RU2545250C2 - Устройство для диагностики и контроля технического состояния механизмов транспортных и стационарных систем - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области диагностики дефектов технических систем. Устройство содержит, по меньшей мере, один датчик шума. Датчик шума соединен с блоком временной дискретизации и с выходом блока коммутации каналов. Блок коммутации каналов соединен с фиксатором состояний. Фиксатор состояний обрабатывает гармоники. Фиксатор состояний соединен с определителем образа состояния. Выход определителя образа состояния соединен с блоком фиксации динамики состояния. Блок фиксации динамики состояния соединен с монитором, на котором отображаются данные о текущем и предшествующих состояниях объекта. Массив амплитуд гармоник сигнала с фиксатора поступает в определитель образа состояния. В блоке определителе образа состояния осуществляется сравнение полученного массива с аналогичными массивами из базы образов состояний, причем с учетом доверительных интервалов и требований надежности оценки. Если полученный массив не имеет аналогов в базе данных, он заносится в базу данных под условным именем с необходимым доверительным интервалом. Достигается повышение точности оценки технического состояния механизмов транспортных и стационарных систем. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к диагностике технических систем и может быть использовано для контроля и диагностики различных типов бензиновых и дизельных двигателей и/или трансмиссии автомобилей в процессе их изготовления, технического обслуживания и/или ремонта, а также для диагностирования промышленного оборудования и технических систем, к которым могут быть отнесены подшипники электродвигателей, ленточные конвейеры, промышленные вентиляторы и т.п.

Уровень техники

Известно устройство для диагностики подшипников, содержащее механический узел для загрузки, перемещения и вращения изделия, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), быстрый преобразователь Фурье, определитель частоты и ЭВМ с заложенными в памяти пороговыми значениями сигналов, при этом механический узел дополнительно содержит устройство для обеспечения сканирования контролируемых поверхностей изделия, преобразователь выполнен вихретоковым накладным, его выход последовательно связан с параметрическим генератором высокой частоты, усилителем, детектором, катодным повторителем и многоходовым аналого-цифровым преобразователем, выходы которого последовательно связаны не менее чем с одним блоком сравнения пороговых значений сигнала, который состоит из полосового фильтра, быстрого преобразователя Фурье, амплитудного селектора, регистратора брака и годных деталей и дисплея ЭВМ, причем полосовой фильтр и амплитудный селектор каждого из блоков сравнения настроены на определенные пороговые значения частот (см. патент РФ № 2138032, кл. G01M 13/04, 1999).

Недостатками аналога являются невысокие технологические возможности при диагностике подшипников, заключающиеся в невысокой точности оценки, а также низкой производительности процесса контроля.

Также известен способ диагностирования поршневой машины, преимущественно двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в сравнении спектров шума, получаемых по углу поворота коленчатого вала исследуемого и эталонного двигателей, нахождении аномально работающего цилиндра и определении его неисправностей, по которому для снижения трудоемкости и сокращения времени диагностирования аномально работающий цилиндр находят по спектру газодинамического шума за срезом выхлопной трубы, а неисправности определяют по замерам звукового спектра в местах предполагаемых повреждений [А.с. СССР № 731341, G01M 15/00, БИ № 16 от 30.04.1980].

К недостаткам данного способа относятся ограниченные возможности диагностирования двигателя, которые заключается в том, что для обнаружения неисправностей определяются только мгновенные спектры, то есть спектры на конечном интервале, что вызывает необходимость использования "окна" наблюдения и приводит к искажениям спектральной картины, ее недетерминированности и сложности создания программ распознавания состояний объекта по недетерминированному представлению сигнала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому при использовании техническому результату (прототипом для устройства) является устройство для диагностирования механизмов циклического действия, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель, блок распознавания сигналов и синхрогенератор, которое для повышения достоверности диагностирования снабжено последовательно соединенными регулируемым полосовым фильтром и блоком формирования импульсов, вход регулируемого полосового фильтра соединен с выходом усилителя и с первым входом блока распознавания сигналов, второй вход которого соединен с выходом блока формирования импульсов [А.с. СССР № 1679234, G01M 7/00, БИ № 35 от 23.09.1991 (прототип)], при помощи которого проверяемому двигателю задается определенный (заранее изученный) режим работы, а с помощью фазоизбирательного устройства осуществляется синхронизация с углом поворота коленчатого вала и последовательная регистрация виброимпульсов, возбуждаемых от соударений в различных сопряжениях. Максимальные амплитуды виброимпульсов и моменты их появления содержат информацию о зазорах в сопряжениях. Для локализации дефекта осуществляют полосовую фильтрацию сигналов и пространственную избирательность при установке вибродатчиков.

