Анализатор для виброакустической диагностики вращающихся деталей

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение достоверности за счет операции сравнения реального спектра вибрации контролируемого изделия с заранее сформированными спектральными образами, отражающими конкретные режимы его работы, с точностью, определяемой заранее заданными допусками. Информационный сигнал преобразуется аналого-цифровым преобразователем 2 в параллельные цифровые коды, поступающие в блок 3 спектрального анализа, функционирующий по алгоритму прямого преобразования Фурье с активным использованием пауз между выборками, в результате чего на его выходе формируются параллельные коды, соответствующие значениям ординат частного спектра на выбранных фиксированных частотах. На основе этих кодов в допусковом преобразователе 4 формируется допусковый образ частотного спектра, инвариантного к отклонениям, в пределах допуска значений ординат этого спектра. Допусковый образ (в виде параллельного кода) поступает на вход формирователя 5 обобщенного признака, в котором осуществляется операция свертки. В результате с его выхода на вход блока 6 сравнения поступает двоичное слово (сигнатура), полностью идентифицирующее исходную совокупность текущих значений частотного спектра информационного сигнала, а на другой вход блока 6 сравнения сформированные заранее в задатчике 12 эталонного признака двоичные слова, соответствующие эталонным частотным спектрам. При совпадении кодов на входах блока 6 сравнения сигнал с его выхода дешифрируетсяблоком 7 индикации и представляется в удобном для восприятия оператором виде. Синхронизация работы элементов устройства осуществляется блоком 10 синхронизации с частотой, равной частоте вращения контролируемого изделия. 1 ил.

СОЮЗ СОБЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!) 4 С 01 Н 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4294064/24-28 (22) 03.08.87 (46) 30.05.89. Б . М 20 (71) Одесский политехнический институт (72) В.Т. Роговский и А.И. Ваганов (53) 5 34 . 08 (083.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 896425, кл. С 01 Н l/08, 1982. (54) .АНАЩ!ЗАТОР ДЛЯ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ВРАЩАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повьнпение достоверности за счет операции сравнения реального спектра вибрации контролируемого изделия с з аранее сформированными спектр альпыми образами, отр а„„SU„„1483282 А 1

2 жающими конкретные режимы его работы, с точностью, определяемой заранее заданными допусками. Информационный сигнал преобразуется аналого-цифровым преобразователем 2 в параллельные цифровые коды, поступающие в блок

3 спектрального анализа, функционирующий по алгоритму прямого преобразования Фурье с активным использованием пауз между выборками, в результате чего на его выходе формируются параллельные коды, соответствующие значениям ординат частотного спектра на выбранных фиксированных частотах.

На основе этих кодов в допусковом преобразователе 4 формируется до1-.усковый образ :частотного спектра, инвариантного к отклонениям, в пределах допуска, значений ординат этого

l 483 282

35 спектра, Допусковый образ (в виде параллельного кода) поступает на вход формир ователя 5 об общенного приз нака, в кот ор ом о суще ст впя ется операция свертки. В результате с его выхода на вход блока 6 сравнения поступает двоичное слово (сигнатур а), полностью идентифицирующее исходную совокупность текущих значений частотного спектра информационного сигнала, а на другой вход блока 6 сравнения— сформированные заранее в эадатчике

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля технического состояния паровых турбин электрических станций.

Цель изобретения — повышение достоверности за счет операции сравнения реального спектра вибрации контролируемого изделия с заранее сформулированными спектральными образами, отражающими конкретные режимы его работы с точностью, определяемой заранее заданными допусками.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого анализатора..

