Способ выявления источников комбинационных спектральных составляющих общего акустического поля

Авторы патента:

G01H1/08 - Измерение механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний (генерирование механических колебаний без измерений B06B,G10K; определение местоположения, направления или измерение скорости объекта G01C,G01S; измерение медленно меняющегося давления жидкости G01L 7/00; измерение дисбаланса G01M 1/14; определение свойств материалов с помощью звуковых или ультразвуковых колебаний, пропускаемых через эти материалы G01N; системы с использованием отражения или переизлучения акустических волн, например формирование акустических изображений G01S 15/00; сейсмология, сейсмическая разведка, акустическая разведка G01V 1/00; акустооптические устройства как таковые G02F; получение

Владельцы патента RU 2516396:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и решает задачу поиска источников общего акустического поля в условиях нелинейности механического тракта распространения колебательных процессов. С этой целью суммарный вибрационный сигнал в приемном канале подвергается полосовой фильтрации и детектированию. В результате детектирования в спектре огибающей формируются комбинационные спектральные составляющие, идентичные спектральным составляющим общего акустического поля, образованным в результате взаимодействия суперпозиции нескольких вибрационных процессов и нелинейного тракта передачи. Основное преимущество предлагаемого способа обработки данных состоит в обеспечении выявления источников комбинационных спектральных составляющих, отсутствующих в спектрах вибраций отдельных источников, для которых неприменимы традиционные методы статистического анализа. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для выявления источников шумоизлучения объектов измерений - на автомобильном или железнодорожном транспорте, а также на судах различного назначения при их диагностическом обследовании.

Известен способ выявления источников, формирующих акустическое поле объекта измерений (см. А.К.Новиков. Статистические измерения в судовой акустике. - Л.: Судостроение, 1985, с.238).

В основе способа - сравнение спектров вибрации механизмов, расположенных на объекте измерений, и спектров создаваемого ими суммарного поля. Недостатком рассматриваемого способа является ограниченная разрешающая способность спектрального анализа при выявлении источников перекрывающихся по частотному диапазону дискретных спектральных составляющих.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ оценки статистической связи двух процессов, основанный на взаимно-спектральном анализе сигналов вибрации и общего акустического поля (А.К.Новиков. Статистические измерения и обнаружение сигналов. СПб.: ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, 2006, с.82-85) - он принят за прототип.

Сущность способа-прототипа для выявления источников общего акустического поля сводится к следующим операциям:

1) прием сигнала входного воздействия - вибрации контролируемого механизма;

2) прием сигнала общего акустического поля;

3) вычисление взаимного спектра между сигналами входного воздействия и общего акустического поля;

4) регистрация модуля взаимного спектра.

Недостаток способа-прототипа состоит в невозможности его применения для выделения источников, сигналы которых распространяются по нелинейным механическим системам. Вместе с тем известно, что во многих случаях механический тракт передачи акустических сигналов является существенно нелинейным, что используется для решения задач диагностики (М.Д. Генкин, А.Г.Соколова. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. М.: Машиностроение, 1987).

К числу причин, обусловливающих эффекты нелинейности, относятся: наличие диссипативных элементов, амортизаторов, резьбовых и клеевых соединений, и т.д. В результате распространения вибрационного сигнала по нелинейным механическим трактам передачи формируются спектральные составляющие, которые отсутствуют в спектрах вибраций предполагаемых источников общего акустического поля. В этом случае невозможно применение традиционных методов выявления источников, основанных на оценке статистической связи сигналов воздействия и общего акустического поля.

Задачей изобретения является обеспечение возможности выделения комбинационных составляющих общего акустического поля, являющихся продуктом взаимодействия вибрационных сигналов источников с нелинейным трактом передачи.

Это достигается тем, что перед оценкой статистической взаимосвязи процессов путем взаимно-спектрального анализа дополнительно осуществляется полосовая фильтрация сигнала вибрации в окрестности узкополосного максимума спектра и последующее выделение огибающей отфильтрованного сигнала.

Сущность предложенного технического решения пояснена на фигурах, где представлены:

- структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ (Фиг.1);

- взаимный спектр сигналов, распространяющихся по модели линейного тракта передачи (Фиг.2);

- взаимный спектр сигналов, распространяющихся по модели нелинейного тракта передачи (Фиг.3);

- взаимный спектр сигнала натурной суммарной вибрации и общего шума (Фиг.4).