К недостаткам прототипа относятся ограниченность выявления технических дефектов и недостаточная точность оценки технического состояния ряда узлов, так как существующее сегодня огромное разнообразие конструкций и модификаций автомобильных двигателей (даже в пределах одной марки автомобиля) требует постоянного усовершенствования и методов их диагностирования, отсутствие зачастую информации о фазовых сдвигах между верхней мертвой точкой опорного цилиндра и сигналами с встроенных датчиков цикла, которые содержатся только в бортовых компьютерах, что зачастую не позволяет снять информацию с помощью стандартных фазоизбирательных устройств и вибродатчиков в нужных для диагностики местах.

Кроме того, известные диагностические способы и устройства не позволяют однозначно локализовать разнообразные по своей технической природе дефекты, например, такие дефекты, как разболтанность отдельных деталей в механизмах двигателя, точно определить их характер и уровень их опасности для дальнейшей эксплуатации автомобиля без ремонта или регулирования, а также выявить и документально зафиксировать динамику развития дефектов данного конкретного автомобиля.

Основная техническая проблема (не разрешенная до настоящего времени изобретательская задача) состоит в том, что известные относительно простые и широко доступные способы и устройства для диагностирования технического состояния двигателей и трансмиссии автомобилей обычно узко специализированы по видам диагностируемых дефектов и маркам автомобилей, а универсальные диагностические стенды, например. с беговыми барабанами чрезмерно дороги, технически сложны в изготовлении и эксплуатации и практически недоступны для большинства пользователей автомобилей.

Ужесточение требований к снижению стоимости и увеличению скорости диагностирования при одновременном повышении уровня сервисного обслуживания и обеспечения технической надежности автомобилей и соответственно технической оснащенности центров диагностики и ремонта требует относительно простых в изготовлении и использовании универсальных средств диагностики, пригодных для самых разнообразных марок автомобилей и позволяющих не только дешево, быстро и точно выявлять наличие и характер разнообразных дефектов и уровень технического состояния двигателей и трансмиссии автомобилей, но и определять тенденции развития дефектов и необходимость соответствующего регулирования или ремонта отдельных узлов данного конкретного автомобиля.

Раскрытие изобретения

Задачей технического решения изобретения является расширение области применения устройства контроля и диагностирования транспортных и стационарных систем путем корректировки базы данных образов состояния в процессе эксплуатации и прогнозирования надежности узлов по результатам постоянного контроля. Техническое решение изобретения простое в изготовлении и эксплуатации, позволяющее быстро и однозначно определять состояние исследуемой системы и самостоятельно регистрировать и характеризовать новые неизвестные состояния системы.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в состав известного устройства для диагностики и контроля технического состояния механизмов транспортных и стационарных систем, содержащего последовательно соединенные датчики (микрофоны), установленные на контролируемом объекте, блок коммутации каналов измерения, блок определения образа состояния, были добавлены блок временной дискретизации, аналого-цифровой преобразователь, блок дискретного преобразования Фурье, фиксатор состояния, база образов состояний, блок фиксации динамики состояний, блок статистического анализа динамики состояния, монитор и интерфейс для связи с компьютером.

Техническим результатом, на который направлено данное изобретение, является повышение точности оценки технического состояния механизмов транспортных и стационарных систем и определение параметров конкретного дефекта, образовавшегося в результате неправильного монтажа, эксплуатации и/или ремонта, а также снижение стоимости и увеличение скорости диагностирования.

