基于PC的刚~柔耦合隔振系统功率流测试仪器

    引言

    近年来,刚~柔耦合隔振系统的设计问题已经引起航空、舰船等部门的高度重视。Sciulli在US-AF(美国空军)的资助下,对单支承单自由度FBRE(flexible base rigid equipment)耦合系统的设计进行了理论研究[1]。Howard在ADSTO的资助下,研究了潜艇上马达的隔振问题,并提出以输入到船壳的振动功率流为主动隔振的目标函数[2]。这一观点得到了Southampton大学ISVR[3]的认可;振动功率流是评价刚~柔耦合隔振系统性能的重要参量,通过隔振器传递到支承结构的振动功率流,直接表征了柔性基础产生结构噪声的能量的大小。功率流传递的测试,是评价、改善系统隔振性能的重要手段。

    方兴未艾的虚拟仪器(Virtual Instrument)技术,充分利用PC机强大的计算和软件集成功能,增加测试系统的柔性,降低系统开发、维护成本,是仪器技术的一次突破性发展[4]。本文从多种可能的功率流测试方案中选取了一种相对简单、信噪比较高的测试方法。在此基础上,开发了一套基于PC的功率流测试仪系统,并给出了相关的C代码。该系统已成功应用于一浮筏装置模型上。

    1 功率流测试方案

    在测试系统开发之前,首先考虑可能的测试方案。在刚~柔耦合隔振系统中,通过测量隔振器安装点的力和速度,间接得到传递功率流的方法在工程实际中受到种种限制;普通的力传感器不易安装在大型设备下;力和速度的精确相位关系难以保证。

    测试安装点处的导纳值和加速度信号是许多文献中采用的一种方案。但笔者认为,对工程实际中普遍存在的多点(n)安装问题,该方法需要测试n个原点导纳、n(n-2)/2个传递导纳和相应的n个加速度信号,测试工作量过大;另外有研究表明[5]:该种测试方法容易受空气噪声、电磁噪声和连接管道等旁路的影响,难以正确识别声振传递的第一通道。

    本文采用另一种测试方案:将通过单个隔振器的功率流相加得到总传递功率流。参考文献[6],通过单个隔振器的功率流为:

XGp=-Im{GsrMI} (1)

    这里Gsr是隔振器上下两端的加速度互谱;MI是隔振器的传递阻抗,在中低频段,

    这里,KI,G分别为隔振器的刚度和滞后阻尼。在高频段,需对隔振器的传递阻抗进行事先测试,考虑实际工程中对一台机器一般采用一种规格的隔振器,故测试工作不大。该方法大大减小了测试工作量,且对第二声振通道的影响不敏感,具有较高的信噪比。

    2 功率流测试系统的设计

    (1),(2)式表明,通过测量隔振器上下端的加速度信号,对信号进行谱分析和相应的复数运算,就可得到传递到基础的功率流。基于上述原理,该测试系统流程图如图1所示。CA-YD-127型加速度传感器布置于隔振器的上下端面,通过DLF-2型信号调理模块输入到ISA总线的PCL-812PG数据采集板。加速度信号的采集、储存功能由C语言完成;加速度信号的谱分析和功率流的曲线绘制由Mat-lab函数完成。