RU2314508C1 - Method of vibration testing of machines - Google Patents
Method of vibration testing of machines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2314508C1 RU2314508C1 RU2006135874/28A RU2006135874A RU2314508C1 RU 2314508 C1 RU2314508 C1 RU 2314508C1 RU 2006135874/28 A RU2006135874/28 A RU 2006135874/28A RU 2006135874 A RU2006135874 A RU 2006135874A RU 2314508 C1 RU2314508 C1 RU 2314508C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- amplitude
- phase
- correction
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области диагностики технического состояния машин и может быть использовано для мониторинга технического состояния в информационно-диагностических системах автоматической диагностики и мониторинга.The invention relates to the field of diagnostics of the technical condition of machines and can be used to monitor the technical condition in information-diagnostic systems for automatic diagnostics and monitoring.
В области диагностики технического состояния машин посредством анализа виброакустического сигнала существует проблема, связанная с обеспечением линейности амплитудно-фазовых характеристик как отдельных составляющих измерительной аппаратуры - первичных преобразователей (датчиков), усилителей, трактов передачи сигналов, так и в целом канала передачи виброакустического сигнала от точки его возникновения до средств обработки, как правило, анализатора. Именно линейность амплитудно-фазовой характеристики всего канала передачи виброакустического сигнала от точки его возникновения до анализатора определяет точность и достоверность диагностики.In the field of diagnosing the technical condition of machines through the analysis of a vibro-acoustic signal, there is a problem associated with ensuring the linearity of the amplitude-phase characteristics of both individual components of the measuring equipment — primary transducers (sensors), amplifiers, signal transmission paths, and in general the transmission channel of the vibro-acoustic signal from its point occurrence before the processing tools, usually the analyzer. It is the linearity of the amplitude-phase characteristic of the entire transmission channel of the vibroacoustic signal from the point of its occurrence to the analyzer that determines the accuracy and reliability of the diagnosis.
Известен способ диагностики, заключающийся в том, что при диагностике определяют амплитудно-частотную характеристику виброакустического канала путем тестового воздействия на различные точки механизма, а спектр соударения деталей определяют путем умножения спектра виброакустического сигнала на амплитудно-частотную характеристику канала передачи виброакустического сигнала [1, 2].There is a known diagnostic method, which consists in the fact that during diagnostics the amplitude-frequency characteristic of the vibro-acoustic channel is determined by test action on various points of the mechanism, and the impact spectrum of the parts is determined by multiplying the spectrum of the vibro-acoustic signal by the amplitude-frequency characteristic of the transmission channel of the vibro-acoustic signal [1, 2] .
Данный способ диагностики базируется на следующих предпосылках. Спектр виброакустического сигнала полностью определяется спектром входного воздействия и структурой амплитудно-частотной характеристики канала передачи виброакустического сигнала (виброакустического канала) от точки возникновения сигнала до точки приема анализатором виброакустического сигнала [1, 2]. Форма импульса при столкновении деталей аппроксимируется полуволной синусоиды [1]. Выходной сигнал с датчика виброускорения (виброакселерометра) в этом случае пропорционален скорости столкновения [1]. Длительность соударения [1], которая определяет ширину спектра сигнала, средняя сила столкновения [1] также зависят от скорости столкновения. В свою очередь, скорость столкновения (удара), а значит, и амплитуда сигнала и ширина спектра сигнала пропорциональны зазору [2]. Таким образом, ширина спектра зависит от амплитуды сигнала. Кроме того, в процессе износа, например зубьев кинематической пары, изменяется не только зазор, но и площадь соприкосновения зубьев, что приводит к зависимости от этой площади силы взаимодействия и амплитуды формируемого виброакустического сигнала [1]. Поскольку площадь соприкосновения нелинейно зависит от степени износа, то это приводит к нелинейности формирования и передачи виброакустического сигнала. Таким образом, учитывая, что амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) виброакустического канала имеет неравномерность и нелинейность для каждой точки приема и возбуждения сигнала [1, 2], структура принимаемого датчиком сигнала будет зависеть от амплитуды возбуждаемого сигнала и свойств виброакустического канала для данной амплитуды.This diagnostic method is based on the following premises. The spectrum of the vibroacoustic signal is completely determined by the spectrum of the input action and the structure of the amplitude-frequency characteristics of the transmission channel of the vibroacoustic signal (vibroacoustic channel) from the point of signal generation to the point of reception of the vibroacoustic signal by the analyzer [1, 2]. The pulse shape in the collision of parts is approximated by a half-wave sine wave [1]. The output signal from the vibration acceleration sensor (vibration accelerometer) in this case is proportional to the collision speed [1]. The duration of the collision [1], which determines the width of the spectrum of the signal, the average collision force [1] also depend on the collision speed. In turn, the collision (impact) speed, and hence the signal amplitude and signal spectrum width, are proportional to the gap [2]. Thus, the width of the spectrum depends on the amplitude of the signal. In addition, in the process of wear, for example of the teeth of a kinematic pair, not only the gap, but also the area of contact of the teeth changes, which leads to a dependence on this area of the interaction force and the amplitude of the generated vibroacoustic signal [1]. Since the contact area non-linearly depends on the degree of wear, this leads to nonlinearity of the formation and transmission of the vibroacoustic signal. Thus, taking into account that the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the vibro-acoustic channel has unevenness and non-linearity for each signal reception and excitation point [1, 2], the structure of the signal received by the sensor will depend on the amplitude of the excited signal and the properties of the vibro-acoustic channel for this amplitude.