Отличительными признаками является то, что устройство для диагностики и контроля технического состояния механизмов транспортных и стационарных систем содержит базу образов состояния, где хранятся данные образов (амплитуд гармоник сигналов снятых с микрофонов) как минимум с тремя доверительными интервалами для надежности оценки 0,99, 0,95 и 0,9. После обкатки систем (особенно это характерно для движущихся объектов) данные, занесенные в базу данных образов состояния в начале эксплуатации, корректируются по основным состояниям на основе данных функционирования объекта.

Техническое решение позволяет создать простое, надежное, оперативное устройство для диагностики и контроля технического состояния механизмов транспортных и стационарных систем в процессе их изготовления, технического обслуживания и/или ремонта.

Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, на которых:

Фиг.1. Структурная схема устройства.

Фиг.2. Структурная схема датчика шума.

Фиг.3. Структурная схема блока коммутации каналов.

Фиг.4. Структурная схема блока дискретного преобразования Фурье.

Фиг.5. Структурная схема фиксатора состояния.

Фиг.6. Структурная схема блока временной дискретизации.

Фиг.7. Структурная схема определителя образа состояния.

Фиг.8. Структурная схема базы образов состояний.

Фиг.9. Структурная схема блока фиксации динамики состояний.

Фиг.10. Структурная схема блока статистического анализа динамики состояния.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства.

Устройство для диагностики и контроля технического состояния механизмов транспортных и стационарных систем содержит датчики шума 1, установленные на контролируемом объекте, блок 2 коммутации каналов измерения, блок 3 дискретного преобразования Фурье, блок 4 фиксации состояний, блок 5 временной дискретизации, определитель 6 образа состояния, база 7 образов состояния, блок 8 фиксации динамики состояния, блок 9 статистического анализа динамики состояний, монитор 10, интерфейс 11 для связи с компьютером.

Датчики 1 шума устанавливаются в местах непосредственной близости к исследуемому узлу контроля. Их количество выбирается по необходимости и возможностям устройства для диагностики и контроля технического состояния механизмов.

На фиг.2 представлена структурная схема датчика шума.

Датчик 1 шума состоит из микрофона 12 (могут использоваться любые широкополосные микрофоны, но желательно использование направленных микрофонов), устанавливаемого на внешней стороне корпуса действующего механизма, линейного фильтра 13 низких частот, который выделяет составляющие, образованные источниками дефектов в диапазоне от 0,1-25 кГц, аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 14. Сигналы шума поступают в микрофон 12 с узла контроля по входу 15, сигналы управления с блока 5 поступают в АЦП 14 по входу 16 для синхронизации работы датчика шума 1 с блоком 3 дискретного преобразования Фурье. Выходные сигналы АЦП в соответствующие моменты времени поступают с выхода 17 в блок 2 коммутации каналов измерения.

На фиг.3 представлена структурная схема блока 2 коммутации каналов измерения.

Блок 2 коммутации каналов измерения состоит из мультиплексора 18, на вход 19 которого поступают сигналы от датчиков 1 шума, а на вход 20 поступают сигналы управления от блока 5 временной дискретизации. С выхода 21 сигналы поступают в блок 3 дискретного преобразования Фурье.

На фиг.4 представлена структурная схема блока 3 дискретного преобразования Фурье.

Блок 3 дискретного преобразования Фурье состоит из преобразователя 22 Фурье, который может использоваться серийного изготовления с выходами не менее чем для 11-й гармоники, на его вход 23 поступают исследуемые сигналы от блока 2 коммутации каналов, а на вход 24 поступают сигналы управления от блока 5 временной дискретизации. Сигналы со значениями полученных амплитуд гармоник с выхода 25 поступают в фиксатор 4 состояния.

На фиг.5 представлена структурная схема фиксатора 4 состояния.

