3.4. Представление виброакустического сигнала

Виброакустический сигнал (ВАС) может быть представлен во временной и частотной областях (рис. 3.8).

Между временной функцией сигнала и ее отображением в частотной области существуют математические зависимости

и ,

называемые прямым и обратным преобразованиями Фурье. Функция называется комплексным спектром или спектральной функцией.

Рис. 3.8. Представление периодических сигналов:

а – временное; б – частотное; 1 – первый гармонический сигнал;

2 - второй гармонический сигнал; 3 – суммарный сигнал.

Физический смысл преобразования Фурье состоит в том, что если известна реализация процесса во временной области (наблюдается на экране осциллографа), то с помощью преобразования Фурье можно подсчитать вклад этой функции в колебания на частоте , перейдя к распределению амплитуд в частотной области.

Как известно, круговая частота и период колебаний связаны соотношением

.

Частотную реализацию виброакустического процесса осуществляют с помощью прибора, называемого анализатором спектра. Временную реализацию виброакустического процесса осуществляют с помощью осциллографа.

Периодическая вибрация обычно рассматривается как колебательное движение объекта диагностирования относительно положения равновесия (рис. 3.9) и для ее описания достаточно двух параметров:

– периода осцилляции (или частоты колебаний );

– амплитуды колебаний .

Рис. 3.9. Параметры гармонического сигнала

В практике вибродиагностики в качестве информативных параметров наиболее часто используют:

– пиковое верхнее (нижнее) значение амплитуды , характеризующее максимальный размах колебаний относительно положения равновесия;

– среднее абсолютное значение

– среднее квадратическое значение

Основным преимуществом измерения средних квадратических значений ВАС является независимость этих значений от сдвигов фаз между отдельными составляющими спектров измеряемой вибрации.

3.5. Выделение диагностической информации

3.5.1 .Общие сведения

Структура спектра ВАС даже простейшего узла роторного механизма в частотном или во временном представлении достаточно сложная. Поэтому возникают вопросы:

– какой форме представления колебательного процесса (во временной или частотной областях) следует отдать предпочтение;

– какому виду обработки следует подвергнуть этот процесс, чтобы извлечь из него диагностическую информацию.

Однозначного ответа на эти вопросы не существует. Необходима привязка к виду дефекта и характеру его проявления в ВАС.

Необходимо отметить, что представление ВАС в частотной области с помощью разложения в ряд Фурье далеко не всегда является оптимальным. Разительный контраст между простотой формы временного сигнала и сложностью его спектрального представления виден на примере колебаний узла механизма в нелинейном режиме.

Диагностический анализ виброакустического процесса начинается с визуального просмотра осциллограммы временного сигнала и предварительной оценки характера процесса и способов его последующей обработки.

В качестве примера рассмотрим временные реализации ВАС (рис. 3.10).

Для извлечения диагностической информации из детерминированного сигнала (рис. 3.8, а) достаточно измерить его период (частоту ) и амплитуду.

Если диагностическая информация содержится в периодическом сигнале, измеренном на фоне шумовой помехи (рис. 3.10, б), необходимо предварительно отфильтровать сигнал, пропустив его через узкополосный фильтр, настроенный на частоту выделяемой периодической компоненты.

Оценку свойств случайного узкополосного (рис. 3.10, в) и широкополосного (рис. 3.10, г) процессов можно осуществить, измеряя, например, среднее квадратичное значение сигнала или спектр мощности процесса.

а)

б)

в)

г)

Рис. 3.10. Виброакустические сигналы:

а – гармонический процесс; б – сумма гармонического процесса и случайного

шума; в, г – узкополосный и широкополосный случайные процессы