Анализатор для виброакустической диагностики вращающихся деталей Советский патент 1989 года по МПК G01H1/00 

а

Јь

00 СО ГО

оо ю

спектра, Допусковый образ (в виде параллельного кода) поступает на нход 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 значении частотного спектра информационного сигнала, а на другой вход блока 6 сравнения - сформированные заранее в задатчике

83282

12 эталонного признака двоичные слова, соответствующие эталонным частотным спектрам. При совпадении кодов на входах блока 6 сравнения сигнал с его выхода дешифрируется блоком 7 индикации и представляется в удобном для восприятия оператором виде. Синхронизация работы элементов анализатора осуществляется блоком 10 синхронизации с частотой, равной частоте вращения контролируемого изделия . 1 ил.

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.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быт 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 ег работы с точностью, определяемой заранее заданными допусками.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого анализатора.

Анализатор содержит последовательно соединенные фильтр 1, аналого цифровой преобразователь (АЦП) 2, блок 3 спектрального анализа, допус- ковый преобразователь 4, формирователь 5 обобщенного признака, блок 6 сравнения и блок 7 индикации, последовательно соединенные датчик 8 оборотов, формирователь 9 импульсов и блок 10 синхронизации, первый выход которого соединен с тактовым входом АЦП 2, задатчик 11 кода допуска, выход которого соединен с вторым информационным входом допускового преобра зователя 4, и задатчик 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 6 сравне ния и задатчика 12 эталонного призна

0

5

0

0

5

5

ка соединены с соответствующими выходами блока 10 синхронизации.

Анализатор работает следующим образом.

Входным сигналом для анализатора является сигнал с выхода виброакустического датчика (например, пьезо- акселерометра). 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 заполнения. Выходной сигнал формиро- вателя 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 п. 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 аналого-цифрового преобразователя 2 определяется частотой импульсов на первом выходе блока 10 синхронизации. Параллельные 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, функционирующего по алгоритму прямого преобразования Фурье с активным использованием пауз между выборками.и содержащего блок умножения, постоянное запоминающее устройство для 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 единый для - всего анализатора блок 10 синхронизации.

Параллельные коды, соответствующие значениям ординат частотного - спектра на выбранных фиксированных частотах, с выхода блока 3 спектрального анализа поступают на первый вход допускевого преобразователя 4, функцией которого является формирование допускового образа частотного спектра, инвариантного к допустим отклонениям значений ординат этого спектра (имеется ввиду ординаты, соответствующие выбранным фиксированным значениям частоты), т0е0 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, соответствующие 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 до- пусковыми значениями для каждой лз

этих точек Значения допусков фиксируются в задатчике I1 кода допуска „

Допусковой преобразователь 4 может быть реализован, например, на основе время-импульсного преобразователя. В этом случае допускевой преобразователь 4 содержит последовательно включенные первый счетчик, двухвходовой элемент И, второй счетчик, а также третий счетчик, выход которого подключен к второму входу двухвходового элемента И Параллельные входы пер5 вого счетчика являются первым входом (входной шиной) допускового преобразователя 4, а параллельные входы третьего счетчика - вторым входом (входной шиной) допускового преобразова0 теля 4 о Разрядные выходы второго счетчика являются выходом (выходной шиной) допускового преобразователя 4. Первый счетчик включен по схеме преобразователя код - временной интер5 вал, третий счетчик включен по схеме преобразователя код-частота, второй .счетчик вклкшен в обычном режиме двоичного счета.

Допусковый преобразователь 4 рабо0 тает следующим образом.

Параллельный код, поступающий с выхода блока 3 спектрального анализа на первый вход допускового преобразователя 4, преобразуется во времен5 ной интервал на первом счетчике и поступает на первый вход двухвходового элемента И. При этом справедливо со- отногаение

,(I)

0 где &tK - длительность временного интервала, соответствующего k-му коду, поступающему на первый вход допускового преобразователя 4;

FK - код, соответствующий теку5 щему значению k-й ординаты частотного

спектра;

1

А - коэффициент преобразования/. Одновременно код соответствующего допуска, поступающий с выхода задатп чика 11 кода допуска на второй информационный вход допускового преобразователя 4, преобразуется в частоту следования импульсов, подаваемых на второй вход двухвходового элемента И:

,(2)

де Јц - частота выходных импульсов третьего счетчика, соответствующая коду k-ro допуска;

0

5

t

714

&„. - код допуска на значение k-й ординаты;

1 - коэффициент преобразования.

