Інформаційно-вимірювальні системи високочастотної вібродіагностики роторних машин

Зі співвідношень (12) і (13) випливає алгоритм обробки результатів вимірювань густини енергії вібрації, отриманих в інформативних точках j - го перетину. Він зводиться до обчислення середньозваженого нормованого значення густини енергії вібрації за всіма інформативними точками j - го перетину й порівняння його з порогом, знайденим відповідно до співвідношення

. (14)

Величина , що входить у вирази (12-14), визначає співвідношення “сигнал - завада” у j - му перетині, тому що

.

Для гаусова закону розподілу ймовірності завад, величини PF і PD , що кількісно характеризують вірогідність діагностики можуть бути знайдені на основі таких співвідношень:

, (15)

, (16)

середньоквадратичне відхилення .

З виражень (18) і (19) обчислені узагальнені характеристики вірогідності прийнятих діагностичних рішень для різних значень N.

Як видно з наведених залежностей, збільшення кількості інформативних точок дозволяє забезпечити істотний виграш у вірогідності прийнятих рішень в області, що представляє найбільший практичний інтерес, де PF близько до нуля, а PD прагне до одиниці. Виграш досягається завдяки статистичній обробці результатів когерентних вимірів вібрації у декількох інформативних точках одного перетину ЧЧР, що характеризують той самий динамічний стан діагностуємої роторної машини. Вимога когерентності вимірів обумовлює необхідність уведення до складу системи технічних засобів одержання інформації про фазу робочого циклу роторної машини і може з'явитися необхідність в урахуванні фазових зсувів в опорі, які розроблена у Розділі 2 модель опори здатна відображувати.

Уведення комплексного діагностичного параметра й методу його одержання дозволило удосконалити метод частотно - часових детекторів і зробити його придатним для діагностування роторних машин. Процедура прийняття діагностичних рішень згідно методу має такий побудована на використанні відносини правдоподібності .

Визначення відносини правдоподібності може бути знайдено через представлення сигналів у частотно - часовій області

, (17)

де - зважуюче вікно (символ Вейла); Pr(t,f) - ЧЧР; Dk - частотно - часова область, що містить інформацію про технічний стан k-го елемента машини.

Зі співвідношення (17) випливає, що квадратична статистика сигналу може розглядатися як зважений інтеграл від ЧЧР Pr(t,f).

Зважуюче вікно для квадратичного детектора може бути визначене за формулою

,

еталонний ЧЧР, отриманий за результатами усереднення сегментів; Pi(n)(t,f). - ЧЧР для -ї реалізації вібросигналу (i = 0 чи i = 1).

Даний метод найбільш придатний для діагностування тихохідних машин, коли є можливість виділити у частотно - часове вікно окремі нестабільні резонанси конструкції опори.

Четвертий розділ присвячений розробці структурної і алгоритмічної організації ВК систем високочастотної вібродіагностики роторних машин, що побудовані на використанні комплексних частотно - енергетичних ознак.

За базову обрана структура ІВС, що містить три канали для здійснення вимірювань параметрів механічних коливань і канал вимірювання кутового переміщення вала. Особливості обробки вібросигналів, що відображають частотно - енергетичні діагностичні параметри, обумовили необхідність урахування нелінійностей амплітудних і частотних характеристик ланок ВК, уведення додаткових керуючих впливів для узгодження параметрів каналу з параметрами досліджуваного вібропроцесу. З оглядом на це, структура одиночного каналу вібровимірювань перетворена до вигляду, поданому.

Проведено аналіз формування похибок, що вносяться структурними ланками ВК з урахуванням факторів, характерних для вібровимірювань у виробничих умовах, а саме:

нестабільності параметрів з'єднувальних ліній, які передають вимірювальний сигнал із п'єзоелектричного сенсора-акселерометра до вхідного перетворювача ВК;

зміни температури сенсора й деформації його основи при установці на об'єкт діагностування;

дії на вході ВК низькочастотних (вузькосмугових і флуктуаційних) завад та імпульсних завад.

