания процес-
са начата обработка записи, то про-
цесс называется стационарным.
Стационарный процесс можно за-
фиксировать в виде большого числа
т записей в течение некоторых отрез-
ков времени. Каждая такая запись
называется реализацией. Считают, что
значительная часть стационарных
процессов обладает эргодическим
свойством, т. е. полагают, что вместо
обработки т реализаций (ансамбля
записей) можно обработать одну
очень длинную запись и получить та-
кие же результаты, как и при обра-
ботке ансамбля.
Иначе говоря, среднее значение каждой реализации одно и то же.
Это важное положение позволяет заменить изучение состояния
множеств элементов изучением поведения одного случайного элемен-
та в течение достаточного промежутка времени. Таким образом, зна-
Рис. 2. Фазовые соотноше-
ния между перемещением,
скоростью и ускорением
гармонического колебания
при возрастании частоты.

чительное число вероятностных процессов можно оценивать на ос-
нове их временных характеристик.
Для описания основных свойств случайных процессов использу-
ются следующие статистические функции: среднее значение случай-
ного процесса, среднее значение квадрата случайного процесса, плот-
ность распределения, автокорреляционная функция и спектральная
плотность мощности.
Случайный во времени процесс x(t) характеризуется в первую
очередь значением средней величины x(t) и средним значением квад-
рата той же величины x2(t). Черта над ними указывает на усредне-
ние во времени:
т
mx(t) = x(t) = lim ^г- J x(t)dt, (5)
T-+00 О
где mx(t) — математическое ожидание случайного процесса.
т
Dx(t) = *2(0 = lim-ir- [x(t)dt,
Т-+00 1 J
(6)
где Dx (t) — второй центральный момент, или дисперсия.
Дисперсия по своему физическому смыслу представляет мощ-
ность переменных составляющих случайного колебания. Дисперсия,
а также корень квадратный из дисперсии, называемый стандартным
отклонением, зависят от распреде-
ления вероятности [функции плот-
ности вероятности Р\(х> #)]. Вид
этой функции для наиболее часто
применяемого закона распределе-
ния, так называемого нормально-
го или распределения Гаусса, по-
казан на рис. 4.
Математическое ожидание и ди-
версия представляют собой важ-
*J ные характеристики случайного
Пт_ о r-^rWxT,^ _ __ _ процесса. Однако для описания ос-
Рис. 3. Случайные колебания. н£вных ^^ocTe* процесса
этих характеристик недостаточно,
так как они не учитывают его внутренней структуры. Для этого вво-
дится специальная характеристика, которая называется автокорре-
ляционной функцией. Она отражает внутреннюю структуру процес-
са, характеризует степень зависимости, существующей между
значениями случайного процесса в различные моменты времени и
определяется выражением
т
К(т) = lim 4- f + t)dt. (7)
О
Как всякий реальный процесс, протекающий во времени, случай-
ные колебания обладают определенным частотным спектром. Это
означает, что если взять некоторую реализацию процесса протяжен-
ностью Г, то ее можно путем соответствующих математических one-
8

раций (преобразование Фурье) представить в виде сумм прбстых
гармонических составляющих с определенными амплитудными и фа-
зовыми отношениями. Но случайный процесс определяется не одной,
а множеством различных реализаций, всегда непохожих одна на дру-
гую. Кроме того, каждая реализация, если говорить о стационарном
процессе, длится бесконечно долго и все время изменяется случай-
-J6 -Z6 -А* 0 +16 +26 +J6 46
Рис. 4. Нормальное распределение (функция плотности вероятности).
ным образом. Поэтому говорить о спектре случайного процесса в та-
ком понимании, как в случае детерминированных (неслучайных)
процессов, нельзя.
К описанию спектра случайного процесса подходят с энергети-
ческой точки зрения и пользуются понятием плотности мощности
G(f). Плотностью мощности G(f) называется предел отношения
мощности, приходящейся на участок Д/, к ширине участка, когда
последняя стремится к нулю. Величину G{f) называют спектральной
плотностью мощности (рис. 5).
Если процесс вибрационный, то спектральная плотность мощ-.
ности будет определяться следующим выражением:
я*
G(f) = Пт-д,
где а — среднеквадратичная величина ускорения, м/с2; В —полоса
рассматриваемых частот.
В различных точках частотного диапазона спектральная плот-
ность мощности G(t) может быть различной. Выраженная графиче-
ски или аналитически, в виде зависимости от частоты, плотность
мощности представляет собой ча-
стотный спектр данного случайно-
го процесса.
При проведении испытаний на
широкополосную случайную вибра-
цию испытателю задаются G(f)
как функция частоты и средне-
квадратичная величина ускорения
в диапазоне частот В.
Для случая задания плоского
спектра связь между действую-
щим значением ускорения и спек-
тральной плотностью имеет вид:
9
Рис. 5. Спектральная плотность
мощности.

яд = Vgb,
где 6 — спектральная плотность ускорения, (м/с2)2/Гц.
Связь между функцией корреляции и спектральной плотностью
устанавливается преобразованием Фурье
00
*М= J G(f)e - df.
—00
Обратное преобразование K(i) дает спектральную плотность
00
G(f)= J К(1)е~*2ф(1%.
—00
3. Нестационарные случайные колебания
Большое число видов случайных колебаний, встречающихся на
практике, являются нестационарными, потому что их статистические
характеристики изменяются во времени и зависят от начала от-
счета. Такие процессы не являются эргодичными и поэтому их ха-
рактеристики не могут быть определены как по одной-единственной
реализации, так и по комплексу реализаций. Следует отметить, что
далеко не все нестационарные случайные процессы являются суще-
ственно нестационарными на всем протяжении своего развития.
Существуют нестационарные процессы, которые |(на известных от-
резках времени и с известным приближением) могут быть приняты
за стационарные. Примером нестационарного процесса может быть
процесс затухающих колебаний в электрической цепи.
Нестационарные процессы различают но характеру и скорости
проявления нестационарности. Эти свойства оказываются весьма
важными при определении их характеристик, так как процессы
с медленным изменением характеристик легче поддаются стациона-
ризации. Поэтому, там, где это возможно, нестационарные процессы
стараются привести к стационарным.
4. Параметры вибраций и единицы измерений
Вибрация как протекающий во времени процесс описывается со-
ответствующим законом колебаний и характеризуется определенны-
ми параметрами этого закона.
Гармоническая вибрация описывается тремя независимыми пара-
метрами: амплитудой, частотой и начальной фазой. Частота вибра-
ции измеряется в герцах, а период колебаний и круговая частота
измеряются в секундах и радианах на секунду соответственно. Фаза
измеряется в радианах или угловых градусах (1 рад=57,295°).
Единицами измерений скоростей и ускорений в системах СИ и
МКГСС являются 1 м/с и 1 м/с2, а вибрационного перемеще-
ния — 1 м.
Широкое применение приобрела единица ускорения, равная нор-
мальному ускорению силы тяжести, соответствующего ускорению на
широте 45° на уровне моря. Обозначается эта единица g (1 g=
=9,807 м/с2).
Связь между единицами ускорения приведена в табл. 1.
10

Иногда употребляется безразмерный параметр К, называемый
коэффициентом вибрационной перегрузки. Он равен отношению ви-
брационного ускорения к ускорению земного притяжения: K=a/g*
Численно он совпадает со значением ускорения, выраженного в g.
Таблица 1
Единица ускоре-
ния
м/с»
см/са
*
1 м/с2
1 см/с2
1 g
1
0,01
9,81
100
1
981
0,Ю2
0,00102
1
Для синусоидальной вибрации значения амплитуды ускорения,
амплитуды перемещения и частоты колебаний связаны между собой
соотношением
a=(d2x=(2Kf)2x,
где а — амплитуда ускорения, м/с2; со —круговая частота, рад/с;
х — амплитуда перемещения, м; f — частота колебаний, Гц.
Или, выраженная в единицах gy амплитуда ускорений будет
иметь вид:
4nf*x ,
9807 '
На практике удобно пользоваться приближенной формулой
а«/2*/250,
где х — амплитуда колебаний, мм.
При изучении колебательных процессов применяются их сред-
ние значения в зависимости от свойств процесса и условий задачи.
Наиболее важными являются среднее арифметическое и среднее
квадратичное значения.
Среднее значение параметра определяется как среднее арифме-
тическое от всех мгновенных значений колебательной величины за
период:
t+T
^cp = 4" J \m\dt. (8)
Оно используется. для оценки общей интенсивности вибрации.
Среднее квадратичное значение параметра от всех мгновенных
значений колебательной величины за период называется действую-
щим или эффективным значением колебательной величины:
1+7
*д = 1/ -г f **(№• (9>
/t+т
Оно имеет определенный физический смысл в случае виброско-
рости, так как энергия колебаний в общем случае пропорциональна
квадрату скорости вибрации.
11

Отношение действующего значения к среднему называется коэф-
фициентом формы:
(10)
а отношение пикового значения к действующему—коэффициентом
амплитуды, или пик-фактором:
*а = :
(")
Таблица 2
Связь между значениями гармонического колебания
Требуемое значение гармонического колебания
Значение гармонического
колебания
амплитуд-
ное
среднее
среднее
квадра-
тичное
размах
Амплитудное
Среднее
Среднее квадратичное
Размах
1
0,637
0,707
2,000
1,571
1
1,111
3,142
1,414
0,900
1
2,828
0,5
0,318
0,354
1
Для гармонической вибрации (рис. 6) связь между различными
значениями выражается (табл. 2) так:
V2
= = 0,707,4;
Хср = — Л = 0,637.4;
Ka = V2= 1,414,
где Л — амплитуда колебаний.
Для пересчета параметров гармонической вибрации удобно поль-
зоваться номограммой, приведенной <в приложении. Каждая точка
этой номограммы определяет значение четырех параметров гармони-
ческой вибрации х, v, а, /, два из которых независимы. В результате
по любым двум известным параметрам легко определяются два
остальные.
Большие диапазоны измерений виброизмерительных приборов
привели к необходимости устройства логарифмических шкал у этих
приборов. Это обстоятельство вызвало введение условных относи-
тельных единиц измерений — децибел. Уровень интенсивности скоро-
сти вибрации в децибелах определяется как двадцатикратный деся-
12

тичный логарифм отношения абсо-
лютного значения виброскорости v
к некоторому начальному уров-
ню Vol
L=201g v/vo.
За начальный уровень интен-
сивности вибрации принимается
действующее значение виброскоро-
сти 1>до=5-10-5 мм/с, или 0до=
=0,31 мм /с.
Первое значение порога полу-
чено из соотношения между зву-
ковым давлением на уровне поро-
га слышимости и колебательной скоростью в простой звуковой вол-
не, а второе — из субъективного восприятия вибрации и шума. За
нулевой порог ускорения принимают адо= (0,3-5-0,316) Ю"4 м/с2.
Рис. 6. Средние значения гар-
монического колебания.
Глава вторая
МЕТОДЫ ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ
5. Общие вопросы испытаний
Вибрационные испытания элементов и устройств автоматики
позволяют выявить наличие механических дефектов, определить ди-
намические характеристики испытываемых изделий и произвести
оценку конструктивных факторов, проверить стабильность заданных
параметров изделия при воздействии вибрации.
Применение изделий автоматики в аппаратуре, предназначенной
для авиационной и космической техники, обусловливает повышенные
требования к надежности этих изделий, поскольку элементы автома-
тики таких устройств, как правило, работают при комплексе внеш-
них воздействий. Соотношение между степенью жесткости этих воз-
действий и уровнем прочности, устойчивости, стабильности и другими
характеристиками изделий является одним из факторов, определяю-
щих их способность нормально функционировать, безотказно вы-
полнять заданные операции в течение определенного промежутка
времени.
Для обеспечения надежной работы изделий автоматики условия
эксплуатации должны быть имитированы при стендовых, лаборатор-
ных испытаниях.
Технические условия виброиспытаний, проводимые в лаборато-
рии, разрабатываются с таким расчетом, чтобы они включали и
прочие эксплуатационные условия, помимо вибрации, при которых
могут оказаться элементы или устройства автоматики во время ра-
боты.
Следует отметить, что все технические условия на проведение
вибрационных испытаний основываются на воспроизведении (со зна-
чительным запасом) только максимальных нагрузок, возникающих
в условиях эксплуатации.
Результаты таких испытаний, как правило, не соответствуют
условиям эксплуатации в силу того, что при стендовых вибрацион-
13

ных испытаниях на изделие воздействует вибрация одной частоты.
Эта частота может быть постоянной и соответствовать определенной
резонансной частоте изделия или же быть переменной и, изменяясь
в определенном диапазоне, поочередно возбуждать все резонансные
частоты изделия. В условиях же эксплуатации обычно одновремен-
но присутствует не одна частота, а спектр частот, и все имеющиеся
резонансы изделия возбуждаются сразу, но уровень отдельных гар-
монических составляющих действующего спектра частот обычно
меняется по случайному закону. Такое различие в воздействующей
нагрузке и обусловливает несопоставимость результатов лаборатор-
ных испытаний при гармоническом воздействии и в условиях
эксплуатации.
Заключение, которое обычно можно дать после испытаний изде-
лий при синусоидальном воздействии на одной постоянной или ка-
чающейся частоте, как правило, носит сравнительный характер и
говорит только о свойствах испытуемого изделия по отношению
к подобным же изделиям, ранее испытанным при этих условиях,
о влиянии изменения технологии и материалов на вибропрочность из-
делия и т. д. Тем не менее практика показывает, что при такой по-
становке испытаний изделий удается гарантировать надежность из-
делия в условиях эксплуатации.
В том случае, когда требуется не только обеспечить надежность
изделий, но и добиться этого при условии оптимального сочетания
веса изделия, его стоимости и надежности, необходимо применять
такие методы испытания на надежность, которые были бы близкими
к условиям эксплуатации.
Поэтому для дальнейшего совершенствования оценки надежно-
сти элементов и устройств автоматики при воздействии механических
нагрузок необходимо обеспечить в условиях стендовых испытаний
имитацию вибрационных нагрузок, соответствующих реальным усло-
виям.
Вибрационные испытания отличаются друг от друга, в первую
очередь, величиной и характером внешних воздействий на испыты-
ваемую аппаратуру и могут быть разделены на следующие виды:
1) испытание на фиксированных режимах гармонической виб-
рации;
2) испытание на гармоническую вибрацию методом качающейся
частоты;
3) испытание на полигармонические вибрации;
4) испытание на широкополосную случайную вибрацию;
б) испытание на узкополосную случайную вибрацию;
6) испытание на реальные вибрации.
Указанные виды испытаний в основном проводятся на вибра-
ционных электродинамических установках, но требуют различную
задающую и контрольно-измерительную аппаратуру.
Параметры режимов при механических испытаниях согласно
ГОСТ, нормалям и другим руководящим техническим документам
должны устанавливаться в контрольной точке, которую указывают
в программе испытаний.
При испытаниях на вибрационные воздействия контрольную
точку выбирают в одном из следующих мест:
1) на столе вибратора рядом с одной из точек крепления из-
делия, если последнее крепят непосредственно на столе;
2) на крепежном приспособлении, если изделие крепят на при-
способлении;
14

3) рядом с точкой крепления амортизатора, если изделие крепят
на собственных амортизаторах.
Выбор мест расположения контрольного вибропреобразователя
затрудняется в случае сложной конфигурации изделия, когда необ-
ходимо использовать дополнительное крепежное приспособление.
В отдельных случаях конструкция крепежного приспособления долж-
на быть настолько жесткой, чтобы ее резонансная частота выходила
далеко за пределы рабочего диапазона частот испытаний. При этом
контрольный вибропреобразователь может устанавливаться в любом
месте, поскольку приспособление и рабочий стол вибратора обра-
зуют единую жесткую конструкцию и движение всех точек приспо-
собления одинаково.
На практике же избежать резонанса крепежной конструкции
почти невозможно. Динамика даже простейших систем изделие —
приспособление — рабочий стол такова, что каждый из элементов
имеет несколько резонансов. Контрольный вибропреобразователь
в этом случае должен быть установлен в точке, обеспечивающей ми-
нимальное влияние резонанса всех элементов крепежного приспособ-
ления.
Общепринято устанавливать контрольный вибропреобразователь
на крепежном приспособлении в непосредственной близости от точки
крепления изделия. Если изделие крепится в нескольких точках, то
часто бывает необходимо устанавливать контрольные вибропреобра-
Таблица 3
Параметр
Требования рекомен-
дации мэк
Требования
ГОСТ 16962-71
Диапазон частот, Гц
Допуск на частоту, Гц . , . .
Диапазон ускорений, м/с2. . .
Погрешность воспроизведения
и поддержания ускорения в
контрольной точке, % . . .
Диапазон перемещений, мм . .
Погрешность воспроизведения и
поддержания перемещения в
контрольной точке, % ...
5—5000
+ 1 до 50 Гц
+2% свыше 50 Гц
10—500
+10
0,35—3,5*
±15
10—5000
+2 до 50 Гц
±3% свыше 50 Гц
15—400
4-20
1,5—4
±20
* Предпочтительные степени жесткости для элементов радиоаппаратуры.
зователи вблизи каждой точки крепления. При этом принято поддер-
живать заданный уровень вибрации равным среднему значению
амплитуд вибрации во всех точках крепления.
Ряд отечественных и зарубежных документов регламентируют
параметры испытаний на воздействие гармонической и случайной
вибраций, устанавливают допускаемые отклонения параметров
в контрольной точке. В табл. 3 отражены требования к параметрам
вибрации, приведенные в рекомендации Международной электротех-
нической комиссии (МЭК) и ГОСТ 16962-71 [33, 34].
15

Кроме того, в рекомендациях МЭК приводятся требования к ха-
рактеристикам испытательного виброоборудования и устанавлива-
ются допуски на поперечные составляющие вибрации и коэффициент
гармоник виброускорения вибратора.
6. Испытание на фиксированных режимах гармонической вибрации
Структурная схема испытаний на фиксированных режимах гар-
монической вибрации приведена на рис. 7.
Испытание проводят на фиксированных частотах рабочего диа-
пазона частот как при разомкнутой системе управления, так и при
замкнутой (с обратной связью).
Г—1
Рис. 7. Структурная схема испытаний на фиксированных режимах
гармонической вибрации.
/ — задающий генератор; 2 — усилитель мощности; 3 — вибратор; 4 — испытуе-
мое изделие; 5 — виброизмерительный преобразователь; 6 — виброизмеритель-
ная аппаратура.
Выход на заданный режим производится регулировкой уровня
выходного сигнала задающего генератора на определенной частоте
до требуемого значения и выдерживается в течение заданного вре-
мени.
При этом контроль заданного вибрационного параметра (пере-
мещения, скорости, ускорения) производят с помощью виброизмери-
тельного прибора и в случае необходимости регистрируют записы-
вающей аппаратурой.
7. Испытание на гармоническую вибрацию
методом качающейся частоты
Метод качающейся частоты широко применяется для испытаний
изделий на виброустойчивость и вибропрочность, а также для опре-
деления резонансных частот изделий. Испытания с непрерывным из-
менением частоты вибрации в большинстве случаев предпочтитель-
ны, так как они позволяют непосредственно определять собственные
частоты испытуемой конструкции и величины резонансных ампли-
туд. Они показывают, какая из собственных частот объекта испыта-
ния представляет большую опасность при его функционировании
в реальных условиях эксплуатации [16].
Испытания методом качающейся частоты проводятся обычно при
замкнутой системе управления при поддержании постоянного уровня
ускорения, скорости или смещения подвижного рабочего стола виб-
ратора. Выбор одного из этих трех параметров, определяющих виб-
рацию, зависит в основном от конструкции изделия и условий его
эксплуатации. Как правило, испытания на воздействие вибрации про-
водят сначала при постоянном уровне смещения на низких частотах,
затем продолжают их при постоянном уровне ускорения на более
16

высоких частотах. Частота перехода от режима вибрации при по-
стоянном смещении к режиму вибрации при заданном ускорении
зависит от условий эксплуатации изделия и обычно находится в диа-
пазоне частот 10—500 Гц.
Структурная схема гармонических вибрационных испытаний ме-
тодом качающейся частоты приведена на рис. 8.
Принцип действия аппаратуры заключается в следующем. Ча-
стотой задающего генератора звуковой частоты управляет блок
качания частоты. Время цикла
качания и закон изменения ча.
стоты определяются в каждом
конкретном случае по резуль-
татам предварительных и рас-
четных данных. Чаще всего ча-
стота меняется по линейному и
логарифмическому законам, а
время цикла качания составля-
ет от нескольких секунд до де-
сятков минут. Частота изменя-
ется электрическим или механи-
ческим способом.
Автоматический регулятор
уровня вибрации изменяет вы-
ходное напряжение генератора,
а следовательно, и мощность
колебаний на выходе усилителя
мощности, подводимых к по-
движной катушке электродина-
мического вибратора.
Таким образом, осущест-
вляется компенсация неравномерности частотной характеристики и
поддерживается необходимый уровень вибрации на столе вибратора,
который регистрируется вибропреобразователем и виброизмеритель-
ным прибором.
Для достижения равномерности амплитудно-частотной характе-
ристики вибратора регулятор уровня вибрации должен обеспечивать
глубину регулировки в несколько десятков децибел. Постоянная вре-
мени регулирования должна обеспечить быстрое срабатывание как
на низких, так и на высоких частотах. Часто она делается перемен-
ной— для получения нескольких скоростей срабатывания.
Испытания начинаются с предварительной настройки системы
управления, при которой задающий генератор на средней частоте за-
данного частотного диапазона вводится в режим обратной связи
(ОС), при максимальной ее глубине. Виброизмерительный прибор
должен при этом показать 0,1—0,5 заданного значения вибрацион-
ного параметра. Эта операция повторяется при частоте генератора,
соответствующей нижней отметке заданного частотного диапазона.
Уменьшая глубину ОС, устанавливают заданное значение вибраци-
онного параметра, а затем включают автомат развертки и проводят
испытания в заданном диапазоне частот.
Обратная
связь
6КЧ
АРУ
1
Рис. 8. Структурная схема испы-
таний на гармоническую вибра-
цию методом качающейся ча-
стоты.
/ — задающий генератор, в состав кото-
рого входят: БКЧ —• блок качания ча-
стоты; АРУ — автоматический регуля-
тор уровня; 2 —усилитель мощности;
3 —вибратор; 4 — испытуемое изделие;
5 — виброизмерительный преобразова-
тель; 6 — виброизмерительный прибор.
8. Испытание на полигармонические вибрации
Для повышения надежности работы аппаратуры автоматики в ус-
ловиях эксплуатации желателда^-проводаь Д1спыт-ания- при модели-
ровании внешних воздействий в лабораторные'условиях. Одним из
2—345 *7

методой моделирования эксплуатационных вибраций является испы-
тание на полигармонические вибрации [21], представляющие собой
сложный колебательный процесс.
Как было показано выше, в условиях эксплуатации колебания
в общем случае являются сложными и непериодическими. По мере
удаления места расположения прибора от источника вибрации за
счет динамических характеристик отдельных деталей объекта изме-
няются как спектральный состав колебаний, так и распределение
амплитуд в спектре. Спектр приближается к линейчатому, т. е. ви-
брация становится все более периодической, и с большой точностью
может быть определена рядом Фурье с небольшим числом гармони-
ческих составляющих.
Форма и интенсивность вибрации, действующей на прибор, не-
прерывно изменяются. Однако в течение небольшого промежутка
времени можно выделить основную частоту вибрации с наибольшей
амплитудой и несколько гармонических составляющих с более вы-
сокими частотами.
Распределение амплитуд, частот и фаз гармонических составляю-
щих сложной вибрации зависит от многочисленности переменных
факторов, влияние которых на параметры вибрации практически не-
возможно учесть.
При выборе условий испытания необходимо произвести анализ
вибрации, действующей на прибор в различных условиях работы
объекта. Данные о реальной вибрации получаются либо в виде за-
писи сигнала виброизмерительного преобразователя на магнитную
ленту или фотопленку, либо в виде результата спектрального ана-
лиза, проведенного анализатором спектра.
Результат спектрального анализа вибрации дает непосредствен-
ные данные о гармониках и соответствующих им значениях ампли-
Рис. 9. Структурная схема испытаний на полигармонические виб-
рации.
1—3 — задающие генераторы (3/^—ЗГп); 4 — суммирующее устройство; 5-*
усилитель мощности; 5 —вибратор; 7 — испытуемое изделие; 8 — виброизме-
рительный преобразователь; 9 — виброизмерительная аппаратура; /0 — реги*
стрирующая аппаратура.
туд виброускорений. Полученные данные сводятся в таблицы, в ко-
торых указываются частоты гармоник и соответствующие им вибро-
ускорения в определенной точке через небольшие промежутки
времени.
Структурная схема испытаний на полигармонические вибрации
приведена на рис. 9. Цепь формирования сложного полигармониче-
ского сигнала состоит из параллельно соединенных звуковых генера-
торов в количестве, равном числу заданных гармоник, и суммирую-
18

щего устройства. Суммарное напряжение сформированного сигнала
поступает на усилитель мощности, а затем — на электродинамиче-
ский вибратор. Контроль амплитуд гармонических составляющих
вибраций на столе вибратора с задающего вибропреобразователя
осуществляется виброизмерительным прибором с полосовым фильт-
ром или частотным анализатором и фиксируется регистрирующей
аппаратурой.
Настройка на заданный режим осуществляется последовательно
по каждой составляющей, устанавливая соответствующий уровень
сигнала звукового генератора, при котором амплитуда виброускоре-
ний стола вибратора будет иметь требуемую величину.
При проведении настройки виброизмерительная аппаратура на-
страивается на измерение задаваемой составляющей, а в процессе
испытаний — на контроль по эффективному значению суммы гармо-
нических составляющих. Для оценки погрешностей воспроизведения
измеряются отдельные составляющие.
Недостатком этого метода является то, что для его осуществле-
ния требуется большое количество звуковых генераторов. Кроме
того, настройка такой системы перед каждым испытанием занимает
значительное время.
9. Испытание на широкополосную случайную вибрацию
Целью испытаний на случайную широкополосную вибрацию яв-
ляется максимальное приближение испытаний к реально существую-
щим условиям работы устройств автоматики. Применение этого
вида испытаний дает возможность сократить время по сравнению
с испытаниями на качающейся частоте. Это происходит за счет
ужесточения условий, обусловливаемого тем, что при случайной ши-
рокополосной вибрации все резонансные частоты испытуемого изде-
лия возбуждаются одновременно. Одновременное возбуждение всех
резонансов испытуемого изделия позволяет выявить их взаимное
влияние, что невозможно при других видах испытаний.
При испытаниях в контрольной точке изделия возбуждаются
стационарные случайные вибрации. Их числовые характеристики
должны быть близки к заданным программой, которые обычно на-
значаются по результатам натурных испытаний ограниченного числа
изделий. Таким образом, в лабораторных условиях не копируются
натурные вибрации, а воспроизводятся те числовые характеристики
вибрационного режима, которые влияют на надежность испытуемого
изделия. За критерий подобия принята спектральная плотность ви-
брационных ускорений или перегрузок, так как вероятность поломки
испытуемого изделия возрастает с повышением уровня спектральной
плотности вибраций. Кроме того, по спектральной плотности вибра-
ций в точках крепления изделия можно определить реакцию обору-
дования, второй момент или дисперсию в заданной полосе частот.
При лабораторных испытаниях на воздействие случайной вибра-
ции применяются обычно те же электродинамические виброустанов-
ки, что и при испытаниях на гармоническую вибрацию, но оснащен-
ные дополнительной электронной задающей аппаратурой.
Структурная схема испытаний на широкополосную случайную
вибрацию приведена на рис. 10.
В качестве сигнала возбуждения задающего устройства исполь-
зуется широкополосный случайный сигнал, а контрольными элемен-
тами являются либо многочисленные узкополосные фильтры фикси-
2* 19

Рис. 10. Структурная схема испытаний на широкополосную случай-
ную вибрацию.
/ — генератор шума; 2-^ блок фильтров; 3 — усилитель мощности; 4 — вибра-
тор; 5 —> испытуемое изделие; € — виброизмерительный преобразователь; 7 —
виброизмерительная аппаратура; 8 — анализирующее устройство; 0— реги-
стрирующая аппаратура.
рованной частоты, перекрывающие по возможности более полно весь
спектр частот сигнала возбуждения, либо настраиваемые фильтры.
Последние настраиваются, чтобы максимумы и минимумы частотной
характеристики рабочего стола вибратора, образованные резонанс-
ным взаимодействием с изделием и элементами крепления, были
исключены. До недавнего времени такая настройка производилась
вручную и занимала довольно много времени. В настоящее время
имеются автоматические системы настройки, в которых используются
40—120 идентичных узкополосных фильтров с фиксированными ча-
стотами. С помощью этих фильтров регулируется мощность в каж-
дой полосе частот. На фильтры подается выходной сигнал с вибро-
п^еобразователя и в случае отклонений от заранее определенного
уровня вырабатывается соответствующий сигнал, который подается
на усилитель мощности вибратора. Такие автоматические системы
требуют на весь цикл настройки не более нескольких секунд.
Программа испытаний задается в виде графика спектральной
плотности ускорения (рис. 11).
Спектральная плотность ускорения представляет собой квадрат
среднеквадратичной величины ускорения, отнесенной к единичной
ширине полосы пропускания.
Широкополосный выравниватель случайного сигнала разбивает
спектр сигнала, возбуждающего вибратор, на п полос, как это по-
казано на рис. 12, где по оси ординат отложена спектральная плот-
ность ускорения, а по оси абсцисс — частота. Кривая А изображает
желательную спектральную плотность ускорения в заданной точке
на вибростоле или испытуемого изделия. Такое значение ускорения
в узкой полосе А получается интегрированием спектральной плотно-
сти ускорения в этой полосе частот.
Настройка уровня вибрации испытуемого изделия ведется по
ускорению для каждой полосы частот пока не будет выполнено ра-
венство
a2=2A/G0,
где 2А/ — ширина контролируемой полосы частот, Гц; Go — требуе-
мая плотность ускорения.
Испытания на широкополосную случайную вибрацию могут про-
водиться в разомкнутой или замкнутой системе управления в зави-
20

о
г
_j i i I —
20 Wn W WOO Гц
Рис. 11. Примерный гра-
фик задания спектраль-
ной плотности ускоре-
ния.
Рис. 12. График выравнивания слу-
чайного сигнала.
/, 3, я —номера фильтров.
симости от типа задающего устройства (ручное или автоматическое
задающее устройство).
При испытаниях по результатам измерений определяются по-
грешности по отклонению среднеквадратического значения вибраци-
онного параметра и по отклонению формы кривой нормированной
спектральной плотности,
10. Испытание на узкополосную случайную вибрацию
Испытания на надежность с применением широкополосных слу-
чайных вибраций дают наиболее достоверные сведения о вибропроч-
ности и виброустойчивости различных изделий, однако требуют при-
менения относительно дорогостоящего оборудования. Поэтому неод-
нократно делались попытки заменить их более простыми в аппа-
ратурном отношении видами испытаний. В частности, был предложен
метод проведения вибрационных испытаний с разверткой узкополос-
ных случайных вибраций.
Этот метод основан на принципе замены широкополосного слу-
чайного возбуждения с низким уровнем спектральной плотности
ускорений более интенсивным узкополосным возбуждением с мед-
ленной перестройкой одного полосового фильтра по частоте.
Спектральная плотность ускорения узкополосной случайной виб-
рации сосредоточена в сравнительно узкой полосе частот Л/=Ь—fi
около центральной'(средней) частоты полосы /о =(/2—М/2, при этом
Af/fo<l.
Установлено, что в простейшем случае одномассовой конструк-
ции испытание с разверткой полосы вибраций в широком диапазоне
частот может создать такое же число пиков механических напряже-
ний и ускорений по каждому уровню, как и при широкополосном
возбуждении в том же диапазоне частот [12].
Для каждого резонанса механические напряжения пропорцио-
нальны ускорению соответствующей массы. Поэтому за критерий за-
мены одного испытательного сигнала другим принята идентичность
распределения пиков вибрационного ускорения испытуемого изделия
при узкополосных и широкополосных испытаниях.
Для целей усталостных испытаний с узкополосной разверткой
надо сохранить закон распределения амплитуд ускорений на каж-
дом уровне Ь подобным распределению при широкополосном воз-
21

буждении, т. е.
Ntt r \Q'b J
Ml
•(—
где Nb и Nu — число пиков на уровне Ъ и суммарное при узкопо-
лосном возбуждении; Nm — число пиков на уровне Ъ при широкопо-
лосном возбуждении; f0 и Q — частота и добротность резонанса;
^ш —время испытаний при широкополосном возбуждении; Оъ и
бит —среднеквадратиче-
ское значение перегрузки
при узкополосном и ши-
рокополосном возбуж-
дении.
Это условие реализу-
ется совмещением двух
кривых распределения
(рис. 13) и выбором
уровня и времени испы-
таний. Уровень перегруз-
ки при узкополосных ви-
брациях задается гради-
ентом перегрузки
где q'— масштабный ко-
эффициент уровня (при
малых скоростях раз-
вертки q' = 1,2); G0 —
средняя спектральная
плотность широкополос-
ного случайного возбуж-
дения.
Время испытаний при
узкополосной развертке
определяется по формуле
/у = 20р*ш In (/в//н),
где /у и tm— время
испытаний при узкополос-
ной развертке и при широкополосном возбуждении, мин; fH и /„ —
нижнее и верхнее значения частоты узкополосной развертки, Гц; р—
масштабный коэффициент времени (при больших постоянных време-
ни обратной связи р=0,65).
Значения коэффициентов q' и р следует брать по графику со-
вмещения кривых распределения.
Узкополосная развертка позволяет сократить время испытаний
при сохранении числа пиков ускорения по каждому уровню равным
получаемому при широкополосном возбуждении. При ускоренных
испытаниях коэффициент р может сокращаться до 0,025, а коэффи-
циент qr — до 3,3. Отношение скорости действия обратной связи
к ширине полосы частот достигает Р=300, точность согласования
распределения пиков ускорений находится в пределах ±8 дБ, время
испытаний уменьшается примерно в 10 раз.
Типовая структурная схема испытаний на узкополосную случай-
ную вибрацию разверткой средней частоты по времени приведена на
рис. 14, а на рис. 15 показан график испытаний.
22
0,002
Рис. 13. Совмещение двух кривых рас-
пределения пиков ускорений случайных
вибраций при широкополосном возбуж-
дении (/) и при узкополосной разверт-
ке (2).

