Основы гармонических сигналов и настройка испытаний синусоидальной вибрацией
Испытания на воздействие синусоидальной вибрации (или испытания гармоническими сигналами) применяются при проверке изделий на вибропрочность, виброусточивость, а также для поиска критических частот и резонансов. Также они лежат в основе преобразования Фурье, которое является основным инструментом при анализе случайных и сложных сигналов (ШСВ, виброудар, наложения).
Чтобы узнать об этом подробнее, разберем для начала основные понятия (частота, период, амплитуда, фаза), а затем рассмотрим, что происходит в ходе испытаний, как их настроить и провести.
Частота
Одно из фундаментальных свойств гармонических сигналов. Этот параметр связан с периодом колебания.
Период — это время полного колебания. То есть время, за которое система вернулась в начальное состояние.
Частота — это количество колебаний, совершенных системой за 1 секунду.
Частота измеряется в Герцах — 
.
На примере ниже период колебания равен 
, а частота колебаний записывается как 
.
Рисунок 1. Гармоническое колебание
Также для обозначения частоты оборотов применяют единицу измерения об/мин. Например: 
.
Период
Периодом называется полное колебание, после которого система возвращается в начальное состояние.
Рассматривая гармонические колебания, важно знать не только местоположение объекта, но и начальные скорость и ускорение. Именно поэтому нельзя считать говорить, что период — это момент, когда произошло прохождение графика через 0. В начале каждого периода «направление» графика должно быть таким же как в начале отсчета.
На Рисунке 1 видно, что три полных цикла колебания совершены за 0.03 секунды. Значит период одного колебания — 0.01с (10мс).
Амплитуда
Амплитудой называют максимальное смещение от положения равновесия.
Гармонический (синусоидальный) сигнал колеблется с определенными частотой и амплитудой. И если частота показывает количество колебаний в секунду, то амплитуда отображает максимальное отклонение сигнала от среднего положения.
Рисунок 2. Амплитуда
Таким образом, если среднее положение является не нулевым, то амплитуда отсчитывается от этого положения. В качестве примера можно привести сигналы с микрофона, при измерении амплитуды звукового давления без учета постоянного атмосферного давления. При увеличении амплитуды сигнала соответствующая величина ведет себя интенсивнее: звук станет громче, колебание более сильным.
Фаза
Еще одним параметром гармонического сигнала является фаза, обозначается греческой буквой «φ».
Фаза показывает на каком «этапе» колебания находится сигнал. Полное колебание делится на градусы в диапазоне 0-360° или радианы 0-2π.
Чаще всего, говорят не о фазе конкретного сигнала, а о разнице фаз между несколькими сигналами, где один из сигналов выбирается в качестве опорного.
Рисунок 3. Фаза
Когда два сигнала смещены относительно друг друга на 180°(π), то говорят, что сигналы в противофазе.
Рисунок 4. Фаза и противофаза
Одним из признаков резонанса является смещение фазы сигнала в точке измерения от сигнала возбуждения на 90°(π/2).
Рисунок 5. Смещение фазы сигнала
Как провести испытания синусоидальной вибрацией?
При настройке испытания на одиночном вибростенде инженер настраивает частоту и амплитуду сигнала или закон их изменения.
Рассмотрим простейший случай, когда нам нужно, чтобы испытание проводится на частоте 20 Гц с амплитудой ускорения 10 (м/с2) (примерно 1g).
Когда мы настроим эти два параметра, то вибростенд начнет совершать колебания 20 раз в секунду, создавая максимальную перегрузку 10 (м/с2). При этом ускорение постоянно изменяется по синусоидальному закону и его модуль достигает максимума амплитуды в крайних точках (максимальное отклонение от нулевого положения).
Рисунок 6. Ускорение от частоты
Рисунок 7. Ускорение от времени
Такое испытание является одним из основных способов проверки электронных схем.
Рисунок 8. Что происходит в ходе испытаний гармоническим сигналом
Узнайте больше о теории и настройке испытаний на практике — воспользуйтесь нашими статьями и инструкциями.
- Ускорение, скорость, перемещение
- Как собрать установку для синусоидальных испытаний
- Как создать расписание испытания синусом
- Как настроить профиль испытания синусоидальным сигналом
Посмотрите также видеозапись вебинара, где мы демонстрируем настройку и проведение синусоидальных испытаний на оборудовании и программном обеспечении «Висом».
Во втором видео вебинара вы увидите, как создаются испытания согласно требованиям стандартов ГОСТ 28203-89, ГОСТ РВ 0020-57.305-2019 с помощью оборудования и программного обеспечения «Висом».
Как купить оборудование и ПО для испытаний синусом?
В продуктовой линейке «Висом» испытания синусоидальной вибрацией запускаются с помощью программного обеспечения VisProbe SL при использовании систем управления виброиспытаниями ВС-301, ВС-301М, ВС-407 или ВС-407М.
Остались вопросы по теме статьи? Свяжитесь с отделом продаж или со специалистами технической поддержки «Висом»:
- Звоните: +7 (4812) 777-007 (поддержка), +7 (4812) 777-001 (отдел продаж)
- Пишите: support@visom.ru (поддержка), ti@visom.ru (отдел продаж)
- Отвечаем в мессенджерах: +7 (920) 310-90-29 (WhatsApp, Telegram, Viber)
Также мы предлагаем услугу «Удаленные испытания», в ходе которой вы можете провести испытания синусом по заданным вами параметрам через удаленный рабочий стол.