Знайдені вирази для адитивної й мультиплікативної складових похибок кожної ланки, які наведені у табл. 1 і 2.

Показано, що параметри попередніх ланок можуть впливати на похибки подальших і обґрунтована оптимізація параметрів ланок у складі ВК із критерію мінімуму загальної похибки вимірювання СКЗ віброприскорення засобами каналу.

На основі виконаних досліджень сформульовані основні вимоги щодо ВК, при яких забезпечується мінімізація похибок вимірювань параметрів нестаціонарного вібропроцесу, а саме:

- мінімальний вхідний опір вхідного перетворювача ВК щодо компонентів вібросигналу з інформативної смуги частот;

- мінімальні частотні спотворення в інформативній смузі частот;

- мінімальні гармонічні та інтермодуляційні спотворення інформаційних компонентів вібросигналу;

- ефективне обмеження імпульсних завад;

- максимальне пригнічення компонент вібросигналу, що лежать нижче низькочастотної межі інформативної смуги частот;

низький рівень власних шумів.

Виконання вищевказаних вимог може бути досягнуто при реалізації таких умов:

- Вхідний перетворювач повинен сприймати у якості інформативного параметра струм із п'єзоелектричного сенсора - акселерометра.

- Для забезпечення лінійності АЧХ ВК необхідно компенсувати підйом підсилення зі зростанням частоти, який викликаний лінійним зростанням АЧХ п'єзоелектричного сенсора - акселерометра. З цією метою на вході ВК повинен бути передбачений інтегратор, функції якого може виконувати вхідний перетворювач у виді підсилювача заряду.

- Для мінімізації впливу нелінійностей ВК, який спостерігається, коли на вході ВК діють завади, необхідно, щоб ланки, котрі формують АЧХ ВК у низькочастотній області розміщувалися якомога ближче до його входу.

- Вхідний перетворювач повинен мати малі власні шуми, максимальний динамічний діапазон і коефіцієнт перетворювання, що перестроюється. Критерій настроювання - узгодження динамічного діапазону вимірювального сигналу, що діє на його виході, із динамічним діапазоном фільтра основної селекції по вхідному сигналу.

- Масштабний перетворювач, який установлюється опісля фільтра основної селекції, повинен мати характеристику підсилювача, що перестроюється, з двобічним обмежуванням, яке відповідає межам вхідного сигналу АЦП. Необхідними умовами ефективності обмеження є низька частота проходження імпульсної завади (нижче, найнижчої частоти дії динамічного навантаження на опору, що викликано дефектом) і висока її шпаруватість. Критерій настроювання масштабного перетворювача - узгодження динамічного діапазону вимірювального сигналу з його виходу, у вигляді адитивної суміші інформативного компонента і флуктуаційної завади, із динамічним діапазоном по входу АЦП.

- Нерівномірність АЧХ масштабного перетворювача й фільтра основної селекції у межах інформативної смуги частот повинна бути мінімальною, а самі межи, відповідати ділянкам спектра, досліджуваного нестаціонарного вібропроцесу, де частотні властивості останнього змінюються у часі щонайменше.

У п'ятому розділі розроблені рекомендації щодо експериментальних досліджень, використання результатів роботи на практиці, розробці й створенню систем високочастотної вібродіагностики.

З метою проведення експериментальних досліджень у лабораторних умовах створений апаратно - програмний дослідницький комплекс, який включає фізичну модель опори кочення й засоби завдання та забезпечення потрібних режимів її роботи, засоби каналів вібровимірювань й кутового положення вала ротора, програмні засоби, що розміщуються у ПЕОМ і призначені для керування проведенням експериментів, збору, обробки, збереження й візуалізації віброметричних даних. В роботі обговорюються і сформульовані вимоги до технічних засобів комплексу на якісному й кількісному рівні.

