SU1483282A1 - Анализатор дл виброакустической диагностики вращающихс деталей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности за счет операции сравнени  реального спектра вибрации контролируемого издели  с заранее сформированными спектральными образами, отражающими конкретные режимы его работы, с точностью, определ емой заранее заданными допусками. Информационный сигнал преобразуетс  аналого-цифровым преобразователем 2 в параллельные цифровые коды, поступающие в блок 3 спектрального анализа, функционирующий по алгоритму пр мого преобразовани  Фурье с активным использованием пауз между выборками, в результате чего на его выходе формируютс  параллельные коды, соответствующие значени м ординат частного спектра на выбранных фиксированных частотах. На основе этих кодов в допусковом преобразователе 4 формируетс  допусковый образ частотного спектра, инвариантного к отклонени м, в пределах допуска значений ординат этого спектра. Допусковый образ (в виде параллельного кода) поступает на вход формировател  5 обобщенного признака, в котором осуществл етс  операци  свертки. В результате с его выхода на вход блока 6 сравнени  поступает двоичное слово (сигнатура), полностью идентифицирующее исходную совокупность текущих значений частотного спектра информационного сигнала, а на другой вход блока 6 сравнени  сформированные заранее в задатчике 12 эталонного признака двоичные слова, соответствующие эталонным частотным спектрам. При совпадении кодов на входах блока 6 сравнени  сигнал с его выхода дешифрируетс блоком 7 индикации и представл етс  в удобном дл  воспри ти  оператором виде. Синхронизаци  работы элементов устройства осуществл етс  блоком 10 синхронизации с частотой, равной частоте вращени  контролируемого издели . 1 ил.

Description

а

Јь

00 СО ГО

оо ю

спектра, Допусковый образ (в виде параллельного кода) поступает на нход формировател  5 обобщенного признака, в котором осуществл етс  операци  свертки В результате с его выхода на вход блока 6 сравнени  поступает двоичное слово (сигнатура), полностью идентифицирующее исходную совокупность текущих значении частотного спектра информационного сигнала, а на другой вход блока 6 сравнени  - сформированные заранее в задатчике

83282

12 эталонного признака двоичные слова , соответствующие эталонным частотным спектрам. При совпадении кодов на входах блока 6 сравнени  сигнал с его выхода дешифрируетс  блоком 7 индикации и представл етс  в удобном дл  воспри ти  оператором виде. Синхронизаци  работы элементов анализатора осуществл етс  блоком 10 синхронизации с частотой, равной частоте вращени  контролируемого издели  . 1 ил.

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быт использовано дл  контрол  технического состо ни  паровых турбин электрических станций.

Цель изобретени  - повышение достоверности за счет операции сравнени  реального спектра вибрации контролируемого издели  с заранее сформулированными спектральными образами , отражающими конкретные режимы ег работы с точностью, определ емой 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 сравнени  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 зовател  4, и задатчик 12 эталонного признака, выход которого соединен с вторым информационным входом блока 6 сравнени , при этом тактовые входы блока 3 спектрального анализа допускового преобразовател  4, задатчика 11 кода допуска, формировател  5 обобщенного признака, блока 6 сравне ни  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 дл  анализатора  вл етс  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 следовани , равным времени одного оборота, поступает на формирователь 9 импульсов, который преобразует этот сигнал в импульсной сигнал пр моугольной формы с тем же периодом следовани  и с заданным коэффициентом заполнени . Выходной сигнал формиро- вател  9 импульсов поступает на вход блока 10 синхронизации, выполненного, например, в виде умножител  частоты, состо щего из двухвходового элемента И, к одному из входов которого подключен выход автоколебательного мультивибратора, а на другой вход поступают импульсы с выхода формировател  9 импульсов. Каждому такому импульсу соответствует п. импульсов, снимаемых с выхода двухвходового элемента И Кроме множител  частоты блок 10 синхронизации содержит набор делителей частоты, выполненных, например, на основе двоичных счетчиков.

Частоты срабатываний аналого-цифрового преобразовател  2 определ етс  частотой импульсов на первом выходе блока 10 синхронизации. Параллельные коды (например, двоичные) с выхода аналого-цифрового преобразовател  2 поступают на первый информационный вход блока 3 спектрального анализа, который может быть реализован на основе специализированного процессора дискретного преобразовани  Фурье, функционирующего по алгоритму пр мого преобразовани  Фурье с активным использованием пауз между выборками.и содержащего блок умножени , посто нное запоминающее устройство дл  хранени  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  вл етс  то, что из состава процессора дискретного преобразовани  Фурье выведен блок управлени „ Функцию управлени  работой блока 3 спектрального анализа выполн ет единый дл  - всего анализатора блок 10 синхронизации .

Параллельные коды, соответствующие значени м ординат частотного - спектра на выбранных фиксированных частотах, с выхода блока 3 спектрального анализа поступают на первый вход допускевого преобразовател  4, функцией которого  вл етс  формирование допускового образа частотного спектра, инвариантного к допустим отклонени м значений ординат этого спектра (имеетс  ввиду ординаты, соответствующие выбранным фиксированным значени м частоты), т0е0 изменение в определенных пределах кодов, поступающих на первый вход допускового преобразовател  4 и соответствующих значени м ординат спектра, не вызывает изменени  кодов, снимаемых с выхода допускового преобразовател  4.

