книги из ГПНТБ / Максимов Л.С. Измерение вибрации сооружений справ. пособие

точек корреляционной функции. Для этого в каждом канале имеется свой блок временной задержки, умножитель и усреднитель. В много­ канальных коррелометрах параллельно-последовательного действия также имеется несколько вычислительных каналов, однако некоторые блоки, например умножитель, являются общими для всех (или для некоторой группы) каналов. Логические операции в электрических кор­ релометрах могут выполняться как в аналоговой, так и в цифровой форме. Современные многоканальные цифровые коррелометры (табл. 9.6) представляют собой специализированные вычислительные машины с ана­ лого-цифровыми преобразователями на входе и сложной логической схемой. Они характеризуются большой точностью вычислений и на-

Т а б л и ц а 9.6

Технические характеристики некоторых многоканальных цифровых коррелометров с двумя аналоговыми входами

Марка, тип многоканальных коррело-

2)Без внешних выводных устройств.

3)Двухкоординатный самописец.

4)Устройство накопления и обработки информации УНО-1024-90 (УНО-4096-90) совместно с преобразователем параметров непрерывных сигналов в цифровой код

БПН2-90 и блоком таймера БПВ2-90 выполняет амплитудный статистический ана­ лиз непрерывного электрического сигнала в-диапазоне частот 0—40 кгц.

223

ционной) функции реализаций нормальных стационарных процессов мо­ жет быть выполнено на знаковых (полярных) коррелометрах, исполь­ зующих полярный алгоритм. На описании принципа работы знаковых коррелометров следует остановиться, поскольку используемая в нем логическая схема чрезвычайно проста. Учитывая же отмеченное выше

ного полярного коррелометра [93, 94]. Исследуемый сигнал предвари­ тельно особым образом преобразуется (клиппируется) в блоке 1, на выходе которого получают знаковую функцию sign х (t), изображенную на рисунке ниже функции x(t). В схемы совпадения 3 подается клип­ пированный сигнал с блока 1, клиппированные сигналы, прошедшие через блоки временной задержки 2, и периодические импульсы с гене­ ратора 5. Если знаки незадержанного и задержанного сигналов совпа­

224

числа импульсов, зарегистрированных счетчиками 4—1, . . 4 —п, к числу импульсов на счетчике таймерного канала 4—0 можно опреде­ лить оценку вероятности рх*(т) и далее по формуле (9.45) — оценку нормированной корреляционной функции рх*(т). Конструкции знаковых коррелометров были разработаны в нескольких организациях [20, 73, 93, 94]. Как указывалось, знаковые коррелометры пригодны для опре­ деления корреляционных функций лишь нормальных процессов. Откло­ нения от нормального закона распределения вызовут ту или иную ошибку при вычислении корреляционной функ­ ции по полярному алгоритму [20, 134].

Известны принципы построения и реали­ зованы конструкции коррелометров, не требую­ щих временной задержки сигнала [61].

Анализаторы спектра [109, 111, 134, 200, 205, 226] предназначены для исследования распределения амплитуд гармонических со­ ставляющих или мощности сигнала по частоте.

Рис. 9.14. Схема, поясняющая принцип действия частотно-избирательного устройства

При определении амплитудного спектра периодических и случайных сигналов наиболее широко применяется метод фильтрации, заключающийся в том, что измеряют амплитудную характеристику (например, среднеквадратическое или средневыпрямленное значение) некоторого но­ вого сигнала, который искусственно получают из исследуемого, _ про­ пуская последний через частотно-избирательные устройства. Устройство,

Рис. 9.15. Блок-схема анализа­ тора спектра параллельного дей­ ствия

/ — входное устройство; 2 — уси­ литель; 3 —полосовые фильтры; 4 — детектор (выпрямитель); 5 — регистрирующее устройство; П — переключатель

идеальная амплитудно-частотная характеристика Ф (/) которого должна была бы иметь форму буквы П (рис. 9.14), пропускает только гармо­ нические составляющие амплитудного спектра А ([) сигнала, лежащие в сравнительно узкой полосе частот Д/. Если воспользоваться несколь­ кими такими частотно-избирательными устройствами, полосы пропуска­ ния которых, вплотную прилегая друг к другу, перекрывают весь диа­ пазон частот в спектре сигнала, или же, имея одно частотно-избира­ тельное устройство, плавно изменять его частоту настройки /о, то по результатам измерений амплитудных характеристик сигнала на выходе частотно-избирательных устройств можно получить некоторое пред­ ставление о спектральном составе исследуемого процесса. Первая из указанных схем, при которой используется несколько частотно-изби­ рательных устройств, называется схемой параллельного анализа. Вто­ рая схема — с меняющейся настройкой частотно-избирательного устрой­ ства — схемой последовательного анализа.