На двухвходовом элементе И производится селекция импульсов с выхода третьего счетчика в пределах временного интервала определяемого соотношения. (I),:

At ч u j / А 1 . 1 я

N- Mod ( -Si&- ) Mod (А.1 Рц-йк),

(3)

где N - число импульсов на выходе двухвходового элемента И; Mod - операция выделения целой час ти при делении.

Из соотношения (3) следует, что число N импульсов не меняется при изменении fitu в пределах периода следования импульсов %, т„е„ реа

где f - скорректированное значение частоты;

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

Из соотношений (1)(Ь) следует соотношение

л1

(6)

2A-FK-1-UK из которого видно, что, выбирая соответствующим образом значения А и 1 можно свести погрешность б к сколь угодно малой величине.

Электрически сигналы (параллельны коды), представляющие собой последовательность дрпусковых образов значений ординат частотного спектра (до пусковый образ частотного спектра), поступают с выхода дспускового преобразователя 4 на вход формирователя 5 обобщенного признака, который производит свертку этой двоичной последовательности, осуществляющую, напри- мер, 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 шестнадцатиразряд8

0

5

0

лизуется условие инвариантности N к изменениям AtK в пределах 1/Јк°

После преобразования числа N импульсов в код на выходе второго счетчика получится код, инвариантный относительно входного кода F«, в пределах допуска, т„е. согласно коду Дк.

Очевидно, что вышесказанное справедливо при выполнении условия

fit „иг fn-Вц ,(4)

где Вц - некоторое целое число; длительность временного интервала, соответствующего нижней границы зоны допуска на k-e значение текущего признака.

Для соблюдения условия (4) при любых значениях нижней границы необходимо корректировать величину f«. Погрешность от этой коррекции можно определить соотношением

(5)

0

5

0

5 0 $

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), полностью идентифицирующее исходную совокупность текущих значений частотного спектра виброакустического сигнала. Это двоичное слово поступает на первый информационный вход блока 6 сравнения, на второй информационный вход которого поступают двоичные слова, соответствующие эталонный Обобщенным признакам.

ч

Эталонные обобщенные признаки формируются предварительно путем свертки последовательностей значений ординат эталонных частотных спектров. Свертка производится таким же способом, каким ее осуществляет формирователь обобщенного признака. Эту операцию можно выполнить, например, с использованием универсальных ЭВМ до введения анализатора в эксплуатацию.

Таким обратом, каждый эталонный .частотный спектр представлен одним двоичным словом (сигнатурой). Сформированные эталонные обобщенные при- знаки фиксируют в задатчике 12 эталонного обобщенного признака,

В блоке 6 сравнения происходит последовательное сравнение двоичного слова, поступающего из формирователя 5 и обобщенного признака с двоичными словами, поступающими с выхода задат чика 12 эталонного признака. Блок 6 сравнения выполнен, например, в виде сумматора по модулю два. При совпа- дении кодов, поданных на первый и второй информационные входы блока 6 сравнения, на его выходе появляет-ся сигнал, поступающий на вход блока 7 индикации, которьй деформирует этот сигнал и- представляет его в удобном для 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 осущест- вляет блок 10 синхронизации,

Задатчик 11 кода допуска и задат- чик 12 этапонного признака наиболее просто могут быть реализованы на ре- программируемых постоянно запоминаю- щих устройствах в интегральном исполнении.

Предлагаемый анализатор позволяет анализировать практически неограниченное число ординат частотного спектра виброакустического сигнала, что повышает достоверность виброакустической диагностики вращающихся деталей. Сжатие оперативной диагности

ческой информации (текущего частот- 45 зации.

O

0

5

0

0

5

ного спектра виброакустнческого сигнала) позволяет производить классификацию состояния контролируемого механизма (детали) на основе сравнения обобщенных признаков, что обеспечивает сокращение аппаратурных затрат (в частности, объем применяемых запоминающих устройств), а также повышает оперативность виброакустической диагностики. Формула изобретения

«

Анализатор для виброакустической диагностики вращающихся деталей, содержащий последовательно соединенные фильтр, аналого-цифровой преобразователь и блок спектрального анализа, и последовательно соединенные датчик оборотов, формирователь импульсов и блок синхронизации, первый выход которого со единен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя, отличающий ся тем, что, с целью повышения достоверности, он снабжен последовательно соединенными дспусковым 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 формационным входом допускового преобразователя и задатчиком эталонного признака, выход которого соединен с вторым информационным входом блока сравнения, тактовые входы блока спектрального анализа, допускового преобразователя, задатчика кода допуска, формирователя обобщенного признака, блока сравнения и задатчика эталонного признака соединены с соответ - ствующими выходами блока синхрони