Фиксатор 4 состояния состоит из регистра 26 сигналов с количеством разрядов, равным количеству выходных разрядов для одной гармоники, умноженных на количество исследуемых гармоник, регистра 27 каналов и формирователя 28 сигнала «Начало анализа». Входы 29 подключены к выходам 25 блока 3 дискретного преобразования Фурье, а вход 30 с сигналом записи в регистр 26 поступает от блока 5 временной дискретизации. Вход 31 с сигналом записи в регистр 27, входы 32, содержащие код номера исследуемого канала, и вход 34 с сигналом окончания записей в регистры 26, 27 соединены соответственно с блоком 5 временной дискретизации. Выходы 34 подключены к входам 61 определителя 6 образа состояния. Выходы 35 подключены к входам определителя 6 образа состояния. По сигналу окончания записей в регистры 26, 27 его формирователь 28 сигнала «Начало анализа» формирует сигнал «Начало анализа» состояния, который с выхода 36 поступает на вход базы 7 образа состояния.

На фиг.6 представлена структурная схема блока 5 временной дискретизации.

Блок 5 временной дискретизации состоит из генератора 37, делителя частоты 38, блока формирования сигналов АЦП 39, блока 40 формирования сигналов для блока 2, блока 41 формирования сигналов для блока 3, блока 42 формирования сигналов для блока 4. Вход 43 служит для запуска системы в работу, выход 44 соединен с соответствующими входами датчиков шума 1, выход 45 соединен с соответствующими входами блока 2 коммутации каналов, выход 46 соединен с соответствующими входами блока 3 дискретного преобразования Фурье. Выходы 47, 48, 49, 50 соединены с соответствующими входами фиксатора 4 анализа сигнала.

На фиг.7 представлена структурная схема определителя 6 образа состояния.

Определитель 6 образа состояния состоит из блока 51 подготовки данных, который служит для подготовки массива данных множества А к сравнению с массивами данных множеств В, С, D базы 7 образов состояния, блоков 52, 54, 56, 58, 60, 62 сравнения, оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) 53, 55, 57, 59, 61, 63, входами 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70 и выходами 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82.

На фиг.8 представлена структурная схема базы 7 образов состояний.

База 7 образов состояний состоит из: блока 83 ввода новых значений амплитуд известного состояния (при режиме корректировки данных); блока 84 ввода новых значений амплитуд известного состояния (при режиме загрузки данных); блока 85 ввода значений амплитуд неизвестного состояния (при режиме диагностики состояний объекта); блока 86 запуска необходимой выборки данных из базы 87 данных, которая, в свою очередь, состоит из базы 88 данных верхних значений амплитуд гармоник для доверительного интервала с надежностью 0,99 (множество D1); базы 89 данных нижних значений амплитуд гармоник для доверительного интервала с надежностью 0,99 (множество D2); базы 90 данных верхних значений амплитуды гармоник для доверительного интервала с надежностью 0,95 (множество С1); базы 91 данных нижних значений амплитуды гармоник для доверительного интервала с надежностью 0,95 (множество С2); базы 92 данных верхних значений амплитуды гармоник для доверительного интервала с надежностью 0,9 (множество В1); базы 93 данных нижних значений амплитуды гармоник доверительного интервала с надежностью 0,9 (множество В2); блока 94 подготовки вывода данных для анализа; входов 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105 и выходов 106, 107, 108, 109, 110, 111.

На фиг.9 представлена структурная схема блока 8 фиксации динамики состояний.

Блок 8 фиксации динамики состояний состоит из: регистра 112 состояний, блока 113 сравнения состояний, блока 114 хранения состояний, длительности и матрицы значений амплитуд объектов текущего времени, блока 115 регистрации начала и длительности времени состояния объекта, блока 116 подготовки данных для анализа динамики состояния; входов 117, 118, 119 и выходов 120, 121.

На фиг.10 представлена структурная схема блока 9 статистического анализа динамики состояния.

Блок 9 статистического анализа динамики состояния состоит из: базы 122 данных динамики состояния, блока 123 анализа переходных процессов (когда состояние длительностью менее определенной продолжительности), блока 124 анализа временных рядов, блока 125 корректировки, блока 126 статического анализа каждого состояния, входов 127, 128 и выходов 129, 130, 131.

Монитор 10 может быть реализован различными серийными блоками.

