Способ дистанционного определения амплитуды вибрации

Использование: для определения амплитуды вибрации. Сущность изобретения заключается в том, что поверхность облучают когерентным источником излучения, принимают отраженный сигнал, измеряют частоту вибрации, в заданной совокупности гармоник отраженного сигнала измеряют амплитуды гармоник, начиная с первой, по полученным значениям амплитуд выбирают пару гармоник и вычисляют для нее отношение амплитуд, с использованием которого вычисляют амплитуду вибрации, при этом измеряют амплитуды гармоник в такой совокупности гармоник отраженного сигнала, в которой установился монотонный спад амплитуд, определяют порядок k-й гармоники, имеющей наибольшую амплитуду Аk, выбирают амплитуду Аk+2 гармоники порядка k+2 и вычисляют отношение Аk+2k, с использованием которого вычисляют амплитуду вибрации. Технический результат: расширение диапазона измеряемых амплитуд вибрации. 2 ил.

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники.

В настоящее время интенсивно развиваются методы определения амплитуды вибрации, основанные на дистанционном зондировании вибрирующей поверхности в оптическом и СВЧ диапазонах. В их основе лежит зависимость соотношения амплитуд гармоник доплеровского спектра отраженного сигнала от амплитуды вибрации.

Известен способ определения амплитуды вибрации путем дистанционного зондирования в СВЧ диапазоне электромагнитных волн [Пинчук А.Н. Дистанционное определение амплитуды вибрации корпуса судна // Наука и образование. 2014. №6. С.270-278]. Особенность этого, аналога заключается в том, то для определения амплитуды вибрации используется отношение первой и второй гармоник отраженного сигнала. Этим объясняется недостаток аналога: он может быть использован только при определенных условиях: когда среднее расстояние L между локатором и облучаемой поверхностью известно, или расстояние L меняется в течение сеанса измерений таким образом, что значения ϕ фазового сдвига равномерно распределены на интервале (0, 2π). В противном случае точность измерения амплитуды вибрации будет низкой.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков, и поэтому выбранным в качестве прототипа, является способ определения амплитуды вибрации [Запевалов А.С., Пинчук А.Н, Способ дистанционного определения амплитуды вибрации // Патент РФ №2642517. Приоритет 05.04.2016, опубликовано 25.01.2018, Бюл. №3].

Такие признаки прототипа, как облучение вибрирующего объекта когерентным источником излучения, регистрация отраженного сигнала, измерение частоты вибрации, измерение амплитуд гармоник отраженного сигнала в заданной совокупности гармоник, начиная с первой, отбор по полученным значениям амплитуд пары гармоник, вычисление для этой пары отношения амплитуд и использование этого Отношения для расчета амплитуды вибрации, совпадают с существенными признаками заявленного технического решения.

Новыми по отношению к прототипу являются следующие существенные признаки заявленного изобретения: измеряют амплитуды гармоник в такой совокупности гармоник отраженного сигнала, в которой установился монотонный спад амплитуд, определяют, порядок k-ой гармоники, имеющей максимальную амплитуду Аk, выбирают амплитуду Аk+2 гармоники порядка k+2 и вычисляют отношение Ak+2/Ak, с использованием которого вычисляют амплитуду вибрации.

Из указанных отличительных существенных признаков, характеризующих заявленное изобретение, в уровне техники не известны такие приемы: в процессе измерений используют такую заданную исследуемую совокупность последовательных гармоник отраженного сигнала, которая включает не только первые четыре гармоники, но и более старшие (более высоких порядков), при этом совокупность гармоник такова, что в ней выявлен стабильно установившийся монотонный спад значений измеренных амплитуд гармоник.

Физическая основа дистанционного определения амплитуды вибрации заключается в следующем. Пусть при вибрации смещения поверхности происходят по гармоническому закону

где t - время;

ξ0 - амплитуда вибрации;

Ω - частота вибрации.

После фазового детектирования отраженный сигнал имеет следующий вид [Пинчук А.Н. Дистанционное определение амплитуды вибрации корпуса судна // Наука и образование. 2014. №6. С. 270-278. DOI: 10.7463/0614.0715325]:

где А - амплитуда сигнала;

- функции Бесселя первого рода порядка n;

m - индекс фазовой модуляции;

ϕ - фазовый сдвиг при отражении от неподвижной поверхности.

Индекс m фазовой модуляции равен

где λ - длина зондирующей волны.