Устройство, реализующее предлагаемый способ (Фиг.1), содержит первый приемник А1, соединенный с входом анализатора статистической связи 2, и второй приемник Б3, подключенный через последовательно соединенные полосовой фильтр 4 и амплитудный детектор 5 ко второму входу анализатора статистической связи. Выход анализатора статистической связи соединен с входом регистратора 6.

С использованием описанного устройства предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Сигнал общего акустического поля в контролируемой точке принимается приемником А, а сигнал суммарной вибрации - приемником Б. Суммарная вибрация обусловлена суперпозицией нескольких колебаний в контролируемой точке механического тракта передачи. При взаимодействии суммарной вибрации с нелинейным трактом передачи в спектре общей вибрации формируются комбинационные спектральные составляющие на суммарных и разностных частотах и их гармониках. В результате фильтрации суммарной вибрации полосовым фильтром в окрестности узкополосного спектрального максимума, сформированного в результате суперпозиции нескольких сигналов вибрации и последующего выделения огибающей при помощи амплитудного детектора, в спектре огибающей также формируются комбинационные составляющие, идентичные комбинационным составляющим спектра общего акустического поля.

После указанной дополнительной операции обеспечивается возможность установления статистической связи исследуемых колебаний при помощи анализатора статистической связи, основанного на методах синхронного или когерентного спектрального анализа. Далее регистратором осуществляется регистрация идентичных спектральных составляющих, по результатам которой делается заключение о выявлении источников комбинационных спектральных составляющих.

Достоверность предлагаемого способа подтверждается результатами модельного эксперимента, в результате которого рассчитывались спектры сигналов, наблюдаемых на выходе линейного механического тракта передачи (Фиг.2) и на выходе нелинейного механического тракта передачи (Фиг.3). Сравнение представленных низкочастотных фрагментов спектров показывает, что взаимодействие сигнала вибрации с нелинейным трактом передачи приводит к появлению комбинационной составляющей разностной частоты. Комбинационные спектральные составляющие суммарной частоты в приведенном примере не представлены, так как при практических измерениях они претерпевают значительное затухание. Таким образом, в спектре выходного сигнала присутствуют составляющие, отсутствующие во входном вибрационном сигнале, и, следовательно, сопоставление их спектральных характеристик не позволяет установить их источники.

Выделение амплитудной огибающей сигнала суммарной вибрации в полосе частот приводит к формированию опорного сигнала, в котором присутствуют комбинационные спектральные составляющие, идентичные аналогичным составляющим сигнала общего акустического поля, и, следовательно, обеспечивается возможность сопоставления спектров общей вибрации и огибающей. Наличие общих спектральных составляющих свидетельствует об обнаружении источников общего акустического поля.

На Фиг.4 приведены результаты отработки метода выявления источников комбинационных составляющих с целью выявления их источников на натурных сигналах вибрации судовых конструкций и внешнего шума. В качестве суммарного сигнала рассматривался сигнал вибрации блока механизмов, измеряемой на несущей рамной конструкции. Приемник суммарной вибрации (акселерометр) устанавливался после амортизаторов первого каскада. Приемником сигнала общего акустического поля являлся гидрофон, расположенный за корпусом судна. На фрагменте взаимного спектра суммарной вибрации и общего акустического поля выделена полоса частот 7, в которой осуществлялось выделение амплитудной огибающей и расчет ее спектра. На этой же фигуре показаны обнаруженные комбинационные составляющие 8, обусловленные взаимодействием суммарной вибрации и нелинейного тракта передачи. При этом поиск источников суммарной вибрации осуществлялся методом синхронного спектрального анализа.

Рассмотренные спектрограммы показывают, что основное преимущество предлагаемого способа выявления источников комбинационных составляющих перед способом-прототипом заключается в обеспечении выявления источников акустического поля при отсутствии таких составляющих в спектрах вибрации предполагаемых источников.

Проведенное моделирование и опытная обработка натурного сигнала показали, что использование новых операций в соответствии с предлагаемым способом выявления источников общего акустического поля увеличивает эффективность поиска источников вибрации в условиях нелинейности механического тракта передачи.

Основное преимущество предлагаемого способа перед способом-прототипом состоит в том, что наличие выявленных комбинационных спектральных составляющих позволяет оценить степень нелинейности механического тракта распространения суммарного вибрационного сигнала и, следовательно, определить его характеристики, обусловливающие нелинейные свойства, что является важным при создании судовых конструкций на основе резьбовых, клеевых и сварных соединений. Дефекты таких конструкций являются причиной появления комбинационных составляющих общего акустического поля.