Интерфейс 11 для связи с компьютером реализуется в зависимости от необходимых требований стандартов на соответствующих комплектующих или ПЛИС.

Сущность изобретения, как технического решения, выражается в совокупности существенных признаков, достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата.

Поставленная задача решается следующим образом.

Устройство для диагностики и контроля технического состояния механизмов транспортных и стационарных систем, содержит, по меньшей мере, один датчик шума (Фиг.2), размещенный на наружной стороне корпуса двигателя и/или трансмиссии автомобиля, а также на любых других действующих механизмах, и предназначен для снятия звуковых шумов и их преобразования в цифровой сигнал. На вход 15 датчика шума 1 поступает постоянно акустический сигнал от исследуемого объекта. Каждый датчик шума 1 соединен входом 16 с соответствующим выходом 44 блока 5 (Фиг.6) временной дискретизации. Сигналами входа 16 осуществляется запуск АЦП 14, с выхода 17 которого сигналы поступают на соответствующий вход 19 мультиплексора 18 блока 2 коммутации каналов (Фиг.3).

Блок 2 коммутации каналов управляется (переключается) сигналами, поступающими на вход 20 от блока 5. Данный сигнал подключает на выход 21 сигналы с выхода 17 запущенного АЦП 14 соответствующего датчика 1 шума.

На вход 23 блока 3 дискретного преобразования Фурье поступают сигналы для преобразования с выхода 21 блока 2 коммутации каналов. На преобразование же он запускается сигналом, поступающим на вход 24 с выхода 46 блока 5 временной дискретизации. Сигналы с выхода 25 поступают на входы 29 фиксатора 4 сигнала состояния.

Фиксатор 4 сигнала состояния хранит информацию о состоянии объекта (одного канала) и код объекта (канала) в течение времени определения образа состояния. Сигнал о состоянии объекта в виде матрицы значений амплитуд гармоник поступает от блока 3 на вход 29 и записывается в регистр 26 сигналов. Одновременно на вход 32 поступают сигналы с блока 5 временной дискретизации выхода 49 в виде кода (номера) объекта (канала) и записываются в регистр 27 каналов. Сигналы записи в регистры поступают по входам 30, 31 с выходов 47, 48 блока 4. После записи в вышеназванные регистры с блока 5 выхода 50 поступает сигнал на вход 33 и затем в формирователе сигнала «Начало анализа» формируется сигнал на выходе 34 для блока 6 о начале определения образа состояния.

Блок 5 временной дискретизации служит для синхронизации работы блоков устройства при принятом временном разделении каналов. Частота дискретизации выбирается в делителе частоты 38; фазы и длительности сигналов для управления различных блоков формируются в блоках 39, 40, 41, 42 формирования сигналов, выходы 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50 которых соединены соответственно со входами 16, 20, 24, (30, 31, 32, 33) соответственно блоков 1, 2, 3, 4.

Определитель 6 образа состояния определяет состояние объекта (канала) путем сравнения сигнала о состоянии объекта (фиксатор 4 состояния) с данными, хранившимися в базе 7 образов состояния. Сигнал о состоянии объекта содержит в цифровом коде амплитуды гармоник сигнала после дискретного преобразования Фурье в виде матрицы (массива) А. Вначале массив А сигнала о состоянии объекта сверяется с массивом В2 на предмет выделения из базы данных 93 (массив В2) состояния, все амплитуды гармоник которых меньше значений амплитуд гармоник массива А. Все эти состояния записываются в ОЗУ1 53. Далее в соответствии с записями в ОЗУ1 53 из базы данных 92 (массив В1) выбираются данные верхних значений амплитуд гармоник, которые поступают на вход 66 схемы сравнения 54, где отбираются состояния, амплитуды гармоник которых (Массив В1) больше амплитуд гармоник массива А. Данные выбранных состояний (Массив B3) сохраняются в ОЗУ2 55. Это будут состояния, которые с достоверностью 0,9 можно считать истинными состояниями объекта.