Из выражений (2) и (3) следует, что амплитуды гармоник сигнала S(t) являются функциями трех параметров: А, ϕ и m. Параметр А зависит от технических характеристик источника и приемника излучения, а также условий проведения измерений, его определение требует проведение дополнительных исследований. Величина параметра ϕ=ϕ0-4π L/λ зависит от изменения фазы сигнала при отражении ϕ0 и от расстояния до вибрирующей поверхности L. В полевых условиях расстояние L, как правило, с точностью лучше длины λ не известно. Чтобы исключить неизвестные величины А и ϕ, при расчетах m в работе используются не абсолютные значения амплитуд гармоник, а отношение амплитуд четных (четвертой и второй) А42 гармоник или отношение амплитуд нечетных А31 (третьей и первой) гармоник. Поскольку A4/A2=J4(m)/J2(m) и A3/Al=J3(m)/Jl(m), то отношения определяются только одним параметром, а именно, индексом фазовой модуляции m.

Недостатком прототипа является ограниченный диапазон измерения амплитуд вибрации. Обусловлено это тем, что разным значениям индекса фазовой модуляции m могут соответствовать одни и те же значения отношений амплитуд гармоник. Неоднозначность является следствием того, что входящие в выражение (2) функции Бесселя первого рода являются знакопеременными. Указанные свойства функций Jn(m) иллюстрирует фиг. 1а), где номер кривой совпадает с порядком функции Бесселя. На фиг. 1б) приведены отношения амплитуд четных (штриховая линия), и нечетных (сплошная линия) гармоник.

Таким образом, прототип позволяет определять амплитуду вибрации, только когда мы априори знаем, что амплитуда не превышает критических значений, соответствующих первым максимумам отношений амплитуд нечетных m1 и четных m2 гармоник (фиг. 1б),

где i=1,2.

В частности, условие (4) выполняется, например, при определении амплитуды вибрации корпуса судна, если зондирование осуществляется в сантиметровом диапазоне длин радиоволн.

В основу изобретения поставлено решение вышеуказанное технической проблемы путем создания способа дистанционного определения амплитуды вибрации, совокупностью существенных признаков которого обеспечивается достижение технического результата - расширение диапазона измеряемых амплитуд вибрации.

Физической основой решения данной проблемы является следующее. С ростом индекса фазовой модуляции m, который, согласно (3), определяется отношением амплитуды вибрации и длины зондирующей вибрирующую поверхность волны, появляются гармоники все более высоких порядков. Изменения амплитуд гармоник с ростом индекса фазовой модуляции m показаны на фиг. 2, где белыми кружками обозначены нечетные гармоники, черными - четные. С ростом m максимальные значения амплитуд гармоник смещаются в область больших значений частоты. После достижения максимума происходит монотонный спад амплитуд. Для удобства сравнения графиков, построенных при разных значениях m, значения амплитуд нормировались на максимальное значение амплитуды гармоник Amax при заданной величине m. Графики, представленные на фиг. 2, получены для случая, когда

Способ осуществляют следующим образом.

Для реализации предложенного! способа может быть использован когерентный источник радио или оптического монохроматического излучения. С помощью одного из указанных устройств облучают исследуемую поверхность. Принимают отраженный сигнал и осуществляют его фазовое детектирование, после чего измеряют частоту вибрации.

Затем измеряют амплитуды первых четырех гармоник отраженного сигнала, как в прототипе, и далее последовательно - амплитуды гармоник более высоких порядков. Эти измерения продолжают до тех пор, пока исследуемая совокупность гармоник отраженного сигнала не признается достаточной - признаком того, что проанализировано достаточное число гармоник, является установление монотонного спада амплитуд нечетных и четных гармоник, как это показано на фиг. 2.

По результатам измерений амплитуд определяют порядок k-ой гармоники, имеющей максимальную амплитуду Аk, выбирают амплитуду Аk+2 гармоники порядка k+2 и вычисляют отношение Аk+2k.

Далее, решая уравнение

находят наименьший корень m0, по которому рассчитывают амплитуду вибрации ξ0 по выражению

Изобретение создано в рамках государственного задания по теме №0827-2018-0003 «Фундаментальные исследования океанологических процессов, определяющих состояние и эволюцию морской среды под влиянием естественных и антропогенных факторов, на основе методов наблюдения и моделирования».

