Конверсионные технологии для механика!

29 января 1999

Вопрос 2.6. Какие методы анализа, используемые в виброакустическом мониторинге и диагностике, можно отнести к наиболее перспективным? (Вопрос задан студентами курса "Надежность и техническая диагностика" Санкт-Петербургского Государственного Морского университета.)

Отвечает Н.А.Баркова.


Исходя из нашего опыта, одни и те же методы анализа сигналов могут оказаться перспективными в мониторинге, но не в диагностике, и наоборот. Поэтому в ответе целесообразно разделить мониторинг и диагностику.

1. Для мониторинга наиболее эффективно можно использовать методы анализа энергетических параметров сигнала, при необходимости предварительно разделив его на частотные или пространственные компоненты.

Основным частотным методом разделения сигнала на компоненты является спектральный анализ, при котором дается энергетическая оценка (амплитуда, мощность) каждой компоненты.

Для пространственного разделения сигналов используется либо пространственное разнесение точек контроля вибрации (шума), либо корреляционные измерения сигнала в двух и более точках. Второй подход чаще используется в акустической диагностике протяженных и однородных сред, например, для обнаружения утечек в трубопроводах. Он позволяет, кроме энергетических характеристик компонент сигнала, определять их пространственные координаты, а также выделять полезные сигналы из помех, увеличивая точность определения энергетических параметров.

2. В диагностических задачах, особенно при обнаружении зарождающихся дефектов, энергетические параметры сигнала отходят на второй план, а на первый выходит форма сигнала. Именно по форме отдельных компонент сигнала легче всего обнаружить дефекты. В качестве примера можно привести использование метода ударных импульсов для обнаружения определенных видов зарождающихся дефектов в подшипниках.

Но, к сожалению, любые отклонения формы сигнала от простейшей, т.е. синусоидальной, расширяют его полосу частот. В реальных машинах суммируется много сигналов вибрации(шума) сложной формы, а так как их полосы частот могут перекрываться, то анализировать форму сигнала каким-либо общим методом становится невозможным. Тогда вынужденно используются узкоспециализированные методы выделения сигналов определенной формы из суммы многих видов сигналов. В качестве примера можно привести кепстральный (двойной спектральный) анализ сигналов, реагирующий на появление в суммарном сигнале гармонических компонент, модулированных по частоте или амплитуде периодическим процессом.

Этот метод неплохо зарекомендовал себя при диагностике тех узлов вращающихся машин, в которых много зубцов или лопастей, так как он имеет более высокую чувствительность к определенным дефектам зубьев (лопастей), рабочих колес, шестерен, электромагнитной части электрических машин.

Мы уже около трех десятков лет занимаемся разработкой наиболее общих методов анализа реальных сигналов сложной формы, которые необходимо предварительно выделить из суммы нескольких сигналов, часть из которых также имеет сложную форму. И, как оказалось, наиболее универсальным подходом является анализ формы не самого сигнала, а колебаний его среднеквадратичного значения или мощности. Таким образом, анализ такого вида сигналов сводится к анализу формы его огибающей. При этом, естественно, все проблемы предварительного выделения анализируемого сигнала из суммы многих других остаются и решаются самостоятельно. Самый простой путь их решения - измерять только высокочастотные компоненты вибрации (шума) в определенной полосе частот и в непосредственной близости от ее источника.

При переходе к огибающей сигнала ее форма значительно упрощается, что позволяет применять и более общие методы ее анализа. Существует три наиболее общих метода, которые можно использовать в этом случае. Первый - непосредственное сравнение формы сигнала с эталонной для разных видов дефектов. Второй - спектральный анализ сигналов, если сигналы периодические и имеют не очень сложную форму. Третий - статистический анализ сигналов.

В настоящее время наиболее широко используются спектральные методы анализа огибающей сигнала, но не исключено, что и два других метода в ближайшее время найдут свое место в решении диагностических задач.


Вопросы по разделу 1 | Список разделов вопросов | DREAM клуб | Страница ВАСТ