Задающий генератор состоит из генератора случайного напря-
жения, полосового избирательного усилителя, системы АРУ с сигна-
лом управления от вибропреобразователя на испытуемом изделии.
Случайное напряжение с нормальным законом распределения про-
ходит через полосовой фильтр, который последовательно вырезает
о
Ооратная связь
О
А
1
ОС/
Рис. 14. Структурная схема испытаний яа узкоиолосную случайную
вибрацию.
/ — генератор шума; 2 — полосовой фильтр; 3 — усилитель с автоматическим
регулированием уровня; 4 — усилитель мощности; 5 — вибратор; 6 — испытуе-
мое изделие; 7-—виброизмерительный преобразователь; 8 — виброизмеритель-
ная аппаратура.
полосу спектра. Затем через усилитель мощности и электродинами-
ческий вибратор узкополосный случайный процесс воспроизводится
в контрольной точке изделия. Полосовой избирательный усилитель,
выполняющий роль фильтра, имеет четыре перестраиваемые полосы:
3; 10; 30 и 100 Гц. Схема АРУ
предназначена для поддержа- д2/Гцк G
mil
■»
20
200
2000
ГЦ
Рис. 15. График испытаний на
узкополосную случайную ви"
цию.
ния постоянного значения гра-
диента на изделии при частот-
ной развертке узкой полосы
случайных вибраций. Измери-
тельный прибор имеет пять зна-
чений постоянной времени инте-
грирования: 0,3; 1; 10; 30; 100 с,
что позволяет получать доста-
точное усреднение в полосе слу-
чайных вибраций в 3 Гц.
Метод испытаний на узко-
полосную случайную вибрацию
требует задающей аппаратуры
простой конструкции, значи-
тельно сокращает время на
подготовку к испытаниям и обе-
спечивает быстрый выход на режим. К недостаткам следует обнести
невозможность получения спектров случайных вибраций с неравно-
мерной мощностью по полосам, а также введение оценки уровня
вибрации при испытаниях по градиенту перегрузки.
11. Испытание на реальные (натурные) вибрации
Одним из недостатков испытаний на случайную широкополосную
вибрацию является то, что при этих испытаниях возможно воспро-
изведение только стационарной случайной вибрации или, в край-
нем случае, сравнительно медленное изменение параметров стацио-
нарной вибрации. Реальный же процесс не является стационарным
23

й на отдельных временных интервалах efo характеристики могут
меняться очень быстро. Поэтому -для сложных и ответственных
устройств автоматики дополнительным видом испытаний могут быть
испытания на имитацию натурных вибраций. Они проводятся для
анализа аварийных ситуаций при натурных испытаниях, а также
для оценки запасов прочности и виброустойчивости узлов и
устройств автоматики. Структурная схема испытаний на реальные
вибрации приведена на рис. 16.
Метод воспроизведения натурной вибрации основан на созда-
нии плоской амплитудно-частотной характеристики вибротракта за
Б I I
Рис. 16. Структурная схема испытаний на реальные вибрации.
/•—магнитофон; 2 — корректирующее устройство (блок входных фильтров);
3 —> усилитель мощности; 4 — вибратор; 5 — испытуемое изделие; 6 — вибро-
измерительный преобразователь; 7 — анализирующее и регистрирующее
устройство.
счет ее коррекции, чтобы форма колебаний стола вибратора с точ-
ностью до постоянного множителя соответствовала сигналу на входе
усилителя виброустановки.
Испытания проводятся с применением корректирующих
устройств, аналогичных при проведении испытаний на широкополос-
ную случайную вибрацию.
По окончании корректировки частотной характеристики с маг-
нитофона воспроизводится запись натурной вибрации в реальном
масштабе и проверяется работоспособность испытуемого изделия.
В процессе повторных испытаний производится увеличение масшта-
ба реальных виброперегрузок в два, три и более раз до тех пор,
пока прибор не выйдет из строя.
Для цели контроля коэффициента усиления усилителя служит
магнитная запись простого гармонического колебания, которая яв-
ляется масштабом амплитуд и позволяет установить требуемое виб-
роускорение. Частота этого гармонического колебания может быть
любой в пределах рабочего диапазона, виброускорение тоже может
быть любым в пределах возможности вибростенда и должно быть
обязательно зафиксировано.
Запись на пленку масштабного колебания производится с тем
же коэффициентом передачи магнитофона и усилителя виброуста-
новки, что и при записи сложного колебания.
Масштабный синусоидальный сигнал должен записываться на
магнитной пленке перед записью сложного сигнала. При повторном
воспроизведении сложного колебания сначала воспроизводится за-
пись масштабного синусоидального сигнала. Путем регулировки
коэффициента усиления усилителя виброустановки необходимо до-
биться того же виброускорения на столе, которое имело место при
записи масштабного колебания.
24

Глава третья
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВИБРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
12, Общие сведения
В современной технике измерения параметров вибраций на раз-
личных объектах в качестве виброизмерительных преобразователей
(ВИП) применяются вибропреобразователи различных типов: транс-
форматорные, индуктивные, индукционные, емкостные, омические,
пьезоэлектрические. Каждый из указанных типов ВИП обладает
своими преимуществами и недостатками.
Индуктивные и трансформаторные вибропреобразователи, напри-
мер, малочувствительны к изменению внешних условий, но требуют
подвода электрической энергии извне, имеют малый участок линей-
ности амплитудной характеристики, ограничены в частотном диапа-
зоне сверху и т. п.
Электродинамические и электромагнитные 'вибропреобразователи,
обладая значительной чувствительностью и простотой конструкции,
ограничены в частотном диапазоне снизу, имеют большие массы и
габариты.
Емкостные вибропреобразователи, обладающие низким порогом
чувствительности, требуют применения сложной аппаратуры и весь-
ма чувствительны к внешним воздействиям.
Омические вибропреобразователи с изменяющимся сопротивле-
нием просты по конструкции, но их относительная чувствительность
к неизмеряемым компонентам вибрации велика.
Из всех перечисленных типов в практике виброиспытаний нашли
широкое применение пьезоэлектрические виброизмерительные преоб-
разователи. Это объясняется тем, что они по своим техническим
возможностям (чувствительности, частотному диапазону, простоте
и надежности конструкции) превосходят другие известные вибро-
преобразователи высоким значением пьезоэлектрических постоянных,
электрическими и механическими характеристиками, простотой изго-
товления пьезоэлементов с заданными габаритами и формой, отно-
сительно невысокой стоимостью. Пьезоэлектрические ВИП имеют
малые габариты и массу, работают в диапазоне частот от долей герц
до десятков килогерц, а диапазон измеряемых ускорений составляет
0,01—400 000 м/с2.
Пьезоэлектрический ВИП представляет собой виброизмеритель-
ный преобразователь, в котором под действием вибрации в пьезо-
элементе возникает электрический заряд.
Пьезоэлектрический ВИП основан на использовании прямого
пьезоэффекта, заключающегося в том, что некоторые вещества
с кристаллической структурой при действии механических сил могут
электрически поляризоваться. В прямом пьезоэффекте происходит
превращение механической энергии в электрическую. Поэтому пьезо-
электрические ВИП называют электромеханическими преобразова-
телями.
Пьезоэффект присущ кристаллам с ионными решетками. Под
действием механических сил элементарные ячейки кристалла де-
формируются, положительные и отрицательные ионы смещаются,
вследствие чего изменяются электрические моменты и кристалл по-
ляризуется,

При изменении деформации сжатия на деформацию растяжения
направление поляризации изменяется на противоположное.
Пьезоэффект присущ многим веществам и наиболее сильно выра-
жен у кварца, турмалина и сегнетовой соли, но они не нашли широ-
кого практического применения [8]. Основным материалом, исполь-
зуемым в настоящее время в качестве чувствительного элемента
в пьезоэлектрических ВИП, является поляризованная керамика раз-
личных составов. Пьезокерамические материалы получают путем син-
теза их из окислов металлов. Известны три основные системы пьезо-
керамических материалов, нашедших практическое применение при
производстве ВИП: титанат бария и его производные, ниобатные
материалы и материалы на основе твердых растворов цирконата —
титаната свинца (ЦТС).
Принцип работы пьезоэлектрического ВИП можно представить
следующим образом.
На жестком основании корпуса приклеен или установлен чув-
ствительный элемент, представляющий собой выполненную из пьезо-
керамического материала пластину — пьезоэлемент. К пьезоэлементу
приклеивается или прижимается пружиной инерционный элемент
(груз). При воздействии механических колебаний на корпус ВИП
с ускорением а инерционный элемент массой т давит с переменной
силой на пьезоэлемент, вызывая его деформацию.
Эта сила F=ma и пропорциональна ускорению инерционного
элемента. В результате этого на электродах пьезоэлемента генери-
руется переменный электрический заряд, пропорциональный уско-
рению инерционного элемента.
13. Классификация пьезоэлектрических ВИП и их конструкции
Пьезоэлектрические вибропреобразователи различных типов со-
стоят из чувствительного элемента, жесткого основания, защитного
корпуса и соединительного кабеля.
Конструкция вибропреобразователей, как правило, герметична
и обеспечивает защиту чувствительного элемента от внешних элек-
трических и других влияний.
Классификация пьезоэлектрических вибропреобразователей мо-
жет быть произведена по следующим признакам:
по типу используемой деформации пьезоэлемента;
по типу крепления пьезоэлемента к остальным элементам кон-
струкции;
по типу используемого пьезоэлемента (материал и срез);
по типам конструкций корпусов и инерционных масс преобразо-
вателей.
По типу деформации пьезоэлемента вибропреобразователи мо-
гут быть разбиты на следующие группы:
преобразователи, использующие деформацию растяжения — сжа-
тия;
преобразователи, использующие деформацию сдвига;
преобразователи, использующие деформацию изгиба.
По типу крепления пьезоэлемента к остальным элементам кон-
струкции можно различать преобразователи:
с приклеенным пьезоэлементом;
с защемленным пьезоэлементом;
с защемленно-приклеенным пьезоэлементом.
Из значительного количества различных пьезоэлектрических
преобразователей, описанных в (13, 31], наибольшее распространение
26

при измерениях вибраций в широком диапазоне частот нашли кон-
струкции, изображенные на рис. 17.
В первой конструкции (рис. 17,а) пьезоэлемент и инерционная
масса скреплены между собой и с основанием преобразователя с по-
мощью клея. Пьезоэлемент имеет форму диска. Вибропреооразовате-
ли, изготовленные по этой схеме, отличаются сравнительной просто-
той конструкции и широко используются для измерения вибрационных
и небольших по величине ударных ускорений.
Особенностью клееного измерительного преобразователя являет-
ся то, что его прочность, частота резонанса, а в некоторых случаях
Рис. 17. Типовые конструкции пьезоэлектрических вибропреобразо-
вателей.
а — ВИП клееный, деформация растяжение —- сжатие; б — ВИП с упругим
поджатием, деформация растяжение — сжатие; в — ВИП с пьезоэлементом
кольцевой формы, деформация сдвига; г — ВИП с биморфным пьезоэлемен-
том, деформация изгиба; / — основание; 2 — пьезоэлемент; 3 — инерционный
груз; 4 — пружина.
коэффициент преобразования и степень демпфирования колебаний
определяются характеристиками клеевого перехода. Это объясняется
наличием в пьезоэлементе значительных механических напряжений,
возникающих при усадке клея в процессе его отвердения, что сни-
жает в некоторых случаях механическую прочность пьезоэлемента.
Кроме того, пьезокерамические элементы, подвергнутые механиче-
ским напряжениям, обладают большей чувствительностью к неиз-
меряемым компонентам вибраций. Другим недостатком этой схемы
построения вибропреобразователя явл'яются недостаточная величина
ударной и вибрационной прочности (до 5000 м/с2) и относительно
большая величина поперечной чувствительности (до 15%).
Эти недостатки в значительной степени устранены в конструк-
ции клееного вибропреобразователя с дополнительным поджатием
пьезоэлемента. Благодаря дополнительному поджатию клееный ви-
бропреобразователь представляет собой довольно монолитную кон-
струкцию. Его вибро- и ударная прочность примерно в два раза
выше (до 10 000 м/с2), а поперечная чувствительность меньше. Та-
кие вибропреобразователи обладают хорошей стабильностью харак-
теристик во времени.
Пьезоэлектрические ВИП второго типа (рис. 17,6) содержат пье-
зоэлемент, работающий на сжатие — растяжение с упругим поджа-
тием инерционного груза. Упругое поджатие может осуществляться
спиральной, тарельчатой пружиной либо специальным винтом. Виб-
ропреобразователи этого типа обладают всеми достоинствами кле-
еных ВИП с предварительным поджатием.
Пьезоэлектрические ВИП третьего типа с пьезоэлементом, ра-
ботающим на сдвиг (рис. 17,в), имеют чувствительный элемент, вы-
полненный в виде цилиндра, приклеенного наружной поверхностью
27

к стенкам корпуса. Пьезоэлемент имеет осевую пбляриЗацйю и за*
ряд снимается с внутренней обкладки пьезоэлемента через инерци-
онный груз. Действие ВИП основано на возникновении зарядов на
обкладках пьезоэлемента при создании сдвиговых напряжений
в материале пьезоэлемента под действием приложенных к преобра-
зователю ускорений. Вибропреобразователи с кольцевыми пьезоэле-
ментами обладают высокой чувствительностью, широким диапазоном
частот и относительно небольшой поперечной чувствительностью
(5-7%).
Пьезоэлектрические ВИП четвертого типа, использующие дефор-
мацию изгиба, конструктивно встречаются двух типов: с биморфным
пьезоэлементом и с составным чувствительным элементом из пьезо-
керамической и металлической пластин. Одна из таких конструкций
показана на рис. 17,г. Здесь чувствительным элементом служит би-
морфный пьезоэлемент, собранный из двух предварительно склеен-
ных пьезокерамических пластин, соединенных плоскостями с одно-
именными зарядами. Один конец пьезоэлемента зажат, а на другом
закреплен инерционный груз. При установке такого ВИП на вибри-
рующий объект чувствительный элемент его изгибается и вызывает
деформацию пьезоэлемента.
Вибропреобразователи с пьезоэлементом, работающим на изгиб,
выгодно отличаются от остальных типов малой поперечной чув-
ствительностью (1—2%) и большими возможностями увеличения
чувствительности в прямом (рабочем) направлении за счет снижения
собственных колебаний упругой системы преобразователя. К их до-
стоинствам следует отнести повышенную точность измерения смеще-
ния и скорости, обусловленную незначительной передачей деформа-
ции объекта на чувствительный элемент вследствие малой связи
между чувствительным элементом и корпусом, а также меньший вес
по сравнению с другими типами (1—2 г).
14. Основные характеристики пьезоэлектрических
вибропреобразователей
Основными техническими характеристиками пьезоэлектрических
ВИП, определяющими область их применения и точность измерений,
являются:
рабочий диапазон частот;
чувствительность, или действительный коэффициент преобразо-
вания;
поперечная чувствительность, или относительный коэффициент
поперечного преобразования;
рабочий диапазон температур и температурная стабильность;
чувствительность к различным помехам: электрическим и магнит-
ным полям, механическим деформациям, акустическим шумам и т. п.;
вибропрочность и ударная прочность.
Частотный диапазон современных пьезоэлектрических ВИП со-
ставляет от долей герц до десятков килогерц и является основной
характеристикой для их практического выбора. Наиболее полное
представление о рабочем диапазоне частот ВИП даст его частотная
характеристика, которая представляет собой график зависимости
коэффициента преобразования ВИП от частоты действующих коле-
баний и имеет вид, приведенный на рис. 18.
Нижняя граница частотного диапазона определяется величиной
емкости ВИП и соединительного кабеля и входным сопротивлением
28

Нижний частот- Верхний.
1 ный предел частотный
I предел
согласующего усилителя. Практически нижний частотный преДел ра-
боты пьезоэлектрических ВИП определяется измерительной аппара-
турой, с которой он работает.
Верхняя граница частотного диапазона определяется значением
установочного резонанса механической системы измерительного пре-
образователя, где амплитудно-частотная характеристика имеет подъ-
ем. На практике установочный резонанс всегда лежит чиже соб-
ственной частоты пьезоэлек-
трического ВИП, которая
определяется как частота
резонанса при установке
вибропреобразователя на
объекте, имеющем большую
массу и упругими характе-
ристиками которого можно
пренебречь. Повышение уста.
новочного резонанса дости- — п ;плл jnnnn ,nnnnn г,
гается увеличением площа- 0,01 0,1 1 W 100 100010000100000 Гц
ди и повышением качества р 18 Часточная характеристика
контактирующих поверхно- пьезоэлектрического ВИП.
стеи чувствительного эле- г
мента ВИП с корпусом и
корпуса с объектом [31].
Обычно верхний предел рабочих частот ВИП выбирается рав-
ным одной трети резонансной частоты вибропреобразователя после
крепления его на колеблющуюся поверхность. Для точных измере-
ний с частотной погрешностью ВИП менее 5% верхнюю рабочую
частоту выбирают равной 1/5 резонансной частоты ВИП.
Коэффициент преобразова-
ния ВИП являетсяуодной из
основных характеристик, необ-
ходимой для расшифровки па-
раметров вибраций при изме-
рениях, и определяется как от-
ношение напряжения (заряда),
возникающего на обкладках
пьезоэлемента, к воздействую-
щему на него колебательному
ускорению.
Эквивалентную электриче-
скую схему пьезоэлектрическо-
го ВИП можно представить
в виде генератора напряжения
,л „ _ (рис. 19,а) или генератора за-
ряда ((рис. 19,6). Отсюда коэффициент преобразования ВИП может
быть определен как по напряжению, так и по заряду.
Коэффициент преобразования по напряжению
K*=*Ufa9
где U — выходное напряжение ВИП при разомкнутой цепи, мВ; со-
действующее значение ускорения, м/с2.
Коэффициент преобразования по заряду
Дзар = <7/Я,
где q — электрический заряд, пКл.
JBbix
9
Рис. 19. Эквивалентная электриче-
ская схема пьезоэлектрического
ВИП.
а — генератор напряжения; б — генера-
тор заряда.
29

Коэффициенты преобразования ВИП по напряжению и по за-
ряду связаны между собой зависимостью
Кэ&р — Кп (Сп+Ск),
где Сп — емкость ВИП; Ск — емкость кабеля.
Пьезоэлектрические ВИП воспринимают колебания не только
в направлении оси чувствительности, но и в поперечных направле-
ниях, перпендикулярных оси чувствительности.
Это объясняется тем, что в реальном 'ВИП всегда имеются
различные технологические неточности
из-за обработки деталей, изготовления
пьезоэлемента, посадки его в корпусе,
склейки деталей, неоднородностей кера-
мики и др. Поэтому рабочая ось ВИП
не может в точности совпадать с осью
поляризации пьезоэлемента, а составляет
с ней некоторый угол, который даже
в лучших образцах доходит до 10—15°.
Коэффициент поперечного преобра-
зования ВИП определяется отношением
амплитуды выходного сигнала преобра-
зователя, когда на него воздействует
синусоидальное ускорение, направленное
перпендикулярно оси чувствительности,
к амплитуде выходного сигнала ВИП
при воздействии на него синусоидально-
го ускорения той же амплитуды и ча-
стоты, направленного по оси чувстви-
тельности.
При измерении ВИП в общем случае
подвергается воздействию виброускоре-
ния, направленного под произвольным
угломк оси чувствительности (рис. 20). Произведя разложение век-
тора а в плоскости, проходящей через ось чувствительности и век-
тор а (плоскость чертежа), получим две составляющие: а0 (продоль-
ное ускорение) и ап (поперечное ускорение). Погрешность бп при
измерении ВИП составляющей а0, вызываемая наличием поперечной
чувствительности KUf определяется формулой
ft -2±к
Clo
и зависит, следовательно, от отношения ап/а0. При неблагоприятном
расположении ВИП на измеряемом объекте, т. е. при ап>ао, 6П
может быть значительно больше Кп»
При выборе вибропреобразователя для каждого конкретного
случая применения следует учитывать условия окружающей среды,
например температуру, акустическое давление, деформацию осно-
вания, влажность, присутствие магнитных полей и качество креп-
ления.
Рабочий диапазон температур ВИП является одной из харак-
теристик, определяющих выбор типа преобразователя для данной
области измерения и определяется температурной стабильностью
пьезоэлементов и клеевого соединения деталей чувствительного эле-
мента.
В диапазоне рабочих температур чувствительность и емкость
пьезоэлемента будут несколько меняться с температурой. График
30
Рис. 20. Поперечная чув-
ствительность ВИП.

Масса,
г
О СМ О 1 1 ООЮООЮ^СО
со 1—• со 1 | со со со со о со
Диапазон темпе-
ратур, °С
оооооооо
оо + + + + + + + +
1-1- -1- -1-. + -1- + + +
Т" 1 оооооооо
77177777
Наиболь-
шее уско-
рение,
м/с*
200
3000
2000
1500
10 000
2000
10 000
1200
1200
450
500
Коэффициент
поперечного
преобразова-
ния, %
о
| | | | I S 1 1 § 2 w 2 «
Ю
Емкость, пФ
1000
1000
1060
1000
1000
1000
1100
1000
1000
3000
1200
600
1000
Частота
собствен-
ных коле-
баний, кГц
| 1 1 1 It^COCOOCOCMOlO
1 I 1 1 1 СМ СО СО СМ т-.
Частотный диа-
пазон, Гц
50—10 000
50—10 000
50—10 000
5—5000
5—5000
3-.Ю000
1—20 000
20—3000
20—10 000
20—500
20—400
<50 000
5—5000
Коэффициент
преобразования,
мВ-с2/м
1,2
0,2
0,9
1,5
1.5
1,7—2,5
2,8
8.5
2,5
20
40
0,1
1.0
Тип вибропре-
образователя
ВЗЧ
ПДУ
ИДК-2М
Д-30/150
Д-30/1000
Д6
дю
Д13*
Д14*
Д19
Д22
Д23
Д24

и
СМ 00 СМ 00 СМ СМ О О СО
^ СМ СО СМ СМ
Диапазон темпе-
ратур, °с
оооооо о о о
+ + + + + + + + +
.|. .|. .|. + .|. .|. .|. .|. .|.
2 2 2 2 g g 8 g 8
1 1 1 1 1 1 1 1 1
Наиболь-
шее уско-
рение,
м/с»
120
500
1200
1200
2000
6000
10000
1000
1000
Коэффициент
поперечного
преобразова-
ния, %
LQ см о ю Ю Is- О»
Емкость, пФ
1200
2100
1600
1500
1000
1500
1000
300
Частота
собствен-
ных коле-
баний, кГц
Ю. СО'ФГ^ОО о о о
Tt< см 00 о со о о
Частотный диа-
пазон, Гц
20—2000
20—700
20—5000
20—10 000
50—20 000
50—40 000
50—5000
10—10 000
Ю—10 000
Коэффициент
преобразования,
мВ.с»/м
10,0
20
3—4
2,5
0,05—0,15
0,05—0,15
0,2—0,5
0,02
0,05
Тип вибропре-
образователя
Д25
Д26
П97
Д28
ИС-312
ИС-313А
МС-318
ИС-579
ИС-579А

5"
400 -50^
-2-
-6
Чубстбительность
"о напряжению
Рис. 21. Зависимость параметров ВИП от температуры.
изменения чувствительности по напряжению и емкости приведен на
рис. 21. Однако это обстоятельство может и не учитываться, пока
не измеряются низкочастотные колебания или низкие колебательные
уровни.
Основные технические характеристики пьезоэлектрических
вибропреобразователей фирмы „Bruel and Kjef",
применяемых в отечественной промышленности
Тип вибропреобра-
зователя
Коэффициент пре-
образования,
мВ-с2/м
Частотный диапа-
зон, Гц
Частота соэствен-
ных колебаний,
кГц
Емкость, пФ
Коэффициент по-
перечного преобра-
зования, %
Максимальное
ускорение, м/с*
Температура, °С
Масса, г
4332
4-6
2—5000
25
1000
4
70 0С0
260
30
4333
1,4—2,5
2—7000
25
1000
4
100 000
260
13
4334
4-6
2—5000
35
1000
4
70 000
260
30
4335
1,4—2,4
2—8000
35
1000
4
100 000
260
13
4339
1
2—8000
40
1000
4
100 000
260
16
4343
1
2—8000
40
1000
4
100 000
260
16
8301
1
2—5000
25
1000
4
100 000
260
21
8302
1
2—5000
25
1000
4
100 000
260
21
4336
0,4—0,6
2—40 000
125
300
8
140 000
260
2
4344
0,25
2—14 000
70
1000
4
140 000
260
2
8303
0,25
2—9000
45
1000
4
100 000
260
3,5
8307
0,2
2—25 000
75
300
5
100 000
200
0,4
4338
10
2—2500
12
1000
со
10 000
260
60
8306
100
0,3—900
3,5
—
5
10
85
600
8305
0,12
0—3100
30
180
2
100 000
250
40
8304
0,12
0—6000
30
180
4
100 000
260
30
3—345 33
Таблица 5

Рис. 22. Пьезоэлектрические зибропреобразователи.
/-ВЗЧ; //-ПДУ; ///-ИДК-2М; /V - Д-30/150.
Рис. 23. Пьезоэлектрические вибропреобразователи.
/-Д6; //-Д14; ///- Д13; /У-Д19.
Рис. 24. Пьезоэлектрические вибропреобразователи фирмы Bruej
and Kjer.
/ — 4332; // — 4333; ///-4334; /V-4335; V — 4336.