Створена методика метрологічної атестації каналів вібровимірювань, для якої розроблена теоретична основа. На відміну від існуючих методик, дана методика дозволяє врахувати вплив завад і інтермодуляційних компонентів, що утворюються на слабких нелінійностях ВК, на похибку вимірювання СКЗ віброприскорення. Другою особливістю створеної методики являється використання фізичної реалізації схеми заміщення системи “вібростенд - п'єзоелектричний акселерометр”, чим удалося запобігти впливу нелінійних спотворень вібростенда на результати вимірювань. Згідно з цією концепцією метрологічні дослідження провадяться у два етапи: 1) дослідження системи “вібростенд - акселерометр”, визначення параметрів схеми заміщення, реалізація її фізичної моделі й атестація, 2) власно метрологічні експерименти по дослідженню ВК, у ході яких вимірюється нижня й верхня межа динамічного діапазону сигналу, де забезпечуються припустимі похибки вібровимірювань.

Розроблені математичні моделі для обґрунтування методики метрологічних досліджень динамічного діапазону каналу вібровимірювань з урахуванням його нелінійних властивостей і впливу завад. Моделі подані у виді структурних схем вимірювань нижньої й верхньої меж динамічного діапазону й виразів для розрахунку СКЗ похибок вимірювань цих меж.

Розроблена методика метрологічної атестації передбачає окрім вимірювання вказаних меж динамічного діапазону щодо гармонічних і інтермодуляційних спотворень другого й третього порядку, також визначення градуїровочної характеристики ВК й приведеної похибки вимірювання СКЗ віброприскорення. За даною методикою проведена метрологічна атестація ВК дослідницького комплексу і ВК ІВС вібродіагностики для промисловості.

Розроблена методика експериментальних досліджень комплексних діагностичних параметрів і виконано дослідження частотних властивостей опори кочення експериментальної установки. На основі метода електромеханічних аналогій побудована модель опори експериментальної установки і розроблені рекомендації з визначення параметрів моделей за експериментальними даними. Модель використовувалася при оцінці адекватності розробленої теорії формування діагностичних параметрів опорою кочення й показала задовільну збіжність результатів.

Виконані експериментальні дослідження діагностичних параметрів, що засновані на оцінках розподілу спектральної густини потужності (СГП) вібрації в області високих і середніх частот. Результати експериментів підтвердили теоретичні висновки про характер деформації СГП вібрації при дії навантаження на опору, що цілком узгоджується з теоретичним обґрунтуванням формування діагностичних параметрів опорою.

Виконано експериментальне дослідження діагностичних параметрів, заснованих на ЧЧР густини енергії вібрації опори кочення. Аналіз ЧЧР густини енергії при дії статичного й гармонічного навантаження на опору дозволив найбільше повно відтворити фізичну картину процесів амплітудної й амплітудно-частотної модуляції вібрації, що відбувається в опорі, які досліджені у роботі теоретично, а також обґрунтовано вибирати інформативні області ІВС вібродіагностики.

Розроблені, створені й впроваджені експериментальні зразки систем вібродіагностики для підприємств гірничої промисловості України й Росії.

Висновки

У дисертаційній роботі вирішена наукова проблема, яка полягає в обґрунтуванні та розробці методів високочастотної вібродіагностики, здатних забезпечити підвищений рівень вірогідності діагнозів у складних умовах отримання діагностичної інформації, що дозволяє розширити галузь застосування методів вібродіагностики на роторні машини з низькими оборотними частотами і перейти до обслуговування їх на основі об'єктивних оцінок фактичного стану.

Основні наукові й прикладні результати роботи містять положення, котрі перераховані далі.