Анализатор содержит последовательно соединенные фильтр 1, аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 2, блок 3 спектрапьного анализа, допусковый преобразователь 4, формирователь 5 обобщенного признака, блок 6 сравнения и блок 7 индикации, последовательно соединенные датчик 8 обо ротов, формирователь 9 импульсов и блок 10 синхронизации, первый выход которого соединей с тактовым входом

АЦП 2, задатчик 11 кода допуска, выход которого соединен с вторым информационным входом допускового преобразователя 4, и эадатчик 12 эталонного признака, выход которого соединен с вторым информационным входом блока

6 сравнения, при этом тактовые входы блока 3 спектрального анализа допускового преобразователя 4, задатчика

11 кода допуска, формирователя 5 обобщенного признака, блока Ь сравне-. ния и задатчика 12 эталонного призна12 эталонного приэна двоичные спова, соответствующие эталонным частотным спектрам. При совпадении кодов на входах блока 6 сравнения сигнал с

pro выхода дешифрируется блоком 7 индикации и представляется в удобном для восприятия оператором виде.

Синхронизация работы элементов анализатора осуществляется олоком 10 синхронизации с частотой, равной частоте вращения контролируемого изделия. 1 ил.

I ка соединены с соответствующими выходами блока 10 синхронизации.

Анализатор работает следующим образом.

Входным сигналом для анализатора является сигнал с выхода виброакустического датчика (например, пьезоакселерометра) . Этот сигнал поступает на вход фильтра 1, а затем (после фильтрации) — на первый (информационный) вход АЦП 2. С выхода датчика 8 оборотов импульсный сигнал с периодом следования, равным времени одного оборота, поступает на формирователь 9 импульсов, который преобразует этот сигнал в импульсной сигнал прямоугольной формы с тем же периодом следования и с заданным коэффициентом з аполнения. Выходной сигнал формирователя 9 импульсов поступает на вход блока 10 синхронизации, выполненного, например, в виде умножителя частоты, состоящего из двухвходового элемента И, к одному из входов которого подключен выход автоколебательного мультивибратора, а на другой вход поступают:импульсы с выхода формирователя 9 импульсов. Каждому такому импульсу соответствует и импульсов, снимаемых с выхода двухвходового элемента И. Кроме множителя частоты блок

10 синхронизации содержит набор делителей частоты, выполненных, например, на основе двоичных счетчиков.

Частоты срабатываний анапого-цифрового преобразователя 2 определяется частотой импую.ьсов на первом выходе блока 10 синхронизации. Парал3282 этих точек. Значения допусков фиксируются в задатчике 11 кода допуска.

Допусковой преобразователь 4 может быть реализован, например, на основе время-импульсного преобразователя. В этом случае допусковой преобразовательь 4 содержит последовательно вклю10 ченные первый счетчик, двухвходовой элемент И, второй счетчик, а также третий счетчик, выход которого подключен к второму входу двухвходового элемента И. Параллельные входы пер15 вого счетчика являются первым входом (входной шинои) допускового преобразователя 4, а параллельные входы третьего счетчика — вторым входом (входной шиной) допускового преобразова20 теля 4. Разрядные выходы второго счетчика являются выходом (выходной шиной) допускового преобразователя 4.

Первый счетчик включен по схеме преобразователя код — временной интер25 вал, третий счетчик включен по схеме преобразователя код-частота, второй счетчик включен в обычном режиме дво" чного счета.

Допусковый преобразователь 4 рабо30 тает следующим образом.

Параллельный код, поступакщий с выхода блока 3 спектрального анализа на первый вход допускового преобразователя 4, преобразуется во временЗ5 ной интервал на первом счетчике и поступает на первый вход. двухвходового элемента И. При этом справедливо соотношение

1 =А Р» (1)

40 где Ь tK — длительность временного интервала, соответствукицего k-му коду, поступакицему на первый вход допускового преобразователя 4;

F - код, соответствукиций теку45 щему значению k-й ординаты частотного спектра;

5 148 лельные коды (например, двоичные) с выхода аналого-цифрового преобразователя 2 поступают на первый информационный вход блока 3 спектрального анализа, который может быть реализован на основе специализированного процессора дискретного.преобразования Фурье, функционирукщего по алгоритму прямого преобразования Фурье с активным использованием пауз между выборками.и содержащего блок умножения, постоянное запоминающее устройство дпя хранения весовых коэффициентов, сумматор и оперативно-запоминающее устройство на сдвиговых регистрах. На выходе процессора установлены два квадратора и второй сумматор. Отличительной особенностью блока 3 спектрального анализа является то, .что из состава процессора дискретного преобразования Фурье выведен блок управления. Функцию управления работой блока 3 спектрального анализа выполняет единья past всего анализатора блок 10 синхронизациии.