Основные технические характеристики ВИП отечественного Про-
изводства приведены в табл. 4, а внешний вид на рис. 22 и 23.
За рубежом разработкой и выпуском пьезоэлектрических вибро-
преобразователей занимаются такие фирмы, как «Bruel and Kjer»
(Дания), «EnderVo Corporation» (США), «Kistler Instrument Corpo-
ration (США), Consolidated ElectrodynamicsCorporation» (Англия),
«RiFT» (ГДР). По существу конструкции зарубежных пьезоэлектри-
ческих ВИП не отличаются от (рассмотренных -в § 13.
В табл. 5 приведены основные технические характеристики 'Не-
которых типов вибропреобразователей фирмы «Bruel and Kjer», при-
меняющихся в испытательных лабораториях отечественной промыш-
ленности (рис. 24).
Фирма «Bruel and Kjer» выпускает целый ряд вибропреобразо-
вателей, пригодных для большинства видов измерений параметров
колебательного процесса как в лабораторных, так и в полевых
условиях.
Помимо приведенных в табл. 5 фирма выпускает ряд вибро-
преобразователей для специальных целей, например для измерения
низких уровней колебательного ускорения; измерения при высокой
или изменяющейся температуре; калибровки вибропреобразователей;
измерения колебательного процесса тонких конструкций со следую-
щими техническими характеристиками-.
Ускорение, м/сз 0,00002—14 000
Диапазон рабочих частот, кГц 0—25
Диапазон рабочих температур,
°С _200-Н-400( до +1000°С
при охлаждении основа-
ния)
15. Методы крепления ВИП
Вибропреобразователи жестко крепятся непосредственно к испы-
туемому изделию без применения каких-либо переходных устройств
(кронштейнов и др.). Жесткость крепления к изделию должна со-
ответствовать требованиям, указанным в техническом описании на
данный ВИП. Следует учитывать, что его масса вместе с элементами
крепления должна составлять не более 10% веса исследуемого из-
делия. При этом допускается применение жестких переходных
устройств в виде «кубика» или «планки».
При измерении вибрационного ускорения с частотами свыше
2000 Гц планка или кубик должны быть приварены или приклеены
к испытуемому изделию. Крепление винтами не допускается.
Неправильная установка ВИП на исследуемом объекте является
источником дополнительных погрешностей измерения параметров
вибраций, связанных с наличием резонансных свойств переходной
детали для крепления [25].
В настоящее время известно несколько способов крепления. Наи-
более распространенные приведены на рис. 25.
На рис. 25,а показано фланцевое крепление. Контакт ВИП
с вибрирующей поверхностью осуществляется не по всей поверхно-
сти, а небольшими площадками. Подобный способ крепления позво-
ляет не проводить специальную обработку соприкасающихся поверх-
ностей с их притиркой, однако малая площадь контактной поверхно-
сти не дает возможности получить величины установочных резонан-
3*
35

сов выше 12—14 кГц, а рабочий диапазон частот не превышает
8 кГц.
На рис. 25,6 приведено крепление с помощью одного винта че-
рез отверстие, предусмотренное в центре преобразователя. Контакт-
ные поверхности в этом случае должны притираться с введением
вязкой смазки. При соблюдении этих условий установочный резо-
нанс данного способа крепления определяется жесткостью крепеж-
ж) з) и) к)
Рис. 25. Схемы различных способов крепления вибропреобразова-
телей.
ного винта. Большая относительная длина винта по отношению
к его диаметру не позволяет получить жесткость, обеспечивающую
первый резонанс крепления выше 30 кГц и рабочий диапазон частот
более 15 кГц.
Крепление ВИП шпилькой, изготовленной непосредственно на
его корпусе, показано на рис. 25,в. Резонанс крепления в данном
случае определяется массой ВИП и диаметром шпильки. Недостат-
ками данного метода крепления являются: во-первых, невозможность
притирки соприкасающихся поверхностей между собой и, «во-вторых,
жесткие требования перпендикулярности контактирующей поверхно-
сти к резьбовому отверстию под шпильку. Отклонение от перпенди-
кулярности резко уменьшает опорную площадку. Установочные ре-
зонансы у ВИП с креплением такого вида составляют 16—18 кГц,
а рабочий диапазон частот не превышает 10 кГц.
36

Крепление с помощью мелкой резьбы, изготовленной непосред-
ственно на корпусе преобразователя, показано на рис. 25,г. Сопри-
касающейся поверхностью является его дно, а контакт производится
через вязкую смазку. Данный метод крепления позволяет получить
установочные резонансы до 30 кГц и рабочие диапазоны частот
до 15 кГц. Подобные же результаты позволяют получить крепление
с помощью конической резьбы (рис. 25,д), нарезанной на корпусе.
Коническая резьба одновременно выполняет роль контактирующей
поверхности.
Величина установочных резонансов для показанных креплений
от силы поджатия крепежных элементов практически не зависит.
Для крепления, показанного на рис. 25,/с, сила поджатия в значи-
тельной степени влияет на величину первого резонанса крепления.
Применение некоторых креплений (на рис. 25,г) в ряде случаев
бывает неприемлемо, так как они связаны с изготовлением сложного
посадочного места на исследуемом объекте. В этих случаях для
крепления ВИП вводится переходная деталь в виде шайбы
(рис. 25,е, ж). В шайбе предварительно изготавливается посадочное
место, а затем она приваривается к исследуемому объекту. Введение
шайбы не снижает установочный резонанс, однако она в несколько
раз увеличивает массу ВИП.
На рис. 25,з показано крепление с помощью клея. Этот способ
имеет то преимущество, что крепежный элемент является одновре-
менно и заполнителем неровностей между соприкасающимися по-
верхностями, в связи с чем клеевое крепление не требует высокого
качества обработки контактирующих поверхностей. При клеевом
креплении резонанс определяется механическими свойствами застыв-
шего клея и толщиной клеевой прослойки между соприкасающимися
поверхностями. При этом чем тоньше эта прослойка, тем выше ча-
стота резонанса.
Приклеивание может осуществляться под давлением, при кото-
ром выжимается лишнее количество клея, и толщина клеевой про-
слойки может достигать нескольких микрон.
Наиболее высокую жесткость приклейки можно обеспечить с по-
мощью клея' «циакрин». Стыкующиеся поверхности ВИП и иссле-
дуемого объекта в этом случае должны иметь чистоту обработки
не ниже пятого класса. Перед приклейкой поверхности следует тща-
тельно очищать. После подготовки на стыкующиеся поверхности
наносят тонкий слой клея. Склейка производится под давлением не
менее 5 • 105 Па.
Описанный метод приклейки обеспечивает резонанс крепления
в 40—50 кГц и рабочий диапазон частот до 20'—25 кГц. Использо-
вание клеев с меньшими модулями упругости значительно снижает
величины установочных резонансов, например восковой клей дает
установочный резонанс не более 5 кГц.
К недостаткам клеевого метода крепления ВИП следует отнести
большую зависимость характеристик крепления от качества приклей-
ки. Даже незначительное отклонение от технологии склеивания мо-
жет значительно снизить величину резонанса крепления. В то же
время качество приклейки на исследуемом объекте практически не
поддается контролю.
Иногда применяется крепление с помощью различных мастик
(рис. 25,ы). Этот способ отличается простотой и удобством эксплуа-
тации, так как не требует специальной обработки стыкующихся по-
верхностей и позволяет быстро менять места установки ВИП. Одна-
37

ко небольшая величина модуля упругости мастик не позволяет по-
лучить резонанса крепления выше нескольких килогерц, что значи-
тельно снижает диапазон измерений.
16. Методы поверки ВИП
Для обеспечения единства измерений параметров вибраций раз-
работаны единые технические требования к вибропреобразователям
[37] и единые методы и средства их поверки [35].
При проверке должны быть определены основные характеристи-
ки вибропреобразователей, приведенные в его паспорте. Поверка
пьезоэлектрических вибропреобразователей может осуществляться
с помощью следующих трех основных методов [8]:
1) прямым методом измерения амплитуды и частоты вибрации
образцового устройства, на которое помещен испытуемый вибропре-
образователь. Параметр вибраций определяют обычно бесконтакт-
ным методом (оптическим, емкостным и др.);
2) методом сличения, заключающимся в сравнении результатов
показаний, получаемых от испытуемого и образцового вибропреобра-
зователей;
3) методом взаимности на основе принципа взаимности для
электромеханических преобразователей.
Если первый метод требует применения достаточно сложных
и громоздких стационарных установок, то второй метод может осу-
ществляться с помощью несложной аппаратуры. Третий метод позво-
ляет получить абсолютную чувствительность вибропреобразователя
без использования специальных устройств. Однако процедура повер-
ки этим методом громоздка, так как чувствительность определяется
косвенным методом на основе измерения целого ряда параметров.
В качестве основного метода поверки пьезоэлектрических ВИП
в настоящее время используется метод сличения.'
Методика поверки ВИП методом сличения с показаниями образ-
цовых установок приведена в ГОСТ «Устройства виброизмеритель-
ные с пьезоэлектрическими измерительными вибропреобразователя-
ми. Методы и средства поверки» (ГОСТ 15939-70).
ГОСТ распространяется на устройства с пьезоэлектрическими
ВИП, работающие в диапазоне 1—12 ООО Гц, и устанавливает мето-
ды и средства их поверки, обеспечивающие воспроизведение и измере-
ние вибрации в требуемом диапазоне частот и амплитуд вибрации.
Объем поверки пьезоэлектрических вибропреобразователей вклю-
чает в себя следующие этапы:
1. Определение частоты установочного резонанса.
2. Определение действительного значения коэффициента преоб-
разования, который вычисляется как среднее арифметическое из
трех измерений по формуле
где U — показание вольтметра, мВ; ад— ускорение, воспроизводимое
образцовой установкой, м/с2.
3. Определение относительного коэффициента поперечного пре-
образования
Кп с7макс
Кои = JT 100 о/0; Кп = — »
Ад "Д
38

где с7Макс — максимальное показание вольтметра из показаний при
шести различных положениях ВИП, мВ.
4. Определение емкости С вибропреобразователя с кабелем.
5. Определение сопротивления изоляции R.
Отклонения от паспортных данных значений /Сд, Коп не должны
превышать 5%, значений С и R—10%.
Глава четвертая
ВИБРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
17. Общие сведения
Виброизмерительным прибором называют устройство, предназна-
ченное для количественной оценки измеряемых величин параметров
вибраций, амплитуд перемещения, скорости и ускорения.
Измеряемая величина параметров вибраций выражается в еди-
ницах измерения, принятых за основание для количественной оценки
величин того же рода, или в условных единицах (дБ).
Структурная схема, характерная для виброизмерительных прибо-
ров с пьезоэлектрическими преобразователями, приводится на
рис. 26. Прибор работает следующим образом. Сигнал с ©ибропре-
образователя поступает на согласующий усилитель и затем на из-
мерительный усилитель, после чего детектируется и измеряется маг-
нитоэлектрическим прибором.
Согласующий усилитель выданном случае предназначен для
согласования выходного сопротивления вибропреобразователя с уси-
лительно-измерительным трактом аппаратуры. Измерительный усили-
тель служит для усиления электрических сигналов с согласующего
усилителя до величины, необходимой для нормальной работы детек-
Рис. 26. Структурная схема виброизмерительного прибора для рабо-
ты с пьезоэлектрическими вибропреобразователями.
1 — пьезоэлектрический ВИП; 2 — согласующий усилитель; 3 — измерительный
усилитель; 4 — детектор; 5 — стрелочный прибор.
тора, преобразования (фильтрацию, интегрирование, дифференциро-
вание) и измерения сигналов. Шкала стрелочного прибора измери-
тельного усилителя проградуирована в абсолютных и относительных
единицах.
При определении требований к измерительному каналу его рас-
сматривают как единую физическую систему, преобразующую вход-
ной сигнал вибрации. Обычно требуется, чтобы форма вибрации при
измерении не искажалась. Для этого необходимо, чтобы частотная
характеристика K(f) канала измерения была равномерной (плоской)
во всем частотном диапазоне вибрации — от низшей /н до высшей
f8 частоты:
= const; fn^f^fu.
39

Амплитудная характеристика канала должна быть линейной
•в пределах измеряемых значений амплитуд вибрации —от минималь-
ной до максимальной.
Динамический диапазон усилителя обычно меньше, чем диапа-
зон изменения уровней входного сигнала. Поэтому в каналы изме-
рения вводятся аттенюаторы, позволяющие расширить динамический
диапазон измерений.
Принципиальной особенностью пьезоэлектрических ВИП являет:
ся то, что выходной сигнал у них возникает в форме электрического
заряда q, пропорционального деформации пьезоэлемента. Учитывая,
что выходная мощность пьезоэлектрических ВИП очень мала, на
выход вибропреобразователя должен быть включен усилитель с воз-
можно большим входным сопротивлением. Согласующий усилитель и
ВИП соединяются между собой специальным экранированным ка-
белем.
В зависимости от принципа построения электрической схемы
различаются два типа согласующих усилителей: усилители напряже-
ния и усилители заряда.
Усилители напряжения. Усилитель напряжения служит для полу-
чения высокого нагрузочного сопротивления на выходе ВИП и уси-
ления сигнала по мощности. Входная емкость усилителя напряжения
обычно достаточно мала, чтобы не понизить коэффициент преобра-
Рис. 27. Эквивалентная схема согласующего усилителя с учетом
ВИП и кабеля.
а —полная схема; б — упрощенная схема; в — эквивалентная схема усилите-
ля заряда.
зования ВИП. Причем следует отметить, что емкостная нагрузка
снижает чувствительность во всем диапазоне частот, в то время
как активная нагрузка снижает чувствительность на низких частотах.
Для определения «величины нижних частот рассмотрим эквивалент-
ную электрическую схему ВИП, кабеля и усилителя напряжения,
приведенную на рис. 27,а.
На этой схеме пьезоэлектрический ВИП изображен как гене-
ратор заряда, обладающий сопротивлением изоляции Ru и емкостью
18. Согласующие усилители
40

Сп. Кабель, соединяющий ЁЙП со входом согласующего усилителя,
характеризуется емкостью Ск и сопротивлением изоляции RK-
Емкость Свх и сопротивление RBx относятся ко входным парамет-
рам согласующего усилителя.
Эквивалентную схему можно упростить согласно рис. 27,6, где
емкость С представляет суммарную емкость контура, включая ВИП,
кабель и согласующий усилитель: С=Сп+Ск+Свх, а сопротивле-
ние R=\IGy где G — суммарная проводимость контура, включая
ВИП, кабель и согласующий усилитель:
/?__L+_L+J_
А — р ID ' Г)
АП АК АвХ
Рассмотрим параметры выходного сигнала для случая гармо-
нического изменения измеряемой величины. Ток, протекающий по
контуру, /=/со*7, а выходное напряжение будет иметь вид:
С/вых — (5 _[_ /соС " в + /соС • (12)
Из выражения следует, что при условии <?<С/(оС, т. е. когда
шунтирующее сопротивление © контуре велико, выходное напряже-
ние на высоких частотах зависит в основном от емкостной нагрузки:
Т1 № _ Я
Это обстоятельство должно приниматься во внимание при ис-
пользовании длинных кабелей, соединяющих ВИП с согласующим
усилителем.
Выражение (12) для случая, когда О/соС, т. е. для малой ве-
личины шунтирующего сопротивления или для низких частот, имеет
вид:
/(00
Ubux = -jf = faRq.
Из этого выражения следует, что выходное напряжение ВИП
зависит от частоты. При условии G=/cdC, определяя нижнюю пре-
дельную частоту fH на уровне —3 дБ, получим fB—\/2nRC. График,
представляющий собой относительную частотную характеристику
ВИП в области нижних частот, приводится на рис. 28.
Для вычисления нижнего предела рабочего диапазона частоты
можно пользоваться графиком (рис. 28). Например, для погрешно-
сти в 1 дБ нижний предел рабочего диапазона ВИП находим по
fRC из графика рис. 28: /ЯС=0,32, тогда ^ = 0,32//? С.
Таким образом, для расширения частотной характеристики в об-
ласти нижних частот необходимо увеличить постоянную времени це-
пи RC, что может быть "достигнуто путем увеличения сопротивления.
Так, например, для правильной передачи сигналов с частотой около
1 Гц при емкости ВИП, равной 1000 пФ, входное сопротивление
должно быть около 400 МОм.
Схемы согласующих усилителей напряжения значительно проще
схем усилителей заряда. Поэтому они нашли наиболее широкое при-
менение. В практических схемах усилителей напряжения обычно ис-
пользуются миниатюрные и сверхминиатюрные электронные лампы,
электрометрические лампы и транзисторы. В последнее время стали
широко применяться полевые транзисторы. Входное сопротивление
41

современных схем усилителей напряжения составляет порядка 500—
2000 МОм, входная емкость 2—10 пФ и более, частотный диапазон
0,1 Гц —500 кГц.
Усилители заряда. Усилитель заряда представляет собой схему,
содержащую усилитель напряжения с большим коэффициентом уси-
ления и элементы, образующие емкостную отрицательную обратную
I 1 1 I MINI 1 1 1 111111 \f*c
0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1 2
Рис. 28. Относительная частотная характеристика ВИП в области
нижних частот.
связь {15]. Особенностью применения усилителей заряда является
полное отсутствие влияния емкости кабеля на коэффициент пре-
образования системы ВИП — усилитель. Кроме того, благодаря осо-
бенностям схемы, входное активное сопротивление усилителя за-
ряда может быть относительно небольшим.
Эквивалентная схема ВИП, кабеля и усилителя заряда приведе-
на на рис. 27,в. Напряжение на выходе усилителя UBblx определяет-
ся следующим выражением:
U вых = '
^n-f~£'K-f-£'BX Ср.с
к 1—L
1 — IS
к
як
Сп + Ск + Св\ — Со.с(К — 1)
Отсюда следует, что пока С0.с (К— 1) > Сп+Ск+Съх, выходное
напряжение пропорционально входному электрическому заряду и
не зависит от емкости кабеля:
и ~ qK -
В такой схеме легко реализовать большую постоянную времени
входной цепи без значительного увеличения входного активного
42

сопротивления усилителя. Выражение для эквивалентной входной
емкости усилителя заряда будет иметь вид:
Свх.экв = С0.с (Л*—1) +£п+Ск+Свх~С0.с (Л*—1).
Практические схемы усилителей заряда на полевых транзисто-
рах имеют следующие технические данные:
диапазон измеряемых ускорений 1—30 ООО м/с2;
частотньщ диапазон 0,03 Гц — 30 кГц;
коэффициент преобразования по заряду используемых ВИП
1—100 пКл;
изменение коэффициента преобразования по заряду в диапазо-
не частот 0,5—10 000 Гц не превышает 1,5% при изменении емкости
источника сигнала от 0 до 10 000 пФ;
шум и фон на выходе в рабочем диапазоне частот составляют
менее 60 мкВ;
динамическая входная емкость 0,7 мкФ.
Подробный анализ характеристик согласующих усилителей пье-
зоэлектрических ВИП приводится вН15].
Соединительные кабели. Для соединения пьезоэлектрических виб-
ропреобразователей с входом виброизмерительной аппаратуры (со-
гласующим усилителем) служат гибкие коаксиальные кабели, зна-
чительно влияющие на качество измерений. Так, например, элек-
трические характеристики соединительного кабеля влияют на чув-
ствительность измерительного канала и его частотные характеристики.
Поэтому к ним предъявляются следующие требования: малая
емкость между жилой и экраном, большое сопротивление изоляции,
гибкость и антивибрационность.
Как известно, введение емкости кабеля между пьезоэлектриче-
ским ВИП и входом виброизмерительного прибора уменьшает чув-
ствительность канала, поэтому следует применять кабель с малым
значением погонной емкости. Это особенно важно учитывать при
измерении малых уровней вибраций при значительной длине кабеля.
Сопротивление утечки кабеля влияет на постоянную времени
входной цепи прибора, от которой в обратной пропорциональной за-
висимости определяется нижняя граничная частота рабочего диа-
пазона.
Требование антивибрационности означает, что при вибрации ка-
беля не должна наводиться на вход согласующего усилителя э. д. с,
так называемое явление «кабельного эффекта». Основными явричи-
возникающая в результате трения изоляции кабеля об экран, или
нами возникновения «кабельного эффекта» являются трение провод-
ника кабеля об изоляцию, пьезоэффект изоляции и изменение емко-
сти кабеля, приводящие к возникновению электрического заряда.
Эти заряды воспринимаются как помехи на входе аппаратуры.
Для исключения помех, создаваемых кабельным эффектом, со-
единение ВИП с аппаратурой должно выполняться специальными
антивибрационными кабелями типа АВК-2, АВК-3, АВК-5, имеющи-
ми рабочий диапазон температур —40-т-+60°С, а также могут ис-
пользоваться теплостойкие антивибрационные кабели типа АВКТ-3,
АВКТ-4, АВКТ-5 (Г=—60-+200 °С).
19. Виброизмерительные приборы
Виброизмерительные приборы с пьезоэлектрическими вибропре-
образователями находят самое широкое применение при проведении
различных виброизмерений. Известны многочисленные разработки
43

©иброизмерительной аппаратуры, часть из которой выпускается се-
рийно [2, 28]. Кроме того, в настоящее время промышленность осна-
щена большим количеством виброизмерительных приборов импорт-
ного производства.
Основные технические характеристики некоторых отечественных
виброизмерительных приборов с пьезоэлектрическими вибропреоб-
разователями приведены в табл. 6.
Таблица б
Основные технические характеристики
виброизмерительной аппаратуры
Тип
прибора
Частотный
диапазон,
Гц
Измеряемый
вибрационный
параметр
Диапазон изме-
рений
Тип вибро-
преобразо-
вателя
Погреш-
ность изме-
рений, %
ИШВ-1
10—12 000
Скорость
Ускорение
60—140 дБ
30—120 дБ
Д13
ДИ
±12
ВА-1
5—500
5—2000
5—10 000
Перемещение
Скорость
Ускорение
0,1—510 мм
5—1580 см/с
3—105 см/с2
Д6
±12
ВА-2
5-2000
Перемещение
Скорость -
Ускорение
0,3—100 мкм
Ю-з—5 м/с
Ю-2—Ю4 М/С2
Д13
-
ВА-2
5—10 000
Перемещение
Скорость
Ускорение
1—250 мкм
10-3—16 м/с
3. ю-*—105 м/с'
Д14
±12
НВА-1
1,4—355
Скорость
70—130 м/с
Д13
±1,5 дБ
ИВ-67
1—20 000
Ускорение
28—130 дБ
ДЮ
ДИ
±3 дБ
УП-ЗМ
20—5000
Ускорение
0—1000 м/с2
ИС-318
±3
ИС-943
10-10 000
Ускорение
0-5000 м/с2
ИС-312
ИС-313А
ИС-318
ИС-579
—
Измеритель шума и вибрации типа ИШВ-1 предназначен для
измерения и анализа уровней звукового давления, ускорения и ско-
рости «вибрации в основном на рабочих местах с целью обнаружения
основного источника шумообразования в оборудовании.
Прибор ИШВ-1 комплектуется вибропреобразователями Д13 и
Д14, имеет интегратор и встроенные октавные фильтры, позволяю-
щие проводить частотный анализ от 16 Гц до 16 кГц. ИШВ-1 имеет
квадратичный детектор, измеряющий действующее значение поли-
гармонической вибрации с погрешностью не более ±1 дБ. Прибор
имеет небольшие габариты, массу и батарейное питание.
Виброизмерительная аппаратура типа ВА-2 (рис. 29) предназна-
чена для измерения виброускорений, виброскоростей и вибропереме-
44

щений объектов в лабораторных и цеховых условиях. Аппаратура
позволяет измерять среднеквадратические значения сигналов любой
формы, средние и пиковые значения сигналов синусоидальной фор-
мы. При измерениях могут использоваться вибропреобразователи
типа Д13 и Д14, позволяющие измерять уровни виброускорения
в пределах 0,03—10 000 м/с2 в частотном диапазоне 5—10 000 Гц.
В комплект аппаратуры ВА-2 входят предварительный и изме-
рительный усилители, блок управления, коммутатор, катушка с ка-
белем длиной 50 м, вибропреобразователи Д13 и Д14. Полный комп-
Рис. 29. Внешний вид вкброизмерительной аппаратуры ВА-2.
лект аппаратуры позволяет измерять уровни вибрации поочередно
в десяти точках.
Аппаратура имеет встроенные фильтры верхних и нижних ча-
стот с частотами среза 10, 25, 50 Гц и 200, 2000 и 10 000 Гц соот-
ветственно. Кроме того, имеется возможность подключать внешние
фильтры с входным сопротивлением более 600 Ом и внешние ана-
лизирующие и регистрирующие приборы с входным сопротивлением
не менее 5 кОм.
Основная приведенная погрешность не более 12%.
Низкочастотная виброизмерительная аппаратура НВА-1 (рис.30)
предназначена для измерения в лабораторных, цеховых и прочих
условиях эффективных значений виброскорости в пределах
70—130 дБ (при нулевом уровне 5 «Ю-8 м/с) и приведенной скоро-
сти 50—110 дБ (при нулевом уровне 4- Ю-6 м/с).
Частотный диапазон аппаратуры 1,4—355 Гц.
Входящий в аппаратуру блок фильтров позволяет осуществлять
измерение уровней вибрации в октавных полосах частот со сред-
негеометрическими частотами 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250 Гц.
Комплект аппаратуры состоит из пьезоэлектрического вибропре-
образователя типа Д19, предварительного и измерительного усили-
телей, октавных фильтров и калибровочного устройства КУ-4. Аппа-
ратура имеет выход через приставку на осциллографы типа HI02,
HI07, Н700 и гнезда для подключения регистрирующих приборов.
Калибровочное устройство КУ-4, входящее в комплект аппаратуры,
позволяет производить калибровку измерительного тракта на часто-
те 50 Гц,
45

Погрешность измерений не превышает 1,5 дБ, дополнительная
погрешность — менее 0,5 дБ.
Измеритель вибраций ИВ-67 представляет собой комплект пере-
носной аппаратуры и предназначен для измерений эффективных зна-
чений виброускорений в относительных единицах — децибелах. Аппа-
ратура может быть использована для работы в лабораторных и
цеховых условиях, а также на подвижных объектах.
В состав аппаратуры входят предварительный и измерительный
усилители, блок управления, коммутатор, преобразователь напря-
Рис. 30. Внешний вид виброизмерительной аппаратуры НВА-1.
жения, катушка с кабелем длиной 50 м, десять вибропреобразова-
телей типа Д10 и ДИ. Рабочий диапазон частот 1 Гц—20 кГц.
Аппаратура имеет встроенные фильтры верхних и нижних частот
с частотами среза 50; 500 и 500; 10 000 и 20 000 Гц, а также позво-
ляет включать в измерительный тракт внешние полуоктавные фильт-
ры ПФ-1 или другого типа с входным сопротивлением не ниже
600 Ом. Измерительный усилитель имеет выход для подключения
внешних регистрирующих и анализирующих приборов.
Неравномерность сквозной частотной характеристики измери-
тельного тракта с вибропреобразователем составляет на частоте
3 Гц — 20 кГц не более 3 дБ и на частоте 1—3 Гц не более 6 дБ.
Величина нелинейных искажений не более 0,3%. Погрешность изме-
рения среднеквадратичных значений уровней вибрации по гармони-
ческим составляющим и белому шуму не более 0,5 дБ, истинных
значений уровней вибрации по ускорению без поправок на чув-
46

ствительность вибропрсобразователя на частоте 1000 Гц не более
0,5 дБ.
Вирбоизмерительные приборы измеряют интегральные значения
вибраций в рабочем диапазоне частот прибора, что является до-
статочным при измерении синусоидальных колебаний. На практике
же приходится измерять сложные колебания различной интенсивно-
сти и частоты. В этих случаях необходимо измерять спектр вибра-
ций, т. е. частоты, амплитуды составляющих и фазовые соотношения
между ними.
Для проведения спектрального анализа служат анализаторы
(спектрометры), которые разделяются на анализаторы с постоянной
абсолютной полосой пропускания (гетеродинные) и анализаторы
с постоянной относительной полосой пропускания (с частотной из-
бирательной обратной связью, фильтровые). Гетеродинный анализа-
тор позволяет каждую частоту сложного колебания поочередно
подстраивать к частотам вспомогательных колебаний гетеродина.
Прибор измеряет разность частот гетеродина и гармоник, эта раз-
ность меньше частоты режущего фильтра.
Фильтровый анализатор состоит из набора фильтров, настроен-
ных на определенную полосу частот. Верхняя и нижняя границы
полосы пропускания каждого фильтра последовательно перекрывают
рабочий диапазон частот. В зависимости от ширины полосы пропу-
скания фильтровые анализаторы могут быть октавные, полуоктавные,
третьоктавные и узкополосные.
Технические характеристики промышленных анализаторов, при-
меняемых для спектрального анализа, приведены в табл. 7.
Таблица 7
Основные технические характеристики нэкоторых
типов спектрометров
Тип анализа-
тора
Частотный
диапазон
Частотные полосы
анализа
Число полос
Амплитудный
диапазон
СИ-1
СИ-2
С-34
С-32
Полуоктавный
фильтр
ПФ-1
С4-12
С5-ЗА
2 Гц—45 кГц
2 Гц—45 кГц
50 Гц—20 кГц
50 Гц—20 кГц
50 Гц—10 кГц
20 Гц-500 кГц
10 Гц—20 кГц
1/3-октавные
1 -октавные
1/3-октавные
1 -октавные
1/3-октавные
1/3-октавные
1/2-октавные
70; 30; 90 Гц
6; 2 Гц
36
12
36
12
27
27
16
Анализаторы
с плавным
перемещением
полосы ана-
лиза по частоте
0,03 мВ—1000 В
0,03 мВ—1000 В
0,3—3 мВ
10 мВ—30 В
Спектрометр типа СИ-1 предназначен для частотно-полосового
анализа вибрационных и звуковых колебаний с третьоктавными и
октавными фильтрами и состоит из измерительного усилителя, блока
фильтров, индикатора пределов уровней, предусилителя и катодного
повторителя.
Спектрометр может работать с пьезоэлектрическими вибропре-
образователями, подключаемыми к предварительному усилителю или
47

катодному повторителю. Тракт предусилитель (катодный повтори-
тель) — усилитель измерительный работает в диапазоне частот
2 Гц—45 кГц, динамический диапазон входа 100 дБ 20 мкВ — 2 В.
Измерительный усилитель Ихмеет встроенные фильтры нижних частот
с частотами среза 0,2; 2; 10 и 20 кГц. Наличие указанных фильтров
обеспечивает работу спектрометра с вибропреобразователями типов
Д11, Д13, Д14.
В измерительном усилителе имеются интегрирующие цепи для
измерения виброскорости и вибросмещения. Полное отклонение
стрелки прибора при наибольшей чувствительности и использовании
вибропреобразователя Д13 с чувствительностью 7 мВ/(м/с2) проис-
ходит при измерении ускорения 0,003 м/с2, скорости 3 • Ю-4 м/с
(в диапазоне 10—2000 Гц), смещения 30 мкм (в диапазоне 10—50 Гц)
и 0,3 мкм (в диапазоне 50—500 Гц).
Для удобства работы с интегрирующими цепями предусмотрены
фильтры верхних частот с частотами среза 10, 25 и 50 Гц. Измери-
тельный усилитель измеряет средние, пиковые и среднеквадратичные
значения сигнала. Шкалы отградуированы в абсолютных значениях
сигнала и в децибелах относительно нулевого уровня ускорения и
звукового давления. В измерительном усилителе имеются гнезда
для подключения внешних фильтров. В блоке фильтров имеется
33 третьоктавных фильтра в диапазоне частот 25 Гц—40 кГц. Треть-
октавные фильтры со среднегеометрическими частотами 12,5; 16 и
20 Гц конструктивно вынесены в отдельный корпус.
Входы всех фильтров соединены параллельно, а переключатель
коммутирует их выходы. Этим же переключателем фильтры могут
быть соединены таким образом, что на вход подключаются одновре-
менно 3 фильтра, нагруженные на общую нагрузку. Полоса про-
пускания в этом случае становится равной 1 октаве. Таким обра-
зом, этот блок фильтров, кроме 36 третьоктавных фильтров, содер-
жит 12 октавных фильтров в диапазоне от 16 Гц до 31,5 Гц.
Погрешность измерения уровня сигнала в полосах октавных и
третьоктавных фильтров в диапазоне частот 10—10 000 Гц состав-
ляет ±1 дБ, а в диапазоне 20—40 000 Гц—1,5 дБ.
Переключение октавных и третьоктавных фильтров производит-
ся вручную и дистанционно с помощью шагового двигателя. Пита-
ние элетродвигателя осуществляется от измерительного усилителя
через переключающую коробку самописца Н-110. Скорость переклю-
чения регулируется самописцем.
Входящий в комплект спектрометра индикатор пределов уровня
служит для автоматического контроля уровней сигналов в полосах
третьоктавных или октавных фильтров. Индикатор состоит из две-
надцати идентичных каналов, которые могут быть подключены на
выходы фильтров спектрометра и позволяет вести контроль за уров-
нем сигнала в полосах всех октавных фильтров или в полосах 12
третьоктавных фильтров. Глубина контроля уровней составляет
44 дБ. На индикаторе в каждом канале есть делители со ступеня-
ми по 10 и 12 дБ для установки допустимого уровня сигнала в поло-
сах фильтров. Если сигнал превышает допустимый на какой-либо
частоте, на индикаторе загорается лампочка, указывающая номер
фильтра, в полосе которого сигнал превышает установленный уро-
вень.
Таким образом спектрометр в комплекте с индикаторной при-
ставкой может быть использован для быстрой разбраковки различ-
ных механизмов в процессе виброиспытаний.
48

