RU2516396C2 - Способ выявления источников комбинационных спектральных составляющих общего акустического поля - Google Patents
Способ выявления источников комбинационных спектральных составляющих общего акустического поля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2516396C2 RU2516396C2 RU2012137921/28A RU2012137921A RU2516396C2 RU 2516396 C2 RU2516396 C2 RU 2516396C2 RU 2012137921/28 A RU2012137921/28 A RU 2012137921/28A RU 2012137921 A RU2012137921 A RU 2012137921A RU 2516396 C2 RU2516396 C2 RU 2516396C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic field
- signal
- sources
- spectral components
- total
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 description 6
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 238000001845 vibrational spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
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.
Description
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.
Claims (1)
- 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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012137921/28A RU2516396C2 (ru) | 2012-09-06 | 2012-09-06 | Способ выявления источников комбинационных спектральных составляющих общего акустического поля |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012137921/28A RU2516396C2 (ru) | 2012-09-06 | 2012-09-06 | Способ выявления источников комбинационных спектральных составляющих общего акустического поля |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012137921A RU2012137921A (ru) | 2014-03-20 |
| RU2516396C2 true RU2516396C2 (ru) | 2014-05-20 |
Family
ID=50279792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012137921/28A RU2516396C2 (ru) | 2012-09-06 | 2012-09-06 | Способ выявления источников комбинационных спектральных составляющих общего акустического поля |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2516396C2 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU412578A1 (ru) * | 1971-10-13 | 1974-01-25 | В. И. Воловов, В. В. Краснобородько , Ю. П. Лысанов | Акустический способ определения высотыморских волн |
| US4208735A (en) * | 1977-04-15 | 1980-06-17 | Nippon Hoso Kyokai | Moving sound source identifying system |
| RU72550U1 (ru) * | 2007-12-03 | 2008-04-20 | Тихоокеанский военно-морской институт имени С.О. Макарова | Устройство обнаружения и пеленгования движущегося морского объекта |
-
2012
- 2012-09-06 RU RU2012137921/28A patent/RU2516396C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU412578A1 (ru) * | 1971-10-13 | 1974-01-25 | В. И. Воловов, В. В. Краснобородько , Ю. П. Лысанов | Акустический способ определения высотыморских волн |
| US4208735A (en) * | 1977-04-15 | 1980-06-17 | Nippon Hoso Kyokai | Moving sound source identifying system |
| RU72550U1 (ru) * | 2007-12-03 | 2008-04-20 | Тихоокеанский военно-морской институт имени С.О. Макарова | Устройство обнаружения и пеленгования движущегося морского объекта |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| А.К.Новиков Статистические измерения и обнаружение сигналов. СПб.: ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, 2006, с.82-85, c. 130, фиг. 4.6.3. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012137921A (ru) | 2014-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Identification of multiple transient faults based on the adaptive spectral kurtosis method | |
| US10180410B2 (en) | Ultrasonic test system, ultrasonic test method and aircraft structural object | |
| Chen et al. | Detecting of transient vibration signatures using an improved fast spatial–spectral ensemble kurtosis kurtogram and its applications to mechanical signature analysis of short duration data from rotating machinery | |
| EP3070467B1 (en) | Ultrasonic test system, ultrasonic test method and method of manufacturing aircraft part | |
| He et al. | A new autocorrelation-based strategy for multiple fault feature extraction from gearbox vibration signals | |
| US11092573B2 (en) | Apparatus, systems, and methods for determining nonlinear properties of a material to detect early fatigue or damage | |
| KR101723523B1 (ko) | 탄성파 신호 추출 성능이 향상된 음향방출 시험장치 | |
| CN107505135A (zh) | 一种滚动轴承复合故障提取方法及系统 | |
| US8483977B1 (en) | Method of laser vibration defect analysis | |
| WO2009101978A1 (ja) | 構造物の損傷の診断方法および装置 | |
| JP2005147890A (ja) | 絶縁異常診断装置 | |
| JP6144038B2 (ja) | 非接触音響検査装置および非接触音響検査方法 | |
| RU2516396C2 (ru) | Способ выявления источников комбинационных спектральных составляющих общего акустического поля | |
| Kumar et al. | Tunable Q-factor wavelet transform for extraction of weak bursts in the vibration signal of an angular contact bearing | |
| CN109948487A (zh) | 基于时频谱相关性分析的旋转机械故障特征提取方法 | |
| WO2017141207A2 (en) | System and method of detecting changes in structural health of a composite panel | |
| JP6437729B2 (ja) | 絶縁異常診断装置 | |
| Chaterbache et al. | Rotating machines health monitoring based on time reversal method: application to bearings defects localisation | |
| JP5497448B2 (ja) | 超音波試験の干渉保護を強化する方法及びこの方法を実行する装置 | |
| Zhang et al. | A Single-Channel Multi-Frequency Simultaneous Excitation System Using Band-pass Filter Circuit Modules for Lamb wave-based Damage Imaging | |
| RU2366913C1 (ru) | Акустический течеискатель | |
| CN104599676A (zh) | 消除梳状谱噪声对振动能级影响的方法 | |
| Kirlangic | Condition assessment of cemented materials using ultrasonic surface waves | |
| RU2393490C1 (ru) | Способ обнаружения сигнала источника, порождающего дискретную составляющую в спектре суммарного сигнала нескольких источников | |
| Lesoinne et al. | Proposition and recommendations on a source localization method for popping noise in large window frames based on the analysis of lamb waves propagation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200907 |