RU2642517C2 - Способ дистанционного определения амплитуды вибрации - Google Patents
Способ дистанционного определения амплитуды вибрации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2642517C2 RU2642517C2 RU2016113032A RU2016113032A RU2642517C2 RU 2642517 C2 RU2642517 C2 RU 2642517C2 RU 2016113032 A RU2016113032 A RU 2016113032A RU 2016113032 A RU2016113032 A RU 2016113032A RU 2642517 C2 RU2642517 C2 RU 2642517C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- harmonics
- amplitudes
- vibration
- amplitude
- ratio
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
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.
Description
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
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
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
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]:
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.
Claims (1)
- 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016113032A RU2642517C2 (ru) | 2016-04-05 | 2016-04-05 | Способ дистанционного определения амплитуды вибрации |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016113032A RU2642517C2 (ru) | 2016-04-05 | 2016-04-05 | Способ дистанционного определения амплитуды вибрации |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016113032A RU2016113032A (ru) | 2017-10-06 |
RU2642517C2 true RU2642517C2 (ru) | 2018-01-25 |
Family
ID=60047537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016113032A RU2642517C2 (ru) | 2016-04-05 | 2016-04-05 | Способ дистанционного определения амплитуды вибрации |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2642517C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710098C1 (ru) * | 2019-02-21 | 2019-12-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Морской гидрофизический институт РАН" (ФГБУН ФИЦ МГИ) | Способ дистанционного определения амплитуды вибрации |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2300085C1 (ru) * | 2005-11-09 | 2007-05-27 | ГОУ ВПО "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Способ определения амплитуды вибрации по двум гармоникам спектра автодинного сигнала |
US20080300805A1 (en) * | 2007-05-31 | 2008-12-04 | Changzhi Li | Non-Contact Measurement System for Accurate Measurement of Frequency and Amplitude of Mechanical Vibration |
RU2520945C1 (ru) * | 2013-02-01 | 2014-06-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" | Способ определения амплитуды нановибраций по спектру частотномодулированного полупроводникового лазерного автодина |
US9200945B2 (en) * | 2011-12-01 | 2015-12-01 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Wavelength division sensing RF vibrometer for accurate measurement of complex vibrations |
-
2016
- 2016-04-05 RU RU2016113032A patent/RU2642517C2/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2300085C1 (ru) * | 2005-11-09 | 2007-05-27 | ГОУ ВПО "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Способ определения амплитуды вибрации по двум гармоникам спектра автодинного сигнала |
US20080300805A1 (en) * | 2007-05-31 | 2008-12-04 | Changzhi Li | Non-Contact Measurement System for Accurate Measurement of Frequency and Amplitude of Mechanical Vibration |
US9200945B2 (en) * | 2011-12-01 | 2015-12-01 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Wavelength division sensing RF vibrometer for accurate measurement of complex vibrations |
RU2520945C1 (ru) * | 2013-02-01 | 2014-06-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" | Способ определения амплитуды нановибраций по спектру частотномодулированного полупроводникового лазерного автодина |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Пинчук А. Н. Технология оценивания вибрации корпуса морского объекта с помощью когерентной радиолокационной станции сантиметрового диапазона // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России, N 4 (124), подписан в печать 19.12.2014, стр. 76-78. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710098C1 (ru) * | 2019-02-21 | 2019-12-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Морской гидрофизический институт РАН" (ФГБУН ФИЦ МГИ) | Способ дистанционного определения амплитуды вибрации |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016113032A (ru) | 2017-10-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106772414B (zh) | 一种提高tof相位法测距雷达测距精度的方法 | |
Jackson et al. | Time-of-flight measurement techniques for airborne ultrasonic ranging | |
Dai et al. | Structure damage localization with ultrasonic guided waves based on a time–frequency method | |
US10429172B2 (en) | Defect detection method and defect detection device | |
CN105607051B (zh) | 用于测定fmcw测距装置与目标之间距离的方法 | |
EP3219027B1 (en) | Spectrally efficient optical frequency-domain reflectometry using i/q detection | |
CN103149274B (zh) | 一种混凝土缺陷检测方法 | |
Khalil et al. | Accuracy and noise analyses of 3D vibration measurements using laser Doppler vibrometer | |
JP2022538783A (ja) | 空気連成超音波干渉法 | |
RU2655478C1 (ru) | Способ измерения частотной зависимости коэффициента отражения звука от поверхности | |
RU2642517C2 (ru) | Способ дистанционного определения амплитуды вибрации | |
US7460242B2 (en) | Systems and methods for high-precision length measurement | |
Pal | Pulse-echo method cannot measure wave attenuation accurately | |
Flückiger et al. | Optimization of receiver arrangements for passive emitter localization methods | |
RU2673871C1 (ru) | Способ измерения коэффициента отражения звука от поверхности | |
CN104272066B (zh) | 用于测量液体的液位的方法 | |
JP2012037294A (ja) | 超音波計測方法および超音波工作物径測定装置 | |
RU2710098C1 (ru) | Способ дистанционного определения амплитуды вибрации | |
JP2018194527A (ja) | 距離測定装置、距離測定方法および水位測定システム | |
RU2521729C1 (ru) | Бесконтактный радиоволновой способ измерения уровня жидкости в емкости | |
RU2658558C1 (ru) | Способ измерения расстояния до контролируемой среды с помощью волноводного лчм локатора | |
Harland et al. | Visualising scattering underwater acoustic fields using laser Doppler vibrometry | |
RU2571432C1 (ru) | Способ измерения дистанции гидролокатором | |
RU2588612C1 (ru) | Способ радиолокационного измерения вибрации корпуса морского судна | |
CN103323094A (zh) | 一种外差式激光干涉角振动测量装置及方法 |