Спектрометр типа СИ-2 в основном аналогичен СИ-1 и отличает-
ся тем, что низкочастотная приставка содержит третьоктавные
фильтры, среднегеометрические частоты которых равны 6,3; 8; 10;
12,5; 16 и 20 Гц.
20. Виброизмерительные приборы зарубежных фирм
Из зарубежной виброизмерительной аппаратуры, отвечающей
требованиям вибрационных измерений промышленности следует
прежде всего отметить аппаратуру, выпускаемую фирмами «Bruel
and Kjer» (Дания), «RFT» (ГДР) и «Dawe» (Англия).
Фирма «Bruel and Kjer» достигла высокой специализации по
выпуску виброизмерительной аппаратуры широкого профиля и в том
числе прецизионной измерительной аппаратуры.
Комплекс аппаратуры включает в себя следующие приборы:
1) вибропреобразователи;
2) предварительные (согласующие) усилители для вибропреобра-
зователей;
3) измерительные усилители;
4) автоматические управляющие генераторы вибраций;
5) электродинамические вибраторы и усилители мощности к ним;
6) спектрометры и анализаторы;
7) аппаратура для автоматической обработки и регистрации
вибрационных и акустических сигналов.
Приборы этой фирмы отличаются значительной точностью из-
мерений и «высокими техническими характеристиками.
В качестве-предварительных усилителей используются два ва-
рианта схем. Это усилители напряжения моделей 1606, 2616, 2623,
2625, 4292 и усилители заряда моделей 2624, 2626, 2628, выполнен-
ные на полупроводниковых элементах.
Измерительные усилители моделей 2606, 2607 и 2608 имеют ра-
бочий частотный диапазон 2 Гц—200 кГц и снабжены стрелочными
указательными приборами. Диапазон измерений усилителя 2606 от
10 мкВ до 300 В. Имеются индикаторы перегрузки входной и вы-
ходной цепей усилителя. Предусмотрена возможность измерения им-
пульсных сигналов. Стрелочный прибор имеет сменные шкалы для
измерения напряжения, ускорения и уровня звука. К усилителю мож-
но подключить внешние фильтры типов 1612—1615 и 2020. Измери-
тельный усилитель 2607 подобен усилителю 2606, а модель усили-
теля 2608 является его упрощенной модификацией. Усилители 2606
и 2608 измеряют действующее значение сигнала с погрешностью ие
более ± 1 дБ при Кф^5, а 2607 — пиковые значения.
Для анализа вибраций © звуковом диапазоне частот
28—45 000 Гц применяют спектрометр типа 2112. Дополнительный
полосовой фильтр типа 1620, подключаемый к спектрометру, позво-
ляет расширить нижний предел частотного диапазона до И Гц.
Спектрометр типа 2112 имеет 11 октавных фильтров со средними
частотами- 31,5—31 500 Гц и 33 третьоктавных фильтра на
25—40 000 Гц. Избирательность октавного и третьоктавного фильт-
ра 35 дБ на октаву от средней частоты фильтра. Спектрометр имеет
выпрямительные цепи, обеспечивающие возможность измерять сред-
ние, эффективные и пиковые значения измеряемого сигнала. Погреш-
ность измерения частоты для коэффициента амплитуды, равной 5,
составляет для среднего значения ±1%; эффективного значения
4-345 49

±0,5 дБ; пикового значения ±2%. Переключатель фильтров может
управляться дистанционно и подключаться к самописцу типа 2305.
Спектрометр типа 2113 состоит в основном из измерительного
усилителя типа 2606 и набора 30 третьоктавных фильтров со сред-
ними частотами 25—20 000 Гц и октавных фильтров со средними
частотами 31,5—20 000 Гц.
Спектрометр типа 2114 предназначен для частотного анализа
в диапазоне от 2 Гц до 160 кГц и состоит из измерительного уси-
лителя типа 2607 и набора фильтров.
Набор фильтров содержит 50 третьоктавных фильтров со сред-
ними частотами 2 Гц— 160 кГц и 16 октавных фильтров со средними
частотами 4 Гц—125 кГц.
Для узкополосного анализа в диапазоне частот 20—20 000 Гц
применяют анализатор 2107, который состоит из измерительного уси-
лителя, резонансного усилителя для анализа напряжений или ампли-
туд частотных составляющих спектра. Ширина полосы пропускания
регулируется в пределах 6—29% значения основной частоты. На
входе можно вводить затухание 60 дБ. Погрешность измерения ча-
стоты спектра ±1%. Анализатор позволяет измерять среднее, эффек-
тивное и пиковое значения измеряемого сигнала.
Частотный анализатор гетеродинного типа 2010 применяется для
узкополосного анализа в диапазоне частот 2 Гц — 200 кГц, который
подразделяется на 3 поддиапазона: 2 Гц—2 кГц, 20 Гц—20 кГц,
200 Гц—200 кГц.
Ширина полосы пропускания фильтра регулируется ступенями
3,16; 10; 31,6; 100; 316 и 1000 Гц. Частотной разверткой можно
управлять вручную или с помощью механического привода от внеш-
них приборов. Точная установка частоты обеспечивается шести-
значной цифровой индикацией. Анализатор 2010 в комплекте с (само-
писцем уровня 2305 можно использовать для автоматической записи
спектрограмм и частотных характеристик.
Ручное переключение фильтров занимает много времени и поэто-
му неприменимо при анализе переменных во времени процессов.
Поэтому в последнее время все большее распространение находят
автоматические быстродействующие полосовые анализаторы — спек-
трометры типа 3347. В спектрометре предусмотрено 38 фильтровых
каналов, содержащих 30 третьоктавных фильтров со средней ча-
стотой 25 Гц—25 кГц. Переключение фильтров в нем происходит
автоматически с помощью моторчика, вращающегося с постоянной
скоростью. Частота переключения фильтров 15—20 раз в секунду,
Таким образом, прибор фиксирует практически мгновенную спект*
ральную картину сигнала.
Анализируемый процесс изображается на экране электронно-лу-
чевой трубки спектрометра в виде ряда расположенных по частотной
шкале столбиков, высота которых представляет в определенном мас-
штабе исследуемые уровни в каждой данной полосе частот. Спект-
ральная картина регистрируется обычно с помощью кинокамеры,
устанавливаемой против экрана спектрометра.
Фирма «RiFT» выпускает несколько типов виброизмерительных
комплектов аппаратуры для регистрации и анализа колебаний.
В комплект для измерения и регистрации колебаний входит
виброметр типа SM231 или SM211 с пьезоэлектрическими вибропре-
образователями, 4-канальный усилитель SM241 и светолучевой
осциллограф типа 8LS-1 или 12LS-1 на 8 и 12 каналов соответ-
ственно.
50

Измерительный комплект для анализа колебаний предназначен
для измерения и автоматической регистрации терциально-октавного
или узкополосного спектров вибрационных процессов в диапазоне
частот 2 Гц—15 кГц.
Измерительный комплект включает следующие приборы: пьезо-
электрические вибропреобразователи типа КД8—КД35, КВ9—KB 12;
виброметры типов iSDM132, SM211, SM231, SM241, SM311; терци-
ально-октавные фильтры TOF101 и TOZ101 ил узкохюлосный
фильтр SBF101 — для проведения частотного анализа; приборы для
записи уровня вибраций типа PSG101.
Одноканальный виброметр SM211 и трехканальный виброметр
М231 отградуированы и измеряют действующие значения вибросме-
щения, виброскорости и виброускорения в диапазоне частот
2 Гц—15 кГц.
Виброметр SDM132 работает в диапазоне частот 3 Гц—10 кГц.
Он отградуирован и измеряет действующее значение вибросмещения,
виброскорости и виброускорения полигармонической вибрации с до-
полнительной погрешностью ±5% при коэффициенте формы /Сф^З.
21. Поверка виброизмерительной аппаратуры
В связи с возросшими требованиями к достоверности картины,
наблюдаемой при виброиспытаниях, в последнее время придается
большое значение точности показаний приборов для измерения пара-
метров вибраций, что, в свою очередь, обусловливает необходимость
централизованного метрологического контроля в этой области изме-
рений [30].
В настоящее время погрешность виброизмерительной аппаратуры
в большинстве случаев не должна превышать 5—10%, а в ответ-
ственных случаях 3—5%, что требует высокого качества поверки и
испытаний виброизмерительной аппаратуры.
Метрологическая поверка сводится к определению с помощью
поверочных установок и образцовых приборов характеристик вибро:
измерительной аппаратуры и определению погрешностей их изме-
рений.
Исходными образцовыми мерами при передаче правильных зна-
чений единиц измерительным приборам для динамических измерений
являются поверочные установки, которые должны удовлетворять
следующим двум основным требованиям: воспроизводить,некоторый
принятый при поверке режим изменения физической величины во
времени и обеспечивать возможность измерения необходимых пара-
метров этого изменения с требуемой точностью.
Наиболее пригодной при поверке виброизмерительной аппара-
туры является поверочная установка, создающая сигнал гармониче-
ской формы в необходимом диапазоне частот. Такую установку удоб-
но использовать при поверке приборов, измеряющих не только па-
раметры вибросмещения, но и параметры его производных, посколь-
ку производные гармонического сигнала, воспроизводимого повероч-
ной установкой, являются также гармоническими сигналами. Разра-
ботка поверочных установок, создающих механическое движение
гармонической формы, в техническом отношении значительно проще,
чем установок, создающих сигналы каких-либо других форм.
Технические характеристики образцовых вибрационных устано-
вок, обеспечивающих поверку существующих виброизмерительных
приборов, приведены в § 29.
4* 51

К основным метрологическихМ характеристикам виброизмеритель-
ной аппаратуры относятся:
1) неравномерность амплитудно-частотной характеристики изме-
рительного тракта;
2) коэффициент нелинейных искажений измерительного тракта;
3) фазочастотная характеристика;
4) погрешность интегрирующих цепей;
5) погрешность делителей напряжения;
6) погрешность детектора;
7) уровень собственных шумов.
Метрологические характеристики виброизмерительной аппара-
туры позволяют произвести оценку точностных свойств прибора и
вычислить погрешность результата измерений.
В соответствии с ГОСТ 15939-70 проверка виброизмерительной
аппаратуры производится совместно с пьезоэлектрическими ВИП и
включает в себя определения:
1) частоты установочного резонанса ВИП;
2) действительного значения коэффициента преобразования;
3) относительного коэффициента поперечного преобразования;
4) основной погрешности виброизмерительного устройства;
5) сопротивления изоляции ВИП и виброизмерительного устрой-
ства.
По результатам поверок рассчитываются величина основной и
дополнительных погрешностей измерения.
Так, основная приведенная погрешность виброизмерительного
прибора определяется:
при постоянном значении измеряемой величины не менее чем при
десяти значениях частот, являющихся среднегеометрическими часто-
тами третьоктавных полос;
на фиксированной частоте не менее чем при пяти значениях
измеряемой величины:
8п = ^=^-100о/О)
где Хд — действительное значение измеряемой величины; Хп — со-
ответствующее показание поверяемого прибора; Хк — конечное зна-
чение рабочей шкалы поверяемого прибора.
Погрешность tdn не должна превышать предельного значения
основной допустимой погрешности виброизмерительного прибора,
указанной в паспорте.
Глава пятая
ВИБРАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
22. Общие сведения
Вибрационные установки (стенды) представляют собой устрой-
ства, предназначенные для создания механических колебательных
движений. В основном они предназначены для проведения испыта-
ний на вибропрочность и виброустойчивость различных изделий
промышленности.
52

Обратная связь
3^
По способу возбуждения возмущающей силы все вибрационные
стенды делятся на механические, электродинамические, пьезоэлек-
трические, электростатические, электромагнитные, магнитострикцион-
ные, пневматические и гидравлические [3].
Наибольшее распространение в настоящее время получили ви-
брационные стенды, использующие электродинамический принцип
создания возмущающих сил. Они выгодно отличаются от других ти-
пов вибростендов основными ха-
рактеристиками: шириной диапазо-
на рабочих частот, линейностью
преобразований сигнала, простотой
управления и т. п. Обладая высо-
кой универсальностью воспроизве-
дения требуемых программ испы-
таний, электродинамические уста-
новки являются одним из перспек-
тивных типов вибрационного
испытательного оборудования.
В настоящее время серийно
выпускаются электродинамические
виброустановки различной мощно-
сти. Они имеют разнообразное кон-
структивное выполнение. Струк-
турная схема вибрационной элек-
тродинамической установки приве-
дена на рис. 31.
В качестве усилителей мощности для возбуждения вибраторов
используются различные электронные усилители, обладающие высо-
кими техническими характеристиками. Мощность усилительных
устройств достигает в ряде случаев сотен киловатт.
Современные конструкции электродинамических вибраторов раз-
вивают выталкивающую силу от нескольких килограмм до несколь-
ких десятков тонн и позволяют получать ускорение до нескольких
сотен g в широком диапазоне частот 5—10 000 Гц.
Аппаратура .управления виброустановкой предназначена для
автоматического программного управления режимом работы вибро-
установки и включает в себя задающий генератор и специальное
устройство — автоматический регулятор амплитуд (АРА). Это
устройство позволяет автоматически поддерживать заданный режим
испытаний по сигналу с контрольного вибропреобразователя, уста-
новленного на испытуемом объекте.
Рис. 31. Структурная схема
вибрационной электродинами-
ческой установки с замкнутой
петлей регулирования.
/ — задающий генератор; 2 — авто-
матический регулятор амплитуды;
3 — усилитель мощности; 4 — виб-
ратор; 5 — испытуемое изделие; 6 —
виброизмерительный преобразова-
тель.
23. Принцип действия и устройство электродинамических вибраторов
Электродинамический вибратор является электромеханическим
преобразователем.
Принцип его работы основан на взаимодействии проводника
с током и постоянного магнитного поля. Схематически этот принцип,
относящийся к любой электродинамической системе, показан на
рис. 32 и заключается в следующем. Если по проводнику, располо-
женному в магнитном зазоре между разноименными полосами N, S
постоянного магнита, течет постоянный электрический ток /, то воз-
никающие вокруг проводника круговые магнитные силовые линии
будут взаимодействовать с силовыми линиями постоянного магнита,
взаимно складываясь над проводником и вычитаясь под ним.
53

Рис. 32. Принцип электродина-
мического преобразования.
В результате такого взаимодействия на проводник будет дей-
ствовать механическая сила, называемая электродинамической. Эта
сила стремится вытолкнуть проводник из зоны действия магнитного
поля в направлении, перпендикулярном силовым линиям, возникшим
при протекании тока. При перемене направления тока в проводнике
на противоположное направление силы также изменится.
Если к концам проводника подвести переменное напряжение wc,
то этот проводник будет совершать колебательные движения с часто-
той и амплитудой, соответствующими частоте и амплитуде подводи-
мого электрического сигнала.
Типовая конструкция электродинамического вибратора показана
на рис. 33. Катушка подмагничивания 8, по которой протекает по-
стоянный ток, создает в магнито-
_ проводе 5 постоянный магнитный
поток, пересекающий воздушный
зазор магнитопровода. В этом за-
зоре помещена цилиндрическая по-
движная катушка 7, через которую
пропускается переменный ток раз-
ной частоты. Подвижная катушка
жестко соединяется с рабочим сто-
лом вибратора / и удерживается
в нужном положении с помощью
гибких подвесок 2.
В результате взаимодействия
постоянного магнитного потока
с переменным магнитным полем возникает сила, перемещающая под-
вижную катушку и жестко соединенный с ней рабочий стол. На-
правление ее перемещения изменяется в соответствии с изменением
направления тока. Количественно сила F пропорциональна магнит-
ной индукции в кольцевом зазоре магнитопровода В, длине провод-
ника звуковой катушки / и силе тока /:
F—BU. (13)
Подвижная катушка с рабочим столом и гибкие подвески обра-
зуют подвижную систему вибратора.
Для удобства эксплуатации вибратор установлен на раме 9, ко-
торая обеспечивает его крепление к фундаменту и дает возможность
поворота вибратора в цапфах на угол до 90° от вертикали (горизон-
тальная вибрация).
Магнитный экран 3 обеспечивает защиту испытуемого изделия
от действия магнитного поля вибратора.
Магнитная система. Из формулы (13) следует, что амплитуда
колебаний подвижного стола зависит от величины магнитной индук-
ции, существующей в кольцевом зазоре, где помещена подвижная
катушка. В свою очередь величина индукции зависит от конструк-
тивного исполнения магнитопровода.
Магнитное поле вибратора в различных конструкциях создается
или постоянным магнитом, выполненным из высококоэрцитивного
сплава, или системой, которая состоит из магнитопровода и кату-
шек подмагничивания, питаемых постоянным током. Электродина-
мические вибраторы могут иметь одностержневое или двухстержне-
вое исполнение магнитопровода.
На рис. 34, 35 схематически показаны основные конструктивные
схемы выполнения магнитной цепи электродинамических вибраторов.
54

На рис. 34,а представлена схема одностержневого вибратора, в ко-
тором рабочий стол и подвижная катушка расположены в противо-
положных концах магнитной цепи. При такой конструкции обеспечи-
ваются малые потери на рабочем столе. К недостаткам следует от-
нести снижение жесткости конструкции подвижной системы из-за ее
длины. Охлаждение такой конструкции осуществляется потоком
воздуха, подаваемого от вентилятора. В качестве источника постояи-
Рис. 33. Типовая кон-
струкция электроди-
намического вибра-
тора.
/ —»стол вибратора; 2 —
упругие подвески стола;
3 — магнитный экран;
4 — путь магнитного по-
тока; 5 — магнитопро-
вод: 6 — испытуемое из-
делие; 7 — подвижная
катушка; 8 — катушка
подмагничивания; 9 —
основание.
ного магнитного поля используется электромагнит, по обмоткам ка-
тушек которого протекает постоянный ток.
На рис. 34,6 изображена схема одностержневого вибратора,
в котором рабочий стол соединен непосредственно с подвижной ка-
тушкой. Магнитная система конструктивно очень проста, но обла-
а) 6)
Рис. 34. Конструкции магнитной цепи одностержневого вибратора.
дает рядом весьма существенных недостатков. Например, наличие
больших полей рассеяния в вертикальной плоскости (в плоскости
рабочего стола) заставляет применять специальные магнитные экра-
ны для защиты испытуемых изделий.
55

Конструктивной разновидностью одностержневых вибраторов
является вибратор, показанный на рис. 35,а, который имеет сдвоен-
ный магнитопровод [4]. Эта конструкция более удобна в отношении
крепления и центровки подвижной системы, но обладает недостат-
ками, присущими одностержневым системам в отношении потерь.
Вибраторы (рис. 34,я) могут охлаждаться воздухом или жидко-
стью.
Более совершенную магнитную систему имеет двухстержневой
вибратор, схема которого изображена на рис. 35,6. В такой системе
а) б)
Рис. 35. Конструкции магнитной цепи вибратора.
а — сдвоенного однсстержкевого; б — двухстержневого.
имеются две одинаковые обмотки подмагничива'ния, питаемые по-
стоянным током, которые расположены на разных стержнях. Обмот-
ки выполнены так, что их магнитодвижущие силы равны между со-
бой и направлены встречно. При этом магнитные потоки этих обмо-
ток в воздушном зазоре складываются и оказывают совместное дей-
ствие на подвижную обмотку. Кроме того, потери мощности в двух-
стержневом магнитопроводе могут быть почти вдвое меньше, чем
в сдвоенном одностержневом.
Конструкция двухстержневых вибраторов позволяет получать
большие возмущающие силы и создавать колебания с высокими
ускорениями.
Другим существенным преимуществом вибратора с двухстержне-
вым магнитопроводом является то, что отпадает необходимость
в экранировании испытуемых изделий от полей рассеяния магнит-
ного потока.
Охлаждение конструкции вибратора обеспечивается воздухом от
вентилятора или жидкостью.
Подвижная катушка. В вибраторах небольшой мощности под-
вижная обмотка выполняется в виде однослойной или многослойной
катушки из медного или алюминиевого провода, намотанного на
изоляционный каркас [19].
В некоторых случаях каркас делается дюралевым, но при этом
должен иметь несколько продольных разрезов для устранения наво-
димых в нем токов Фуко.
56

В мощных вибраторах в качестве обмотки используется полая
медная трубка, внутри которой циркулирует охлаждающая вода.
В последнее время чаще применяются бескаркасные катушки.
При этом обмотка изготовляется из алюминиевого цилиндра, ко-
торый разрезается по винтовой линии, образуя таким образом вит-
ки обмотки. Витки этой спирали склеивают (оксидная пленка играет
роль меж'витковой изоляции) и дополнительно стягивают шпиль-
ками.
Бескаркасная подвижная обмотка имеет ряд преимуществ перед
обмоткой, намотанной на каркас: во-первых, радиальная толщина
ее меньше, а следовательно, зазоры между обмоткой и магнито-
проводом будут меньше; во-вторых, индуктивность бескаркасной
обмотки при высоких частотах будет значительно меньше, чем в та-
кой же обмотке каркасного исполнения.
При работе вибратора через подвижную катушку проходит
переменный ток значительной силы, поэтому обмотка катушки силь-
но разогревается и может выйти из строя. Для отвода тепла при-
меняются различные способы охлаждения. Вибраторы малой мощ-
ности принудительного охлаждения не имеют.
Вибраторы средней мощности охлаждаются сжатым воздухом,
подведенным из воздушной магистрали, или воздухом от специаль-
ной воздуходувки.
Подвижные катушки мощных вибраторов охлаждаются чаще
всего проточной дистиллированной водой или трансформаторным
маслом. Иногда в вибраторах средней и большой мощности приме-
няют комбинированную схему охлаждения, где подвижная катушка
охлаждается потоком воздуха, а катушка подмагничивания и коль-
цевой зазор магнитопровода — прото'чным маслом.
Экранировка кольцевого зазора магнитопровода от переменных
магнитных полей. Для уменьшения потерь в стали вибратора ставят
медные экраны, которые представляют собой тонкие короткозамк-
нутые кольца на поверхностях кольцеобразного полюса и стержня,
обращенных к катушке управления.
Медные экраны в зазоре можно рассматривать как вторичную,
обмотку трансформатора, первичной обмоткой которого является по-
движная катушка.
Подвеска подвижной системы. Подвески должны иметь малую
жесткость в продольном направлении и большую жесткость в по-
перечном направлении.
Чаще всего в. вибраторах применяют механическую подвеску,
которая выполняется в виде плоских пружин и диафрагм. Наиболь-
шее применение находят диафрагмы, выполненные из листового тек-
столита, стеклотекстолита и различных пластиков.
Применяются также пневматическая и электромагнитная под-
вески.
Ослабление полей над столом стенда. Наиболее эффективным
средством ослабления полей над столом стенда является применение
двойного экрана, ферромагнитной вставки на столе и размагничи-
вающей обмотки, расположенной между экранами.
В этом случае поле ослабляется более чем в 60 раз. Размаг-
ничивающая обмотка в этом случае оказывается вполне приемлемых
размеров.
Уменьшая воздушный зазор между экраном и вставкой на столе
или увеличивая толщину нижнего экрана, можно еще больше сокра-
тить ее размеры.
57

24. Основные характеристики электродинамических вибраторов
Электродинамические вибраторы разделяются по электрическим,
конструктивным и эксплуатационным признакам. К первым относят-
ся: рабочий диапазон частот, максимальная выталкивающая сила,
грузоподъемность, максимальное вибрационное ускорение. К кон-
структивным признакам относятся: устройство подвижной системы,
устройство подвески подвижной системы, устройство магнитной си-
стемы (одностержневые или двухстержневые), система охлаждения
(воздухом или жидкостью), устройство дополнительной подвески
(электромагнитная, воздушная).
К эксплуатационным признакам относятся температурные и кли-
матические условия работы электродинамических вибраторов, вре-
менная стабильность работы.
Вибраторы характеризуются рядом технических и эксплуатаци-
онных параметров, определяющих их область применения и точность
задания испытательного режима.
Эти параметры позволяют оценить возможности каждого вибра-
тора, сравнить между собой отдельные типы, определить их зна-
чение, а также правильно оценить результаты проведенных вибро-
испытаний.
Рабочий диапазон частот. Максимальная -вы-
талкивающая сила, представляет со'бой амплитудное зна-
чение развиваемого вибратором силового синусоидального вибра-
ционного возмущения. Величина этой силы может быть использо-
вана для вычисления допустимого ускорения на столе вибратора
по следующей формуле:
а== тг + т' (14)
где а — ускорение, развиваемое вибратором, м/с2; F — максимальная
выталкивающая сила, Н; гп\ — масса подвижной системы вибратора,
кг; т2 — масса полезной нагрузки, кг.
Вибрационное смещение представляет собой ампли-
тудное значение перемещения, возникающего при механических ко-
лебаниях рабочего стола вибратора.
Максимальное вибрационное ускорение пред-
ставляет амплитудное значение ускорения, возникающего при меха-
нических колебаниях рабочего стола вибратора и определяется вы-
ражением (14).
Максимальная полезная статическая нагруз-
к а (грузоподъемность вибратора) определяет максимальную силу,
приложенную вдоль оси вибратора и обусловленную жесткостью
подвижной системы. Максимальная полезная нагрузка «не должна
вызывать остаточных деформаций элементов подвижной системы
вибратора при длительном нагружении.
Масса подвижной системы — сумма масс всех подвиж-
ных конструктивных элементов вибратора с учетом части веса кон-
структивных элементов других подвесок.
Первый высокочастотный резонанс — первая ча-
стота собственных колебаний конструкции подвижной системы.
Низкочастотный резонанс подвижной систе-
мы вибратора — частота собственных колебаний подвижной си-
стемы вибратора на ее упругих подвесках,
58

Поперечные составляющие вибрации представляют
максимальное отношение величины поперечных вибраций к величи-
не вибраций основного направления, выраженное в процентах.
Коэффициент нелинейных искажений (коэффи-
циент гармоник) — величина отклонения формы кривой вибрацион-
ного ускорения рабочего стола вибратора от синусоидальной.
Напряженность магнитного поля — максимальная
величина магнитного поля на уровне стола вибратора, выраженная
в эрстедах.
25. Анализ частотной характеристики вибратора
Электродинамические вибраторы основаны на преобразовании
электрического сигнала в механическое колебательное движение сто-
ла. С механической точки зрения подвижную систему вибратора
Рис. 36. Механическая колебательная система с одной степенью сво-
боды (а) и ее эквивалентная схема (б).
Таблица 8
Система электромеханических аналогов
Механический параметр
Электрический параметр
Масса т
Скорость v
Внешняя сила
1
Коэффициент демпфирования ^
Гибкость (величина, обратная
циенту упругости) \/K—Cf
коэффи-
Емкость С
Напряжение и
Ток I
Сопротивление R
Индуктивность L
можно рассматривать как систему с одной или несколькими степе-
нями свободы.
Система с одной степенью свободы, эквивалентная механической
схеме подвижной части одностержневого вибратора, представлена
на рис. 36,а. Эта механическая колебательная система характери-
зуется тремя основными параметрами: активной массой т, гибко-
стью подвески С и сопротивлением потерь R'.
В такой системе под действием приложенной переменной силы
F, изменяющейся в простейшем случае по гармоническому закону
с частотой со = 2я/, возникают сложные колебания активной мас-
сы т. Механическая колебательная система, показанная на рис. 36,а,
59

аналогична электрическому колебательному контуру, в котором вме-
сто активной массы т имеется емкость С, а вместо гибкости С —
индуктивность L (рис. 36,6). Параметры элементов обеих си-
стем могут быть аналогами и сведены
в табл. 8.
Соответствующие уравнения для схем
рис. 36 будут:
"о
->
тс
Т
dv 1 Г
da , 1
Рис. 37. Эквивалент
ная механическая схе
ма электродинамиче
ского вибратора.
Для представления передаточной функ-
ции электродинамического вибратора рас-
смотрим случай, когда испытуемый объект
закреплен на рабочем столе. Эквивалентная
механическая схема вибратора будет иметь
вид, изображенный на рис. 37, где массы и
жесткости элементов конструкции представ-
лены сосредоточенными параметрами [26,
42]. Здесь:
тк — масса подвижной катушки и по-
движного элемента; ск — коэффициент жест-
кости элементов конструкции между подвижной и опорной поверх-
ностями вибратора; тс — масса стола вибратора; с0 — коэффициент
жесткости упругих опор подвижного элемента; ти — масса испытуе-
мого изделия; си — коэффициент жесткости испытуемого изделия;
F — сила, обусловленная взаимодействием переменного тока, проте-
кающего в подвижной катушке с постоянным полем обмотки под-
магничивания; хк, хс, хи — перемещение катушки, вибростола и
испытуемого изделия.
Сумма масс тс и тк представляет собой массу подвижного
элемента, а параметры элементов тс, тк и ск подобраны так, что
резонансные частоты системы соответствуют резонансным частотам
подвижного элемента.
Для рассмотрения электрических параметров электродинамиче-
ского вибратора удобно заменить механические величины электриче-
скими. При этом эквивалентная электрическая схема будет иметь
вид, изображенный на рис. 38, где показан идеальный трансформа-
тор, служащий для согласования электрических и механических еди-
ниц с постоянным коэффициентом трансформации. Для эквивалент-
ной схемы имеем: RK — сопротивление подвижной катушки; LK —
индуктивность подвижной катушки; ек, /к — напряжение и ток в ка-
тушке; е — иротиво-э. д. с, возникающая при перемещении витков
катушки в магнитном поле; хк, хс, #и — соответственно скорости ка-
тушки, стола и испытуемого изделия; Тр— идеальный трансформатор
для согласования электрических и механических единиц с постоян-
ным коэффициентом трансформации AV Коэффициент Кт связывает
выталкивающую силу с током возбуждения подвижной катушки или
напряжения возбуждения со скоростью движения стола и является
постоянным F=KiiK и ек — Кчхк.
Для цепи, показанной на рис. 38, при условии отсутствия на-
грузки на столе вибратора, применяя правила закона Кирхгофа,
60