Недостатком данного способа является то, что амплитудно-частотную характеристику виброакустического канала определяют, например, путем быстрого преобразования Фурье (БПФ), при одном фиксированном значении тестового воздействия при фиксированной скорости столкновения.The disadvantage of this method is that the amplitude-frequency characteristic of the vibroacoustic channel is determined, for example, by the fast Fourier transform (FFT), with one fixed value of the test effect at a fixed collision speed.
Известен способ [3] оценки технического состояния механизмов, преимущественно с зубчатыми передачами, заключающийся в том, что измеряют амплитуды составляющих спектра виброакустического сигнала, выделяют амплитуды составляющих, соответствующие дефектам и неисправностям в виде отдельных импульсов или импульсных последовательностей на частотах, не зависящих от оборотов механизма, корректируют их с помощью функции коррекции, сравнивают полученные значения составляющих виброакустического сигнала с допустимыми величинами.The known method [3] for assessing the technical condition of mechanisms, mainly with gears, which consists in measuring the amplitudes of the components of the spectrum of the vibro-acoustic signal, isolating the amplitudes of the components corresponding to defects and malfunctions in the form of individual pulses or pulse sequences at frequencies independent of the speed of the mechanism , correct them using the correction function, compare the obtained values of the components of the vibroacoustic signal with acceptable values.
Недостатком данного способа является то, что функция коррекции не учитывает зависимость ее параметров от свойств виброакустического канала, в частности нелинейности его амплитудно-фазовой характеристики, и амплитуды возбуждающего воздействия, пропорциональной степени деградации, износа, погрешности и т.д. механизма, узла. Кроме того, данный способ применим к механизмам преимущественно с зубчатыми передачами, что ограничивает область его применения.The disadvantage of this method is that the correction function does not take into account the dependence of its parameters on the properties of the vibro-acoustic channel, in particular the non-linearity of its amplitude-phase characteristics, and the amplitude of the exciting effect, proportional to the degree of degradation, wear, error, etc. mechanism, unit. In addition, this method is applicable to mechanisms mainly with gears, which limits its scope.
Целью изобретения является повышение точности и достоверности диагностики, которое достигают путем коррекции формы амплитудно-фазовой характеристики (АФХ) виброакустического канала с учетом зависимости ее параметров от амплитуды исходного сигнала, что позволяет компенсировать неравномерность и нелинейность характеристики виброакустического канала распространения и преобразования сигнала от источника до анализатора.The aim of the invention is to improve the accuracy and reliability of diagnostics, which is achieved by correcting the shape of the amplitude-phase characteristic (AFC) of the vibro-acoustic channel, taking into account the dependence of its parameters on the amplitude of the original signal, which allows you to compensate for the unevenness and non-linearity of the characteristics of the vibro-acoustic propagation channel and signal conversion from the source to the analyzer .
