Highlights:

• Minimiert Überprüfungen
• Reduziert das Risiko von Schäden an kritischen Strukturen
• Misst die Summe der Kräfte
• Misst Momente
• Vereinfacht und beschleunigt den Prüfprozess
• Komfortabel und einfach zu implementieren

Das PCB® Force Limited Vibration Testing System erfüllt die Anforderungen zur Begrenzung der Reaktionskraft zwischen Schwingerreger und Prüfling bei Schwingungsprüfungen. Die Verwendung von piezoelektrischen 3-Komponenten-Kraftsensoren ermöglicht eine einfache Messung der Eingangskraft. Diese Kraft steht in direktem Zusammenhang mit der quasi-statischen Beschleunigung des Schwerpunkts der Struktur. Im Regelkreis des Schwingerregers wird das Kraftsignal mit den im Steuergerät festgelegten Kraftgrenzwerten verglichen. Bei Frequenzen, bei denen die gemessene Kraft den Grenzwert überschreitet (bei Resonanzen mit hohem Q-Wert), wird das Ausgangssignal des Reglers (d. h. das Eingangssignal des Schwingerregers) "eingekerbt". Durch die Verringerung des Eingangssignals zum Schwingerreger bei diesen Frequenzen wird die Reaktionskraft zwischen der Prüfvorrichtung und der Struktur innerhalb der festgelegten Grenzen gehalten.

Höhepunkte:

• Minimiert Überprüfungen
• Reduziert das Risiko von Schäden an kritischen Strukturen
• Misst summierte Kräfte
• Misst Kraftunterschiede (Momente)
• Vereinfacht und beschleunigt den Testprozess
• Bequem und einfach zu implementieren

Optimierung der Installation von 3-Komponenten-Kraftsensoren für schwingungsbegrenzte SatellitentestsAufgrund der hohen Kosten, der langen Entwicklungszeiten und der Einzigartigkeit anspruchsvoller Luft- und Raumfahrt- und anderer High-Tech-Ausrüstungen ist es zwingend erforderlich, Techniken zu implementieren, die die Sicherheit solcher Gegenstände während der Schwingungsqualifizierungstests gewährleisten.

Es hat sich gezeigt, dass die herkömmliche Kontrolle mit Hilfe der Beschleunigung zu einer erheblichen Überprüfung führt, die zu einer Beschädigung des Prüflings führen kann. Bei der kraftbegrenzten Schwingungsprüfung wird die gesamte auf den Prüfling einwirkende Kraft gemessen und kontrolliert, wodurch die "quasistatische" Beschleunigung des Schwerpunkts begrenzt und die Integrität des Geräts sichergestellt wird.

Das ^PCB® Force Limited Vibration Testing System erfüllt die meisten Anforderungen an die Begrenzung der Reaktionskraft zwischen dem Schwingerreger und dem Prüfling bei stichprobenartigen Schwingprüfungen. Die Verwendung von piezoelektrischen 3-Komponenten-Kraftsensoren ermöglicht eine einfache und genaue Messung der Eingangskraft. Diese Kraft steht in direktem Zusammenhang mit dem zweiten Newtonschen Gesetz F=ma und der "quasi-statischen" Beschleunigung des Schwerpunkts der Struktur. Da die Auslegungslasten für die Luft- und Raumfahrt häufig in Form der quasistatischen" Beschleunigung angegeben werden, ist der Einsatz von Kraftsensoren ein idealer Messansatz für diese Anwendung.

Bei der kraftbegrenzten Schwingungsprüfung wird das Kraftmesssignal im Regelkreis des Schwingerregers verwendet. Dieses Signal wird mit den in der Steuerung festgelegten Kraftgrenzwerten verglichen. Bei Frequenzen, bei denen die gemessene Kraft den Grenzwert überschreitet (bei Resonanzen mit hoher Güte), wird das Ausgangssignal des Reglers (d. h. das Eingangssignal des Schwingerregers) "eingekerbt". Durch die Reduzierung des Eingangssignals an den Schwingerreger bei diesen Frequenzen wird die Reaktionskraft zwischen Prüfvorrichtung und Struktur innerhalb der vorgegebenen Grenzen gehalten.

Kraftsensoren mit ausgasungsarmen Beschleunigungsaufnehmern in ThermalvakuumkammernBeschleunigungsaufnehmer, die in der Regel an der Prüfvorrichtung angebracht sind, werden ebenfalls im Regelkreis verwendet. Sie dienen dazu, die Anregung des Schwingerregers in Bezug auf die Beschleunigung bei anderen Frequenzen als den Resonanzen zu begrenzen, bei denen die Kraftbegrenzung vorherrscht. Um dies zu erreichen, muss das Schwingerreger-Regelsystem die Fähigkeit zur "Extremwertregelung" besitzen. Extremwertregelung ist die Fähigkeit, eine Rückkopplungsregelung in Bezug auf den größeren von mehreren Eingangswerten, entweder Kraft oder Beschleunigung, als Funktion der Frequenz einzurichten. Wünschenswert ist auch eine "Doppelsteuerung". Dual Control ist die Fähigkeit, sowohl Beschleunigungs- als auch Kraft-Referenzspektren zu steuern.

Highlights:

• Minimizes Over-testing
• Reduces Risk of Damage to Critical Structures
• Measures Summed Forces
• Measures Force Differences (Moments)
• Simplifies and Expedites the Test Process
• Convenient and Easy to Implement

Optimizing 3 Component Force Sensor Installation for Satellite Force Limited Vibration TestingDue to the high cost, long development times, and uniqueness of sophisticated aerospace and other high-tech equipment, it has become imperative to implement techniques that ensure the safety of such items during vibration qualification testing.

Conventional control using acceleration has been shown to cause significant over-testing that may result in damage to the unit under test (UUT). In force limited vibration testing, the total input force to the UUT is measured and controlled, thereby limiting the “quasi-static” acceleration of the center-of-gravity and ensuring the integrity of the equipment.

The PCB^® Force Limited Vibration Testing System meets most requirements for limiting the reaction force between the shaker and unit under test in random vibration testing. The use of piezoelectric, 3-component force sensors facilitates easy and accurate measurement of the input force. This force relates directly, using Newton’s Second Law, F=ma, to the “quasi-static” acceleration of the structure’s center-of-gravity. Since design loads for aerospace equipment are often given in terms of the “quasi-static” acceleration, the use of force sensors represents an ideal measurement approach for this application.

With force limited vibration testing, the force measurement signal is used in the vibration shaker’s feedback control loop. This signal is compared to established force limits in the controller. At frequencies where the measured force exceeds the limit (at high Q resonances), the controller’s output signal (i.e., the input signal to the shaker) is “notched”. By reducing the input to the shaker at these frequencies, the reaction force between the test fixture and structure is maintained within specified limits.

Force sensors being used with low outgassing accelerometers in thermal vacuum chambersAccelerometers, typically mounted on the test fixture, are also used in the control loop. They serve to limit the shaker’s excitation with respect to acceleration at frequencies other than resonances for which force limiting prevails. In order to accomplish this, the shaker control system must have “extremal control” capability. Extremal control is the ability to establish feedback control with respect to the greater of several inputs, either force or acceleration, as a function of frequency. It is also desirable to have “dual control”. Dual control is the ability to control both acceleration and force reference spectra.