можем записать:
ек = (#к + /а£к)*к + hK-тХк + (0)хс.,
О =» — KtU + [(/со)2/ик + ск\*к + (— ск)хс;
О = (0)/к + (— ск)хк + [(/»)2/wc + ск + с0]хс.
Из этих трех уравнений можно получить одно соотношение,
устанавливающее связь между ускорением стола вибратора и на-
Рис. 38. Эквивалентная электрическая схема электродинамического
вибратора.
пряжением, питающим подвижную катушку. Решая для хс и ис-
пользуя выражение хс — (/со)2л:с, получаем:
О)2
mKmcLK
ек
ч , /• ч #К . /• ч, / СК , Со . СК , К2Т \
+
+ (И2
Rk\ /_£к
~ Шс J
Шк
+ /©
(
+
/\VkCo
LKmKmc у
(15)
LKmKmQ
Частотная характеристика зависимости показана на рис. 39.
Пересечение асимптот характеристики при ненагруженном столе
определяет частоты /ь /г» /з, которые определяются следующими вы-
ражениями:
1 /#к£о\
2гс ^
1
Л
2* [M^k + /Wc)]1/2'
Ск(тк + тс) "I1/2
% 2я [
тктс
(16)
На частоте fi реактивное сопротивление 1/с0 равняется RkIK2t»
Частота /2 представляет приближенное значение частоты, соответ-
ствующей последовательному резонансу в контуре из соединенных
последовательно индуктивности катушки возбуждения и массы си-
стемы подвижная катушка — стол. Активная составляющая сопро-
тивления RK катушки возбуждения в этом случае вносит заметное
демпфирование.
61

Частота U в основном определяется жесткостью £к, массой под-
вижной катушки тк и рабочего стола тс.
Для различных конструкций электродинамических вибраторов
экспериментальные значения частот имеют следующие значения:
fi=0,5-г-3 Гц; /2=50-5-300 Гц в зависимости от нагрузочной массы
стола; /з=1 500 Гц и выше в зависимости от конструкции вибрато-
ра и жесткости стола.
10
1
]\ \\
\ \ \
ш
1 10 100 1000
Рис. 39. Амплитудно-частотная характеристика вибратора без на-
грузки (а) и с безрезонансной нагрузкой (б).
Приведенный выше анализ будет действителен и для случая, ко-
гда на столе вибратора жестко закреплена безрезонанснал нагрузка.
В этом случае жесткая масса нагрузки может быть включена в мас-
су стола тс и в этом случае значения частот /2 и f3 снижаются до
ff2 и f'z и частотная характеристика сдвигается влево, как показано
на рис. 39. Резонансы на частотах /2 и /3 называются электрическими
и осевыми соответственно. Из рис. 39 можно заметить, что частотная
характеристика остается в основном без изменения для частот ниже
/2 как для случая .ненагруженного стола, так и с нагрузкой.
Эквивалентная схема электродинамического вибратора для слу-
чая резонансной нагрузки будет иметь вид, приведенный на рис. 38,
но при этом масса и жесткость испытуемого изделия должны быть
6-
Рис. 40. Упрощенная эквивалентная схема электродинамического
вибратора с резонансной нагрузкой.
62

подключены к общей схеме. Анализ такой сложной цепи представля-
ет значительные трудности, поэтому можно сделать два допущения.
Для случая ненагруженного стола вибратора, как отмечалось выше,
с0 незначительно влияет на характеристику вибратора выше часто-
ты /ь которая обычно лежит в диапазоне 0,5—3 Гц. Поэтому влия-
нием упругих опор можно пренебречь и считать со=0. Другое до-
пущение заключается в том, что собственная частота испытуемого
100
10
АЛ
1
Л
f
1 10 100 1000 Гц
Рис. 41. Амплитудно-частотная характеристика вибратора с резо-
нансной нагрузкой в области высоких частот.
изделия лежит значительно ниже частоты f3 и это означает, что ра-
бочий стол является абсолютно жестким и ск = оо.
С учетом этих двух предположений эквивалентная электрическая
схема вибратора будет иметь вид, показанный на рис. 40. Для этой
О/
Хс
9
\ /
Г'
/ 10 100 1000
Рис. 42. Амплитудно-частотная характеристика вибратора с резо-
нансной нагрузкой в области низких частот.
63

цепи отношение ускорения вибростола к напряжению питания под-
вижной катушки можно выразить формулой
/<о/Ст
£с LK(mK + тс)
" «»)•+ (wg-KW l£+id^+isSiF
->
+ </0)) LK \™и ^ тк + тс) ^тлЬк(тк + тс) ' (10
Это выражение может быть проанализировано для двух усло-
вий: когда fn>U и когда fn<h-
Указанные два случая иллюстрируются характеристиками, при-
веденными на рис. 41 и 42. Следует отметить влияние нагрузки на
смещение резонансной частоты /2 до частоты f2. Резонансная ча-
стота пика обозначается /р, а антирезонансная частота, т. е. частота
провала, обозначается /п. Рассмотрим указанные два случая. Пер-
вый соответствует случаю высокочастотного резонанса испытуемого
изделия, т. е. когда резонансная частота изделия лежит выше ча-
стоты электрического резонанса вибратора /п>/2> и определяется
следующими выражениями:
f, J 1 L
2п \ LK ти |1/2 •
+ тк+ тс) + — J
t 1 Г си / ти + тк + тс\ . /С2т I1/2
'р ^ 2те [тп у тк + тс LK(mK + тс)\
Частотная характеристика, соответствующая зависимости (17)
для случая fn>f2 приведена на рис. 41. Несмотря на то что коэф-
фициенты жесткости с0 и ск не включены в полученное уравнение
(17), влияние их на характеристику, приведенную на рис. 41, учтено.
При этом частота антирезонанса, соответствующая /п, находится
ниже частоты fp. Заметим, что электрическое и механическое демп-
фирование ограничивает амплитуду пиков, в то время как глубина
антирезонанса ограничивается только механическим^ демпфировани-
ем, связанным с испытуемым образцом.
Второй случай соответствует низкочастотному резонансу испы-
туемого изделия, когда /п<Ь, и определяется выражениями
' 2 ^ 2тг [% ^ mK + mc J LK(mK + mc)\
f ^2 !
11/2
Частотная характеристика для этого случая и соответствующая
уравнению (17) приведена на рис. 42, причем влияние с0 и ск здесь
также учтено. Из графика частотной характеристики видно, что ча-
стота /р лежит ниже частоты /п, т. е. противоположна порядку сле-
дования, указанному на графике рис. 41, а высота пика на частоте
/р слабо проявляется. Для эквивалентной схемы (см. рис. 40) за-
метим, что токи через тпщ и mn+mQ на резонансной частоте для
64

случая fn>h находятся в фазе и их суммарная величина равна ве-
личине тока через Ьк/К2т и Як/К2т. Для второго случая, когда
fn<f2, на частоте fp токи в верхних ветвях эквивалентной схемы,
т. е. токи через шж и mK+mCy находятся в противофазе и имеется
нулезой ток, проходящий через Lk/K2t и Rk/K2?.
Глубина провала антирезонанса частотной характеристики
(рис. 42) для частоты fn ограничивается только величиной демпфи-
рования резонанса испытуемого изделия, причем чем ниже резонанс-
ная частота, тем меньше провал характеристики.
26. Метрологические характеристики вибраторов
и методика их определения
Испытания различных изделий, проводимые на виброустановках,
характеризуются заданным режимом, под которым следует понимать
колебание мест крепления изделия к столу вибратора с заданным
ускорением (скоростью или смещением) и частотой в заданном на-
правлении в течение определенного времени. Всякое отклонение нор-
мируемых параметров реального колебательного процесса от задан-
ных значений является погрешностью заданного режима виброиспы-
тания, которая определяется разностью колебательных процессов
(реального и идеального). В общем виде эту погрешность можно
подразделить на погрешность результата измерения ускорения в точ-
ке крепления виброизмерительного преобразователя и погрешность
воспроизведения заданного колебательного процесса. Оценить точ-
ность того или иного испытательного режима в общем виде воз-
можно только на основе анализа колебаний, создаваемых электро-
динамическим вибратором, являющимся источником различных иска-
жений. Вопросу об оценке точности виброиспытательного режима
посвящен ряд работ ,{20, 35]. Большая работа по исследованию и
разработке, методов испытаний электродинамических вибростендов
проведена во ВНИИМС А. Е. Манохиным [22, 23, 32]. Результатом
работ явились рекомендации по определению характеристик испы-
тательных вибростендов.
К метрологическим характеристикам электродинамических виб-
раторов относятся [22]:
1) амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) вибратора в осе-
вом направлении (по уровню 1-й гармоники);
2) коэффициент нелинейных искажений колебаний;
3) спектральный состав ускорения;
4) уровень поперечных составляющих вибрации;
5) неравномерность распределения амплитуды колебаний в раз-
личных точках стола вибратора;
6) временная стабильность работы вибратора;
7) магнитное поле рассеивания над столом вибратора.
Амплитудно-частотная характеристика определяет частотные
свойства вибратора и имеет три явно выраженные области: низко-
частотного механического резонанса, «постоянного» ускорения (плос-
кая часть АЧХ) и высокочастотных резонансов. Исходя из '[20], ра-
бочий диапазон электродинамического вибратора можно условно
разбить на два поддиапазона: до частоты, соответствующей первому
высокочастотному резонансу одного из элементов подвижной систе-
мы вибратора, и после этой частоты. Причем первый поддиапазон
в основном определяет эксплуатационные характеристики вибратора
и характеризует точность воспроизведения колебаний, тогда как во
5—345 65

втором поддиапазоне величина искажений колебания в большинстве
случаев больше 100%.
Коэффициент нелинейных искажений и спектральный состав ви-
броускорения являются важной характеристикой. Так, например, при
наличии в спектре колебаний стола вибратора высших гармоник
изделие одновременно подвергается воздействиям ускорения на не-
скольких частотах, причем уровень ускорения высших гармоник мо-
жет быть соизмерим с уровнем основной гармоники и превышать
его. Следовательно, изделие может испытывать более интенсивные
нагрузки на высших частотах. Особенно опасен случай, когда часто-
ты высших гармоник совпадают с частотами собственных резонан-
сов тех или иных элементов изделия. При этом даже небольшие
уровни высших гармоник могут привести к выходу из строя испы-
туемого изделия, хотя оно по техническим условиям воздействию
ускорения на этих частотах не должно подвергаться.
В качестве критерия оценки точности воспроизведения заданно-
го колебательного процесса используется коэффициент гармонических
искажений. Анализатором гармоник измеряют напряжения, соответ-
ствующие ускорению гармоники f и гармоники с частотой nf. Ко-
эффициент гармонических искажений п порядка Rn на частоте f
вычисляют по формуле
где Un, Ui — напряжения, соответствующие ускорениям на часто-
тах nf и /.
При суммарном коэффициенте гармонических искажений /Сг,
равном не более 15—20%, влияние спектрального состава на изде-
лие из-за малости перегрузки, создаваемой высшими гармониками
(имеется в виду, что резонансы изделия отсутствуют), можно не
учитывать. Точность воспроизведения заданного режима в этом слу-
чае оценивается как
Для определения коэффициента Кт используется измеритель не-
линейных искажений. При уровне гармоник, превышающих 20% ве-
личины основной гармоники, по всей вероятности, необходимо учи-
тывать ускорение, создаваемое гармоническими составляющими и
оценивать воздействие на изделие каждой гармоники отдельно.
При наличии поперечных составляющих в колебании стола виб-
ратора испытуемое изделие колеблется не вдоль рабочей оси, а под
каким-то углом к ней. При этом возникает погрешность из-за того,
что направление колебаний не совпадает с заданным и вектор фак-
тически действующего ускорения оказывается больше, чем можно
представить себе по показаниям ВИП, установленного на столе виб-
ратора и измеряющего ускорение вдоль его оси. В качестве крите-
рия оценки точности воспроизведения заданного режима следует
взять отношение an/az, характеризующее относительный уровень
поперечных составляющих (здесь az — уровень ускорения в рабочем
направлении, ап — в направлении, перпендикулярном рабочему).
Расчеты показывают, что при уровне поперечных составляющих
менее 15—20% величины основной составляющей ускорения можно
Rn =
Ui
100 о/,
п=2
66

йе учитывать объемный Характер Ёибрации (если особо не оговорё>
но требованиями на испытания) из-за незначительности угла на-
клона вектора фактического колебания к вектору заданного. Погреш-
ность величины вектора ускорения в этом случае, определенная по
формуле
$zn = ЮО о/о,
не будет превышать 1,5%.
При уровне поперечных составляющих, превышающем 30% вер-
тикальной составляющей, необходимо учитывать объемный характер
вибрации и оценивать воздействие на испытуемое изделие каждой
составляющей вибрации отдельно.
Неравномерность распределения амплитуд колебания в различ-
ных точках стола возникает вследствие недостаточной жесткости
конструкции подвижной системы вибратора («катушка+стол»), соб-
ственных форм колебаний элементов подвижной системы, а также
из-за различного рода дебалансов, в результате чего не все точки
крепления изделия колеблются с одинаковым размахом. В результа-
те возникает погрешность воспроизведения заданного режима из-за
неравномерности ускорения в точках крепления. Следовательно, при
испытаниях изделий контроль за параметрами колебательного про-
цесса следует вести по показанию нескольких ВИП. 1
Неравномерность распределения ускорения в точках крепления
оценивается по разности между максимальным и минимальным по-
казаниями, полученным в нескольких точках стола,
^ Ямакс — Ямин
Q = — юо о/,,
йи ш
где аМакс(мин) — наибольшее (наименьшее) значение из всех иссле-
дуемых точек.
Рис. 43. Структурная схема включения аппаратуры при аттестации
виброустановки.
/ — задающий генератор; 2, 14 — осциллографы; 3 — усилитель мощности; 4 —
частотомер; 5 — вибратор; 6 — стол вибратора; 7 — ВИП; 8 — вольтметр:
9 — катодный повторитель; Ю — аппаратура ВА-2; // — спектрометр; /2 —ана-
лизатор гармоник; 13 — измеритель нелинейных искажений С6-1; 15 — стабили-
затор напряжения.
5* 67

Временная стабильность работы виброустановки характеризуется
стабильностью заданного испытательного режима частоты и ампли-
туды колебаний в течение длительной непрерывной работы. Основ-
ными причинами отклонения частоты и амплитуды колебаний от
заданных являются нестабильность задающего генератора и изме-
нение сопротивления катушки подмагничивания от температуры.
Магнитное поле рассеивания над столом вибратора неблагопри-
ятно влияет на работу некоторых видов испытываемых изделий, так
как вызывает появление остаточного магнетизма в некоторых дета-
лях и может служить источником дополнительных помех.
Рассмотренные метрологические характеристики определяются
при аттестации вибрационной электродинамической установки.
Структурная схема включения контрольно-измерительной аппаратуры
при аттестации виброустановки показана на рис. 43.
Определение характеристик производится [22] при двух нагруз-
ках на столе: Л = 0, ^2 = ^макс, где Рмакс — максимально допусти-
мая нагрузка, указанная в технических данных на вибратор. Конт-
рольной нагрузкой является монолитная круглая плита, которая
должна быть составной частью вибратора и которая должна ис-
пользоваться при повторных поверках стенда. Крепят контрольную
нагрузку к столу вибратора при помощи силоизмерительных ключей.
Существует два способа определения характеристик вибратора: по-
следовательный и параллельный. Последовательный способ заклю-
чается в поочередном определении характеристик колебательного
процесса в каждой из точек стола, подлежащих исследованию, соот-
ветственно для осевого и поперечного направлений. Достоинствами
этого способа являются возможность использования одного комп-
лекта измерительной аппаратуры; минимальное количество операто-
ров (1—2 человека), участвующих в снятии характеристик; высокая
точность определения характеристик, которая в основном опреде-
ляется погрешностью используемых измерительных приборов и вре-
менной нестабильностью ускорения. Недостатком этого способа яв-
ляется относительно большое количество времени, затрачиваемого
на снятие характеристик (в полтора раза больше, чем при парал-
лельном способе).
При параллельном способе можно одновременно определять ха-
рактеристики во всех точках, подлежащих исследованию. Основное
достоинство этого способа — сокращение рабочего времени. Однако
при этом способе необходимо иметь многоканальную аппаратуру
с автоматическим снятием характеристик.
Характеристики необходимо определять минимум в трех точках,
расположенных на концентрической окружности наибольшего диа-
метра под углом 120°. В зависимости от габаритных размеров стола,
степени использования его площади и рабочего диапазона частот
стенда допускается возможность определения характеристик только
в точках, расположенных на окружности наибольшего радиуса.
В этом случае получаем информацию о максимальной величине не-
равномерности распределения амплитуд колебаний в точках, распо-
ложенных по окружности. На одной из окружностей должна быть
выбрана и особо оговорена «контрольная» точка. Установку ВИП
можно производить в точках крепления или в непосредственной бли-
зости от них при помощи клея «циакрин» или при помощи сило-
измерительных ключей, если ВИП имеет резьбовое крепление. Допу-
скается использование других типов клеев. Однако при всех случаях
установки ВИП на поверхность стола необходимо обеспечить плос-
68

костность поверхностей и места крепления — не хуже 6 класса; жест-
кость сочленения с поверхностью крепления — не менее 500 Па (на
разрыв); толщина клея — не более нескольких микрометров; угол на-
клона оси ВИП к оси действия силы — не более 3—5°; клей должен
сохранять свои прочностные свойства при температуре до +50 °С.
Шаг изменения частоты возбуждения вибратора выбирается та-
ким образом, чтобы можно было проследить все особенности коле-
бательного процесса: неравномерность АЧХ, спектральный состав,
нелинейные искажения и неравномерность распределения амплитуды
колебаний в точках, расположенных по окружности.
При снятии характеристик поддерживается постоянным допу-
стимое ускорение (на низких частотах — смещение) и фиксируется
напряжение на входе подвижной катушки (сила тока в катушке)
или наоборот. При этом во избежание порчи элементов вибратора
нельзя превышать максимально возможные эксплуатационные пара-
метры вибратора (в первом случае — сила тока или напряжение
в катушке, во втором случае — ускорение или смещение). В любом
из этих случаев необходимо снижать уровень возбуждения, и при
обработке результатов измерения вводить соответствующие по-
правки.
Спектральная характеристика ускорения (частотный и амплитуд-
ный спектры) в рабочем диапазоне частот снимается одновременно
с амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) стенда в исследуе-
мой точке. При снятии спектральной характеристики следует осо-
бое внимание уделять выявлению частотных областей с повышенным
уровнем высших гармоник (более 10—20%). Коэффициент нелиней-
ных искажений определяется по результатам измерений спектраль-
ного состава либо при помощи измерителя нелинейных искажений.
Относительный уровень поперечных составляющих вибрации
определяют путем снятия амплитудно-частотных характеристик (по
уровню 1-й гармоники) в поперечном направлении и последующим
сравнением их с амплитудно-частотными характеристиками в осевом
направлении на исследуемых точках стола.
Поперечные составляющие ускорения определяются в двух вза-
имно перпендикулярных направлениях. При этом ВИП устанавли-'
вают в тех же точках.
Неравномерность распределения амплитуд колебаний в осевом
направлении по поверхности стола определяется методом сравнения
АЧХ, снятых в различных точках стола вибратора.
Временная стабильность работы виброустановки определяется
следующим образом. Сначала устанавливают в контрольной точке
стола измерительный вибропреобразователь, затем включают измери-
тельную аппаратуру. После прогрева приборов включают вибростенд.
Через 15 мин после включения устанавливают необходимый режим
(частота и ускорение). Далее через каждые 15—20 мин измеряют
ускорения и частоты.
Напряженность магнитного поля рассеивания над столом вибра-
тора определяют при помощи электромагнитного измерителя типа
ИМИ-3 при включенном питании катушек подмагничивания и раз-
магничивания. Снимают характеристику напряженности магнитного
поля по диаметру стола и высоте над столом вибратора.
Требования к аппаратуре, используемой при определении харак-
теристик стенда, диктуются в основном техническими характеристи-
ками современных электродинамических стендов и целесообразностью
необходимой точности измерения тргр иди иного параметра, крле-
69

бательного процесса. Аппаратура должна обеспечивать диапазон
измерения ускорения 3—3000 м/с2; диапазон частот
^3/'в(Гн и /'в—соответственно нижняя и верхняя рабочие часто-
ты стенда); основная погрешность измерения ускорения синусои-
дальных колебаний ВИП и вторичного прибора не должна превы-
шать ±10%; коэффициент поперечного преобразования ВИП не бо-
лее ±5%; погрешность измерения частоты меньше 0,3%.
Первые два требования обусловлены рабочим диапазоном уско-
рений, создаваемых современными стендами, и необходимостью про-
ведения спектрального анализа ускорений. Третье и четвертое тре-
бования обусловлены погрешностью рабочей аппаратуры /Сп = 5ч-
20% и минимально возможной погрешностью образцовых средств
2—5%, используемых в диапазоне частот до 10 кГц. Кроме того,
требование к коэффициенту поперечного преобразования ВИП опре-
деляется погрешностью измерения поперечных составляющих уско-
рения из-за наличия поперечной чувствительности ВИП. Максималь-
ная погрешность измерения поперечной составляющей вибрации из-за
наличия поперечной чувствительности ВИП при /Сп^±5% и вели-
чине измеряемой поперечной составляющей, равной 20 и 50% уровня
основной составляющей, не превысит соответственно ±25 и ±10%,
что соответствует современным требованиям на испытания изделий.
Требование к точности измерения частоты вызвано необходимо-
стью определения погрешности градуировки частоты задающего
генератора вибростенда (1—2%±1 Гц), с одной стороны, и опре-
деления неравномерности распределения амплитуды колебаний по
поверхности стола по АЧХ, снятым в различных точках стола в раз-
ное время, — с другой.
27. Отечественные вибрационные электродинамические установки
Вибрационное испытательное оборудование находит самое широ-
кое применение в различных областях промышленности для отра-
ботки и совершенствования изделий, подвергающихся при эксплуа-
тации воздействию различных вибраций.
За последние годы отечественная промышленность наладила
выпуск испытательных виброустановок различных типов, отвечаю-
щих высоким современным требованиям. В табл. 9 приведены основ»
ные технические характеристики виброустановок.
Виброустанозки серии ВЭДС позволяют воспроизводить одно-
компонентную синусоидальную вибрацию. Вибраторы типов
ВЭДС-ЮОБ и ВЭДС-200А обеспечивают при необходимости измене-
ние направления вектора вибраций относительно плоскости гори-
зонта.
Все электродинамические виброустановки серии ВЭДС имеют
аппаратуру питания и управления, которая смонтирована в двух
стойках. В стойки вмонтированы следующие блоки:
генератор синусоидальных колебаний с регулировкой частоты
выдаваемого сигнала;
предварительный усилитель с регулировкой амплитуды сигнала;
автоматическое устройство поддержания параметров вибрации
в задаваемых величинах;
предконечный усилитель;
усилитель мощности;
блок подмагничивания;
70

блок измерения виброускорения с контрольным вибропреобра-
.зователем.
Наличие автомата поддержания амплитуды вибросмещения или
виброускорения с автоматическим плавным прохождением частот-
ного диапазона дает возможность автоматизировать процесс испы-
таний.
Вибраторы типа ВЭДС-400А, ВЭДС-800А и ВЭДС-1500 имеют
специальное размагничивающее устройство, обеспечивающее малую
Таблица 9
Основные технические характеристики отечественных
электродинамических виброустановок
Тип
лкивающая
Н
1зон частот, Гц
имальная нагруз-
рузоподъем-
), кг
имальное ускоре-
;з нагрузки, м/с2
имальное пере-
ние, мм
а подвижной
мы, кг
эта первого вы-
[астотного резо-
, Гц
фициент гармо-
/о
подмагничива-
Выта
сила,
Диаш
Макс
ка (г
ность
Макс
ниеб<
Макс
меще
Масс;
систе
Чаете
сокоч
нанса
Коэф
ник,
Ток ]
НИЯ, j
ВЭДС-10
100
5-
-5000
1,9
1000
6
0,6
4000
3
0,5
ВЭДС-ЮОБ
1000
5-
-5000
22
1000
7,5
2,4
3400
8
1,6
ВЭДС-200А
2000
5-
-5000
45
1000
12,5
5
—
8
2,0
ВЭДС-40ЭА
4000
5-
-5000
90
1000
12,5
9,2
—
8
' 3,5
ВЭДС-800А
8000
5-
-5000
150
1000
12,5
16
—
8
4,4
ВЭДС-1500
15 000
5-
-5000
300
1000
6
30
1850
10
6,7
УВЭ-1 /50Э0
750
50-
-5000
1
300
1,2
—
—
15
ВУ-5/5000
2400
5-
-5000
5
200
3
—
3200
20
5,5
УВЭ-5/10000
2500
5-
-10 000
5
300
7,5
5,8
2900
15
6,0
УВЭ-20/5000
12 000
60-
-5000
20
300
2,0
—
2400
20
7,0
УВЭ-10/5000
16 000
5-
-5000
10
450
10
25,5
2200
20
9,0
УВЭ-50/5-5000
18 000
1
-5000
50
450
10
—
1700
15
8,0
ДЮА
12 000
5—5000
10
300
10
16
1900
Д40А
45 000
5—3000
75
750
10
60
1600
so ;о
Д100А
100 000
5-
-3000
100
600
10
130
1600
—
—
величину магнитного силового поля на уровне стола вибратора
(5—6 Э).
Вибрационные электродинамические установки серии УВЭ пред-
назначены для испытаний изделий на воздействие вибрационных
нагрузок в широком диапазоне частот 5—5 000 Гц с ускорением
до 450 м/с2. Грузоподъемность вибраторов составляет 1—50 кг при
выталкивающей силе 750—18 000 Н.
Все вибраторы серии УВЭ имеют систему воздушного охлаж-
дения, за исключением вибратора УВЭ-50/5000, имеющего водяное
охлаждение.
Виброустановки типов УВЭ-10/5000, УВЭ-20/5000 и УВЭ-50/5000
конструктивно выполнены в виде двух стоек: стойки питания и ав-
томатики, стойки согласующего устройства. В комплекты виброуста-
новок УВЭ-10/5000 и УВЭ-20/5000 входят приборы управления
СУВУ-3 и ПУВУ-2 соответственно.
Вибратор установки УВЭ-50/5000 состоит из электромагнита,
подвижной системы и катушки размагничивания. Подвижная систе-
ма состоит из подвижной катушки, стола, двух мембран и двух
пневмокамер.
71

Стол изготовлен из магниевого сплава и имеет форму усечен-
ного конуса. Изнутри <в радиальном направлении стол усилен реб-
рами жесткости. Подвесная система вибратора состоит из двух
текстолитовых мембран, имеющих пазы, расположенные на окружно-
стях разного диаметра, и двух пневмокамер. За счет изменения дав-
ления в пневмокамерах обеспечивается возможность работы стенда
с различными грузами. Одновременно пневмокамера подавляет соб-
ственные частоты колебаний нижней мембраны. Давление в камерах
создается насосом и регулируется при помощи вентилей по мано-
метру.
В состав виброуста*ювки УВЭ-50/5000 входит пульт управления,
который содержит приборы контроля работы вибрационной уста-
новки, а также приборы измерения параметров вибрации.
В пульт вмонтирован специальный генератор синусоидальных
сигналов, обеспечивающий программное управление установкой.
Пульт обеспечивает автоматическое переключение контроля виб-
рации по амплитуде к контролю по ускорению в диапазоне
5—5 000 Гц и позволяет контролировать работу 20 вибропреобра-
зователей с помощью коммутирующего устройства.
Для снижения магнитного поля рассеяния в рабочей зоне стола
вибраторов УВЭ-10/5000 и УВЭ-50/5000 применено специальное
Таблица 10
Основные технические характеристики усилителей
мощности отечественных виброустановок
Тип вибро-
установки
Тип уси-
лителя
Полоса
воспроиз-
водимых
частот,
Гц
Номинальная мощ-
ность на выходе,
кВ-А
Потребляемая
мощность, кВт
Коэффициент не-
линейных искаже-
ний, %
Неравномерность
частотной характе-
ристики, дБ
Уровень шумов, дБ
ВЭДС-10
СУПВ-0,1А
5—5000
0,1
0,7
2
1,5
50
ВЭДС-ЮОБ \
ВЭДС-200А /
УПВ-1,5А
5—5000
1,5
4,5
со
1,5
50
ВЭДС-400А
УПВ-3
5-5000
3,0
10,0
5,0
—
50
ВЭДС-800А \
ВЭДС-1500 /
УПВ-10
5—5000
10,0
40,0
3,0
1,5
50
УВЭ-1/5000
ТУ-600
60—8000
0,6
2,0
4,0
3,0
50
ВУ-5/50Э0
5—5000
1,1
4,0
10,0
40
УВЭ-5/10000
УУС-3
5—5000
3,0
10,0
3,0
3,0
70
5030—10 000
7,5
УВЭ-20/5000
УУС-12
60—5000
12,0
35,0
3,0
3,0
46
УВЭ-10/5000 1
УВЭ-50/5000 I
УУС-16
5—5Э00
16,0
45,0
3,0
3,0
60
компенсирующее устройство, состоящее из размагничивающей катуш*
ки, которая располагается вокруг рабочего стола вибратора.
Через катушку пропускают постоянный ток такого направления,
чтобы возбуждаемое им магнитное поле было противоположно полю
рассеяния. В результате магнитное поле рассеяния над столом виб?
раторов УВЭ-10/5000 и УВЭ-50/5000 снижается до 5 Э. Для питания
указанных вибраторов служат усилители мощности, основные техни?
черкие. *|р§гстериСТИКИ ШСфМ* приведены в. табд, 10,

