Устройство для диагностики механизмов Советский патент 1981 года по МПК G01H1/00 G01M15/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ МЕХАНИЗМОВ

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к .устройствам опя диагностики механизмов, и может быть использовано в машиностроении. Известно, устройство для диагностики м.еханизмов, содержащее вибропреобразователь, согласующее звено, блок обработки информации с подключенным к нему сигнализатором и информационно-избирательный блок, включенный между согласующим звеном и блоком обработки инфор-. мации Clil. Недостатком устройства являются труд ности выделения полезного сигнала на фоне шу1«ов при значительном уровне последних. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для диагностики механизмов, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, согласующий усилитель, избирательный блок, включающий щирокополоо ный и узкополосный фильтры , и блок обработки информации с подключенным к не му сигнализатором 12. Недостатком устройства является трудность выделения полезного сигнала на фоне щумов и связанная с этим, низкая точность д1Гагностики, зависящая от интенсивности шума. ., Цель изобретения - повышение точности диагностики. Указанная цель достигается тем, что коэффициенты передачи широкополосного узкопопосного фильтра выбраны из условия51|у -i-c; lii V где КщИ К -коэффициенты передачи соответственно широкополосного и узкополосного фильтров на частоте настройки;HS.jj -. площади квадратов нормированных амш1итудно-чаоTOTHbijc характеристик соот ветсгвенно щирокополосвлГО и узкополосного фильтров;при этом сигнальньп вход блока обработки информации подключен к выходу согласующего усилителя, а управляющий входк выходу избирательного блока. Кроме того, избирательный блок снабжен компаратором, входы которого подкпючены к выходам параллельно соединенных широкополосного и узкополосного фильтров, а выход - к управл5пощему входу блока обработки информации; щирокополосный и узкополосный фильтры могут быть включены последовательно, а коэффициент передачи широкополосного фильтра равен единице. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит вибропреобразователь 1, установленный на корпусе диагностируемого механизма, подклю ченный к согласующему усилителю 2, выход которого подключен ко входам, блока 3 обработки информации, широкополосного фильтра 4 и узкополосного фильтра 5; вы ходы последних подключены к компаратору 6, подключенному к управляющему вхо ду блока 3 обработки информации и cwнализатору 7. Широкополосный и узкополосные фильтры 4 и 5 и компаратор 6 образу1 т избирательный блок -8. .Устройсагво работает следующим образом. Вибрации механизма с вибропреобразователя 1 поступают через согласующий усилитель 2 на входы блока 3 обработки информации, а также на входы широкополосного и узкополосного 4 fflbTpoB 4 и 5, настроенных па одну из гармоник виброакустического сигнала. Если скоростной режим соответствует заданному, то частота этой гармо{щки . находится в полосе пропускания широкополосного и узкополосного фильтров 4 и 5, при этом сигнал на выходе узкополосного фильтра 5 больше , сигнала на выходе широкополосного фильтра 4, компаратор 6 срабатывает и разрешает обработку сигнала блоком. 3 обработки инфc;p raш и, а также включает сигнализатор 7, который оповеш,ает oneратора о том, что скоростной режим механизма находится в заданных пределах. При отклонении скоростного режима от заданного частота контролируемой гармоники выходит из полосы пропускания уско полосного фильтра 5, но остается в полосе пропускания широкополосного фильтра 4 в- результате чего выходной сигнал уэкоПОЛОСНОГО фильтра 5 становится меньше выходного сигнала широкополосного фильтра 4, компаратор 6 перебрасывается и запрещает обработку сигнала блоком 3 обработки информации. В реальном механизме кроме гармоник основного виброакустического процесса имеются другие частотные составлшоише, принадлежащие различным кинематическим парам, а также имеющие гидродинамическое происхождение (для гидроагрегатов, например насосов, герметичньгх моторкомпрессоров и т.п.), в результате чего приходится фильтровать контролируемую гармонику из ее смеси с шумом, имеющим приблизительно равномерную спектральную плотность. При этом выходные сигналы широкополосного и узкбполосного фильтров 4 и 5 будут зависеть не только от амплитуды контролируемой частотной составляющей, но и от интенсивности шума, находящегося в полосе пропускания этих фильтров. Поэтому необходимо так подобрать характеристики широкополосного и узкополосного фи.пьтров 4 и 5, чтобы исключить влияние шума .на результаты контроля скоростного режима. Мощность выходного сигнала фильтра может быть представлена в видеинтеграла Лебега-Стилтьеса: i , и (. W w где U - мощность сигнала на выходе фильтра; Н(.1и) - квадрат передаточной характеристики фильтра; ) (LOo))aa) - мощность Биброакустического сигнала, приходящаяся на полосу частот oLoi, (3(ии) - спектральная плотность шума; ((( спектральная плотность гармоники виброакустического сигнала, частота которой равна uJp , а амплитуда - Л ; iv иШл - Частотный диапазон виброакустического сигнала, влияющий на выходной сигнал широкополосного фильтра 4. Разность напряжений на входах компаратора 6 имеет вид ) )i)aPCu;)- I «JEiw) , .)