Поставленная цель в способе вибродиагностики технического состояния машин по вибрации корпуса, заключающемся в том, что измеряют параметры виброакустического сигнала, выделяют составляющие, соответствующие дефектам и неисправностям, корректируют их с помощью функции коррекции и сравнивают полученные значения составляющих виброакустического сигнала с допустимыми величинами, достигается тем, что функции коррекции представляют в виде амплитудно-фазовых характеристик виброакустического канала передачи информации, определяют их при различной амплитуде сигнала во всем динамическом диапазоне амплитуд сигнала, соответствующем исправному и неисправным состояниям узла машины, и корректируют амплитудно-фазовые характеристики сигнала в соответствии с параметрами амплитудно-фазовых характеристик канала передачи виброакустической информации, соответствующими измеренной амплитуде сигнала, а в качестве диагностических составляющих виброакустического сигнала используют амплитуду, фазу составляющих временной и спектральной реализации сигнала, а также собственно частотные составляющие.The goal in the method of vibration diagnostics of the technical condition of machines by vibration of the case, which consists in measuring the parameters of the vibro-acoustic signal, isolating the components corresponding to defects and malfunctions, correcting them using the correction function and comparing the obtained values of the components of the vibro-acoustic signal with acceptable values, achieved by that the correction functions represent in the form of amplitude-phase characteristics of the vibro-acoustic channel for transmitting information, determine them when variable signal amplitude in the entire dynamic range of signal amplitudes corresponding to the healthy and faulty states of the machine node, and correct the amplitude-phase characteristics of the signal in accordance with the parameters of the amplitude-phase characteristics of the transmission channel of vibroacoustic information corresponding to the measured signal amplitude, and as diagnostic components of the vibroacoustic signal use the amplitude, phase of the components of the temporal and spectral implementation of the signal, as well as the actual frequency tnye components.
Поставленная цель в способе вибродиагностики технического состояния машин по вибрации корпуса достигается тем, что определяют мультипликативную функцию коррекции амплитуды и аддитивную функцию коррекции фазы сигнала для разных значений амплитуды, соответствующих исправному и указанным неисправным состояниям.The goal in the method of vibration diagnostics of the technical condition of machines by vibration of the case is achieved by determining the multiplicative function of the correction of the amplitude and the additive function of the correction of the phase of the signal for different values of the amplitude corresponding to the healthy and specified faulty states.
Поставленная цель в способе вибродиагностики технического состояния машин по вибрации корпуса достигается тем, что выполняют БПФ-преобразование сигнала, определяют функции коррекции амплитуды и фазы сигнала для каждого дискретного значения частоты, корректируют амплитуду и фазу сигнала путем умножения каждого значения амплитуды частотной составляющей БПФ-спектра сигнала на значение мультипликативной функции коррекции амплитуды, соответствующее этой частоте, и добавления к каждому значению фазы частотной составляющей БПФ-спектра сигнала значения аддитивной функции коррекции фазы на этой частоте, получают откорректированный БПФ-спектр сигнала и анализируют его для диагностики машины.The goal in the method of vibration diagnostics of the technical condition of machines by vibration of the case is achieved by performing FFT conversion of the signal, determining the correction functions of the amplitude and phase of the signal for each discrete frequency value, and adjusting the amplitude and phase of the signal by multiplying each amplitude value of the frequency component of the FFT spectrum of the signal the value of the multiplicative amplitude correction function corresponding to this frequency and adding to each phase value the frequency component of the FFT spectrum Igna values additive phase correction function at this frequency corrected receive FFT spectrum signal and analyzed to diagnose machine.
Поставленная цель в способе вибродиагностики технического состояния машин по вибрации корпуса достигается тем, что по откорректированному БПФ-спектру сигнала восстанавливают откорректированный сигнал путем обратного БПФ-преобразования, измеряют его параметры и по ним осуществляют диагностику машины и механизмов.The goal in the method of vibration diagnostics of the technical condition of machines by vibration of the case is achieved by the fact that the corrected FFT spectrum of the signal is used to restore the corrected signal by the inverse FFT conversion, measure its parameters and use it to diagnose machines and mechanisms.