Рис. 44. Общий вид электродинамического вибратора Д40А.
Вибраторы типов Д40А и Д100А представляют собой модели
с большой выталкивающей силой соответственно 45 000 и 100 000 Н.
Конструкция вибраторов двухстержневая. Снижение магнитных по-
лей рассеяния достигается путем конструктивного удаления рабочей
плоскости стола от воздушного зазора.
На "рис. 44 показан вибратор типа Д40А.
28. Зарубежные электродинамические виброустановки
В настоящее время, за рубежом применяется большое количество
виброустановок различных типов. Фирмы, выпускающие виброуста-
новки, постоянно проводят исследования с целью улучшения их
конструкций. Можно отметить некоторые конструктивные особенно-
сти и основные тенденции © создании новых конструкций виброуста-,
новок [10]:
усовершенствование подвижных систем вибраторов;
расширение рабочего диапазона частот;
уменьшение напряженности магнитных полей рассеяния;
разработка способов и устройств для разгрузки вибростола;
создание малогабаритных виброустановок для испытаний полу-
проводниковых изделий;
создание вибраторов, предназначенных для проведения комп-
лексных испытаний;
создание скользящих столов для проведения испытаний изделий
с большой массой и больших габаритов.
Ведущими зарубежными фирмами по разработке испытательных
вибрационных установок являются:
в Англии «Ling Dynamic Systems Limitecb, «Derritron Electronic
Vibrators Limitecb;
в США — «Ling— Temco — Vough, Inc.» отделение «МВ Electro-
nics» фирмы «Textron Electronic, Inc.»;
в Японии international Mechanical Vibration Laboratory, Inc.».
Основные технические характеристики электродинамических виб-
роустановок некоторых зарубежных фирм приведены в табл. И.
Английская фирма «Derritron Electronic Vibrators Limitecb вы-
пускает виброустановки серии VP, g цщ -используется система ры-
73-

чажной подвески, которая обеспечивает высокую жесткость под-
вижной системы вибратора в поперечном направлении, что значи-
тельно снижает поперечные составляющие вибрации. Виброустанов-
ки серии VP с системой масляного охлаждения имеют хорошую гер-
метизацию и могут быть использованы при комбинированных испы-
таниях в термокамерах.
Японская фирма IMV выпускает виброустановки серии VS-32
с выталкивающей силой 14—400 ООО Н, рабочим диапазоном частот
от 5 Гц до 2000—8000 кГц и с магнитными полями рассеяния на-
пряженностью 20 Э.
В комплект виброустановки серии VS-32 входят усилитель мощ-
ности модели VA-ST или VA-VT, электродинамический вибратор мо-
дели VE-32 и автоматический генератор вибрации.
Вибраторы малой мощности с выталкивающей силой до 9000 Н
охлаждаются воздухом, большой мощности — водой, циркулирующей
внутри подвижной катушки и в системе охлаждения катушки под-
магничивания. Замкнутая система охлаждения позволяет вибратору
работать в любом наклонном положении.
Вибраторы типа VE-3202-09 имеют систему воздушной подвес-
ки, специально разработанной фирмой IMV, что позволяет проводить
испытания изделий весом до нескольких сотен килограммов.
Применение воздушных подвесок имеет следующие преимуще-
ства по сравнению с упругими подвесками повышенной жесткости,
а также с наружным вывешивающим устройством и упругими рас-
тяжками:
жесткость подвески вибростола определяется только его пру-
жинами, что позволяет значительно снизить первый резонанс под-
вижной системы вибратора и, следовательно, расширить его рабочий
диапазон в области низких частот;
использование мягкой подвески снижает усилия, требуемые на
ее деформацию при работе вибратора;
при вывешивании не происходит перекоса подвижной системы
с тяговой катушкой в воздушном зазоре, приводящее к порче изо-
лированного слоя катушки и к короткому замыканию витков,
а иногда и к полному выходу из строя всей катушки;
воздушное вывешивание позволяет исключить паразитные ме-
ханические связи, накладываемые на испытуемое изделие или при-
способление для крепления изделия в случае вывешивания при по-
мощи жгутов, и является простым и надежным методом.
Другой метод разгрузки подвески электродинамических вибра-
торов заключается в применении электромагнитной подвески. Прин-
цип действия заключается в том, что в обмотку подвижной катуш-
ки подается постоянный ток, величина которого зависит от веса
испытуемого изделия. Под действием постоянного тока подвижная
катушка возвращает подвижную систему в среднее положение, бла-
годаря чему вибратор может работать с полной амплитудой смеще-
ния. Такой тип подвески применен в вибраторе с выталкивающей
силой що 120 000 Н американской фирмы «Textron Electronic, Inc».
Рабочий диапазон частот современных электродинамических виб-
раторов включает 6—8000 Гц. Расширение рабочего диапазона в по-
лосе высоких частот до 10 кГц и свыше затруднительно в связи
с двумя обстоятельствами, которые мешают поддерживать постоян-
ное ускорение на таких высоких частотах. Во-первых, на частотах
свыше 3—5 кГц возникают нежелательные резонансные явления,
которые образуют пики ускорения. Во-вторых, выходное сопротивле-
75

ние большинства вибростендов имеет индуктивный характер, поэтому
обычно наблюдается завал частотной характеристики на высоких ча-
стотах. Кривая графика, выражающего зависимость ускорения от ча-
стоты, спадает по мере того, как частота приближается к 10 кГц.
Обычно делаются попытки устранить эти недостатки путем введения
электрической обратной связи с тем, чтобы подавить нежелательные
резонансы и скомпенсировать завал частотной характеристики пода-
чей более сильного входного сигнала на высоких частотах. Однако
Рис. 45. Общий вид подвижной системы электродинамического виб-
ратора.
не все схемы обратной связи могут компенсировать нежелательные
резонансные пики и поддерживать постоянное ускорение в таком
широком диапазоне частот.
На рис. 45 приведен общий вид подвижной системы вибратора
малой мощности (5000 Н).
В настоящее время многие зарубежные фирАмы наряду с со-
зданием электродинамических установок с большой выталкивающей
силой стали производить установки, в состав которых входят спе-
циальные скользящие столы. Столы состоят из массивного основа-
ния, на верхней поверхности которого, обработанной с высокой
точностью и имеющей пазы для подвода масла, устанавливается
виброплатформа. Крепление платформы к подвижной части вибра-
тора осуществляется посредством плиты.
Нижняя плоскость виброплатформы притерта к рабочей плос-
кости основания, и между ними под давлением создается масляная
пленка, обеспечивающая легкость перемещения платформы с испы-
туемым изделием при незначительном усилии.
Некоторые конструкции скользящих столов позволяют изме-
нить высоту платформы, что создает удобства при использовании
различных типов вибраторов.
Помимо этого, они обеспечивают горизонтальную вибрацию

Таблица \й
Скользящие столь!
Тип
Габарит скользящего
стола, мм
Фирма (страна)
VT-12-2
VT-12-18
VT-18-24
VT-24-30
VT-36-36
VT-48-48
VTA-12-24
VTA-36-36
зозхзоз
303X457
457X610
610X760
915X915
1215X1215
457X610
915X915
^Associated Testing
Laboratory Inc."
(США)
WM-120
WM-450
WM-451
760X760
1120ХП20
1120ХП20
„Руе — Ling Limited"
(Англия)
ТВН-5С0
ТВН-1000
ТВН-1600
ООО
ООО
XXX
— — СЛ
0100
ООО
о о
„IMV"
(Япония)
частот 5—3500 Гц. Некоторые типы скользящих столов приведены
в табл. 12.
29. Образцовые вибрационные установки
Поверка 'виброизмерительных приборов производится на образ-
цовых вибрационных установках, которые в заданных пределах
измерений обеспечивают создание -и измерение параметров вибра-
ций [29].
Технические характеристики вибрационных установок, обеспе-
чивающих поверку виброизмерительных приборов в соответствии
с ГОСТ 15939-70, приведены «в табл. 13.
Большая работа по созданию специальных образцовых вибра-
торов электродинамического типа проведена во ВНИИМ
им. Д. И. Менделеева '[17], в результате которой и был создан ряд
образцовых установок типа ОВУ-1, ОИВУ-2 и В50К, основанных на
абсолютных методах измерения в широком диапазоне частот
0—50 кГц.
Образцовая инфразвуковая вибрационная установка типа
ОИВУ-2 для обеспечения однонаправленных колебаний виброплат-
формы выполнена с двумя подвижными катушками, размещенными
на расстоянии 1 м друг от друга, связанными между собой жестким
стержнем и подвешенными на эластичных пружинах. Для воспро-
изведения колебаний и измерения амплитуды в заданном поло-
жении шкалы подвижная система имеет магнитную подвеску. Ампли-
туду 1—1000 мкм измеряют микроскопом МПВ-1 с погрешностью
0,8 мкм, а от 100 до 104 мкм — при помощи проекционного устрой-
ства. Боковые составляющие не превышают 1 %. Рабочий диапазон
частот 0,1—100 Гц.
77

Установка ОВУ-i работает в звуковом диапазоне частот
25—10 000 Гц и построена по тому же принципу, что и установка
ОИВУ-2, но имеет другие расстояния между подвижными катуш-
ками. Упругие подвески выполнены на более жестких пружинах,
а так как ВИП, работающие в звуковом диапазоне частот, имеют
массу 0,01—0,3 кг, то здесь не требуется магнитная подвеска. Для
Таблица 13
Основные параметры образцовых вибрационных установок
Тип образцовой
Диапазон
воспро-
я, мкм
юе уско-
ш
н
н
V я
яент не-
иска-
установки
частот,
Гц
Диапазон
изведени
2 —
к £
о 8
t{ а
Поперечш
ляюшие 1
ции, %
Коэффиц!
линейных
жений, °/(
Грузопод'
ность, кг
ОВУ-1
25—10 00Э
10—10 000
250
1
1,5-
-5
0,5
ОИВУ-1
1—100
10—10 000
2-10*—10
1
1,5-
-10
3
В50К
8 000—50 000
0,001-0,5
10—1500
1
1,5-
-3
0,05
Набор камертонных уста-
100—1000
10-5000
1—1000
1
3-
-5
0,05
новок
СОВКУ-68:
электродинамический
1—300
10-1000
0,1—10
1—5
3-
-10
2
вибратор
э л ектродинамичес кий
300—10 000
0,1-0,5
1—10
1
3-
-5
0,1
вибратором с упругим
подвесом
пьезоэ лектричес кий
10 000-50 000
0,1—0,5
10—5000
1
3-
-5
0,5
виэратор
камертонная установка
200
10—1000
1—500
1
3-
-5
0,05
900
1—1200
уменьшения искажений подвижной системы полюсный наконечник
выполнен так, что его ширина больше длины рабочей части катуш-
ки, и при малых амплитудах колебаний обмотки катушек не попа-
дают в область полей рассеяния, чем уменьшаются нелинейные ис-
кажения вибратора, которые не превышают 3% у ОВУ-1.
Измерение амплитуды механических колебаний производят стро-
боинтерференционным устройством, которое обеспечивает измерения
амплитуд вибраций в звуковом диапазоне частот и позволяет про-
изводить измерения амплитуд перемещения непосредственно в дли-
нах световых волн выбранного монохроматического источника света.
Этим устройством можно производить измерения амплитуд пере-
мещения до 1,3 мкм так же, как и методом счета исчезновения
интерференционной картины (методом Остерберга).
Отсчетное устройство трехкального типа имеет цепь делений
0,05; 0,10; 0,2 мкм/дел при верхних пределах соответственно 5; 10;
20 мкм и относительных погрешностях ±(3; 2; 1,4)%. Допускаемое
ускорение на резонансах 200 м/с2.
Вибратор образцовых колебаний типа ВОК-50К предназначен
для создания и измерения вибраций в ультразвуковом диапазоне
частот 0,5—50 кГц. Установка состоит из набора пьезовибраторов,
источников питания и измерительных устройств. Для возбуждения
механических колебаний вибраторов изготовлена специальная элек-
тронная аппаратура, включающая генератор типа ГЭС-3 и усили-
тель мощности УМ-21, работающий на емкостную нагрузку.
78

Для проверки ВИП применен секционированный вибратор, ой
имеет более широкий диапазон частот, чем цилиндрический. Сек-
ционированный вибратор, состоящий из набора пластин, позволяет
плавно возбуждать резонансные частоты. Низшая частота опреде-
ляется в этом случае максимальной толщиной клина, а высшая —
минимальной, а также мощностью усилителя и напряжением пробоя.
Изготовлены два типа секционированных вибраторов: верти-
кальный и цилиндрический. Жесткая связь колеблющихся пьезоэле-
ментов с металлической оболочкой позволяет создавать большие
перегрузки без разрушения вибратора. Для вертикального вибра-
тора наибольшие резонансы наблюдаются на частотах 15, 45 и
50 кГц; для горизонтального— 11, 24 и 30 кГц. Максимальное число
резонансов наблюдается на вертикальном вибраторе, возбуждаемом
не только колебаниями четных и нечетных порядков, но и колеба-
ниями частот, являющихся субгармониками высших порядков.
У вибраторов одинаковых геометрических размеров не обнаружено
совпадения резонансных частот, что можно объяснить неоднород-
ностью структуры пьезоэлементов и различной жесткостью держа-
телей и оболочек.
Набор этих установок позволяет производить поверку и иссле-
дование виброметрической аппаратуры в диапазоне частот 0,1—
50 000 Гц.
Стационарное образцовое виброкалибровочное устройство типа
СОВКУ-68 предназначено для калибровки виброизмерительных при-
боров в лабораторных условиях. Калибровка виброизмерительных
приборов на устройстве производится как методом абсолютного,
так и методом вторичного контроля путем сравнения показаний
калибруемого прибора с образцовыми параметрами устройства на
дискретных точках рабочего диапазона частот. Погрешность калиб-
ровки при этом в диапазоне частот 20—20 000 Гц не превышает
±5%.
В состав СОВКУ-68 входят: электродинамический вибратор;
электродинамический вибратор с упругим подвесом; пьезоэлектриче-
ский вибратор; камертонная установка.
Электродинамический вибратор предназначен для
создания механических колебаний в диапазоне частот 1—500 Гц.
Звуковая катушка вибратора имеет обмотку компенсации веса, ко-
торая питается от регулируемого источника постоянного тока и
позволяет устанавливать подвижную систему вибратора в необхо-
димое положение при калибровке вибропреобразователей различной
массы.
Для измерения размаха колебательных вибросмещений 20—
1200 мкм используется отсчетное устройство, состоящее из микро-
скопа МПВ-1 с объективом 10х и двух объективов ОМ-12 с увели-
чением 3,7х. Измерение размахов 1200—800 мкм осуществляется
с помощью объектива «Индустар-50».
Указателем при отсчете вибросмещений служат штриховые
меры: для отсчета по микроскопу 2 мкм, а для отсчёта на экране
100 мкм.
Электродинамический вибратор с упругим
элементом предназначен для создания механических колебаний
в диапазоне частот 0,5—40 кГц. Вибратор состоит из литого осно-
вания, к которому крепится магнитопровод с керном, катушки под-
машичивания, звуковой катушки и штока. Шток вибратора выполнен
из латуни в виде трубчатого стержня и является упругим элемен-
79

том подвижной системы вибратора. Нижним кондом шток крепится
к основанию вибратора. Размеры трубки выбраны таким образом,
что испытуемые ею напряжения значительно ниже предела пропор-
циональности лри максимальной амплитуде вибросмещения до
1 мкм, т. е. трубка обладает необходимой механической прочностью
при длительной эксплуатации. Отношение толщины стенки трубки
к ее диаметру составляет 0,1. Динамическая характеристика такого
упругого элемента в условиях знакопеременной нагрузки мало отли-
чается от идеальной пружины.
Измерение амплитуд колебательных смещений производится при
помощи отсчетного (интерференционного) устройства, выполненного
по схеме двухлучевого интерферометра Майкельсона.
Пьезоэлектрический вибратор предназначен для
создания механических колебаний в диапазоне 10—50 кГц. Пьезо-
вибратор выполнен в виде полого цилиндра, набранного из колец
пьезокерамики ЦТС-19, поляризованных в осевом направлении. Для
увеличения амплитуды смещения пьезоэлементы склеены и соедине-
ны электрически по параллельной схеме. В верхней части пьезо-
вибратора находится платформа для установки поверяемых вибро-
преобразователей.
В нижней части платформы установлен контрольный вибропре-
образователь с собственной частотой приблизительно 100 кГц, при
помощи которого производятся установка заданной величины уско-
рения и контроль формы колебаний по ускорению при помощи
вольтметра ВЗ-33 и осциллографа С1-19А
Камертонные стенды предназначены для создания меха-
нических колебаний на частотах 200±20 Гц и 900±80 Гц. Стенды
работают по принципу электромагнитного возбуждения ветвей ка-
мертона, «на концах которого закрепляются поверяемые и контроль-
ные в-ибролреобразователи.
Концы .ветвей камертонов (расположены в магнитном шле си-
стемы возбуждения, состоящей из 'магаитопроводов, двух звуковых
катушек и катушки оодмашичивания.
Для «измерения размахов вибросмещений служит -отсчетное
устройство, включающее в себя микроскоп со штативом.
На одной из ветвей камертона установлено лезвие толщиной
кромки 2 мкм, являющееся указателем при измерении размахов
вибросмещений. Цена деления микрометра окулярного микроскопа
1 мкм.
Глава шестая
АППАРАТУРА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
ВИБРОУСТАНОВКАМИ
30. Общие сведения
Рассмотренные в гл. 2 методы вибрационных испытаний пока-
зывают, что проведение испытаний на гармоническую вибрацию
с качающейся частотой, а также на узкополосную и широкополос-
ную случайную вибрации требуют специальной задающей аппара-
туры. Эта аппаратура работает с замкнутой петлей обратной связи
и является сложным электрическим устройством, использующим
принципы автоматического регулирования.
80

В настоящее время у Нас и за рубежом выпущено большое
количество различной задающей аппаратуры управления виброиспы-
таниями, которую можно разделить на:
1) аппаратуру управления синусоидальной вибрацией;
2) аппаратуру управления широкополосной случайной вибра-
цией;
3) аппаратуру управления узкополосной случайной вибрацией.
Задающая аппаратура управления является универсальным
электронным оборудованием и может быть использована в работе
с электродинамическими виброустановками различной мощности.
31. Аппаратура управления синусоидальной вибрацией
Для автоматического программного управления режимами ра-
боты электродинамическими виброустановками УВЭ-20/5000 и
УВЭ-1/5000 используется прибор типа ПУВУ-2 (рис. 46). Прибор
дает возможность регулировать частоту и виброускорения, а также
автоматически управлять устройствами согласования выхода усили-
теля мощности с сопротивлением подвижной катушки вибратора.
В этом приборе две фотоэлектрические каретки следят за програм-
мами — графиками частоты и ускорения, расположенными на двух
синхронно вращающихся барабанах и воздействуют на элементы
Рис. 46. Внешний вид прибора ПУВУ-2.
управления частотой и амплитудой выходного сигнала генератора
синусоидальных колебаний, который подается на вход усилителя
мощности виброустановки. Частота генератора изменяется в преде-
лах 0—50 кГц.
Сигнал от генератора подается на регулирующий каскад, а за-
тем на потенциометр, механически связанный с кареткой, следящей
за программой ускорения. В случае неравномерности амплитудно-
частотной характеристики вибротракта срабатывает система авто-
матического поддержания амплитуды вибрации, которая изменяет
6-345
81

усиление каскада, а следовательно, и амплитуду выходного сиг-
нала.
В прибор вмонтирован электромеханический счетчик импульсов,
который включается микровыключателем при вращении барабанов.
Число регистрируемых импульсов равно числу циклов качания. По-
мимо автоматического, предусмотрено ручное управление вибрацион-
ной установкой. При переходе на ручное управление продолжает
работать система автоматического поддержания требуемого уровня
17
в
Г
Уровень Уровень
перемещения ускорения
15
1G
/о-
/
I
ВыхоИ
10
1!1
13
11
\ятя<^Ь0ербмещение |
/ Ускорение
Рис. 47. Структурная схема системы управления СУВУ-3.
/ — генератор фиксированной частоты; 2 — усилитель высокой частоты и регу-
лятор АРУ; 3 — смеситель; 4 — генератор переменной частоты; 5 — фильтр НЧ:
б —блок качания частоты; 7 —усилитель НЧ; 8 — катодный повторитель;
9 — измерительный вибропреобразователь; 10 — согласующий усилитель; И —
первый интегратор; 12 — делитель напряжения; 13 — усилитель; 14 — второй
интегратор; 15 — усилитель; 16 — парафазный усилитель; 17 — выпрямитель.
ускорения. Технические характеристики прибора ПУВУ-2 приведены
в табл. 14.
В комплект электродинамических установок УВЭ-5/10000 и
УВЭ-10/5000 входит система управления вибрационными установ-
ками СУВУ-3 {27] (рис. 47).
При работе в составе вибрационной установки, состоящей из
СУВУ-3, усилителя мощности и вибратора, напряжение с выхода
СУВУ-3 подается на вход усилителя мощности, который питает ка-
тушку вибратора. Напряжение с измерительного вибропреобразова-
теля 9, установленного на столе вибратора, через согласующий уси-
литель 10 поступает на вход измерителя параметров вибрации (бло-
ки //—15), который измеряет перемещение или ускорение. Выходное
напряжение измерителя 'выпрямляется и регулирует величину отри-
цательного смещения на управляющей сетке лампы усилителя вы-
сокой частоты (регулятора АРУ) и, следовательно, выходное на-
пряжение усилителя. Так как выходное напряжение с этого усили-
теля поступает на смеситель 3 генератора низкой частоты (НЧ),
то изменение величины выходного напряжения усилителя вызывает
соответствующее изменение напряжения на выходе СУВУ-3. При
6* 83

изменении величины уровня вибрации на столе вибратора (например,
из-за резонанса подвижной системы вибратора, приспособления и
изделия) выходное напряжение СУВУ-3 изменяется таким образом,
что восстанавливается первоначальный уровень вибрации.
Для получения большого перекрытия частотного диапазона
(5—5000 Гц и 5—10 кГц) в генераторе низкой частоты системы
СУВУ-3 применена схема на биениях. Генератор фиксированной
частоты / вырабатывает синусоидальное напряжение с частотой
/i = 30 кГц, которое поступает на резонансный усилитель высокой
частоты 2, одновременно являющейся регулятором АРУ и далее —
на смеситель 3. Кроме того, на смеситель поступает синусоидальное
напряжение с частотой /2=25-т-30 кГц от генератора переменной
частоты 4.
Разностная частота f\—f2 выделяется фильтром нижних частот 5
и через усилитель 7 и регулятор выходного напряжения поступает
на катодный повторитель 8 и далее на выходной разъем СУВУ-3.
При перестройке генератора переменной частоты от 29 995 до
25 000 Гц частота на выходе СУВУ-3 изменяется от 5 до 5000 Гц.
Для получения диапазона 5000—10 000 Гц частота генератора /
устанавливается равной 35 кГц. Благодаря специальной форме пла-
стин конденсатора переменной емкости в контуре генератора 4 ча-
стота выходного напряжения СУВУ-3 изменяется по логарифмиче-
скому закону. Калибровка частотной шкалы осуществляется на ча-
стоту 50 Гц путем сравнения с частотой питающей сети, с индика-
цией нулевых биений по стрелочному прибору. Автоматическое изме-
нение (сканирование) частоты осуществляется блоком развертки 6,
в котором используется реверсивный двигатель РД-09. Скорость
вращения двигателя регулируется изменением тока подмагничива-
ния обмоток от источника постоянного тока.
Сигнал с измерительного вибропреобразователя (9) ИС-313А,
установленного на вибраторе, поступает на согласующий усили-
тель 10 с большим входным сопротивлением (#Вх^1500 МОм),
выполненный на полевых транзисторах.
В режиме измерения и автоматического поддержания заданного
уровня ускорения на столе вибратора сигнал с согласующего усили-
теля поступает на делитель напряжения, определяющий диапазон
ускорения, и далее, пройдя усилители 13 и 75, поступает на стре-
лочный прибор, измеряющий ускорение, и на потенциометр, плавно
регулирующий ускорение на столе вибратора. Сигнал с движка по-
тенциометра поступает на парафазпый усилитель 16 «и далее — на
выпрямитель 17. Полученное постоянное напряжение регулирует
величину смещения на управляющей сетке лампы усилителя высокой
частоты (регулятора АРУ) и, следовательно, выходное напряжение
СУВУ-3. Изменяя постоянную времени RC цепи выпрямителя, мож-
но изменять время реакции регулятора АРУ на колебания уровня
ускорения на столе вибратора. В СУВУ-3 скорость АРУ изменяется
вручную или автоматически (в зависимости от частоты) в пределах
10—3000 дБ/с. Внешний вид системы управления вибрационными
установками СУВУ-3 приведен на рис. 48.
Для поддержания постоянного перемещения стола вибратора
необходимо дважды проинтегрировать сигнал ускорения, чтобы по-
лучить квадратичную зависимость выходного напряжения от часто-
ты. В качестве интегратора в СУВУ-3 применены пассивные /?С-це-
пи. На рис. 49 приведена логарифмическая характеристика интегри-
рующей /?С-цепи.
54

Можно заметить, что логарифмическая характеристика может
быть приближенно изображена в виде отрезков двух прямых:
L(co)=0 при <о<1/т, где т=ЯС и L(co) =— 20 lg сот при со>1/т.
Для интегрирования необходимо, чтобы сот^>1, но при этом
наблюдается большое ослабление сигнала на выходе интегратора.
При (от=1 погрешность составит приблизительно 3 дБ.
Рис. 48. Внешний вид системы управления СУВУ-3.
В качестве регулятора АРУ применяется резонансный усилитель
высокой частоты, выходное напряжение от которого подается на
смеситель генератора низкой частоты. Напряжение на выходе гене-
ратора пропорционально уровню сигнала, поступающего на смеси-
тель. Вследствие резонансных свойств нагрузочных контуров усили-
теля высокой частоты нелинейные искажения выходного сигнала
весьма малы. Кроме того, в резонансном каскаде изменение постоян-
ной составляющей анодного тока не создает сколько-либо замет-
ного падения напряжения на нагрузке, поскольку активное сопро-
тивление резонансного контура постоянному току очень мало, что
обеспечивает хорошие переходные характеристики регулятора.
При работе системы управления в замкнутой цепи совместно
с усилителем мощности и вибратором необходимо изменять посто-
янную времени АРУ вручную или автоматически в зависимости от
частоты. На высоких частотах необходима большая скорость регу-
лирования, порядка 300—3000 дБ/с, на низких — малая, порядка
10—30 дБ/с, иначе недопустимо возрастет коэффициент нелинейных
искажений. На рис. 50 приведена зависимость нелинейных искаже-
ний выходного напряжения СУВУ-3 от частоты и скорости регули-
рования АРУ.
Переключение скорости регулирования АРУ должно происходить
без переходных процессов при изменении постоянной времени

тивлении, то необходимо предварительно заряжать каждую вновь
подключаемую емкость до уровня напряжения в цепи управления
АРУ, что представляет определенную трудность. При изменении со-
противления /?С-цепи при неизменной емкости переходные процессы
в канале АРУ практически отсутствуют. Для изменения скорости
регулирования от 10 до
3000 дБ/с величину сопротивле-
ния необходимо изменять в
300 раз. При #мин = 3ч-30 кОм
Ямакс будет 1—10 МОм. Это
накладывает жесткие требова-
ния к величине входного сопро-
тивления регулятора АРУ, ко-
торое по крайней мере должно
на порядок превышать /?Макс
С применением полевых тран-
зисторов эта задача может
быть решена.
Важнейшей характеристи-
кой АРУ является диапазон
и погрешность регулирования.
Для достижения положитель-
ных результатов диапазон ре-
гулирования должен составлять
несколько десятков децибел при погрешности регулирования не бо-
лее 1,5—2 дБ. Диапазон регулирования, с одной стороны, ограни-
чен максимальным выходным напряжением, с другой — собствен-
0.01
Рис. 49. Логарифмическая харак-
теристика интегрирующей RC-
цепи.
f
О 20 200 2000 Гц
Рис. 50. Зависимость коэффициента нелинейных искажений выходно-
го напряжения СУВУ-3 от частоты и скорости регулирования АРУ.
ными шумами генератора. На рис. 51 приведена регулировочная
характеристика канала АРУ системы СУВУ-3.
Точность регулирования определяется коэффициентом усиления
системы АРУ в замкнутом состоянии и ограничена устойчивостью
всей системы автоматического регулирования при заданной макси-
мальной скорости регулирования. В СУВУ-3 применен ламповый ва-
риант схемы канала АРУ.
Технические характеристики системы СУВУ-3 приведены
в табл. 14.
В состав виброустановки УВЭ-50/5-5000 входит пульт управле-
ния, содержащий автоматическое устройство по заданию и контролю

'вых. vet не
вибраций, а также программное устройство. Автоматическое устрой-
ство обеспечивает поддержание заданного уровня ускорения на сто-
ле вибратора и мало отличается от рассмотренной выше системы
СУВУ-3 (табл. 14).
Блок программного устройства обеспечивает программирование
выходного напряжения пульта по амплитуде и частоте. Программы
представляют собой вырезанные из
белой бумаги графики изменения
частоты и амплитуды в функции
от времени. Так как ускорение
стола вибратора пропорционально
амплитуде выходного напряжения,
то график строят непосредственно
в единицах ускорения.
Программу помещают на два
синхронных вращающихся бара-
бана. Слежение за черно-белой
границей программа—барабан осу-
ществляется при помощи двух фо.
тоэлектрических кареток, механи-
чески связанных с элементами, уп-
равляющими частотой и амплиту.
дой выходного напряжения.
В устройстве предусмотрена возможность циклической или не-
прерывной работы.
За рубежом разработкой и изготовлением автоматических управ-
ляющих генераторов для электродинамических виброустановок зани-
маются многие фирмы. Фирма «Bruel and Kjer» (Дания) производит
Рис. 51. Регулировочная ха-
рактеристика канала АРУ си-
стемы СУВУ-3.
S
Г
об
сигнала
по скорости
Рис. 52. Структурная схема автоматического генератора вибраций
типа 1025.
/ — генератор фиксированной частоты; 2 — усилитель высокой частоты и регу-
лятор АРУ; 3 — измерительный прибор; 4 — смеситель; 5 — генератор перемен-
ной частоты; 6 — мотор; 7 — генератор прямоугольных импульсов; 8 — фильтр
нижних частот; 9 — выходной усилитель; 10 — катодный повторитель; // —
виброизмерительный прибор; 12 — входной блок; 13 — усилитель; 14 — блок
с интегрирующими и дифференцирующими цепями; 15 — блок регулировки-
уровня ускорения; 16 — блок регулировки уровня перемещения и скорости;
/7, 18 — усилители; 19 — детектор.
87