1. Вперше створені теоретичні засади формування комплексних частотно-енергетичних діагностичних параметрів, що відтворюються високочастотною вібрацією опори кочення, які включають:

- Узагальнену модель опори кочення, яка подана у вигляді перетворювача параметрів дефектів у комплексні діагностичні параметри, котра ґрунтується на тому, що в смузі власних резонансів елементів опори має місце воднораз амплітудна й частотна модуляція випадкового несучого коливання, збуджуваного у контакті кочення підшипника, у той час як у більш високочастотній області переважає амплітудна модуляція. Зазначене положення дає підстави для вибору інформативної області частот у широкосмуговому періодично - нестаціонарному вібропроцесі, що відображає вібрацію опори, а так само для вибору інформативних діагностичних параметрів і методів їхнього виділення.

- Комплексну частотно-енергетичну ознаку, що містить усереднені інтенсивності вібрації в оточеннях заданих інформативних точок її ЧЧР в якості простих діагностичних параметрів й метод одержання їхніх оцінок на основі реалізації високочастотної вібрації опори.

- Метод первинної діагностики роторної машини на основі комплексного використання точкових оцінок частотно - енергетичного діагностичного параметра. Метод відрізняється використанням процедури прийняття діагностичних рішень за результатами зміни параметрів законів розподілу обраних інформативних точок перетину ЧЧР для моменту часу впливу дефекту. У порівнянні з відомими методами, що використовують для виділення діагностичних ознак усереднення за часом і частотою, даний метод забезпечує виграш у вірогідності за рахунок використання комплексної ознаки, поданої інтенсивностями високочастотної вібрації на множині обраних інформативних точок частотно - часового вікна.

- Метод вібродіагностики роторних машин на основі використання багатомірного розподілу запропонованого частотно - енергетичного діагностичного параметра. Виграш, що забезпечується даним методом, досягається завдяки урахуванню інформативної ваги кожної простої ознаки, яка входить у комплексну. Отримані співвідношення для оцінювання вірогідності діагностики, якими обґрунтовано зменшення ймовірності пропуску дефекту за рахунок збільшення кількості інформативних точок. Метод сприяє зниженню ймовірності як пропуску дефекту, так і ймовірності його помилкового виявлення й доцільний для винесення діагнозів на подальших стадіях розвитку дефекту.

- Удосконалений метод діагностики на основі частотно - часових квадратичних детекторів, заснований на використанні запропонованого методу оцінювання усередненої інтенсивності вібрації у межах частотно - часового інформативного вікна. Метод може забезпечити діагностику тихохідної роторної машини (оборотна частота менш 5 Гц), стосовно до якої, традиційні методи високочастотної вібродіагностики виявилися неефективними.

2. Вперше розроблена узагальнена математична модель для оцінювання похибок, що внесені у ВК впливом зовнішніх збуджуючих факторів і позасмугових низькочастотних завад,. яка дозволила обґрунтувати структури й алгоритми для реалізації технічних засобів каналу з поліпшеними метрологічними характеристиками і поліпшеним співвідношенням “сигнал - завада”.

3. Удосконалені структури ВК ІВС високочастотної вібродіагностики і розроблені алгоритми керування ними, які засновані на автоматичному настроюванні параметрів каналів під конкретні умови вимірювань, узгодженні частотних властивостей ВК із вимірювальним сигналом і завадами, обмеженні імпульсних завад. Виграш у співвідношенні “сигнал завада”, забезпечуваний пропонованими засобами, складає 3 - 10 дБ.

4. Розроблені математичні метрологічні моделі ВК віброприскорення систем високочастотної вібродіагностики. На відміну від відомих моделей, запропоновані моделі дозволяють врахувати вплив слабких нелінійностей ВК та позасмугових завад на результат вимірювань, який суттєво впливає на вірогідність високочастотної вібродіагностики. Розроблена методика метрологічної атестації ВК й виконано метрологічну атестацію каналів вимірювання віброприскорення дослідницького комплексу й ВК ІВС вібродіагностики для промисловості.

5. Запропоновані рекомендації з експериментальних досліджень і розробки засобів високочастотної вібродіагностики. Обґрунтовані вимоги до апаратних, алгоритмічних і програмних засобів дослідницького апаратно - програмного комплексу, який розроблено й створено.