( lUJ 1 ylAV(u;oH(u;)(u))-Hj,Hl/lVK)au; (Д).Ш-)--.. 5llJlw)-Hj,HJ5u;)au;. Используя фильтрующее свойство дельта-фуйкоии для первого интеграла в теорему о среднем для второго , получим W/11Шо uJ-uJ; A 4LWo))J ,0, ft где,{1и)К (uj) - квадрат передаточной характеристики узко/2 п .полосного фильтра 5; jH,(j Vm(UJ) - квадрат передаточной характеристики широкополосного фильтра 4 - модуль коэффициента передачи соответствен но узкополосного и широкополосного филь трон 5 и 4, на частоте настройки ; у(М,Ьц)М - нормированные ампли тудно-частотные харак теристики фильтров. Из выражения (2) следует, что разность сигналов фильтров на входе компаратора 6 зависит не только от амплитуды контролируемой гармоники и ее положения на оси частот (первое слагаемое), но также от интенсивности шума и соотно шения передаточных характеристик широко полосного и узкополосного фильтров 4 и 5 (второе слагаемое). Выбрав Н(и;) ц Нц, ( ои) таким образом, чтобы интеграл во втором слагаемом равнялся нулю, мож но обеспечить независимость входного напряжения компаратора 6 от интенсивности шума: Ш iwij 1 .шЧ 1 : ) W о г UI Й ЯЬТыЬ О- ) ш . Из зьфажения; (3) следует, что выбирая характеристики фильФров из соотношения li ч ;:ш ш v :/1 где 2щ , S vf - площади квадратов нормированных амплитудно-частотных характеристик соответственно широкополосного и узкополосного фильтров 4 и 5, можно исключить влияние шумовой части спектра на точность контроля частоты гармоники. Знак выходного напряжения компаратораV.-- ii v- lH °;4 tiV%bHi(%) зависит от разности ординат передаточных характеристшс фильтров , . при Н у (u;o) - Нш (Wo)0; T/gy О при н (WQ) (u)o)O. уравнение () -Нщ(ии )О, можно определить гра1гачные значения Uinu И OJ которьте задают границы для частоты контролгфуемой гармоники: при : ujjj IJ- og, скоростной режим в ио заданных пределах, диагностика разрешается; при Шд или IX) о О)рц скоростной режим вышел на установла1ные пределы, диагностика запрещается, В некоторых случаях бывает сложно обеспечить требуемую стабильность коэффициентов передачи обоих фильтров 4 и 5. Например, при значительном изменении параметров окружающей среды оказывается необходимым один из фильтров поместить в термостат, при этом изменение коэффициента передачи другого фильтра не должно сказываться на работоспособности устройства. Этого можно добиваться последовательным включением фильтров, отключив вход узкополосного фильтр е 5 от согласующего усилителя 2 и подключив его к выходу широкополосного фильтра 4. При этом сигнал на выходе узкополосного фильтра 5 будет следующим: н51ш)Нц,(ш)а(.и;) (4) Подставив (4) и (2) и выполняя те же преобразования, получим Й/и.Ь-.ш2ы--4Й-§з |ш)) Из (5) следует,что, выбирая коэффициент передачи узкополосного фильтра 5 нз соотношения ., лГ ° исключить влияние шума на точность контуроля частоты гармоники. Предлагаемое устройство позволяет контролировать несколько частотных составляющих при многоканальном исполнен НИИ, каждый канал которого включает широкополосный и узкополосный фильтры, вастроенные на соответствующую частоту. Устройство повышает точность диагностики механизмов-. Формула изобрете-ния 1. Устройство ддя диагностики механизмов, содеришщее последовательно соециненные ви6ро -феобрадоБатель, согласую щий усилитель, избирательный блок, вклю чающий широкополосный и узкополосяый фильтры, и блок обработки информации с подкпктченным к нему сигналиоатором, отличающееся том, что, с цель повышения точности, коэ4)фиииенты переда чи широкополосного и узкополосного филь ров выбраны из условия пft ;;- с -КС - коэффициенты передачи соответственно широкополосного и узкополосного фи-льтров на частоте наст ройки; 5, - площадь квадратов норми рованных амплитудноi частотных характериотик соответственно щирокополосиого и узкополосного фильтров; при этом сигнальный вход блока обработки информации подключен к выходу согласующего усилителя, а управляк щий вход - к выходу избирательного блока. 2.Устройство по п. 1, отлича ющ е е с я тем,что избирательный блок снабжен компаратором, входы которого подключены к выходам параллельно соединенных широкополосного и узкополосного фильтров, а выход - к управляющему вхо- ду блока обработки информации. 3.Устройство по п. 1, о т л и,ч ж е е с я тем, что щ1фокополосны- 1 и узкополосный фильтры включены послеаовательно, а коэффициент передачи щирокополосного фильтра равен единице. Источники информашш, принятые во внимание при экспертизе 1 Авторское свидетельство СССР № 427263, кл. Q 01 М 15/00, 1973. 2. Вибрационная диагностика газотурбинных двигателей. М., Машиностроение 1978, с 106-12О (прототип).