Параллельные коды, соответствующие .значениям ординат частотного -. спектра на выбранных фиксированных частотах, с выхода блока 3 спектрального анализа поступают на первый вход допускового преобразователя 4, функцией которого является формирование допускового образа частотного спектра, инвариантного к допустимым отклонениям значений ординат этого спектра (имеется ввиду ординаты, соответствующие выбранным фиксированным значениям частоты), т.е. изменение в определенных пределах кодов, поступающих на первый вход допускового преобразователя 4 и соответствующих значениям ординат спектра, не вызывает изменения кодов, снимаемых с выхода допускового преобразователя 4.

До начала эксплуатации анализатора набор всевозможных реализаций частотного спектра виброакустического сигнала разбивается на группы, соответствуищие выделяемым режимам работы контролируемого объекта. Каждая из этих групп может быть задана одним эталонным спектром, представляющим собой дискретные точки, соответствующие заранее выбранным и в дальнейшем строго фиксированным частотам, и pbпусковыми значениями для каждой .лз

А — коэффициент преобразования. .

Одновременно код соответствующего допуска, поступающий с ttbtxopà задат-, .чика 11 кода допуска на второй информационный вход допускового преобразо. вателя 4, преобразуется в частоту следования импульсов, подаваемых на второй вход двухвходового элемента И:

fv, =1 h,ê (2) де fg — частота выходных импульсов третьего счетчика, соответствующая коду k-го допуска;

1483282

В - В„ d Ю

Икнув ht кмис

М к и к

+ d

В„ а 2В в а

ЬС кмг

55 код допуска на значение

k-й ординаты;

1 — коэффициент преобразования.

На двухвходовом элементе И произ5 водится селекция импульсов с выхода третьего счетчика в пределах временного интервала определяемого соотношения (Х),:

N Nod (— -" ) Nod (А 1 F 6„), 1/fK (3) где Ы - чи6по импульсов на выходе двухвходового элемента И;

Nod — операция выделения целой час ти при депении.

Из соотношения (3) следует, что число N импульсов не меняется при изменении Дйк в пределах периода следования импульсов fg, т.е. реаI

Ф где f — скорректированное значение частоты;

d — дробная часть коэффициента кратности, максимальное значение которой равно 0,5.

Из соотношений (I)-(5) следует соотношение

e--—

1 (6)

2А Рн 1 Ак из которого видно, что, выбирая соответствукицим образом значепия А и 1, можно свести погрешность 6 к сколь угодно малой величине.

Электрически сигналы (параллельные коды), представляющие собой поспедо- вательность допусковых обр@зов значений ординат частотного спектра (до.пусковый образ частотного спектра), поступают с выхода допускового преобразователя 4 на вход формирователя 5 обобщенного признака, который производит свертку этой двоичной последовательности, осуществлякицую, например, методом деления исходной двоичной последовательности на образую щий полином и фиксации остатка от деления (сигнатуры данной последовательности). Аппаратурная реализация свертки многоразрядной двоичной последовательности в обобщенный признак (двоичную сигнатуру) осуществлена, например, на шестнадцатиразряд- лизуется условие инвариантности N к изменениям А „ в пределах 1/f .

После преобразования числа N импульсов в код на выходе второго счетI чика получится код, инвариантный относительно входного кода FK в пределах допуска, т.е. согласно коду Д, Очевидно, что вышесказанное справедливо при выполнении условия

6С яг f>=B„ (4) где  — некоторое целое число;

h яг - длительность временного интервала, соответствукицего нижней границы зоны допуска на k-е значение текущего признака.

Дпя соблюдения условия (4) при любых значениях нижней границы необ- ходимо корректировать величину Йк.

Погрешность от этой коррекции можно определить соотношением

t ном сдвиговом регистре с обратными связями, заведенными на входной сумматор по модулю два. При этом возможно получение значений коэффициентов сжатия как отношения длины исходной последовательности к длине сигнатуры, т.е. обобщенного признака, равных сотням и тысячам при вероятности обнаружения ошибки, равной 0,9998.