несколько типов управляющих генераторов: 101b, 1018, 1019, 1025,
1026, 1041, 1042 {41].
Структурная схема одного из управляющих генераторов типа
1025 приведена на рис. 52, а внешний вид на рис. 53.
Генератор на биениях включает генератор фиксированной часто-
ты, настроенный на 30 или 35 кГц, в зависимости от установки ча-
стотного диапазона. Частота переменного генератора изменяется
Рис. 53. Внешний вид генератора типа 1025.
в пределах 25—30 кГц. В результате имеется два основных частот-
ных диапазона 5—5000 Гц и 5000—10 000 Гц. Первый диапазон
перекрывается логарифмической разверткой, а второй — линейной.
Дополнительно имеется специальный частотный диапазон от 0 до
5000 Гц, который позволяет использовать частоты ниже 5 Гц.
Генератор типа 1025 обеспечивает автоматическое изменение —
«качание» частоты с помощью встроенного электродвигателя. Ско-
рость его может изменяться грубо шестью ступенями, перекрываю-
щими диапазон от 0,3 до 100 град/мин. Используя дополнительные
регулировки, можно получить скорости сканирования от 0,3 до
300 град/мин.
Генератор может работать с сигналом управления по скорости
или по ускорению и имеет два самостоятельных входа. Работа эле-
ментов и узлов согласно схеме на рис. 52 аналогична работе гене-
ратора СУВУ-3.
88

Генератор типа 1025 используется в комплекте с предваритель-
ным усилителем типа 2622, имеющим два канала усиления для
внбропреобразователей с чувствительностью 1—10 .мВ-с2/м. Выход
каждого канала стандартный и равен 1 мВ • с2/м. Для испытаний
изделий больших габаритов при многоточечном возбуждении
с помощью нескольких вибраторов генераторы типа 1025 можно
включать согласно схеме на рис. 54. Здесь один генератор
устанавливается как «ведущий» для управления подобными гене-
раторами (до трех), называемых .«ведомыми». При таком соедине-
Рис. 54. Структурная слема псфаллельной работы генераторов
типа 1025.
/ — ведущий генератор вибраций; 2, 7, 12 — усилители мощности; 3, 8, 13 — виб-
раторы; 4, 9, 14 — виброизмерительные преобразователи; 5, 10, 15—согласую-
щие усилители типа 2622; 6, 11 — ведомые генераторы вибраций.
нии ведущий управляет возбуждением своего вибратора, а также
частотой выходного сигнала ведомых генераторов. Каждый ведомый
генератор может регулировать уровень вибрации своего соответ-
ствующего вибратора, так как имеет раздельный сигнал управления
обратной связью.
Таким образом, можно синхронизировать колебания вплоть до
четырех вибраторов. Сдвиг фазы между выходным сигналом веду-
щего и ведомого генераторов можно регулировать в пределах до
360°
При испытании сложных изделий, как показала практика, одного
контрольного вибропреобразователя в цепи управления обратной
связью недостаточно. Образец не является монолитной массой и
имеет несколько резонансных частот. Кроме того, в практических
условиях избежать резонанса крепежной конструкции почти невоз-
можно. Все это приводит к тому, что различные точки крепления
изделия имеют разные амплитуды колебаний. Если в этом случае
в качестве контрольного используется один вибропреобразователь, по
которому производится задание программы виброускорения, то один
7-345 89

элементы испытуемого изделия могут иметь сильно завышенный
режим испытаний, в то время как другие элементы — заниженный
режим.
Одним из способов уменьшения перегрузок при испытаниях яв-
ляется использование в качестве сигнала обратной связи среднего
значения виброускорений от нескольких контрольных точек. Если
усреднение производится по среднеквадратичным значениям уско-
рения, перегрузки уменьшаются на коэффициент, зависящий от
числа контрольных точек. Используя, например, вибропреобразова-
тели в четырех контрольных точках, получим уменьшение перегру-
зок менее чем на 12 дБ. Занижение испытаний при таком управ-
Выбранпый
сигнал
постоянного
тока
1Z
в М
9 Н
Рис. 55. Структурная схема включения аппаратуры для программи-
рования виброиспытаний.
/ — генератор типа 1025; 2 — усилитель мощности; 3 — вибратор; 4 — вибро-
измерительные преобразователи; 5, 6 — согласующие усилители типа 2622;
7—10 — виброметры; 11 — селектор типа 4410; 12 — программное устройство
типа 4411.
лении практически не произойдет. Если требуется дальнейшее умень-
шение перегрузок, то это может быть выполнено автоматическим
переключением цепей с селекцией наибольшего сигнала от всех кон-
тролируемых точек. Переиспытания тем самым уменьшаются до ну-
ля. Минимальные значения испытательных уровней ускорения при
этом не изменяются.
Заниженный режим испытаний вследствие разного закона коле-
баний контрольных точек можно аналогично исключить посредством
селектирования наименьших значений виброускорений для цепи
обратной связи. Этот режим не влияет на переиспытания.
Для осуществления операций, описанных выше, фирма «Bruel
and Kjer» разработала комплект приборов для автоматического про-
граммирования виброиспытаний. Сюда входят селектор сигналов
управления типа 4410, программное устройство типа 4411 и измери-
тель вибраций типа 2502. Структурная схема включения аппаратуры
приведена на рис. 55. Измеритель вибраций 2502 используется для
измерения виброускорений в точках, где установлены контрольные
вибропреобразователи и для подачи сигналов постоянного тока, про-
90

порциональных средним значениям измеряемых величии, на селектор
сигналов управления.
Измеритель вибраций содержит интегрирующие цепи для пре-
образования сигналов ускорения в градиент ускорения (—3 дБ/окта-
ва), скорость (1—6 дБ/октава) и перемещение (—12 дБ/октава), и
любая из этих величин может измеряться и управляться. Селектор
сигналов управления может устанавливаться на наибольшее, наи-
меньшее или среднее значение сиг-
нала с контрольного вибропреоб-
разователя и тем самым наиболь-
шее, наименьшее или среднее зна-
чение виброускорения для четырех
сигналов будут поддерживаться
постоянными б пределах частоты
сканирования. Любой из этих че-
тырех сигналов может также се-
лектироваться вручную. Программ-
ное устройство обеспечивает в ра-
бочем частотном диапазоне гене-
ратора типа 1025 пять регулиро-
вочных точек перехода. Таким об-
разом, могут быть выбраны шесть
частотных поддиапазонов с управ-
лением различных функций в каж-
дом поддиапазоне.
В качестве функции управле-
ния могут быть ускорение, гради-
ент ускорения, скорость, перемещение и внешний фильтр. На рис. 56
показан примерный график сочетания различных режимов в рабочем
частотном диапазоне.
Более совершенной является схема генератора типа 1026. Она
выполнена полностью на микросхемах и обеспечивает выход сину-
соидального сигнала в диапазоне 1 Гц—10 кГц.
Имеется шестиразрядный цифровой индикатор частоты сигнала
и два встроенных сопровождающих фильтра. Автоматическая си-
стема АРУ обеспечивает режим постоянного ускорения скорости,
x=const
Точки перехода
Рис. 56. Примерный график
программы виброиспытаний.
7Щ
ft 23 33
500Гц
Рис. 57. Структурная схема со-
единений прибора SCO-100 для
работы с двумя вибропреобра-
зователями.
/ — генератор SCO-100; 2 — усили-
тель мощности; 3 — вибратор; 4 —
согласующий усилитель ANA-100;
5, 6 — виброизмерительные преобра-
зователи.
Рис. 58. Типовой график 4-х
уровней программы испытаний.
91

Смещения или градиента ускорения. Динамический диапазон 80 дБ.
Имеется возможность автоматического выбора измерительного ка-
нала с большим сигналом. Предусмотрена блокировка выходного
сигнала при всевозможных неисправностях.
Прибор управления синусоидальными колебаниями типа SCO-100
фирмы «Ling А'ЬТЕС» США предназначен для выполнения сложных
многоуровневых программ виброиспытаний. Примером могут слу-
жить метод ,514 стандарта MIL-STD-810 В, стандарт MIL-E-5400
(ASG) и другие. Прибор SCO-100 может быть программирован для
Вход 2
ВходП
г~г т
10
т:
Измеритель
® частоты
Приборы измерения ^
Выходы
Выход
К усилителю
мощности
12
Внешнее
J управление
Рис. 59. Структурная схема генератора SCO-100.
/ — сканирующий генератор; 2 — функциональный селектор; 3 — генератор
управляемого напряжения; 4 — выходные усилители; 5 — компрессор и выход-
ной усилитель; 6 — устройство управления временем сканирования; 7 —блок
управления: 8 — блок защиты и блокировок; 9 — усилитель заряда/напряжения;
10 — интегратор; // — переключатель диапазонов; 12 — программирующее
устройство.
выполнения одного, двух или четырех режимов испытаний. Режимы
испытаний могут контролироваться по двум измерительным прибо-
рам на лицевой панели, градуированных в единицах ускорения, ско-
рости или перемещения. Причем диапазоны измерений прибора
можно изменять во время проведения испытаний, не опасаясь по-
вреждения испытуемого изделия. Прибор SCO-100 имеет два иден-
тичных входных канала для подключения контрольных вибропре-
образователей, причем на вход одного канала может поступать сиг-
нал в функции скорости или ускорения, а на второй вход — пере-
мещения или ускорения. Структурная схема соединений прибора для
работы с двумя вибропреобразователями приведена на рис. 57, а на
рис. 58 приведен типовой 4-уровневый график испытаний
(MIL-STD-810 В). Принцип программирования в приборе SCO-100
исключает необходимость вычислять точки перехода по частоте,
а также возможность возникновения переходных процессов в мо-
менты переключения. Оператору необходимо только при настройке
установить необходимые уровни вибрации по перемещению и уско-
рению с помощью соответствующих потенциометров и при работе
заданные параметры вибрации в точках перехода будут поддержи-
ваться автоматически.
Структурная схема прибора SCO-100 приведена на рис. 59.
92

Основные технические характеристики прибора SCO-100 приве-
дены в табл. 14.
Фирма «Derritron» (Англия) для управления виброустановками
серии VP выпускает универсальные приборы управления синусо-
идальными вибрациями двух типов: VCO-1M и VCC1. Схемы при-
боров выполнены полностью на транзисторах и обеспечивают широ-
кий динамический диапазон управления (см. табл. 14).
Рис. 60. Внешний вид прибора управления VCO-Ш.
Прибор управления VCO-1M представляет собой (рис. 60) гене-
ратор синусоидального управляемого напряжения с диапазоном
частот 5 Гц—10 кГц, изменяющегося по логарифмическому закону.
Частота генератора указывается на шкале прибора и измеряется
частотомером с цифровой 4-разрядной индикацией.
Для измерения параметров вибрации имеется встроенный уни-
версальный виброметр.
Прибор управления типа VCC1 имеет высокостабильный гене-
ратор синусоидального напряжения с диапазоном частот 0,1—
10 000 Гц. Этот диапазон разбивается на 5 поддиапазонов. Встроен-
ный измеритель частоты с пятиразрядной цифровой индикацией
обеспечивает необходимую точность измерения. Может использо-
ваться как линейная, так и логарифмическая частотная развертка.
Прибор содержит многоуровневое программное устройство и
93

виброметр для измерения ускорения, скорости и перемещения.
Предусмотрена возможность подключения дополнительных внешних
программных устройств. Основные технические характеристики при-
бора приведены в табл. 14.
Автоматический регулятор вибраций типа VS-СИ используется
для управления виброустановками серии VS-32 японской фирмы
«IMV» и «имеет характеристики, указанные в табл. 14.
32. Аппаратура управления широкополосной
случайной вибрацией
Проведение испытаний на широкополосную случайную вибра-
цию позволяет более точно моделировать уровни случайных напря-
жений и ускорений, имеющих место в реальных условиях эксплуа-
тации.
Частотная характеристика электродинамического -вибратора
с учетом реакции испытуемого изделия в случае резонанса рас-
смотрена в гл. 5 и предстадлена графически на рис. 41. Она харак-
теризуется наличием пиков
г
з
Лгк I и провалов характеристики,
У^х Дровни которых зависят от
ряда соотношений. Устране-
_ _ ние пиков и провалов ча-
Рис. 61. Структурная схема последо- СТОтной характеристики при
вательного выравнивания АЧХ вибро- широкополосных случайных
тракта. вибрациях может быть до-
1 — выравниватель резонансов вибратора; стигнуто Применением ПОСЛе-
^—выравниватель резонансов изделия; лпиятртткныу или пяпяттттал^
3-усилитель мощности; 4-вибратор. довательных или параллель.
ных корректирующих уст-
ройств, осуществляющих
выравнивание частотной характеристики вибратора.
Схема последовательного выравнивания показана на рис. 61.
Она представляет собой последовательное соединение селективных
перестраиваемых фильтров, настраиваемых на «пики» и «провалы»
в частотной характеристике вибратора. Используются два типа
фильтров. Один служит для выравнивания электрического и высо-
кочастотного осевого резонанса — собственно вибратора, другой для
выравнивания (компенсации) резонансов изделия. Цепи фильтров
содержат синтезирующие контуры, использующие элементы анало-
говой вычислительной техники и реализующие обратные математи-
ческие зависимости. Вследствие аналого-вычислительной конструк-
ции фильтров возможно создавать провал, а путем интегрирования
получить пик в частотной характеристике.
Настраивая фильтры на лики и провалы в частотной характе«
ристике механической системы, снятой либо вручную, либо при по-
мощи записывающего устройства, и вводя определенное затухание
в фильтр, можно добиться полного выравнивания частотной харак-
теристики вибратора. Принципиальная структурная схема выравни-
вания резонансов вибратора представлена на рис. 62. Согласно этой
схеме низкочастотный резонанс подавляется за счет создания про-
вала в низкочастотной области. Интегрирующее звено 3 изменяет
частотную характеристику с понижением амплитуды в 6 дБ на
октаву и отставанием по фазе на 90°. Дифференцирующее звено 4
изменяет частотную характеристику с увеличением амплитуды
в 6 дБ на октаву и опережением по фазе на 90°. При сложении
94

этих двух характеристик получают суммарную частотную характе-
ристику (рис. 63). На рис. 63,а приведена компенсированная частот-
ная характеристика с различными степенями затухания. При -боль-
шом затухании низкочастотный резонанс почти полностью подавлен.
В высокочастотном диапазоне выравнивание частотной харак-
теристики производится пропусканием сигнала через дифференци-
рующие цепи 7 и Я (см. рис. 62), осуществляющие подъем ампли-
туды 12 дБ на октаву при сдвиге фазы сигнала на 180°. При сло-
жении выходного сигнала с дифференцирующего каскада 8 с вход-
Рис. 62. Структурная схема выравнивателя электрического резонан-
са вибратора.
/, 5, 6t — усилители; 2% 9 — регуляторы затухания; 8 — интегратор;
4, 7, 8 — дифференцирующие звенья.
ным сигналом получаем скомпенсированную частотную характери-
стику, показанную на рис. 63,6, с различными степенями затухания.
При большом затухании высокочастотный резонанс полностью по-
давляется, а степень затухания может регулироваться в соответст-
вии с требованиями.

Для компенсации резонансов и антирезоиансов изделия служит
:хема, приведенная на рис. 64. Частотная характеристика с прова-
лом реализуется с помощью интегрирующего звена 4 и дифферен-
цирующего звена 3.
Интегрирующее звено 4 изменяет частотную характеристику
с понижением амплитуды в 6 дБ на октаву при отставании фазы
сигнала на 90°. Дифференцирующее звено 3 изменяет частотную ха-
рактеристику с подъемом амплитуды в 6 дБ на октаву при оперег
Рис. 64. Структурная схема выравнивателя резонансов изделия.
/, 5, 6, 10 — усилители; 2, 9 — регуляторы затухания; 3 — дифференцирующее
звено; 4, 7, 8 — интеграторы.
жении фазы сигнала на 90°. При сложении этих характеристик об-
разуется характеристика с провалом, обладающая двусторонней
симметрией относительно средней частоты. Суммарная АЧХ пока-
зана на рис. 65,а.
.Частотная характеристика с пиком реализуется с помощью уси-
лителей 5, 6 и двух интегрирующих звеньев 7 и 8 (см. рис. 64).
Интегрирующее звено 8 включено в цепь обратной связи для обра-
зования частотной характеристики с пиком, как показано на
рис. 65,а.
Частотная характеристика, приведенная на рис. 65,6 образует-
ся при последовательном включении каскадов, образующих пики и
провалы характеристики.
Несмотря на сравнительную простоту, схема последовательной
коррекции имеет следующие недостатки:
1) необходимость снятия частотной характеристики механиче-
ской системы перед проведением испытаний;
2) сложность выравнивания, требующая больших затрат време-
ни на проведение коррекции в случае большого количества пиков и
провалов в частотной характеристике вибратора;
3) погрешность в установке аналоговых амплитуд вследствие
нелинейности испытуемого изделия (процесс выравнивания происхо-
дит на низких уровнях вибрации с целью предотвращения повреж-
дения испытуемого изделия);
4) невозможность задания формы спектра случайных вибраций,
отличной от плоской;
5) невозможность перенастройки в процессе испытания в ре-
зультате смещения резонансов испытуемых изделий.
Схема параллельного выравнивания. Более удобно использовать
для осуществления коррекции разделение спектра входного сигнала
w

ria большое количество узких частотных полос. При этом в каждой
из полос могут осуществляться контроль спектра и ручное или
автоматическое регулирование до заданного уровня вибрации. В за-
висимости от принципа управления всю задающую аппаратуру для
воспроизведения случайных вибраций можно разделить на две груп-
пы: с ручным и автоматическим управлением [12].
Примером задающей аппаратуры с ручным управлением могут
служить устройства типа RNE фирмы «Руе-Ling» (Англия), пред-
Рис. 65. Амплитудно-частотные характеристики выравнивателя.
в^АЧХ с провалом (/) и пиком (2) характеристики; б—суммарная АЧХ.
назначенные для воспроизведения случайных вибраций в звуковом
диапазоне частот 20—10 000 Гц. В ней с помощью набора полосо-
вых фильтров реализуется управление по средней плотности дис-
персии в полосе частот. Задающая стойка предназначена для управ-
ления мощностью случайных электрических сигналов в отдельных
полосах частот; анализирующая — для измерения мощности вибра-
ций по тем же полосам в процессе набора заданного программой
спектра.
В задающую стойку (рис. 66) входят генератор случайного на-*
пряжения /, набор из соединенных параллельно 27 третьоктавных
полосовых фильтров 4 с регулировочными потенциометрами 3 для
измерения коэффициентов передачи и выходной усилитель 5. Сиг-
нал с выходного усилителя подается на усилитель мощности 6 элек-
тродинамического вибратора. На вибраторе 7 жестко закреплено
испытуемое изделие 8, в контрольной точке которого или на столе
вибратора устанавливают пьезоэлектрический вибропрео'бразова-
тель 9. Выход ВИП через согласующий усилитель 10 соединен
с анализирующей стойкой.
Анализирующая стойка состоит из входного усилителя 11, на-
бора из 27 анализирующих полосовых фильтров 12 с постоянными
коэффициентами передачи, функционального детектора средних зна-
чений 13, интегрирующей цепочки и стрелочного виброизмеритель-
ного прибора 15. Анализирующие фильтры по частоте строго сим-
метричны задающим. На входе каждого фильтра установлены вы-
ключатели для избирательного измерения перегрузки по любой
полосе частот. Для измерения суммарного уровня вибраций на из-
мерителе имеется переключатель, с помощью которого сигнал может
подаваться на измеритель, минуя фильтры.
В рассматриваемой аппаратуре применяются пассивные двух-
звенные индуктивно-емкостные фильтры с двумя резонансными
трансформаторами; каждый фильтр охватывает 1/3 октавы, а весь
97

набор 9 октав; диапазон регулирования Дисперсии для одной окта-
вы равен 16 дБ; добротность фильтров не превышает 5,
Недостатками задающего устройства типа RNE являются низ-
кая точность воспроизведения из-за недостаточного диапазона
регулирования дисперсии по полосам частот^ обусловленного малой
добротностью фильтров; необходимость затрачивать длительное
время «а набор заданного режима, что обусловлено ручным мето-
дом управления и неавтоматизированной системой оперативного
Задающая cm ой на
3, *
15
Анализируюш,ая стойка
13 12
оо
оо /
оо
oL2
оо
оо
Z27
Рис. 66. Структурная схема воспроизведения случайных вибраций
с ручным управлением.
/ — генератор шума; 2, 5, //, 14 — усилители; 3 — регулировочный потенцио-
метр; 4 -- фильтры задающей стойки; 6 — усилитель мощности; 7 — вибратор;
8 — испытуемое изделие; 9 — виброизмерительный преобразователь; Ю — со-
гласующий усилитель; 12 — фильтры анализатора; 13 — детектор; 15 — вибро-
измерительный прибор.
анализа, построенной на последовательном измерении уровня по
каждой полосе частот, и малая стабильность полосовых фильтров,
требующих частой перестройки.
Совершенствование способа управления задающими фильтрами
идет в направлении повышения точности воспроизведения и бы-
стродействия процесса набора заданного режима. Такую задачу
решают путем применения автоматизированной системы настройки
задающих фильтров, для чего после полосовых задающих фильтров
устанавливают систему АРУ, а управляющий сигнал подают с вы-
хода полосовых анализирующих фильтров (рис. 66). Если система
ручного управления требует для настройки в благоприятном случае
20—30 мин, то система с автоматическим управлением — меньше
1 мин. Требуемые значения дисперсий в каждой полосе задаются
в виде программы на специальном наборном поле.

Автоматизированная система управления отличается высокой точ-
ностью (±1 дБ) воспроизведения заданного спектра вибраций прак-
тически при различных резонансных характеристиках изделий и
быстродействием. Имеется возможность уменьшения постоянной
времени усреднения, при анализе, без снижения точности воспроиз-
ведении, что позволяет применять фильтры с узкой полосой; улуч-
шаются частотные, нелинейные свойства всей замкнутой системы и
снижается уровень собственных шумов. Появляется возможность
компенсации нестационарности спектра, вызванной нестабильностью
характеристик задающей аппаратуры, внутренними источниками
вибраций испытуемого изделия при функционировании, электромаг-
нитными наводками и колебаниями питающего напряжения.
Отечественной промышленностью серийно выпускается автомати-
ческий выравниватель СУВУ-ШСВ-2.
Структурная схема автоматического выравнивателя СУВУ-ШСВ-2
приведена на рис. 67. Генератор широкополосного шума /, имеющий
в диапазоне частот 5—5000 Гц неравномерность спектральной мощ-
ности, не превышающую 0,5 дБ, служит для получения сигнала
возбуждения. Спектр генератора шума в диапазоне частот 5—2000 Гц
разделяется на 80 смежных полос. Это осуществляется с помощью
гребенки фильтров выравнивателя 2, сопряженных на уровне
—3 дБ. Генератор шума имеет два канала с независимыми источ-
никами шума, при этом четные фильтры выравнивателя подключены
к одному каналу, а нечетные—к другому каналу генератора шума
с целью исключения амплитудных и фазовых искажений, возникаю-
щих при сложении в сумматоре 4 сигналов с выходов смежных
фильтров. Уровень сигнала в каждой узкой полосе регулируется
устройством с переменным коэффициентом передачи 3, связанным
с выходом соответствующего фильтра выравнивателя. Сформиро-
ванный с помощью устройств 3 спектр с выхода сумматора 4 по-
ступает через фильтр нижних частот 5, ослабители уровня 7 и 8 и
оконечный усилитель 9 на усилитель мощности 10, возбуждающий
электродинамический вибратор // с установленным на нем испытуе- ■
мым изделием.
Спектр случайных вибраций контролируется с помощью вибро-
измерительного преобразователя 12, устанавливаемого либо на
вибростол, либо на изделие. Для согласования высокого выход-
ного сопротивления пьезоэлектрического вибропреобразователя ис-
пользуется согласующий усилитель 13, выполненный на полупровод-
никовых приборах.
С выхода согласующего усилителя сигнал поступает на вибро-
метр 14, измеряющий среднеквадратичное значение ускорения во
всей полосе частот. Одновременно сигнал с согласующего усилителя
подается на ослабитель уровня 15, механически связанный с осла-
бителем 7 в прямой ветви. При этом при изменении уровня ослаб-
ления общий коэффициент передачи замкнутой цепи не изменяется.
Сигнал с ослабителя уровня 15 поступает через усилитель 16 на
фильтры анализатора 17, идентичные фильтрам выравнивателя 2.
Сигнал с выхода каждого фильтра анализатора через множитель 18
поступает на усилитель обратной связи 19, где детектируется и.по-,
ступает на узкопрофильный прибор 20 типа Ml 730, отградуирован^
ный в а2/Гц. Количество этих приборов равно количеству каналов
анализатора, и световые указатели приборов показывают фактиче-
ское значение спектральной плотности ускорения функции частоты.
С усилителя 19 сигнал переменного тока подается через потенцио-
99

100

метр 21 на устройство АРУ 22, которое управляет коэффициентом
передачи устройства 3. С помощью множителей 18 и потенциомет-
ра 21 программируется уровень спектральной плотности ускорения
а диапазоне 30 дБ (от 0,1 до 100 а2/Гц). Прибор 6 дает возмож-
ность оператору убедиться в том, что АРУ работает в активном
диапазоне.
Спектральный анализ случайных вибраций осуществляется пу-
тем измерения уровня сигнала на выходе полосовых фильтров 17.
В автоматическом выравнивателе СУВУ-ШСВ-2 применены пас-
сивные LC-фильтры в диапазоне частот 5—2000 Гц. Они имеют
уход средней частоты, не превышающей ±1 Гц на частоте 2000 Гц
при изменении температуры от 15 до 40°С.
Основные технические характеристики СУВУ-ШСВ-2 приведены
в табл. 15.
Вариантом СУВУ-ШСВ-2, выпускаемым на диапазоне 5—
5000 Гц, является автоматический выравниватель СУВУ-ШСВ-3,
Таблица 15
Основные технические характеристики отечественной
аппаратуры управления широкополосной вибрацией
Параметр
Тип аппаратуры
СУВУ-ШСВ-2'
СУВУ-ШСВ-3
ПУВУ-ШСВ
Диапазон частот, Гц
5—2 000
5—5 000
50—2500
Количество фильтров
Ширина полосы, Гц
80
120
8
7,5; 12,5;
7,5; 12,5;
50; 100;
25; 50
25; 50; 100
200; 400;
500
Тип фильтров
Индуктивно-
Индуктивно-
—
емкостные
емкостные
Уровень шумов, дБ
60
60
60
Динамический диапазон регули-
рования, дБ
40
40
50
Погрешность регулирования, дБ
±1.5
±1.5
±1.5
Неравномерность частотной ха-
рактеристики, дБ
±1.5
±1.5
—
Погрешность контроля спект-
ральной плотности ускоре-
ния, дБ ...
±0,5
±0,5
—
Погрешность контроля ускоре-
ния, дБ
±0,5
±0,5
±0,5
имеющий 120 каналов. СУВУ-ШСВ-3 образуется подключением до-
полнительной стойки, содержащей 40 каналов на диапазоне 2000—
5000 Гц. Полосы пропускания фильтров на уровне —3 дБ состав-
ляют 50 Гц в диапазоне частот 2000—3000 Гц и 100 Гц в диапазо-
не частот 3000—5000 Гц. Остальные технические данные такие же,
как у СУВУ-ШСВ-2 (табл. 15).
Для испытания массовых изделий электронной техники и элек-
тротехники разработан прибор управления широкополосными слу-
чайными вибрациями (ПУВУ-ШСВ), по стоимости не превышающий
стоимость прибора для управления узкополосными случайными
вибрациями.
101

102

Прибор ПУВУ-ШСВ [5] является многоканальным автоматиче-
ским выравнивателем-анализатором спектра случайных вибраций,
работающим в диапазоне частот 50—2500 Гц.
Спектр случайных вибраций формируется восемью частотными
каналами с полюсами частот 50; ilOO; 200; 400 и 500 Гц. Поэтому
прибор позволяет программировать не только плоские, но и ступен-
чатые спектры с уровнями, спектральных плотностей ускорения от
0,001 до 10 #2/Гц по каждому каналу. Дополнительно запрограмми-
рованный уровень может быть ослаблен по всему спектру на 10 или
20 дБ.
Оценка режима вибрационных испытаний производится по сред-
неквадратическому значению ускорения по всему спектру, а также
по спектральной плотности ускорения, отображаемой на логарифми-
ческом экране прибора в диапазоне 50 дБ одновременно по всем
каналам.
Прибор имеет корректор амплитудно-частотной характеристики
(АЧХ) вибростенда, позволяющий подавить «всплеск» АЧХ с до-
бротностью Q^30. Корректор перестраивается по частоте в диапа-
зоне от 600 до 6000 Гц. Коррекция АЧХ стенда может быть осуще-
ствлена от любого промышленного звукового генератора или харак-
териографа, подключаемого на отдельный вход прибора ПУВУ-ШСВ.
Структурная схема прибора приведена на рис. 68.
Сигнал генераторов шума 1 с равномерной спектральной плот-
ностью мощности в широком диапазоне частот делится на восемь
частотных полос с помощью полосовых фильтров, сопряженных
между собой по уровню —3 дБ. Уровень шумового сигнала в каж-
дой полосе (канале) регулируется вручную переменным резисто-
ром R или автоматическим устройством 3, коэффициент передачи
которого управляется напряжением, подаваемым из цепи обратной
связи 14—23. Сигналы всех каналов, поступая на сумматор 5,
складываются, формируя широкополосный сигнал, спектральные со-
ставляющие которого пропорциональны коэффициентам передачи
переменных резисторов или устройств 3.
Далее сигнал через фильтр нижних частот 7, аттенюаторы / и
10у выходной усилитель И и реле защиты 13 поступает на вход
усилителя мощности вибрационной установки.
При включенном корректирующем фильтре 6 в спектр, сформи-
рованный на выходе сумматора, вносится дополнительное затухание
на частоте, соответствующей «всплеску» АЧХ вибростенда. Устрой-
ства 1—13 составляют цепь выравнивателя.
Анализ спектра вибраций и управление коэффициентами пере-
дачи устройств 3 осуществляется цепью обратной связи 14—25
(цепью анализатора).
Вибропреобразователь 14 преобразует механические колебания
в электрические и создает на выходе напряжение, пропорциональ-
ное ускорение испытуемого изделия. Сигнал, пройдя нормирующий
согласующий усилитель 15, в -котором он приводится к уровню
10 мВ/g, устраняя разброс вибропреобразовательных устройств по
чувствительности, через усилитель 18 подается на вход гребенки
анализирующих фильтров 19, аналогичных фильтрам 2.
Узкополосный шумовой сигнал с выхода каждого фильтра по-
ступает на вход детектора 20, где выпрямляется и интегрируется.
Сигнал постоянного тока, проходя через логарифмический пре-
образователь 21, преобразуется в импульс, длительность которого
пропорциональна логарифму входного сигнала, после чего вновь
103