6. Виконано експериментальні дослідження частотних властивостей опори кочення як джерела вібросигналів, що несуть інформацію про стан об'єкта діагностування. Побудовано модель опори і розроблені рекомендації з визначення параметрів моделі на основі експериментальних даних. Модель використовувалася при оцінці адекватності розробленої теорії формування комплексних діагностичних параметрів опорою кочення і показала задовільну збіжність результатів.

7. Виконано експериментальні дослідження діагностичних параметрів, заснованих на оцінках розподілу СГП вібрації в області високих і середніх частот. Виконано експериментальне дослідження діагностичних параметрів, заснованих на ЧЧР густини енергії вібрації опори кочення.

Результати експериментів підтвердили теоретичні висновки про характер деформації розподілу СГП вібрації при дії навантаження на опору, що цілком узгоджується з теоретичним обґрунтуванням формування діагностичних параметрів опорою в процесі амплітудної (область високих частот) й амплітудно - частотної модуляції (область середніх частот).

8. Розроблені й створені експериментальні зразки ІВС вібродіагностики для підприємств гірничої промисловості України й Росії, впровадження яких підтвердило ефективність запропонованих методів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1.Воронцов А.Г. Элементы теории высокочастотной вибродиагностики роторных машин. Монография. - Донецьк: РВА ДонНТУ, 2002. - 137с.

2.Воронцов А.Г., Ямилов В.К., Ярошенко О.А. Система мониторизации вентиляторов главного проветривания // Уголь Украины. - 1996. - №4. - С. 27-28.

3.Воронцов А.Г., Ярошенко О.А Повышение информативности виброметрических данных в системах мониторинга механического оборудования // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація. - Донецьк: РВА ДонДТУ.- 1999.- Вип. 3. - С. 39 - 45.

4.Воронцов А.Г., Дремов В.И., Ямилов В.К., Ярошенко О.А., Зырянов И.В. Исследование прогнозирующих признаков отказов двигателей автосамосвалов CAT785 методами виброметрии // Горный журнал. - 1995. - №3. - С.46 - 49.

5.Воронцов А.Г., Дремов В.И., Ямилов В.К., Ярошенко О.А., Зырянов И.В. Система виброакустической мониторизации двигателей автосамосвалов CAT785 // Горный журнал. - 1995. - №6. - С.11 - 14.

6.Воронцов А.Г. Квадратичный детектор для распознавания дефектов роторных машин по признаку частотной модуляции вибрации опор качения // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація. - Донецьк: РВА ДонДТУ. - 1999. - Вип. 12. - С. 61 - 66.

7.Воронцов А.Г. Разработка модели для исследования преобразовательных свойств опоры качения как датчика воспринимаемой ею нагрузки // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія: Гірничо-електромеханічна. - Донецьк: РВА ДонДТУ. - 2000.- Вип. 16. - С.47-54.

8. Воронцов А.Г., Ярошенко О.А. Исследование влияния нелинейностей аналоговой части измерительного канала системы виброакустической диагностики машин на соотношение сигнал-шум // Прогресивні технології та системи машинобудування (Донецький державний технічний університет). - Донецьк: РВА ДонДТУ.- 2001, - Вип. 15. - С. 59-67.

9. Воронцов А.Г. Исследование контакта качения роликоподшипника как активного элемента модели опоры роторной машины // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія: Гірничо-електромеханічна. - Донецьк: РВА ДонДТУ. - 2001.- Вип. 27.- С.94-99.

10. Воронцов А.Г. О влиянии контактных соединений в опоре качения на ее частотные свойства как измерительного преобразователя с вибрационным выходным сигналом // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація. - Донецьк: РВА ДонДТУ. - 2001.- Вип. 20.- С. 23 - 30.

11.Воронцов А.Г. Исследование влияния нелинейности фильтра основной селекции измерительного канала системы вибродиагностики на погрешность измерения виброускорения // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація. - Донецьк: РВА ДонДТУ. - 2001.- Вип. 25. - С. 197 - 202.