Блок-схема на рис. 9-15 иллюстрирует принцип работы аппаратуры для параллельного анализа спектра. Усиленный сигнал поступает одно­

225

детектора регистрируется выводным устройством 5 (ЭЛТ, самописец и т. д.). Если предусмотреть работу переключателя П в циклическом режиме, то полосовые фильтры будут опрашиваться автоматически.

Приближение амплитудно-частотной характеристики полосового фильтра к идеальной, показанной на рис. 9.14, с помощью современных

рину полосы пропускания фильтров, применяемых в аппаратуре парал­

ная частота fn полосового фильтра связана с граничными частотами полосы пропускания fH и /в среднегеометрической зависимостью:

из ряда, который установлен как предпочтительный при конструирова­ нии измерительной электроакустической аппаратуры [231]. Значения fa для диапазона частот 0,5—500 гц, соответствующие этому ряду, а также граничные частоты октавных полос приведены в табл. 9.7. Для частот менее 0,5 и более 500 гц значения /о и граничные частоты октавных полос могут быть получены делением или соответственно умножением чисел в табл. 9.7 на любую целую степень числа 1000.

Фильтр называется пассивным, если к нему не подводится энер­ гия извне (кроме энергии сигнала). Такой фильтр собирают из конден­ саторов, резисторов или катушек индуктивности. В активном фильтре, кроме указанных элементов, присутствуют и активные элементы (лампы, полупроводниковые приборы), потребляющие при работе внешнюю энер­ гию. Октавные и третьоктавные фильтры конструируются с учетом общих технических требований, регламентируемых стандартом [221], который составлен с учетом рекомендации Р225 МЭК (Международ­ ного электротехнического комитета). ГОСТ устанавливает, в частности, что спад амплитудно-частотной характеристики фильтра на границе полосы пропускания не должен превышать 6 дб относительно значения АЧХ на средней номинальной частоте, а затухание фильтра при рас­ стройке от его средней номинальной частоты до средней номинальной частоты соседнего фильтра должно быть: для октавных фильтров — не менее 18 дб, для третьоктавных фильтров — не менее 13 дб.

При определении допустимости вибрации рабочих мест по сообра­ жениям физиологического действия вибрации нормируется среднеквад­ ратичное значение колебательной скорости в октавных полосах в диа-' пазоне частот от 1,4 до 90 гц, если в каждую полосу попадает более одной гармонической составляющей или вибрация имеет сплошной спектр [185]. Поэтому, чтобы ответить на вопрос о допустимости вибра-

* Известны конструкции анализаторов параллельного действия, у которых ширина полосы пропускания фильтров равна 5% [36].

226

ций по санитарным нормам, в ряде случаев приходится использовать виброизмерительную аппаратуру совместно с устройствами для полосо­ вого анализа. Заводом «Виброприбор» (Таганрог) выпускаются одно­ канальные комплекты виброизмерительной аппаратуры, специально пред­ назначенные для пооктавного анализа вибраций (табл. 9.8).

В качестве выводного устройства в этих комплектах используется стрелочный прибор. Могут быть также подключены внешние регистри­ рующие и анализирующие приборы с входным сопротивлением не ме­ нее 10—15 ком. Аппаратура НВА-1, общий вид которой приведен на рис. 9.16, кроме того, имеет специальный выход для подключения свето­ лучевого осциллографа.

Аппаратура для полосового анализа электрических сигналов инфра­ звукового диапазона серийно выпускается в СССР и за рубежом (см. табл. 9.9, вклейка)*. Указанный в таблице спектрометр СИ-2 [67] может быть использован, в частности, для работы с пьезоакселерометрами **. Благодаря наличию встроенных интегрирующих контуров можно измерять, кроме ускорения, также колебательную скорость и перемещение. С дат­ чиками Д14 диапазон измерения параметров вибрации с помощью при­ бора СИ-2 составляет: ускорение 3-10_24-103 м[сек2(2 — 10000 гц), скорость 3 - 10~3-М5 м/сек (10—2000.гц), перемещение 30 мкм~ 10 см (10— —500 гц).