Данные выбранных состояний (Массив B3) через выход 72 поступают на вход 100 блока 7 и через блок 86 запуска необходимой выборки данных из базы данных осуществляют выбор данных состояний массива B3 из базы 91 (массив С2) состояния, все амплитуды гармоник которых меньше значений амплитуд гармоник массива А. Все эти состояния записываются в ОЗУ3 57. Далее в соответствии с записями в ОЗУ3 57 из базы данных 90 (массив С1) выбираются данные верхних значений амплитуд гармоник, которые поступают на вход 68 схемы сравнения 58, где отбираются состояния, амплитуды гармоник которых (Массив С1) больше амплитуд гармоник массива А. Данные выбранных состояний (Массив С3) сохраняются в ОЗУ4 59. Это будут состояния, которые с достоверностью 0,95 можно считать истинными состояниями объекта. Аналогично выбираются состояния, которые с достоверностью 0,99 можно считать истинными состояниями объекта. Если все доверительные интервалы являются непересекающимися множествами, то уже после проверки с достоверностью 0,9 будет выбрано только одно состояние.

База образов состояния 7 служит для хранения эталонной (ранее введенной) информации для сравнения с реально снятыми данными с объектов. Данные хранятся с различной степенью надежности оценки, например 0,9; 0,95; 0,99. База 7 образов состояний состоит из блока 84 ввода новых значений амплитуд гармоник известного состояния в режиме загрузки данных с компьютера через вход 96 и интерфейс 11 для связи с компьютером. Блок 83 ввода новых значений амплитуд известного состояния через вход 96 используется при режиме корректировки данных от интерфейса 11 для связи с компьютером. Блок 85 служит для ввода через вход 97 значений амплитуд неизвестного состояния от блока 9 в режиме диагностики состояний объекта. Блок 86 запуска необходимой выборки данных из базы данных работает под управлением определителя 6 образа состояния в режиме диагностики состояний объекта через входы 100, 101, 102, 103, 104 и 105. Блок 87 служит для хранения верхних и нижних значений амплитуд гармоник с различной степенью надежности.

Блок 8 фиксации динамики состояний служит для хранения данных о текущем состоянии объектов, их длительности и фиксации момента времени перехода объекта в новое состояние. В регистр 112 состояния с определителя 6 образа состояния через входы 117, 118, 119 заносятся данные о состоянии объекта с соответствующей достоверностью и значения амплитуд гармоник. Блок 103 сравнения состояний осуществляет сравнение состояния объекта, полученного с регистра 112, с состоянием объекта по предыдущему опросу, которое хранится в блоке 114 хранения состояний, длительности и матрицы значений амплитуд объектов текущего времени. Если состояния одинаковы, то к времени длительности данного состояния только добавляется время периода опроса в блоке 114, если же состояния различны, то регистрируется время окончания предыдущего состояния и время начала текущего состояния в блоке 115 регистрации начала и длительности времени состояния объекта. Эти данные затем перезаписываются в блок 115. После фиксации окончания очередного состояния объекта данные о начале и окончания очередного состоянии объекта, амплитуды гармоник поступают в блок 116 подготовки данных для анализа динамики состояния. Эти данные через выход 121 поступают в блок 9 статистического анализа динамики состояний.

Блок 9 статистического анализа динамики состояний служит для обработки данных о состоянии объектов в течение длительного времени и получения соответствующих статистических характеристик амплитуд гармоник (математическое ожидание, дисперсия, среднее квадратическое, доверительные интервалы с надежностью 0,9; 0,95; 0,99 и др.), необходимых для исследования состояний объекта. Блок 9 служит также для выделения переходных процессов и их анализа.

Блок 9 статистического анализа динамики состояния содержит базу 122 данных динамики состояния, куда через входы 127, 128 заносится информация с блока 8 и хранится там до ее передачи в компьютер через выход 131 и интерфейс 11. Блок 123 анализа переходных процессов служит для определения переходных процессов в объекте путем выделения кратковременных состояний между достаточно стабильными состояниями. Блок 124 анализа временных рядов - для выделения различных временных рядов состояния объектов и их анализа. Блок 125 корректировки служит для сравнения апостериорных доверительных интервалов с априорными (база 7 образов состояния). Блок 126 статического анализа каждого состояния - для вычисления статистических характеристик (математическое ожидание, дисперсия, среднее квадратическое, доверительные интервалы с надежностью 0,9; 0,95; 0,99 и др.) по каждому состоянию за заданный период.