12.Воронцов А.Г. Исследование погрешностей измерительных каналов систем вибродиагностики горных машин // Збірник наукових праць Національної гірничої академії України. - Дніпропетровськ: РВК НГА України. - 2001. - Т. 2, №11. - С. 49-53.

13.Воронцов А.Г. Нестационарная модель формирования высокочастотных колебаний в роликовом подшипнике как первичном преобразователе системы вибродиагностики // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія: Проблеми моделювання та автоматизації проектування динамічних систем. - Севастополь - Донецьк: “Вебер”. - 2001.- Вип. 29. - С. 135-140.

14.Воронцов А.Г. Исследование метрологических показателей измерительного канала системы виброакустической диагностики электрических машин // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Електротехніка і енергетика. - Донецьк: РВА ДонНТУ. - 2001. - Вип. 28. - С. 74-77.

15.Воронцов А.Г. Исследование влияния нелинейности фильтра основной селекции на уровень помех в измерительном канале системы вибродиагностики// Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. - 2002. - № 1(47). - С. 260 - 267.

16.Воронцов О.Г. Дослідження моделі вимірювального каналу системи віброакустичної діагностики тихохідних роторних машин // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2001. - № 6. - С. 23 - 27.

17.Воронцов А.Г. Разработка диагностической модели опоры качения роторной машины // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Інформатика, кібернетика та обчислювальна техніка. - Донецьк: РВА ДонНТУ. - 2002. - Вип. 39. - С. 160 - 165.

18.Воронцов О.Г., Дегтяренко І.В. Розробка методу віброакустичної діагностики тихохідних роторних машин // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація. - Донецьк: РВА ДонДТУ. - 2002.- Вип. 38. - С.250 - 256.

19.Воронцов А.Г, Дегтяренко И.В. Моделирование первичных диагностических параметров локального дефекта подшипника качения опоры тихоходной роторной машины // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2001. - № 3.- С. 44 - 48. 20.Воронцов А.Г. Разработка метода повышения достоверности высокочастотной вибродиагностики роторных машин // Прогресивні технології та системи машинобудування (Донецький державний технічний університет). - Донецьк: РВА ДонНТУ. - 2002. - Вип. 19. - С. 36 - 43.

21.Воронцов А.Г. Экспериментальные исследования преобразовательных свойств подшипников качения как датчиков динамических нагрузок // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія: Електротехніка і енергетика. - Донецьк: РВА ДонДТУ. - 1999. - Вип. 4. - С. 253-257.

22.Воронцов А.Г. Метод повышения достоверности вибродиагностики роторных машин по комплексу диагностических параметров // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія: Електротехніка і енергетика. - Донецьк: РВА ДонДТУ. - 2002. - Вип. 41. - С. 212 - 215.

23. Воронцов А.Г. Обоснование методики метрологической аттестации измерительных каналов систем высокочастотной вибродиагностики // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія - Обчислювальна техніка та автоматизація. - Донецьк: ДонНТУ - “Норд Компьютер”. - 2002. - Вип. 47. - С. 315 - 323.

24.Воронцов А.Г. Разработка методики метрологической аттестации измерительного канала системы высокочастотной вибродиагностики // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія - Обчислювальна техніка та автоматизація. - Донецьк: ДонНТУ - “Норд Компьютер”.- 2002. - Вип. 48. - 2002. - С. 312 - 320.

25. Воронцов О.Г. Розробка вимірювальних каналів віброприскорення систем високочастотної вібродіагностики роторних машин // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія - Обчислювальна техніка та автоматизація. - Донецьк: РВА ДонНТУ. - 2003. - Вип. 58. - С. 299 - 305.

26. Воронцов А.Г., Ярошенко О.А. Нелинейное преобразование сигналов в аналоговой части измерительного канала системы виброакустической диагностики // Матеріали ІІ Всеукраїнської конференції молодих науковців “Інформаційні технології в науці та освіті”. - Черкаси: ЧДУ.- 2000.- С.99-100.

