Способ дистанционного определения амплитуды вибрации

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к способам измерения вибрации поверхности морских объектов. С помощью когерентной РЛС или когерентного сонара, работающих в ультразвуковом диапазоне, облучают вибрирующую поверхность. Принимают отраженный сигнал и измеряют частоту вибрации. Измеряют амплитуды первых четырех гармоник и оценивают полученные значения. По результатам этой оценки выбирают пару гармоник - или нечетных, или четных - и определяют отношение амплитуд этих гармоник. По этому отношению амплитуд вычисляют значение амплитуды вибрации. Технический результат изобретения - повышение точности определения амплитуды вибрации и расширение области применения способа за счет устранения влияния на результаты измерений фактора фазового сдвига сигнала. 1 ил.

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники.

В настоящее время для определения параметров вибрации используются оптические, акустические и радиоволновые методы. Сравнительный анализ, представленный в работе [Волковец А.И., Руденко Д.Ф., Гусинский А.В., Кострикин A.M. Радиоволновой бесконтактный метод измерения параметров движения и вибрации // Доклады БГУИР. 2007. №4 (20). С. 58-64], показывает, что они сложны и имеют ограниченные области применения.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков, и поэтому выбранным в качестве прототипа, является способ определения амплитуды вибрации методом дистанционного зондирования [Пинчук А.Н. Дистанционное определение амплитуды вибрации корпуса судна // Наука и образование. 2014. №6. С. 270-278].

Такие признаки прототипа, как облучение вибрирующего объекта когерентным источником излучения, регистрация отраженного сигнала, измерение частоты вибрации, измерение амплитуд первой и второй гармоник отраженного сигнала и расчет амплитуды вибрации с учетом полученных значений, совпадают с существенными признаками заявленного технического решения.

Особенность прототипа, заключается в том, то для определения амплитуды вибрации используется отношение первой и второй гармоник. Этим объясняется недостаток прототипа: он может быть использован только при определенных условиях: когда среднее расстояние известно, или расстояние между локатором и облучаемой поверхностью меняется в течение сеанса измерений таким образом, что значения фазы ϕ равномерно распределены на интервале (0, 2π). В противном случае точность измерения амплитуды вибрации будет низкой.

В основу изобретения поставлена задача создания способа определения амплитуды вибрации, совокупностью отличительных признаков которого, совокупностью не известных в данном уровне техники приемов, достигается новое техническое свойство - устранение влияния фактора фазового сдвига сигнала на результаты измерений. Отличительными операциями способа являются: дополнительно измеряют амплитуды двух последующих гармоник, третьей и четвертой, которые также относятся к числу информативных, оценивают значения амплитуд всех четырех гармоник и по результатам этой оценки определяют или отношение амплитуд нечетных гармоник, или отношение амплитуд четных гармоник, и именно по этому отношению амплитуд выбранных гармоник вычисляют амплитуду вибрации.

Указанное новое свойство обусловливает достижение технического результата изобретения - повышение точности определения амплитуды вибрации и расширение области применения способа.

Физической основой заявленного способа дистанционного определения амплитуды вибрации, его сущностью, является следующее.

Предлагаемый способ, как и прототип, может быть реализован как путем радиозондирования, так и путем акустического зондирования. Для определенности дальнейшее описание способа будем проводить на примере определения вибрации плоской пластины путем радиозондирования.

Рассмотрим ситуацию, при которой радиолокационная станция (РЛС) облучает плоскую поверхность. Вибрация приводит к смещению вибрирующей поверхности на величину ξ(t) в направлении РЛС. Вибрация описывается соотношением


где ξ0 - амплитуда вибрации;

Ω - циклическая частота вибрации;

t - время.

Будем полагать, что излучаемый сигнал РЛС можно представить в форме

где А0 - амплитуда сигнала;

ω0 - циклическая несущая частота.

Вибрация пластины приводит к тому, что расстояние r(t) между РЛС и отражающей поверхностью меняется во времени как

где - среднее расстояние от РЛС до вибрирующей поверхности.

В этом случае отраженный радиосигнал можно записать в виде

где ϕ0 - изменение фазы сигнала при отражении от объекта;

λ - длина радиоволны.

Изменение фазы отраженного радиосигнала можно записать в форме

Из выражения (5) следует, что изменение фазы(t) происходит с частотой вибрации. Амплитуда изменения фазы прямо пропорциональна амплитуде вибрации [Волковец А.И., Руденко Д.Ф., Гусинский А.В., Кострикин A.M. Радиоволновой бесконтактный метод измерения параметров движения и вибрации // Доклады БГУИР. 2007. №4 (20). С. 58-64].