Более глубокий статистический анализ динамики состояний можно получить на компьютере.

Рассмотрим работу устройства с учетом работы двух датчиков шума, частоты опроса (дискретизации) 2 Гц, АЦП датчика шума 10-разрядное, преобразователь Фурье разлагает сигнал на 3 гармоники (1-ю, 3-ю, 5-ю). Рассчитаем минимально допустимый период времени измерения одного объекта. Минимальную частоту измеряемого шума примем равную 100 Гц, отсюда период равен 0,01 сек. Это и будет минимально допустимый период времени измерения одного объекта. Максимальную частоту измеряемого шума примем равную 20 кГц, отсюда период равен 0,00005 сек. Примем, что за данный период необходимо произвести 10 измерений для нормальной работы преобразователя Фурье, следовательно период дискретизации измерений одного канала равен 0,000005 сек или частота измерений равна 200 кГц. Отсюда для одного канала измерения должны производиться в течение 0,01 сек с частотой 200 кГц. С учетом 10-разрядных АЦП частота их работы и частота сигнала в канале должна быть не ниже 2 мГц.

Примем допустимое время работы преобразователя Фурье для одного канала, равным 0,2 сек, что достаточно для выделения трех гармоник.

В нашем примере регистр сигналов 30-разрядный, регистр каналов - одноразрядный. Отсюда шина данных 31-разрядная. Шину адресов примем 8-разрядную. Примем что на каждом объекте 10 состояний, каждое состояние описывается 6-ю видами (доверительными интервалами), 2 объекта, отсюда необходимое количество адресов 10*6*2=120.

При запуске устройства осуществляется запуск 1-го датчика шума: на АЦП поступают тактирующие импульсы с частотой 2 мГц в течение 10 мсек; на это же время мультиплексор подключает 1-й датчик шума к блоку 3 дискретного преобразования Фурье, где во входной регистр записывается 20 кбит сигналов с АЦП 1-го датчика шума.

По истечении 10 мсек прекращается подача тактирующих импульсов на АЦП 1-го датчика шума и мультиплексор отключает 1-й датчик шума от блока 3 дискретного преобразования Фурье. Через 1 микросекунду запускается в работу блок 3 дискретного преобразования Фурье на 200 миллисекунд. После чего в выходных регистрах блока 3 дискретного преобразования Фурье будут записаны амплитуды 3-х первых нечетных гармоник сигнала снятого с 1-го датчика шума.

После завершения работы блока 3 дискретного преобразования Фурье через 1 микросекунду запускается в работу определитель 6 образа состояния.

При включении в работу определителя 6 образа состояния запускается генератор адресов, который подает на шину данных для сравнения нижние значения амплитуды первой гармоники с надежностью 0,9 из базы 7 образов состояния (Вектор B₁₁) со значением амплитуды первой гармоники из блока 3 дискретного преобразования Фурье (Вектор A₁). Если значение амплитуды первой гармоники (Вектор A₁) больше значения амплитуды первой гармоники (Вектор B₁₁), то записывается в ОЗУ 1 соответствующий адрес (нечетный) и код состояния. После сравнения всех амплитуд первой гармоники (Вектор B₁₁) в ОЗУ 1 будут записаны значения адресов (нечетных) и кодов состояния, которые могут попасть в доверительный интервал с надежностью 0,9. Далее из ОЗУ 1 считывается первый код состояния с соответствующим адресом (нечетным), к коду адреса добавляется 1 и в результате на шину данных подключается соответствующая ячейка верхних значений амплитуды первой гармоники с надежностью 0,9 из базы 7 образов состояния (Вектор В₂). Если значение амплитуды первой гармоники (Вектор а₁) меньше значения амплитуды первой гармоники (Вектор b₂₁), то записывается в ОЗУ 2 соответствующий код состояния. То есть в ОЗУ 2 записываются коды состояния, значения амплитуды первой гармоники которых попали в доверительный интервал с надежностью 0,9.