Анотація

Воронцов О.Г. Інформаційно - вимірювальні системи високочастотної вібродіагностики роторних машин. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.16 - інформаційно - вимірювальні системи. - Вінницький національний технічний університет, м. Вінниця, 2003.

У дисертації розроблені теоретичні засади формування комплексних частотно-енергетичних діагностичних параметрів, що відображуються у високочастотній вібрації опори кочення роторної машини, і узагальнена модель опори як перетворювача збурень, викликаних дефектами, у параметри вібрації. Запропоновано нові методи діагностики, що забезпечують виграш у вірогідності винесення діагнозів за рахунок більш повного використання діагностичної інформації, що міститься у високочастотній вібрації:

Зроблено аналіз складових похибок вимірювань діагностичних параметрів, які істотно впливають на вірогідність діагностики при використанні частотно - енергетичних діагностичних ознак. Зроблено обґрунтування структури, параметрів і керуючих алгоритмів вимірювальних каналів систем високочастотної вібродіагностики, що використовують комплексні частотно-енергетичні діагностичні параметри і запропоновані варіанти їхньої реалізації.

Проведено експериментальні дослідження, що підтверджують адекватність розробленої теорії й ефективність запропонованих методів.

Ключові слова: методи і системи вібродіагностики, роторна машина, модель об'єкта діагностики, частотно - енергетичні діагностичні ознаки, вірогідність діагностики, вимірювальний канал, похибки вимірювань.

Аннотация

Воронцов А.Г. Информационно - измерительные системы высокочастотной вибродиагностики роторных машин. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.11.16 - информационно - измерительные системы. - Винницкий национальний технический университет, г. Винница, 2003.

В диссертации разработаны теоретические основы формирования комплексных частотно-энергетических диагностических параметров, отображаемых в высокочастотной вибрации опоры качения роторной машины, и обобщенная модель опоры как преобразователя возмущений, вызванных дефектами, в параметры вибрации. Модель позволяет объяснить первопричины искажений диагностических параметров, приводящие к снижению достоверности диагностики, и обосновать выбор диагностических признаков, а так же выбор информативной области частот.

Предложены новые методы диагностики, обеспечивающие выигрыш в достоверности за счет более полного использования диагностической информации, содержащейся в высокочастотной вибрации:

- Метод вибродиагностики роторных машин на основе комплексного использования точечных оценок частотно - энергетических диагностических параметров;

- Метод вибродиагностики роторных машин на основе использования многомерного распределения частотно - энергетического диагностического параметра.

Усовершенствован метод вибродиагностики на основе частотно - временных квадратичных детекторов, использующий предложенную в работе оценку текущей интенсивности вибрации в границах частотно - временного информативного окна.

В диссертации произведен анализ составляющих погрешностей измерения диагностических параметров, существенно влияющих на достоверность диагностики при использовании частотно - энергетических диагностических признаков. При этом учтено влияние внеполосных низкочастотных помех и внешних воздействий на измерительные каналы, а так же нелинейностей звеньев измерительных каналов

Произведено обоснование структуры, параметров и управляющих алгоритмов измерительных каналов систем высокочастотной вибродиагностики, использующих комплексные частотно-энергетические диагностические параметры и предложены варианты их реализации. Разработаны рекомендации по экспериментальным исследованиям комплексных частотно - энергетических параметров и созданию систем вибродиагностики с их использованием. Разработана методика определения структуры и параметров обобщенной диагностической модели по экспериментальным данным.

Предложены математические метрологические модели для аттестации измерительных каналов высокочастотной вибродиагностики, позволяющие оценивать динамический диапазон каналов с учетом собственных шумов и слабых нелинейностей. Произведена метрологическая аттестация измерительных каналов исследовательского лабораторного комплекса и экспериментального образца системы высокочастотной вибродиагностики для промышленности.