После преобразований, соответствующих фазовому детектированию сигнала S(t), получаем

где- амплитуда;

m - индекс фазовой модуляции;

Индекс фазовой модуляции m связан с амплитудой вибрации ξ0 соотношением

Из выражения (6) видно, что сигнал(t) определяется колебаниями с частотой вибрации относительно среднего сдвига фазы ϕ.

Вид сигнала(t) при разных значениях сдвига фазы φ и индекса фазовой модуляции т показан на рисунке. Пунктирная линия соответствует m=0.2, сплошная - m=0.5. При построении рисунка принято, что амплитуда сигнала

=1, частота вибрации Ω/(2π)=20 Гц.

Чтобы объяснить наблюдаемые расхождения в форме сигнала(t), преобразуем выражение (6):

Разложим функции cos(msin(Ωt)) и sin(msin(Ωt)) в ряд Маклорена по малому параметру msin(Ωt):

Таким образом, в случае, когда ϕ≡0 или ϕ=π, сигнал(t) содержит только четные гармоники, когда ϕ≡π/2 или ϕ≡3π/2 - содержит только нечетные гармоники. В общем случае соотношение между амплитудами гармоник определяется фазовым сдвигом ϕ, который в свою очередь зависит от среднего расстояния между локатором и вибрирующей поверхностью.

Разложим функцию(t) в ряд Фурье. После ряда простых, но громоздких тригонометрических преобразований, которые здесь не приводятся, получено следующее выражение [Пинчук А.Н. Дистанционное определение амплитуды вибрации корпуса судна // Наука и образование. 2014. №6. С. 270-278]:

где - функции Бесселя первого рода порядка n.

Из выражения (7) видно, что отношение амплитуд гармоник несет информацию об индексе фазовой модуляции и, соответственно, об амплитуде вибрации. Отметим, что отношение амплитуд нечетных гармоник, как и отношения четных гармоник, не зависят от фазового сдвига ϕ. Поскольку с ростом номера гармоники ее амплитуда уменьшается, целесообразно амплитуду вибрации рассчитывать по отношению первой и третьей гармоник и по отношению второй и четвертой гармоник.

Способ осуществляют следующим образом.

Для осуществления предложенного способа может быть использована когерентная РЛС или когерентный сонар, работающий в ультразвуковом диапазоне. С помощью одного из указанных устройств облучают вибрирующую поверхность.

Принимают отраженный сигнал и измеряют частоту вибрации. Затем измеряют амплитуды первых четырех гармоник. Как показано выше, амплитуды четных или амплитуды нечетных гармоник могут обращаться в нуль. Поскольку это априори не известно, то измеряют амплитуды всех четырех гармоник и оценивают полученные значения.

По результатам этой оценки выбирают пару гармоник (или нечетных - первую и третью, или четных - вторую и четвертую) для дальнейшего расчета амплитуды вибрации. Определяют отношение амплитуд гармоник именно для этой выбранной пары. Поэтому вычисленному отношению амплитуд на основе выражений (7) и (11) рассчитывают искомое значение амплитуды вибрации.

Способ дистанционного определения амплитуды вибрации, заключающийся в том, что поверхность облучают когерентным источником излучения, принимают отраженный сигнал, измеряют частоту вибрации, измеряют амплитуды первой и второй гармоник отраженного сигнала и с учетом полученных значений рассчитывают амплитуду вибрации, отличающийся тем, что дополнительно измеряют амплитуды третьей и четвертой гармоник отраженного сигнала, оценивают значения амплитуд всех четырех гармоник и по результатам этой оценки определяют или отношение амплитуд нечетных гармоник, или отношение амплитуд четных гармоник, и по этому отношению амплитуд выбранных гармоник вычисляют амплитуду вибрации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к метрологии, в частности к устройствам контроля местоположения работников на железной дороге. Способ определения интересующего местоположения в области содержит этапы, на которых размещают по меньшей мере первый акустический источник в первом положении в интересующем местоположении и второй акустический источник во втором положении в интересующем местоположении, причем по меньшей мере одно из первого и второго положений представляет внешнюю протяженность интересующего местоположения, активируют по меньшей мере первый акустический источник и второй акустический источник для формирования заданного акустического выходного сигнала, выполняют распределенное акустическое измерение по меньшей мере для одного оптического волокна, размещенного по меньшей мере частично в упомянутой области, и анализируют акустические сигналы, обнаруженные посредством упомянутого распределенного акустического измерения, для обнаружения упомянутой заданной акустической последовательности и определения местоположения упомянутых по меньшей мере первого акустического источника и второго акустического источника.