Способ выявления источников комбинационных спектральных составляющих общего акустического поля, включающий раздельный прием суммарного сигнала вибрации нескольких источников и сигнала общего акустического поля, определение характеристики статистической связи принимаемых сигналов и ее регистрацию, отличающийся тем, что акустический сигнал нескольких источников подвергают полосовой фильтрации в окрестности спектрального максимума, осуществляют амплитудное детектирование отфильтрованного сигнала, после чего определяют характеристики статистической связи сигнала, полученного в результате детектирования, и сигнала общего акустического поля, и регистрацию результатов.

Изобретение относится к вращающимся механизмам, а более конкретно к установкам для мониторинга вибраций обмотки статора. Установка для мониторинга вибрации обмотки статора вращающегося электрического механизма (100) содержит по меньшей мере один датчик (102), содержащий по меньшей мере одну токопроводящую сенсорную антенну (122), нанесенную на лицевую сторону по меньшей мере одного слоя подложки печатной платы и обращенную к обмотке статора, а также непроводящий экран (126), установленный на обратной стороне указанной подложки (124) и обращенный в сторону от обмотки статора.

Способ контроля состояния грузов при перевозках // 2512699

Изобретение относится к способам, предназначенным для контроля и фиксации параметров колебаний. Техническим результатом заявленного изобретения является возможность контроля и записи на запоминающее устройство параметров колебаний во всех координатах.

Устройство для измерения вибраций подшипников для турбомашины // 2509987

Изобретение касается устройства для измерения вибраций подшипников для турбомашины и турбомашины, которая снабжена устройством для измерения вибрации подшипников.

Способ контроля добротности пьезорезонаторов и устройство для его осуществления // 2499234

Использование: для контроля добротности пьезорезонагоров. Сущность: возбуждают колебания пьезорезонатора в области резонанса путем воздействия на него электрическим синусоидальным напряжением с переменной частотой, одновременно выделяют активную составляющую проводимости и выполняют ее дифференцирование, на частотной характеристике производной от активной составляющей проводимости измеряют значение производной на частоте максимума, измеряют частоту максимума производной от активной составляющей проводимости и значение активной составляющей проводимости на частоте максимума производной, после чего вычисляют величину добротности в соответствии с определенным математическим выражением.

Способ определения положения центра масс // 2495386

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для определения положения центра масс статически неопределимых многоопорных объектов энерго-, тяжелого и транспортного машиностроения, например крупногабаритных энергоблоков атомных электростанций.

Способ для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе и устройство для его осуществления // 2485453

Изобретение относится к способу и устройству для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе и может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров.

Устройство тестирования спортивных покрытий // 2475711

Изобретение относится к виброизмерительной технике. .

Вибродозиметр для определения вибрационной нагрузки // 2473057

Полупроводниковый преобразователь бета-излучения в электроэнергию // 2452060

Изобретение относится к атомной и полупроводниковой технике, в частности к изготовлению маломощных источников электроэнергии с использованием радиоактивных изотопов и полупроводниковых преобразователей.

Передатчик параметра процесса с датчиком ускорения // 2450311

Изобретение относится к передатчикам параметра процесса, преимущественно, чтобы управлять или наблюдать за производственными процессами. .

Способ экспериментально-теоретического определения собственных сил демпфирования в упругом элементе // 2530474

Изобретение относится к области динамических испытаний упругих систем и может быть использовано для определения демпфирующей способности упругого элемента механической колебательной системы. При реализации способа предварительно определяют коэффициент жесткости пружины, т.е. величину усилия, необходимого для растяжения пружины на единицу длины. После чего на закрепленный упругий элемент устанавливают груз известной массы и сообщают данной системе импульс силы. Измеряют время затухания колебаний системы. На основании установленных коэффициента жесткости и величины дополнительного растяжения пружины под действием внешней силы вычисляют сообщенную системе энергию. По вычисленной величине энергии и определенного экспериментально времени затухания колебаний системы определяют усредненное значение мощности диссипативных сил за период затухания колебаний. Вычисленный параметр принимают в качестве критерия оценки демпфирующей способности упругого элемента. Технический результат заключается в возможности оперативного определения и анализа характеристик упругих элементов. 4 ил.