Способ дистанционного определения амплитуды вибрации, заключающийся в том, что поверхность облучают когерентным источником излучения, принимают отраженный сигнал, измеряют частоту вибрации, в заданной совокупности гармоник отраженного сигнала измеряют амплитуды гармоник, начиная с первой, по полученным значениям амплитуд выбирают пару гармоник и вычисляют для нее отношение амплитуд, с использованием которого вычисляют амплитуду вибрации, отличающийся тем, что измеряют амплитуды гармоник в такой совокупности гармоник отраженного сигнала, в которой установился монотонный спад амплитуд, определяют порядок k-й гармоники, имеющей наибольшую амплитуду Аk, выбирают амплитуду Аk+2 гармоники порядка k+2 и вычисляют отношение Аk+2k, с использованием которого вычисляют амплитуду вибрации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам связи и передачи информации. Волоконно-оптический преобразователь параметров сигналов содержит оптический ответвитель со схемой возбуждения, источник оптического излучения, выполненный параметрически, а также схему возбуждения, содержащую компоненты выделения ортогональных поляризационных составляющих оптического сигнала, фильтры низкочастотной составляющей оптического сигнала, устройство поворота поляризации оптического сигнала, синхронизирующий сумматор оптических сигналов, пороговую схему, модовый сплиттер и фотодетектор.

Изобретение относится к метрологии, в частности к рефлектометрии. Волоконно-оптическое устройство регистрации вибрационных воздействий содержит последовательно соединенные высокостабильный узкополосный источник излучения, усилитель оптического сигнала, управляемый драйвером акустооптический модулятор, циркулятор, контролируемую линию оптического волокна, разветвитель 1×2 обратно рассеянного сигнала.

Изобретение относится к волоконно-оптическим сенсорным системам. Многоканальное волоконно-оптическое устройство регистрации вибрационных воздействий включает в себя: последовательно соединенные высокостабильный узкополосный источник излучения; усилитель оптического сигнала (бустер); управляемый драйвером акустооптический модулятор для формирования зондирующих импульсов; оптический циркулятор; приемный модуль регистрации, расположенный после оптического циркулятора и состоящий из оптического усилителя слабого обратнорассеянного от измерительных каналов сигнала, узкополосного оптического фильтра, приемника оптического сигнала, на который приходят сигналы со всех N-каналов, аналого-цифрового преобразователя, после которого расположено вычислительное устройство с возможностью конечной обработки зарегистрированных сигналов и отображения информации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения надежности работы обмотки электрического двигателя локомотива. Способ контроля динамического состояния форм и особенностей взаимодействия элементов тягового двигателя электровоза, заключается в том, что на двигатель закрепляют измерительное устройство для контроля его динамического состояния, состоящее из датчика для фиксации появления зазора между инерционным элементом и отверстием в нижней части корпуса и блока обработки информации.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к датчикам измерения вибрационных деформаций на поверхности конструкции, и может быть использовано для диагностики вибрационного напряженно-деформированного состояния и дефектоскопии конструкций в аэрокосмической, нефтегазовой и транспортной технике.

Группа изобретений относится к метрологии. Измерительная установка содержит дистанционную проставку, установленную на монтажной рамке, а также первый и второй звукоизолирующие пояса.

Изобретение относится к области авиационной техники, диагностики технического состояния конструкций из полимерных композиционных, металлических и гибридных материалов с использованием волоконно-оптических акустических средств встроенного контроля.

Изобретение относится к измерительной технике. Способ измерения частотных характеристик механических конструкций заключается в том, что исследуемую конструкцию освещают когерентным лазерным излучением.

Изобретение относится к области измерительной техники. Способ индикации механических резонансов объекта вибрационной диагностики с использованием оптических средств заключается в том, что рядом с исследуемым объектом располагают фотокамеру с дистанционным управлением от компьютера, производят удаленную фокусировку фотокамеры в области расположения маркеров, синхронно с равномерным изменением частоты вибрации осуществляют регистрацию кадров, производят их компьютерную обработку, полученные изображения следов вибрационного размытия меток выводят на монитор и выявляют низкочастотные резонансы по калибровочной сетке на изображениях.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для получения информации о структуре акустических полей при разработке акустоэлектронных приборов, для регистрации акустических полей при физических исследованиях волновых процессов в акустике, для контроля структур в непрозрачных для видимого света объектах.

Использование: для определения амплитуды вибрации. Сущность изобретения заключается в том, что поверхность облучают когерентным источником излучения, принимают отраженный сигнал, измеряют частоту вибрации, в заданной совокупности гармоник отраженного сигнала измеряют амплитуды гармоник, начиная с первой, по полученным значениям амплитуд выбирают пару гармоник и вычисляют для нее отношение амплитуд, с использованием которого вычисляют амплитуду вибрации, при этом измеряют амплитуды гармоник в такой совокупности гармоник отраженного сигнала, в которой установился монотонный спад амплитуд, определяют порядок k-й гармоники, имеющей наибольшую амплитуду Аk, выбирают амплитуду Аk+2 гармоники порядка k+2 и вычисляют отношение Аk+2Аk, с использованием которого вычисляют амплитуду вибрации. Технический результат: расширение диапазона измеряемых амплитуд вибрации. 2 ил.

Наверх