Аналогично проверяются значения вторых и третьих гармоник. В результате в ОЗУ 6 записываются коды состояния, значения амплитуд всех трех гармоник которых попали в доверительный интервал с надежностью 0,9. Если значения всех трех амплитуд каждого состояния непересекающиеся множества, то в ОЗУ 6 будет записано одно состояние. Коды состояния из ОЗУ 6 записываются в регистр 112 состояния блока 8 фиксации динамики состояний. Если хоть одна амплитуда не попала в доверительный интервал 0,9, то данному набору амплитуд присваивается новое состояние объекта под условным именем «состояние 1», которое записывается в базу 7 образов состояния.

Аналогичным образом проверяются состояния объекта с надежностью 0,95 и 0,99.

После записи в регистр 112 через 1 мкс в блок 103 поступает сигнал на сравнение записанных в регистр 112 состояния с последним состоянием объекта, хранящемся в блоке 114 хранения состояний. Если состояния одинаковы, то в блок 114 хранения состояний записывается лишь матрица со значениями амплитуд гармоник, в противном случае в блок 105 регистрации начала и длительности времени состояния объекта поступает сигнал на регистрацию длительности времени предыдущего состояния объекта и фиксации начала времени нового состояния объекта. После чего через 1 мкс передаются через блок 116 подготовки данных для анализа динамики состояния данные по предыдущему состоянию объекта в блок 9 статистического анализа динамики состояний.

В блоке 9 статистического анализа динамики состояний происходит анализ переходных процессов (блок 123), анализ временных рядов (блок 124), аналитическая обработка данных для получения числовых статистических характеристик (блок 126), корректировка (если задана) доверительных интервалов по результатам полученных данных (блок 125).

В монитор 10 поступают данные о текущем состоянии объекта (с блока 6) и результаты статистического анализа (с блока 9). На мониторе 10 они отображаются в необходимом виде (тексты, таблицы, графики и т.п.).

Более глубокий анализ данных можно получить на компьютере, куда данные поступают через интерфейс 11 для связи с компьютером.

Claims (2)

1. Устройство для диагностики и контроля технического состояния механизмов транспортных и стационарных систем, содержащее, по меньшей мере, один датчик шума, размещенный на наружной стороне корпуса двигателя и/или трансмиссии автомобиля, а также любых других действующих механизмах, предназначенный для снятия звуковых шумов и их преобразования в цифровой сигнал, соединенный входом с блоком временной дискретизации, осуществляющим выбор и управление периодом съема сигнала с объекта, и выходом с блоком коммутации каналов, с помощью которого сигнал от необходимого датчика шума соединяется с блоком дискретного преобразования Фурье, на выходе которого находятся амплитуды гармоник исследуемого сигнала, гармоники обрабатываются в фиксаторе состояния, который запоминает и выдает на выходе амплитуды гармоник исследуемого сигнала необходимое количество времени, амплитуды гармоник поступают в определитель образа состояния, который сравнивает полученный образ состояния объекта (с учетом доверительных интервалов и заданной степенью надежности) с образами из базы образов состояний, выход определителя соединен с входом блока фиксации динамики состояния, где фиксируется время начала и продолжительности нахождения исследуемого объекта в каждом состоянии, а также амплитуды исследуемого состояния, которые записываются в блок статистического анализа динамики состояния, выход которого соединен с монитором, где отображаются данные о текущем и предшествующих состояниях объекта, отличающееся тем, что после получения массива амплитуд гармоник сигнала с фиксатора в определителе образа состояния полученный массив сравнивается с аналогичными массивами из базы образов состояний, причем с учетом доверительных интервалов и требований надежности оценки, в случае, если полученный массив не имеет аналогов в базе данных, он заносится в базу данных под условным именем с необходимым доверительным интервалом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в блоке статистического анализа динамики состояния определяются доверительные интервалы для различных значений надежности оценки, и эти данные могут служить для корректировки данных, хранимых в базе образов состояния.

Images