До начала эксплуатации анализатора набор всевозможных реализаций частотного спектра виброакустического сигнала разбиваетс  на группы, соответствующие выдел емым режимам работы контролируемого объекта. Кажда  из этих групп может быть задана одним эталонным спектром, представл ющим собой дискретные точки, соответствующие заранее выбранным и в дальнейшем строго фиксированным частотам, и до- пусковыми значени ми дл  каждой лз

этих точек Значени  допусков фиксируютс  в задатчике I1 кода допуска „

Допусковой преобразователь 4 может быть реализован, например, на основе врем -импульсного преобразовател . 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  вл ютс  первым входом (входной шиной) допускового преобразовател  4, а параллельные входы третьего счетчика - вторым входом (входной шиной) допускового преобразова0 тел  4 о Разр дные выходы второго счетчика  вл ютс  выходом (выходной шиной) допускового преобразовател  4. Первый счетчик включен по схеме преобразовател  код - временной интер5 вал, третий счетчик включен по схеме преобразовател  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 преобразовател  4, преобразуетс  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 преобразовател  4;

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

спектра;

1

А - коэффициент преобразовани /. Одновременно код соответствующего допуска, поступающий с выхода задатп чика 11 кода допуска на второй информационный вход допускового преобразовател  4, преобразуетс  в частоту следовани  импульсов, подаваемых на второй вход двухвходового элемента И:

,(2)

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

0

5

t

714

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

1 - коэффициент преобразовани .

На двухвходовом элементе И производитс  селекци  импульсов с выхода третьего счетчика в пределах временного интервала определ емого соотношени . (I),:

At ч u j / А 1 . 1  

N- Mod ( -Si&- ) Mod (А.1 Рц-йк),

(3)

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

Из соотношени  (3) следует, что число N импульсов не мен етс  при изменении fitu в пределах периода следовани  импульсов %, т„е„ реа

где f - скорректированное значение частоты;

d - дробна  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, выбира  соответствующим образом значени  А и 1 можно свести погрешность б к сколь угодно малой величине.

Электрически сигналы (параллельны коды), представл ющие собой последовательность дрпусковых образов значений ординат частотного спектра (до пусковый образ частотного спектра), поступают с выхода дспускового преобразовател  4 на вход формировател  5 обобщенного признака, который производит свертку этой двоичной последовательности , осуществл ющую, напри- мер, методом делени  исходной двоичной последовательности на образую- щий полином и фиксации остатка от делени  (сигнатуры данной последовательности ) . Аппаратурна  реализаци  свертки многоразр дной двоичной последовательности в обобщенный признак (двоичную сигнатуру) осуществлена , например, на шестнадцатиразр д8

0

5

0

лизуетс  условие инвариантности N к изменени м AtK в пределах 1/Јк°

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

Очевидно, что вышесказанное справедливо при выполнении услови 

fit „иг fn-Вц ,(4)

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

Дл  соблюдени  услови  (4) при любых значени х нижней границы необходимо корректировать величину f«. Погрешность от этой коррекции можно определить соотношением

(5)

0

5

0

5 0 $

ном сдвиговом регистре с Обратными св з ми, заведенными на входной сумматор по модулю два. При этом возможно получение значений коэффициентов сжати  как отношени  длины исходной последовательности к длине сигнатуры , т.е. обобщенного признака, равных сотн м и тыс чам при веро тности обнаружени  ошибки, равной 0,9998

Таким образом, с выхода формировател  5 обобщенного признака снимаетс  двоичное слово (сигнатура), полностью идентифицирующее исходную совокупность текущих значений частотного спектра виброакустического сигнала . Это двоичное слово поступает на первый информационный вход блока 6 сравнени , на второй информационный вход которого поступают двоичные слова, соответствующие эталонный Обобщенным признакам.

ч

Эталонные обобщенные признаки формируютс  предварительно путем свертки последовательностей значений ординат эталонных частотных спектров. Свертка производитс  таким же способом , каким ее осуществл ет формирователь обобщенного признака. Эту операцию можно выполнить, например, с использованием универсальных ЭВМ до введени  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 сравнени  происходит последовательное сравнение двоичного слова, поступающего из формировател  5 и обобщенного признака с двоичными словами, поступающими с выхода задат чика 12 эталонного признака. Блок 6 сравнени  выполнен, например, в виде сумматора по модулю два. При совпа- дении кодов, поданных на первый и второй информационные входы блока 6 сравнени , на его выходе по вл ет-с  сигнал, поступающий на вход блока 7 индикации, которьй деформирует этот сигнал и- представл ет его в удобном дл  воспри ти  оператором виде при помощи светового табло, электроннолучевой трубки и т.п,

Синхронизацию АЦП 2 блока 3 спектрального анализа задатчика 11 кода допуска, допускового преобразовател  4, формировател  5 эталонного признака, блока 6 сравнени  и задатчика 12 эталонного признака осущест- вл ет блок 10 синхронизации,

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

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

ческой информации (текущего частот- 45 зации.

O

0

5

0

0

5

Claims (1)

1. ного спектра виброакустнческого сигнала ) позвол ет производить классификацию состо ни  контролируемого механизма (детали) на основе сравнени  обобщенных признаков, что обеспечивает сокращение аппаратурных затрат (в частности, объем примен емых запоминающих устройств), а также повышает оперативность виброакустической диагностики. Формула изобретени 

   «

   Анализатор дл  виброакустической диагностики вращающихс  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 преобразовател , отличающий с  тем, что, с целью повышени  достоверности, он снабжен последовательно соединенными дспусковым преобразователем, первый информационный вход которого соединен с выходом блока спектрального анализа , формирователем обобщенного признака , блоком сравнени  и блоком индикации , задатчиком кода допуска, выход которого соединен с вторым формационным входом допускового преобразовател  и задатчиком эталонного признака, выход которого соединен с вторым информационным входом блока сравнени , тактовые входы блока спектрального анализа, допускового преобразовател , задатчика кода допуска , формировател  обобщенного признака , блока сравнени  и задатчика эталонного признака соединены с соответ - ствующими выходами блока синхрони