преобразуется в напряжение постоянного тока в устройстве 22
(«длительность — напряжение»). Полученное напряжение постоянно-
го тока преобразуется в постоянный ток в усилителе тока 24, вели-
чина которого индицируется на линейном индикаторе 25. Восемь
световых столбов индикатора отображают в логарифмическом мас-
штабе спектральную плотность ускорения, имеющую место в дан-
ный момент в контрольной точке стола вибростенда.
При автоматическом регулировании спектральной плотности
ускорения напряжение с выхода преобразователя 22 используется
в качестве сигнала обратной овязи. Уровень этого напряжения срав-
нивается в устройстве 23 с заданным опорным напряжением, уста-
навливаемым потенциометром #2, и сигнал рассогласования управ-
ляет коэффициентом передачи устройства 3. Изменением положения
движка потенциометра R2 осуществляется программирование уровня
ускорения вибраций в каждом канале.
Задание определенного спектра ускорения вибраций в ручном
режиме осуществляется потенциометрами Rt — спаренными потен-
циометрами R2. Переключение режимов осуществляется переключа-
телем 4. В автоматическом режиме форма программируемого спект-
ра индицируется светящимися точками, передвигающимися в вер-
тикальных пазах измерителя спектральной плотности синхронно
с поворотом осей программирующих потенциометров 2.
Для измерения величины среднеквадратичного ускорения вибра-
ции испытуемого изделия служит измеритель 16, отградуированный
в единицах ускорения g и подключенный непосредственно к выхо-
ду нормирующего усилителя 15. В приборе предусмотрена защита от
перегрузок испытуемого изделия (устройство 12), которая в момент
появления неисправности отключает усилитель мощности вибростен-
да от прибора. На рис. 68: 8 — измерительный прибор; 9, 17—осла-
бители уровня вибрации.
За рубежом серийный выпуск задающей аппаратуры для вос-
произведения случайных вибраций был начат с 50-х годов. Конст-
рукции зарубежной задающей аппаратуры развивались в направле-
нии автоматизации системы оперативного анализа, совершенствова-
ния способа управления задающими фильтрами и повышения
добротности полосовых фильтров. В анализирующих устройствах
используется параллельный автоматический анализ с выводом от-
кликов по каждому каналу на общий экран электронно-лучевой труб-
ки через электронный или электромеханический коммутатор. При
этом функциональные детекторы и усредняющие схемы ставят после
каждого фильтра. Иногда система анализа, кроме визуального
контроля по децибельной сеже на экране, дополнительно снабжена
кинокамерой, что позволяет анализировать и нестационарные про-
цессы. Коммутатор имеет сдвоенную систему коммутации сигнала
с фильтром и сигнала отклоняющей системы, что позволяет полу-
чить на экране неподвижное расположение точек уровней каждого
фильтра. Иногда точки на экране для улучшения измерения заме-
няют линиями в виде линейного спектра; после коммутатора устанав-
ливают модулятор и детектор отрицательной полуволны.
Применение автоматизированных систем задания позволило ис-
пользовать большое число частотных полос, что обеспечивает более
точную аппроксимацию воспроизводимой формы графика спектраль-
ной плотности. Для этого потребовались полосовые фильтры
с узкой полосой пропускания и высокой избирательностью. Этим
требованиям удовлетворяют электромеханические, в частности двух-
104

звенныё, магнитострикционные фильтры, получившие Широкое рас-
пространение в зарубежных конструкциях задающих устройств. Та-
кие фильтры состоят из двух ферромагнитных стержней с обмот-
ками возбуждения и связи; стержни из никеля настраиваются по
частоте основного механического резонанса (по центральной ча-
стоте фильтра) с точностью 0,001%; добротность резонанса каждого
стержня превышает 10 000 и может регулироваться в пределах
±1%; каждый стержень настраивается на -близкие частоты. При
сложении двух частотных характеристик получается требуемая
форма амплитудно-частотной характеристики. Резонансная характе-
ристика фильтра имеет плоскую вершину и большую крутизну.
Обычно магнитострикционные фильтры имеют полосу пропускания,
одинаковую в диапазоне 5—2000 Гц и 'равную 25 Гц. Количество
фильтров в наборе равно 80. Резонансные частоты магнитострик-
ционных фильтров лежат вблизи 100 кГц, поэтому в задающих
устройствах, где применяют эти фильтры необходимо преобразова-
ние частоты. Обычно используют балансный модулятор на 100 кГц
и демодуляторы. В модулированном сигнале используется верхняя
боковая полоса, нижняя лежит за пределами полосы прозрачности
полосовых фильтров.
К преимуществам задающих устройств с электромеханическими
фильтрами относятся: возможность получения узких полос задания,
что обеспечивает большую точность аппроксимации заданной фор-
мы спектра; большая избирательность, позволяющая получить высо-
кий диапазон регулирования и, следовательно, лучшую точность
воспроизведения; высокая нормализующая способность фильтров,
что допускает применение детектора средних значений, обладающе-
го простотой конструкции и меньшей постоянной времени усред-
нения.
На базе магнитострикционных фильтров фирмами в Англии и
США выпускается задающая аппаратура для управления широко-
полосной -случайной вибрацией. Среди них имеется аппаратура
с ручным и автоматическим управлением. Основные технические
данные задающей аппаратуры, выпускаемой за рубежом, приведены
в табл. 16.
Фирма «Derritron» (Англия) выпускает аппаратуру управления
как с ручным управлением MRN, так и с автоматическим управле-
нием (ARiN-1, ARN-2, ARiN-З). Аппаратура имеет 5 рабочих диапа-
зонов частоты: 5 Гц — 2 кГц, 2 кГц — 4 кГц, 4 кГц — 6 кГц, 6 кГц —
8 кГц, 8 кГц —10 кГц. В зависимости от типа аппаратуры исполь-
зуются три стандартных блока фильтров с 40, 80 и 160 комплек-
тами магнитострикционных фильтров, которые имеют надежную
теплоизоляцию и хорошо экранированы. Конструктивная аппаратура
выполнена на съемных печатных платах с использованием транзи-
сторов.
В последние годы фирма «Bruel and Kjer» (Дания) выпустила
несколько моделей аппаратуры с автоматическим управлением для
испытаний на случайные вибрации и ударные воздействия.
Модели аппаратуры типов 3378, 3379 и 3380 отличаются друг от
друга только частотным диапазоном, числом параллельных каналов
и шириной полосы пропускания фильтров. Аппаратура состоит из
управляющего прибора типа 1406 и одного или двух анализирую-
щих и выравнивающих блоков, содержащих 60 параллельных кана-
лов. Каждый канал состоит из выравнивающего фильтра, схемы
автоматической регулировки управления, анализирующего фильтра,
8—345
105

106

аттенюатора, скользящего регулятора уровня, усилителя с детекто-
ром, интегратора и индикаторной схемы. В качестве анализирующих
и выравнивающих фильтров используются активные узкополосные
фильтры с высокой температурной стабильностью. Модели типов
3378, 3379, 3380 могут работать с четырьмя анализирующими и вы-
равнивающими блоками (максимально 240 каналов).
33. Аппаратура управления узкополосной случайной вибрацией
Для управления вибрационными установками узкополосной
случайной вибрацией разработана отечественная аппаратура
СУВУ-УСВ [27]. Сигнал, вырабатываемый генератором, является
случайным с нормальным (Гауссовым) законом распределения и
формируется из широкополосного шумового сигнала при прохожде-
нии последнего через линейные полосовые фильтры с шириной про-
пускания 3, 10, 30 и 100 Гц. Однако на практике часто бывает не-
обходимо на этой же вибрационной установке проводить испытания
и на гармоническую вибрацию. Поэтому аппаратура СУВУ-УСВ
имеет в своем составе и генератор синусоидальных колебаний. Си-
нусоидальный сигнал также может быть сканирован по частоте
в том же диапазоне.
Выход
Рис. 69. Структурная схема СУВУ-УСВ.
/ — генератор широкополосного шума; 2 — узкополосный фильтр, или генера-
тор синусоидальных колебаний; 3—балансный модулятор; 4 — кварцевый ге*
вератор /=1 кГц; 5 — регулируемый усилитель; 6 — детектор АРУ; 7 —усили-
тель АРУ; 8 — смеситель; 9 — делитель частоты; Ю — генератор плавного диа-
пазона; // —выходной усилитель; 12 — вольтметр.
Аппаратура СУВУ-УСВ конструктивно оформлена в виде от-
дельных блоков в составе:
генератора узкополосного случайного и синусоидального сигна-
лов с системой АРУ;
согласующего усилителя с виброизмерительным преобразова-
телем;
виброизмерительного усилителя.
Структурная схема генератора СУВУ-УСВ изображена на
рис. 69.
По своей структуре генератор является генератором на бие-
ниях. Частота выходного сигнала изменяется либо вручную, либо от,
электродвигателя с различными скоростями. В приборе применена
логарифмическая развертка частоты, что обеспечивает одинаковое
8* 107

чиело знакопеременных напряжений в полосах механического (резо-
нанса испытуемого изделия при определенной его добротности. Та-
кая развертка удовлетворяет как испытаниям гармоническим сиг-
налом, так и испытаниям узкополосным случайным сигналом, не
приводя изделия к недоиепытаниям «или лереиеиытаниям на различ-
ных частотах.
Приравнивая испытание узкополосным случайным сигналом
к испытанию широкополосным случайным сигналом с равномерной
спектральной плотностью ускорения при резонансах одинаковой до-
бротности, но с различными средними частотами, необходимо иметь
в виду, что эффективное значение резонансов пропорционально V<*
(3 дБ/октава). А так как ширина полосы шумового сигнала при
испытании на узкополосную случайную вибрацию постоянна «а про-
тяжении всей развертки, то уровень сигнала следует увеличивать
на 3 дБ/октава. Это осуществляется автоматически, когда в цепь
АРУ генератора включен виброизмерительный усилитель, имеющий
фильтр —3 дБ/октава (1/Ксо). В этом случае требование данного
вида испытаний выражается через постоянный градиент ускорения
a/V<u вместо спектральной плотности ускорения. В качестве гене-
ратора широкополосного шума 1 использованы кремниевые стаби-
литроны в режиме начала пробоя обратного р-п-перехода. Два
встречно-включенных стабилитрона позволяют получить случайный
процесс с нормальным распределением амплитуд с равномерной
спектральной плотностью мощности. Узкополосные фильтры 2 фор-
мируют из этого шума узкополосный сигнал, который с помощью
балансного модулятора 3 и кварцевого генератора 4 переносится на
частоту 50 кГц. Узкополосный фильтр 2 с Af=3 Гц в случае гармо-
нических испытаний используется для генерации синусоидального
сигнала на частоте 10 кГц.
С выхода балансного модулятора 3 сигнал поступает на резо-
нансный усилитель 5, коэффициент передачи которого регулируется
системой АРУ 6, 7. Для формирования низкочастотного сигнала
5—10 000 Гц используется смеситель #, в качестве которого служит
генератор плавного диапазона 10 с делителем частоты 9. На выхо-
де смесителя разностная частота биений усиливается выходным уси-
лителем // и подается на вход усилителя мощности вибрационной
установки. Выходное напряжение сигнала контролируется вольт-
метром 12.
Стабильность частоты генератора в основном зависит от ста-
бильности частоты генератора плавного диапазона 10. Генератор
работает на частоте 800—960 кГц с последующим ее делением
в 16 раз. Увеличение стабильности достигатся за счет конструктив-
ных улучшений катушки индуктивности контура генератора.
Динамический диапазон работы АРУ превышает 50 дБ. Коэф-
фициент нелинейных искажений выходного сигнала не превышает
1,5% на всех частотах. Максимальный выходной сигнал 10 В. Ка-
нал АРУ в аппаратуре СУВУ-УСВ выполнен на транзисторах.
Основные параметры аппаратуры приведены в табл. 17.
"Фирма «Bruel and Kjer» разработала и выпускает серию авто-
матических управляющих генераторов для воспроизведения узко-
полосных случайных вибраций на электродинамических установках.
Это управляющие генераторы типов 1026, 1040, 1041, 1042 и 1024
(табл. 17).
Структурная схема одного из генераторов типа 1042 приводится
108

на рис. 70. Для измерения уровня выходного сигнала этого генера-
тора служит измерительный прибор с функциональным детектором,
позволяющий измерять среднеквадратичные значения сигнала. По-
стоянная времени выпрямителя может принимать значение 0,3; 1;
3; 10; 30 и 100 с.
Таблица 17
Основные технические характеристики аппаратуры
управления узкополосной случайной вибрацией
Параметры
Тип аппаратуры
СУВУ-УСВ
1024
1042
1026
Диапазон частот, Гц
5—10 000
20—20 000
10—10 000
1—10 000
Количество полос
1
1
1
1
Ширина полосы, Гц ....... .
3, 10, 30,
10, 30, 100,
3, 10, 30,
3, 10, 30,
100
300
100
100
Тип фильтров
—
Индуктив-
Индуктив-
—
но-емко-
но-емкост-
стные
ные
Добротность фильтров
—
0,1—2000
0,1-3000
—*
Диапазон регулирования, дБ . . ,
50
50
60
80
Погрешность регулирования, дБ ...
±1,5
±2
±1,5
±1,5
Генератор шума вырабатывает случайное напряжение в широ-
ком диапазоне частот с постоянной спектральной плотностью и нор-
мальным законом распределения. Этот сигнал через фильтр нижних
частот с частотой среза 10 кГц поступает на избирательный усили-
тель с фиксированной средней частотой 1000 Гц. Ширину полосы
Рис. 70. Структурная схема генератора вибраций типа 1042.
/ — генератор широкополосного шума; 2 —фильтр низких частот; 3 —усили-
тель; 4 — избирательный усилитель; 5 — генератор фиксированной частоты
/=1> кГц; 5 —модулятор; 7 —генератор фиксированной частоты /=61 кГц;
8 — усилитель с регулированием усиления; 9 — детектор; 10 — усилитель АРУ;
// — модулятор; 12—генератор переменной частоты /=50-?-60 кГц; 13 — блок
качания частоты; 14 — фильтр нижних частот; 15 — усилитель; /5 —регулятор
выходного напряжения; /7 —выходной усилитель; 18 — виброизмерительный
прибор.
пропускания избирательного усилителя на уровне 3 дБ можно вы-
брать равной одному из следующих значений: 3, 10, 30 и 100 Гц.
Затем сигнал подается на балансный модулятор с несущей часто-
той 61 кГц, получаемой от генератора фиксированной частоты.
Нижняя боковая частота модулированного сигнала выделяется
в усилителе промежуточной частоты, который может работать так
109

же как усилитель с регулируемым коэффициентом усиления. После
выделения нижней боковой частоты сигнал вторично -модулируется
генератором с несущей частотой, изменяющейся в диапазоне 50—
60 кГц. Нижняя боковая частота 'модулированного сигнала выде-
ляется вторым фильтром нижних частот с частотой среза 12 кГц,
вследствие чего на выходе выделяется шумовой сигнал с ограничен-
ным спектром. Полоса пропускания и средняя частота шумового
сигнала определяются параметрами избирательного усилителя и ге-
нератора переменной частоты. Среднюю частоту можно непрерывно
изменять в диапазоне частот 10 Гц—10 кГц.
С выхода фильтра нижних частот сигнал через усилитель низ-
кой частоты, регулятор уровня и выходной усилитель поступает на
выходное гнездо генератора.
Генератор типа 1042 может работать в режиме генерирования
синусоидальных сигналов, при этом согласно структурной схеме
на рис. 70 вместо избирательного усилителя включается генератор
синусоидальных сигналов с частотой 1 кГц. В этом случае на выхо-
де генератора формируется синусоидальный сигнал, частота кото-
рого, может регулироваться в диапазоне 10 Гц—10 кГц или
5—9995 Гц.
Уровень выходного сигнала генератора при работе в режиме
синусоидальных или случайных колебаний может регулироваться
автоматически с помощью встроенного регулирующего устройства —
компрессора.
В состав цепи компрессора входят усилитель, выпрямитель
среднеквадратического значения синусоидального сигнала и управ-
ляющий усилитель. Коэффициент усиления управляющего усилителя
регулируется постоянным напряжением, получаемым от вибропре-
образователя на испытуемом изделии. Выпрямитель среднеквадра-
тичного значения используется для регулировки уровня сигнала.
Скорость регулирования можно выбирать вручную по девяти ступе-
ням в диапазоне 0,3—3000 дБ/с, а также изменять по заданной
программе.
Генератор обеспечивает автоматическое (сканирование частоты
выходного сигнала с помощью встроенного электродвигателя и по-
зволяет осуществить грубую регулировку оборотов двигателя в диа-
пазоне 0,3—100 град/мин, разбитом на шесть участков.
В пределах каждого участка частотного диапазона можно осу-
ществить плавную регулировку числа оборотов двигателя посред-
ством соответствующих переключений и получить 72 скорости ска-
нирования с диапазоном скоростей 0,3—330 град/мин.

ПРИЛОЖЕНИЕ
НОМОГРАММА ДЛЯ ПЕРЕСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИИ
Перемещение ,м
Частота, Гц
111

Список литературы
1. Бендат Дж., Пирсол Л. Измерение и анализ случайных про-
цессов. М., «Мир», 1971. 408 с.
2. Васильева Р. В. Аппаратура для вибрационных исследований
(обзор). В кн.: Аппаратура для измерения параметров вибрации.
Л., ЛДНТП, 1967, с. 4—15.
3. Васильева Р. В. Вибростенды в приборостроении. М.,
МДНТП, .1958. 31 с.
4. Васютинский С. Б., Нагаенко Г. П. Конструирование схемы и
основные уравнения электродинамических вибрационных стендов.—
«Труды ЛПИ им. Калинина», 1958, № 192, с. 141—153.
5. Веселое Ю. В., Федотов А. И., Черепов В. Ф. Простой при-
бор управления случайными вибрациями. — «Вибротехника», 1973,
№ 3 (20), с. 255—258.
6. Гик Л. Д. Измерение вибрации. Новосибирск, «Наука», 1972.
291 с.
7. Даммер А., Гриффин Б. Испытание радиоэлектронной аппа-
ратуры и материалов на воздействие климатических и механических
условий. М., «Энергия», 1965. 568 с.
8. Иориш Ю. И. Виброметрия. М., Машгиз, 1963. 771 с.
9. Ильинский В. С. Вопросы изоляции вибраций и ударов. М.,
«Советское радио», 1960. 160 с.
10. Князевич В. И. О тенденциях развития и некоторых кон-
структивных особенностях современных зарубежных электродинами-
ческих вибростендов. — «Электронная техника. Серия 12», 1967,
вып. 2(4), с. 22—46.
11. Куликов Е. В. Оборудование для испытания аппаратуры и
ее элементов на вибрацию и акустические шумы. Л., ЛДНТП, 1968.
28 с.
12. Коваль В. Т. Задающая аппаратура для воспроизведения
случайных вибраций при исследовании надежности. — «Вестник ма-
шиностроения», 1970, № 6, с. 10—14.
13. Корепин Е. А. Пьезоэлектрические преобразователи акселе-
рометров. Л., ЛДНТП, I960.
114. Карпушин В. Б. Вибрации и удары в радиоаппаратуре. М.,
«Советское радио», 1971. 344 с.
15. Лейбенгардт Г. И., Пеллинец В. С. Согласующие усилители
пьезоэлектрических измерительных преобразователей. Л., ЛДНТП,
1971, с. 2—34.
-16. Л обушков Н. А., Тырнов Б. Н., Комаров Ю. И. Испытания
методом качающейся частоты. — В кн.: Вибрационная техника. Ма-
териалы семинара. М., МДНТП, 1966, с. 55—61.
112

17. Лассан В. Л., Шкаликов В. С. Исходные методы и сред-
ства виброметрии. — «Измерительная техника», 1967, № И, с. 64—66.
18. Малинский В. Д. Контроль и испытания радиоаппаратуры.
М., «Энергия», 1970. 336 с.
19. Мамаев Г. В., Мелузов Н. И., Раззоренов Л. А. Конструи-
рование и расчет электродинамических вибростендов. — «Известия
вузов. Машиностроение», 1961, № 5, с. 147—161.
20. Манохин А. Е. Экспериментальное исследование метрологи-
ческих характеристик испытательных электродинамических вибро-
стендов.— В кн.: Вибрационная техника. Материалы семинара. М.,
МДНТП, 1970, ч. 2, с. 9—16.
21. Мишин М. М., Прахов Б. И., Торопкин Г. Н. Установка для
получения полигармонической вибрации. Передовой научно-техниче-
ский -и производственный опыт, № 31-63-192/4- М., ГОСИНТИ, 1963.
8 с.
22. Манохин А. Е. Методика определения характеристик испы-
тательных электродинамических вибростендов. — «Измерительная
техника», 1972, № 1, с. 37—40.
23. Манохин А. Е. Оценка составляющих погрешности воспроиз-
ведения заданного режима испытаний на вибростенде. — «Измери-
тельная техника», 1973, № 4, с. 64—65.
24. Сидоренко М. К. Виброметрия газотурбинных двигателей.
М., «Машиностроение», 1973. 224 с.
25. Степанов В. И. Оценка различных методов крепления дат-
чиков вибрационных ускорений. — В кн.: Вибрационная техника. Ма-
териалы семинара. М., МДНТП, 1968, с. 73—80.
26. Случайные колебания. Под ред. С. Кренделла. М., «Мир»,
1967. 356 с.
27. Черепов В. Ф., Веселое Ю. В., Кузин В. М. Аппаратура авто-
матического управления электродинамическими вибрационными уста-
новками. Л., ЛДНТП, 1973. 48 с.
28. Шкаликов В. С, Козлякова Т. М. Виброизмерительные
устройства. Л., ЛДНТП, 1970. 48 с.
29. Шкаликов В. С. Поверка и градуировка виброизмеритель-
ных приборов. Л., ЛДНТП, 1969. 36 с.
30. Шкаликов В. С. Измерение параметров вибраций. М., «Ма-
шиностроение», 1970. 68 с.
31. Цеханский К. Р. Обзор существующих конструкций пьезо-
электрических акселерометров. — В кн.: Аппаратура для измерения
параметров вибрации. Л., ЛДНТП, 1967, с. 29—37.
32. Руководящий технический материал по испытанию электро-
динамических и электромеханических испытательных вибростендов.
М, ВНИИМС, 1970, с. 2—25.
33. Рекомендация МЭК. Публикация 68—2—6. «Основные мето-
ды испытаний радиоэлектронной аппаратуры и ее элементов на воз-
действие внешних факторов». Ч. 2. Испытания. Испытание Fc: виб-
рация (синусоидальная), 1972.
34. Изделия электронной техники и электротехники. Механиче-
ские и климатические испытания. Требования и методы испытаний.
ГОСТ 16962-71. Введ. 12/V 1971. М., U972. 96 с.
35. Устройства виброизмерительные с пьезоэлектрическими изме-
рительными вибропреобразователями Методы и средства поверки.
ГОСТ 15939-70. Введ. 1/1 1971. М., 1970. 13 с.
36. Приборы виброизмерительные. Термины и определения.
ГОСТ 16819-71, Введ. 1/1 1972. М., 1971. 8 с.
из

37. Приборы виброизмерительные Основные параметры. ГОСТ
16826-71. Введ. 1/1 1972. М., 1971. 5 с'
38. Преобразователь пьезоэлектрический виброизмерительный
Д-13. Требования к качеству аттестованной продукции. ГОСТ
5.1616-72. Введ. 1/VIII 1972. М, 1972. 9 -с.
39. Преобразователь пьезоэлектрический виброизмерительный
Д-14. Требования к качеству аттестованной продукции. ГОСТ
5.1615-72. Введ. 1/VIII 1972. М., 1972. 8 с.
40. Установки электродинамические вибрационные. Методы и
средства испытаний. ГОСТ 19118-73. Введ. 1/1 1976. М., 1973. 26 с.
41. Mechanical vibration and shock measurements by J. T. Broch.
Denmark, Bruel and Kjer, 1969. 192 p.
42. Harris С. M., Creade С. E. Shock and vibration handbook.
N-Y, McGraw-Hill Book Co., 1961.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Глава первая. Характеристики колебаний и их параметры 5
Ч. Периодические колебания 7
2. Стационарные случайные колебания О
3. Нестационарные случайные колебания 15
4. Параметры вибраций и единицы измерений . . . . 10
Глава вторая. Методы вибрационных испытаний ... 1
5. Общие вопросы испытаний 13
6. Испытание на фиксированных режимах гармонической
вибрации 16
7. Испытание на гармоническую вибрацию методом ка-
чающейся частоты 16
8. Испытание на полигармонические вибрации .... 17
9. Испытание на широкополосную случайную вибрацию . 19
10. Испытание на узкополосную "случайную вибрацию . . 21
И. Испытание на реальные (натурные) вибрации ... 23
Глава третья. Пьезоэлектрические виброизмерительные
преобразователи 25
12. Общие сведения 25
13. Классификация пьезоэлектрических ВИП и их кон-
струкции 26
14. Основные характеристики пьезоэлектрических вибро-
преобразователей 28
15. Методы крепления ВИП 35
16. Методы поверки ВИП 38
Глава четвертая. Виброизмерительные приборы ... 39
17. Общие сведения 39
18. Согласующие усилители 40
19. Виброизмерительные приборы 43
20. Виброизмерительные приборы зарубежных фирм . . 49
21. Поверка виброизмерительной аппаратуры .... 51
Глава пятая. Вибрационные электродинамические уста-
новки 52
22. Общие сведения .... 52
115

23. Принцип действия и устройство электродинамических
вибраторов 53
24. Основные характеристики электродинамических вибра-
торов 58
25. Анализ частотной характеристики вибратора ... 59
26. Метрологические характеристики вибраторов и мето-
дика их определения 65
27. Отечественные вибрационные электродинамические уста-
новки 70
28. Зарубежные электродинамические виброустановки . . 73
29. Образцовые вибрационные установки 77
Глава шестая. Аппаратура автоматического управления
виброустановками . . 80
30. Обшие сведения 80
31. Аппаратура управления синусоидальной вибрацией . 81
32. Аппаратура управления широкополосной случайной
вибрацией 94
33. Аппаратура управления узкополосной случайной
вибрацией 107
Приложение. Номограмма для пересчета параметров
вибрации 111
Список литературы . . . 112

БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ
Готовятся к печати
Арш Э. И. Автогенераторные измерения.
Балбашова Б. Миниатюрные импульсные транс-
форматоры на ферритовых сердечниках.
Брусенцов Л. В. Метод теневого графика при аппа-
ратурном анализе случайных процессов.
Груздев С. В., Прошин Е. М. Импульсная тензо-
метрия.
Данчеев В. П. Цифро-частотные вычислительные
устройства.
Жданов В. С. Статистические методы проектирова-
ния автоматизированных систем централизованного кон-
троля и управления.
Иванов Е. Л., Дворников И. Л., Ильинский В. И.
и др. Бистабильные фоторезисторные оптроны.
Ивенский Ю. Н. Бесконтактная позиционная комму-
тация в автоматизированном электроприводе (Основы
теории и расчет).
Калдербенк В. Курс программирования на ФОР-
ТРАНЕ IV. Пер. с англ.
Кривоносое А. И., Кауфман В. Я. Статические
характеристики поликристаллических терморезисторов.
Куракин К> И., Куракин Л. К. Частотный анализ
следящих систем с амплитудной модуляцией.
Маслов А. А., Сахаров О. Н. Синтез диодных функ-
циональных преобразователей.
Потемкин И. С. Функциональные узлы на потен-
циальных элементах.
Силаев В. П., Вертлиб В. А., Маргулис Д. С. Диа-
логовая связь в телеавтоматических системах массового
обслуживания.

БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ
Вышли из печати в 1975 году
Выпуск 534. Нетребенко К. А., Реутов В. Б. Анало-
го-цифровые преобразователи для резисторных датчиков.
Выпуск 535. Сергеев С. А. Двухпозиционное регули-
рование температуры объектов с распределенными пара-
метрами.
Выпуск 536. Танский Е. А. Прецизионные системы
стабилизации скорости двигателей.
Выпуск 537. Либерзон К Ш. Магнитно-транзистор-
ные преобразователи в автоматике.
Выпуск 538. Эйгенброт В. М. Пневматические
устройства телемеханики.
Выпуск 539. Разумный В. М. Оценка параметров
автоматического контроля.
Выпуск 540. Друзин Я. В., Коганер С. Э. Телеви-
зионные системы отображения информации.
Выпуск 541. Абдуллаев Д. Л., Смоляк А. М. Надеж-
ность цифровых устройств на многоустойчивых эле-
ментах.
Выпуск 542. Касаткин А. С. Эффективность автома-
тизированных систем контроля.
Выпуск 543. Марков С. И., Минаев В. М., Артамо-
нов Б. Н. Идентификация параметров колебательных си-
стем автоматического регулирования.
Выпуск 544. Бёме Г., Борн В. Программирование
управляющих вычислительных систем.
Выпуск 545. Абилов А. Г., Лютфалиев К А. Авто-
матические микродозаторы для жидкостей.
Выпуск 546. Караев Р. А., Левин А. А. Сбор и пе-
редача информации в АСУ трубопроводами.
Выпуск 547. Михайлов Е. В. Помехозащищенность
информационно-измерительных систем.

Выпуск 548. Дискретнве управление электрогидрав-
лическим приводом. Под ред. Г. Н. Посохина.
Выпуск 549. Кривоносое И. И. Электромеханические
измерительные преобразователи давлений высокотемпе-
ратурных сред.
Выпуск 550. Бычков О. Д. Контроль внутренних по-
верхностей.
Выпуск 551. С верку нов Ю. Д. Идентификация и
контроль качества нелинейных элементов радиоэлектрон-
ных систем.

АРКАДИЙ АНДРЕЕВИЧ КУЗНЕЦОВ
Вибрационные испытания элементов
и устройств автоматики
Редактор А. К Денель
Редактор издательства Г. В. Лихачева
Технический редактор О. Д. Кузнецова
Корректор М. Г. Гулина
Сдано в набор 24/IX 1975 г. Подписано к печати 10/III 1976 г.
T-04496 Формат 84хЮ8»/за Бумага типографская № 2
Усл. печ. л. 6,3 Уч.-изд. л. 8,22
Тираж 7000 экз. Зак. 345 Цена 41 коп-
Издательство «Энергия», Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
Московская типография № ю Союзполиграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.