ГОСТ Р 59368.5-2021 Вибрация и удар. Экспериментальное определение механической подвижности. Часть 5. Измерения с использованием ударного воздействия на конструкцию неприкрепляемым возбудителем

     6 Прилагаемое возбуждение

6.1 Спектр силы

Энергия реального импульса силы сосредоточена в конечном диапазоне частот, ширина которого обратно пропорциональна длительности импульса. При этом целесообразно выбирать этот диапазон таким образом, чтобы он не выходил за пределы частотного диапазона измерений.

Спектр одиночного импульса силы имеет форму главного лепестка и боковых лепестков, чья высота зависит от формы импульса силы и быстро убывает с ростом частоты. За верхнюю границу диапазона частот возбуждения принимают ту, где высота главного лепестка спадает в 10 раз. При возбуждении множественными импульсами спектр возбуждения близок к спектру одиночного удара. Диапазон частот возбуждения зависит от определяемой частотной характеристики, и для большинства испытуемых конструкций его верхняя граница не превышает 1000 Гц.

В ДПФ существует зависимость между разрешением по времени и разрешением по частоте. Для получения максимальной разрешающей способности по частоте необходимо, чтобы частотный диапазон анализатора не превышал максимальную частоту диапазона измерений. В свою очередь, для оптимального использования динамического диапазона измерительной системы целесообразно ограничить диапазон частот возбуждения максимальной частотой измерений. Изменять диапазон частот возбуждения можно соответствующим подбором жесткости насадки и массы ударника.

Реально достижимый диапазон частот возбуждения зависит также от эффективной жесткости и эффективной массы конструкции в точке удара. Малая жесткость конструкции приводит к ограничению возможности расширения диапазона частот за счет увеличения жесткости насадки. Более эффективным средством увеличения частотного диапазона в данном случае является уменьшение массы ударника.

Следует контролировать наличие составляющих спектров удара и отклика выше верхнего предела частотного диапазона измерения. Проверку проводят при возбуждении максимальной силой, используемой при испытаниях. Характеристики ударника должны быть подобраны таким образом, чтобы обеспечить возбуждение в требуемом диапазоне частот.

6.2 Предотвращение неконтролируемых повторных ударов

При выборе способа возбуждения одиночным ударом необходимо избегать появления в пределах одной записи, кроме основного удара, одного или нескольких неконтролируемых ударов после отскока ударника, которые приводят к уменьшению спектральных составляющих на определенных частотах и появлению резких впадин на графике спектра силы (см. рисунок 3). На этих частотах ухудшается соотношение сигнал/шум, что может привести к значительным погрешностям в результатах измерений подвижности. Даже при аккуратном нанесении удара избежать повторных ударов удается не всегда, особенно если значение подвижности в точке удара велико, а ударник имеет относительно большую массу. Исключить риск повторных ударов можно за счет уменьшения массы ударника и соответствующего подбора жесткости насадки таким образом, чтобы выдержать заданный частотный диапазон возбуждения. Если повторный удар значительно слабее первого, в спектре силы вместо резких впадин будут наблюдаться слабые всплески. Небольшие впадины (до 3 дБ) в спектре силы можно считать допустимыми.

Неконтролируемые повторные удары проще всего обнаружить анализом спектра силы. Желательно также контролировать во временной области форму импульса аналогового сигнала силы до прохождения им антиалиасингового фильтра, который приводит к появлению "звона" от основного удара, способного замаскировать повторные удары. Для этой цели можно использовать запоминающий осциллограф.

- сила, Н; - время, с; - спектральная плотность энергии сигнала силы, Н·с/Гц; - частота, Гц

Рисунок 3 - Влияние неконтролируемого повторного удара на спектр сигнала силы

Недопустимо для устранения неконтролируемых повторных ударов в цифровой записи сигнала силы перед его обработкой с применением преобразования Фурье использовать так называемое "окно силы" (см. 7.5). Если данное окно применяют для улучшения соотношения сигнал/шум, то необходимо убедиться, что это не маскирует имеющие место повторные удары - такая маскировка приведет к погрешности в оценке частотной характеристики, поскольку используемая для расчетов запись отклика конструкции будет представлять собой результат воздействия повторных ударов.