Способ определения форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток газотурбинных двигателей // 2531203

Использование: для определения форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток газотурбинных двигателей. Сущность изобретения заключается в том, что каждую окончательно изготовленную лопатку (поставляемую на двигатель) закрепляют в зажиме за хвостовик в горизонтальном положении, наносят на ее поверхность тонким слоем песок и возбуждают колебания лопатки возмущающей силой, приложенной к свободному концу лопатки, до возникновения резонансных колебаний, когда песок будет сброшен со всех вибрирующих мест, кроме неподвижных линий-узлов, что свидетельствует о совпадении частоты возбуждения с частотой собственных колебаний лопатки (fвоз=fсоб) при соответствующей форме колебаний лопатки, зафиксированной по виду песочных фигур, значение которой (fсоб) и записывают в дело двигателя, при этом для лопаток, имеющих на своей поверхности перфорационные охлаждающие отверстия, определяют экспериментальным путем формы и частоты собственных колебаний 15-20 лопаток до и после изготовления перфорационных отверстий (репрезентативная выборка), определяют для этих выборок средние и среднеквадратические отклонения частот и вычисляют поправку Δf, которую прибавляют к частоте собственных колебаний каждой лопатки, (поставляемой на двигатель), полученной до изготовления перфораций на поверхности лопатки, и записывают суммарную величину частоты в дело двигателя. Технический результат: обеспечение возможности достоверного определения форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток газотурбинных двигателей.

Способ измерения поперечной вибрации и угловой вибрации, способ измерения крутильной вибрации и ротодинамическая машина // 2539719

В примерных вариантах выполнения поверхность вращающегося элемента снабжена опорной фазовой меткой и несколькими дополнительными метками. Бесконтактный датчик приближения обнаруживает прохождение как опорной фазовой метки, так и дополнительных меток по мере их прохождения через зону обнаружения. Генерируется как опорный фазовый сигнал, так и опорный сигнал вибрации, и эти сигналы используются для расчета поперечной и угловой (и при необходимости крутильной) вибрации вращающихся элементов. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ и устройство для анализа колебаний, а также база данных образов для них и применение базы данных образов // 2545501

Изобретение относится к способу и устройству для анализа акустической эмиссии. Способ анализа колебаний или акустического анализа детали, заготовки и/или инструмента для определения надежности работы и/или качества обработки, при котором регистрируют и обрабатывают колебания, возникающие во время использования и/или при контроле детали, заготовки и/или инструмента. При этом регистрируют и анализируют колебания или звуки, сохраняют колебательный спектр, включающий упомянутые колебания или звуки, для формирования многомерных данных, по меньшей мере, в трехмерном пространстве с координатами, выбранными из группы: время, частота колебаний или звука, амплитуда колебаний или звука. При этом данные подвергают многомерному, в частности трехмерному, анализу, включающему в себя сравнение упомянутых многомерных данных с эталонными данными для определения отклонения между ними, а колебательный спектр регистрируют и/или анализируют высокочастотно, в частности в диапазоне частот от 200 кГц до по меньшей мере 100 МГц. Технический результат заключается в возможности анализа акустической эмиссии непрерывно и в реальном времени. 3 н. 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ и устройство для мониторинга крутильных колебаний вращающегося вала турбинного двигателя // 2559131

Группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к средствам измерений крутильных колебаний. Способ содержит этапы, на которых получают колебательный сигнал ускорения от акселерометра, расположенного на неподвижной детали турбинного двигателя, оценивают частотный спектр колебательного сигнала, ищут пару спектральных линий с амплитудами, превышающими, по меньшей мере, первый порог. Причем линии распределены в спектре с обеих сторон от несущей частоты колебательного сигнала и отстоят от нее на частоту крутильных колебаний вала. Затем выполняется этап, на котором оценивают сигнал огибающей колебательного сигнала, этап на котором оценивают частотный спектр сигнала огибающей, этап поиска, на котором осуществляют поиск, по меньшей мере, одной спектральной линии в спектре сигнала огибающей, амплитуда которого превышает второй порог, и который существует на величине, кратной частоте крутильных колебаний вала; и этап, на котором оценивают уровень достоверности, связанный с предупреждающим сообщением, как функцию результата этапа поиска. В случае необходимости выдают предупреждающее сообщение. Устройство содержит акселерометр, средство приема колебательного сигнала от акселерометра, средство оценивания частотного спектра, средство поиска спектральных линий, средство оценивания сигнала огибающей, средство оценивания частотного спектра, средство оценивания уровня достоверности, средство выдачи предупреждения. Технический результат - устранение риска разрушения вала. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ проверки адресности стыковки трубопроводов системы наддува баков жидкостных ракет шахтного базирования // 2561798