*Некоторые несерийные образцы описаны в работах [111, 248].

**В комплект спектрометра СИ-2 входят два датчика ДІ4 (табл. 2.3).

227

Т а б л и ц а 9.8

Технические характеристики комплектов аппаратуры для измерения эффективного значения виброскорости и виброускорения в октавных полосах32*

Название и марка комплекта

Кроме анализаторов спектра параллельного действия, некоторые зарубежные фирмы выпускают отдельно комплекты полосовых фильт­ ров (табл. 9.10), которые совместно с усилителем и самописцем уровня могут быть использованы в устройствах полосового анализа, например, собранных по схеме, изображенной на рис. 9.15.

Аппаратура параллельного анализа с успехом используется для изу­ чения случайных сигналов с непрерывным широким спектром. Приме­ нение ее для анализа периодических процессов, спектры которых имеют дискретный характер, а также для анализа случайных процессов с уз­ кими полосами преобладающих частот или с наложенными периодиче­ скими составляющими нецелесообразно.

В этих случаях на помощь приходит аппаратура последовательного анализа. В ней частотно-избирательное устройство 3 (рис. 9.17), пред-

228

ставляющее собой узкополосный фильтр, может изменять настройку,

последовательно проходя через весь диапазон частот или его участок, который называется полосой обзора.

Широкое распространение получили анализаторы последовательного действия гетеродинной системы (рис. 9.18). В таком приборе в простей-

Рис. 9.16. Низкочастотная виброизмерительная аппаратура НВА-1

Рис. 9.17. Блок-схема анализатора спектра последовательного действия с пере­ страиваемым фильтром

/ — входное устройство; 2 — усилитель; 3 — перестраиваемый узкополосный фильтр; 4 — детектор; 5 — регистрирующий прибор

шем случае имеется один перестраиваемый гетеродин—генератор, частота которого может плавно меняться. В блоке 4 происходит сложение уси­ ленного исследуемого сигнала с колебаниями, поступающими с гетеро­ дина. Узкополосный фильтр 5 выделяет разностные частоты, т. е. про­ пускает гармонические составляющие с частотой /, для значений кото­ рой выполняется условие

f ~ f r = h ± Д//2,

где fr — мгновенное значение частоты гетеродина;

/о — фиксированная частота настройки узкополосного фильтра; Дf — ширина полосы пропускания фильтра.

229

230

Анализаторы спектра последовательного действия по функциональ­ ному признаку можно разделить на две группы: с постоянной абсолют­ ной полосой пропускания, в которых при изменении частоты настройки величина Дf = f B— fH=const, и с постоянной относительной полосой про­ пускания, в которых при изменении частоты настройки сохраняется по­ стоянным отношение y = Af/f0, где /о — мгновенное значение частоты настройки (среднее значение полосы пропускания). Например, у анали-

Из числа анализаторов последовательного действия с постоянной абсолютной шириной полосы пропускания укажем на анализатор спектра вибраций АСВ-2М, выпускаемый мелкими сериями ЦКБ Главэнергоре­ монта.

В комплект прибора входят два вибродатчика индукционного типа и одноканальный измерительный блок небольших габаритов и веса. Выводным устройством является стрелочный прибор, показывающий амплитудное значение колебательного перемещения. Основные техниче­ ские характеристики прибора следующие: диапазон частот 10—500 гц, измеряемые амплитуды перемещения колебаний 1,25—500 мкм, ширина

среды + 5 ± + 60°С.

В табл. 9.11 и 9.12 даны основные технические характеристики ана­ лизаторов спектра последовательного действия промышленного произ­ водства. Некоторые несерийные образцы анализаторов с постоянной абсолютной полосой пропускания описаны в работах [51, 52, 53, 92, 111,217].

Ширина _полосы пропускания фильтра обычно принимается на

уровне 1/1^2 от максимального значения его амплитудно-частотной характеристики (рис. 9.19). Для определения статической разрешающей способности анализатора на его вход подают сумму двух гармониче­

231

232