Таким образом, с выхода формирователя 5 обобщенного признака снимается двоичное слово (сигнатура), полкостью идентифицирующее исходную совокупность текущих значений частотного спектра виброакустического сигнала. Зто двоичное слово поступает на первый информационный вход блока

6 сравнения, на второй информационный вход которого поступают двоичные слова, соответствующие эталонным рбобщенным признакам.

Эталонные обобщенные признаки формируются предварительно путем свертки последовательностей значений ординат эталонных частотных спектров.

Свертка производится таким же способом, каким ее осуществляет формирователь обобщенного 6ризнака. Эту операцию можно выполнить, например, с использованием универсальных ЭВЫ до введения анализатора в эксплуатацию.!

483282!

0 ного спектра виброакустического сигнала) позволяет производить KJIclccH фикацию состояния контролируемого механизма (детали) на основе сравнения обобщенных признаков, что обеспечивает сокращение аппаратурных затрат. (в частности, объем применяемых запоминаюцих устройств), а также повышает оперативность виброакустичес- кой диагностики. формула изобретения ч

Составитель О. Смирнов

Редактор A. Ревин Техред !!. Ходанич Корректор М. Васильева

Заказ 28!7/38 Тираж 511 Подписное

В!!ЕИП!! Го .,дарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССГ

1 1303 5, Москва, iK-35, Раушская наб., д. 4 /5

Прс изво;:; .. нпо-издате.",ьский комбинат "Патент", г.ужгорол, ул. Гагарина, 101

Таким образом, каждый эталонный частотный спектр представлен одним двоичным словом (сигнатурой) . Сформированные эталонные обобщенные при5 знаки фиксируют в задатчике 2 эталонного обобщенного признака.

В блоке 6 сравнения происходит последовательное сравнение двоичного слова, поступающего из формирователя !р

5 и обобщенного признака с двоичными словами, поступающими с выхода задатчика 12 эталонного признака, Блок 6 сравнения выполнен, например, в виде сумматора по модулю два. При совпа- !5 дении кодов, поданных на первый и второй информационные входы блока 6 сравнения, на его выходе появляет ся сигнал, поступающий на вход блока 7 индикации, который деформирует этот 2Р сигнал и представляет его в удобном

) ля восприятия оператором виде при помощи светового табло, электроннолучевой трубки и т.п .

Синхронизацию АЦП 2 блока 3 спектрального анализа задатчика 11 кода допуска, допускового преобразователя 4, формирователя 5 эталонного признака, блока 6 сравнения и задатчика 12 эталонного признака осуществляет блок 10 синхронизации.

Задатчик 1 кода допуска и задатчик 12 этапонного признака наиболее, просто могут быть реализованы на репрограммируемых постоянно запоминаю- 35 щих устройствах в интегральном исполнении.

Предлагаемый анализатор позволяет анализировать практически неограниченное число ординат частотного 4Р спектра виброакустического сигнала, что повышает достоверность виброакустической диагностики вращающихся деталей. Сжатие опер ативной диагности" че ской информации (текущего частот- 45

Анализатор для виброакустической диагностики вращающихся деталей, содержащий по следовательно . соединенные фильтр, аналого-цифровой преобразо— ватель и блок спектрального анализа, и последовательно соединенные датчик оборотов, формирователь импульсов и блок синхронизации, первый выход которого соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобр аз ователя, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности, он снабжен последовательно соединенными допусковым преобразователем, первый информационный вход которого соединен с выходом блока спектрального анализа, формирователем обобщенного признака, блоком сравнения и блоком индикации, задатчиком кода допуска, выход которого соединен с вторым информационным входом допускового преобразователя и задатчиком эталонного признака, выход которого соединен с вторым информационным входом блока сравнения, тактовые входы блока спектрального анализа, допускового преобраз ователя, задатчика кода допуска, формирователя обобщенного приз кака, блока сравнения и задатчика эталонного признака соединены с соответствующими выходами блока сипхрс.низации.