Изобретение относится к устройствам виброакустического мониторинга внешних воздействий на трубопровод. Заявленное волоконно-оптическое устройство мониторинга трубопроводов содержит два объединенных в одну систему независимых рефлектометра, каждый из которых подключен к разным оптическим волокнам волоконно-оптической линии, при этом рефлектометр содержит лазерный источник непрерывного излучения, соединенный с модулятором интенсивности оптического излучения, циркулятор, один из выходов которого соединен с волоконно-оптической линией, первый и второй эрбиевые усилители, формирователь прямоугольных электрических импульсов, фотоприемник, выполненный в виде балансного детектора с дифференциальным усилителем, волоконно-оптический интерферометр Маха-Цендера, причем рефлектометр содержит фазовый модулятор, генератор тактовых импульсов, генератор прямоугольных электрических импульсов, при этом вход управления модулятора интенсивности оптического излучения соединен с выходом генератора прямоугольных электрических импульсов, который соединен с генератором тактовых импульсов, также модулятор интенсивности оптического излучения соединен с волоконно-оптическим интерферометром Маха-Цендера, имеющим разность плеч ΔL=Vg⋅Δt, где Vg - групповая скорость излучения в оптическом волокне, Δt - время задержки волоконно-оптического интерферометра Маха-Цендера, при этом волоконно-оптический интерферометр Маха-Цендера соединен с первым эрбиевым усилителем, на одном из плеч волоконно-оптического интерферометра Маха-Цендера установлен фазовый модулятор, причем вход фазового модулятора соединен с выходом формирователя прямоугольных электрических импульсов, соединенного с генератором тактовых импульсов, выход первого эрбиевого усилителя соединен с входом циркулятора, второй выход которого соединен со вторым эрбиевым усилителем, при этом второй эрбиевый усилитель также соединен с фотоприемником, выход которого соединен с входом устройства обработки сигнала.

Волоконно-оптический датчик виброакустических сигналов на внутрисветоводном эффекте Доплера содержит источник излучения, чувствительный элемент и разветвитель, первую и вторую дифракционные решетки Брэгга и фотоприемник.

Автоколлимационный способ контроля ошибки стабилизации оптических стабилизаторов относится к области контроля параметров стабилизации и вибрации и может быть использован для проверки ошибки стабилизации и виброустойчивости стабилизаторов оптических систем прицельно-наводящих комплексов летательных аппаратов.

Устройство контроля напряженно-деформируемого состояния конструкции летательного аппарата содержит измерительные каналы на волоконно-оптических брегговских датчиках, измерительные каналы многовитковых волоконно-оптических датчиков на внутрисветовом эффекте Доплера, блок волоконно-оптической коммутации, блок источника света, блок спектрального анализа, блок хранения и анализа информации, соединенные определенным образом.

Изобретение относится к области метрологии и может быть использовано для измерения параметров трубопроводов, в частности определения собственных частот колебаний трубопровода при пинг-тесте.

Раскрыты способ и устройство для определения саморасцепа железнодорожного состава, когда один или более железнодорожных вагонов/пассажирских вагонов (401) случайно расцепляются от остальной части железнодорожного состава.

Изобретения относятся к области акустических измерений и касаются акустооптического кабеля. Кабель включает в себя несколько секций волоконно-оптических акустооптических сенсоров.

Изобретение относится к метрологии, а именно к виброметрии. Способ измерения вибраций предполагает нанесение светоотражающих меток, регистрацию точек контроля с вибрационным размытием, получение бинарных изображений в виде матрицы связанных элементов.

Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, методам исследований и может быть использовано для калибровки характеристик сейсмоакустических преобразователей.
Изобретение относится к компьютерной технике и может быть использовано для создания и организации работы беспроводной компьютерной сети. Техническим результатом является то, что в каждом беспроводном канале связи этой беспроводной компьютерной сети для передачи данных используется видимый свет и при этом не используется модуляция с использованием изменения параметров излучения, производимого искусственными источниками видимого света. Результат достигается за счет того, что каждый узел компьютерной сети содержит компьютер с подключенной видеокамерой и с подключенным генератором вибрации, причем в качестве передающего устройства используется генератор вибрации, подключенный к компьютеру-источнику, а в качестве приемного устройства используют видеокамеру, подключенную к компьютеру-получателю.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к способам измерения вибрации поверхности морских объектов. С помощью когерентной РЛС или когерентного сонара, работающих в ультразвуковом диапазоне, облучают вибрирующую поверхность. Принимают отраженный сигнал и измеряют частоту вибрации. Измеряют амплитуды первых четырех гармоник и оценивают полученные значения. По результатам этой оценки выбирают пару гармоник - или нечетных, или четных - и определяют отношение амплитуд этих гармоник. По этому отношению амплитуд вычисляют значение амплитуды вибрации. Технический результат изобретения - повышение точности определения амплитуды вибрации и расширение области применения способа за счет устранения влияния на результаты измерений фактора фазового сдвига сигнала. 1 ил.

Наверх