Изобретение относится к метрологии, в частности в способам измерений амплитуды колебаний в твердых телах путем непосредственного контакта с детектором. Способ проверки адресности стыковки трубопроводов системы наддува баков жидкостных ракет шахтного базирования включает создание колебательного сигнала в части трубопровода, находящейся в аппаратурном отсеке, прием его в части трубопровода, находящейся в шахтной пусковой установке. После приема сигнала на части трубопровода, находящейся в шахтной пусковой установке, определяют правильность адресности стыковки по максимальной величине амплитуды колебаний на трубопроводах. Установка для диагностики правильности стыковки трубопроводов содержит исследуемые трубопроводы, электромеханический возбудитель колебаний, портативный виброметр, гермопереход между аппаратурным отсеком и шахтной пусковой установкой. Технический результат - повышение безопасности при проведении диагностики. 1 ил.

Способ вибродиагностики печатных узлов // 2566611

Изобретение относится к вибрационной метрологии, в частности к средствам вибродиагностики печатных узлов. Способ вибродиагностики предполагает жесткое крепление печатного узла в месте его размещения, встраивание вибродатчика и излучателя гармонических синусоидальных колебаний (виброэмулятора) непосредственно в печатный узел на стадии его разработки, вибровоздействие на печатный узел подачей гармонических синусоидальных колебаний на виброэмулятор, снятие амплитудно-частотных характеристик (АХЧ) с вибродатчика, определение резонансных частот и соответствующих им дефектов. При этом диагностика осуществляется в процессе эксплуатации печатного узла. При выполнении измерений в блоке предварительной обработки программного комплекса цифровой обработки сигналов (ЦОС) полученные значения АХЧ интерполируют и приводят к единой частотной сетке. Технический результат - сокращение времени диагностики. 2 ил.

Способ формирования последовательности импульсных сигналов // 2574358

Изобретение относится к способу формирования последовательности импульсных сигналов, используя процессор, в частности, для системы калибровки системы измерения синхронизации венцов в турбомашине или другом вращающемся оборудовании. Техническим результатом является обеспечение возможности калибровки системы измерения синхронизации венцов в турбомашине. Способ содержит этапы, на которых: сохраняют множество элементов времени ожидания в блоке памяти, создают импульсный сигнал в блоке вывода сигнала во время по меньшей мере одного цикла процессора, считывают элемент времени ожидания из упомянутого блока памяти, создают нулевой сигнал в упомянутом блоке вывода сигнала для множества циклов процессора, полученных из упомянутого считанного элемента времени ожидания, подают сигналы, созданные в упомянутом блоке выходного сигнала для каждого цикла, в цифроаналоговый преобразователь и повторяют этапы создания импульсного сигнала, считывания элемента времени ожидания и создания нулевого сигнала для каждого импульсного сигнала в последовательности импульсных сигналов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство и способ контроля ротора // 2586395

Изобретение относится к области контрольных устройств для контроля роторов турбин. Заявлены контрольное устройство для контроля ротора турбины, способ контроля ротора турбины, ступень турбины, турбинный двигатель. Заявленное контрольное устройство содержит акустический датчик и звуковой волновод для связи упомянутого акустического датчика с точкой считывания, близкой к упомянутому ротору турбины; акустический датчик выполнен с возможностью обнаружения, в качестве звуковых волн, колебаний давления, обусловленных разницами давления между сторонами низкого и высокого давления лопаток ротора, по мере того как они перемещаются мимо, вблизи от упомянутой точки считывания. Техническим результатом является обеспечение контроля роторов турбины, которые имеют большое число лопаток. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Устройство и способ измерения времени прохождения вершин лопаток в турбомашине // 2593427

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам контроля лопаток турбин компрессора. Устройство содержит емкостный датчик, установленный на корпусе перпендикулярно к траектории прохождения вершин лопаток подвижного рабочего колеса. Датчик представляет собой продолговатый электрод, закрепленный на внутренней стороне корпуса и ориентированный по диагонали относительно траектории вершин лопаток таким образом, чтобы проходить вдоль оси вращения рабочего колеса поперек траекториям кромок лопаток. При этом расположенный ниже по потоку конец электрода смещен по окружности относительно его расположенного выше по потоку конца в том же направлении, что и задние кромки лопаток относительно передних кромок лопаток. На основе изменения электрической емкости во времени и соответствующего сигнала определяют время прохождения лопаток. Технический результат - повышение точности контроля. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 12 ил.