Поставленная цель в способе вибродиагностики технического состояния машин по вибрации корпуса достигается тем, что коррекцию сигнала для обеспечения линейной амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик выполняют автоматически путем введения коррекции по формулам:The goal in the method of vibration diagnostics of the technical condition of machines by vibration of the case is achieved by the fact that the signal correction to ensure linear amplitude-frequency and phase-frequency characteristics is performed automatically by introducing a correction according to the formulas:
Kφ(fi)=-φ(fi), при этом Kφ(fi)+φ(fi)=0,K φ (f i ) = - φ (f i ), while K φ (f i ) + φ (f i ) = 0,
где A(fi) - амплитудно-частотная характеристика канала;where A (f i ) is the frequency response of the channel;
φ(fi) - фазо-частотная характеристика канала;φ (f i ) is the phase-frequency characteristic of the channel;
KA(fi) - мультипликативная функция коррекции амплитуды сигнала;K A (f i ) is the multiplicative function of the correction of the signal amplitude;
Kφ(fi) - аддитивная функция коррекции фазы сигнала;K φ (f i ) is the additive function of the phase correction of the signal;
i - порядковый номер полосы БПФ-спектра сигнала;i is the sequence number of the band of the FFT spectrum of the signal;
N - количество полос БПФ преобразования.N is the number of FFT conversion bands.
Анализ отличительных признаков предлагаемого способа вибродиагностики технического состояния машин по вибрации корпуса и обеспечиваемых ими технических результатов показал, что:Analysis of the distinguishing features of the proposed method of vibration diagnostics of the technical condition of machines by vibration of the housing and the technical results provided by them showed that:
учет амплитудно-фазовых характеристик виброакустического канала, который имеет существенную неравномерность даже без учета характеристик тракта измерительной аппаратуры [1], в зависимости от амплитуды сигнала при выделении диагностических составляющих позволяет более точно и корректно определять амплитуду и фазу составляющих как во временной, так и в частотной областях, что повышает точность и достоверность диагностики;taking into account the amplitude-phase characteristics of the vibro-acoustic channel, which has significant non-uniformity even without taking into account the characteristics of the measuring equipment path [1], depending on the signal amplitude during the isolation of diagnostic components, allows to more accurately and correctly determine the amplitude and phase of the components both in time and frequency areas, which increases the accuracy and reliability of diagnosis;
определение мультипликативной функции коррекции амплитуды и аддитивной функции коррекции фазы сигнала для разных значений амплитуды, которые соответствуют исправному и указанным неисправным состояниям, позволяют получить набор указанных функций не просто в диапазоне амплитуд, а для конкретных состояний машины, что позволяет, с одной стороны, сократить их количество в наборе функций, а с другой стороны - определять функции для конкретных случаев дефектов и неисправностей и для соответствующих этим дефектам и неисправностям характеристик генерируемого сигнала. В результате удается повысить точность и достоверность диагностики;the determination of the multiplicative function of the correction of the amplitude and the additive function of the correction of the phase of the signal for different values of the amplitude that correspond to the serviceable and the indicated faulty states make it possible to obtain a set of these functions not just in the range of amplitudes, but for specific states of the machine, which allows, on the one hand, to reduce them the number in the set of functions, and on the other hand, to determine the functions for specific cases of defects and malfunctions and for the characteristics corresponding to these defects and malfunctions tick of the generated signal. As a result, it is possible to increase the accuracy and reliability of the diagnosis;
так как одним из самых распространенных методов виброакустической диагностики является диагностика по спектру виброакустического сигнала, то получение спектра, у которого амплитуда и фаза спектральных составляющих соответствуют реально возбуждаемым, т.е. получение спектра с учетом амплитудно-фазовой характеристики виброакустического канала позволяет повысить точность и достоверность за счет соответствия параметров измеренных составляющих параметрам составляющих, генерируемых неисправными элементами машины;since one of the most common methods of vibroacoustic diagnostics is diagnostics using the spectrum of a vibroacoustic signal, obtaining a spectrum in which the amplitude and phase of the spectral components correspond to those actually excited, i.e. obtaining a spectrum taking into account the amplitude-phase characteristics of the vibro-acoustic channel allows to increase the accuracy and reliability due to the correspondence of the parameters of the measured components to the parameters of the components generated by faulty elements of the machine;
восстановление формы сигнала из откорректированного БПФ-спектра сигнала, соответствующей форме, возбуждаемой неисправным узлом машины или ее элементом, позволяет повысить точность и достоверность постановки диагноза;restoration of the waveform from the corrected FFT spectrum of the signal corresponding to the shape excited by the faulty machine unit or its element, allows to increase the accuracy and reliability of the diagnosis;
одним из частных и эффективных применений автоматической коррекции сигнала для обеспечения линейной амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик канала является коррекция сквозного канала измерительной аппаратуры, которая позволяет исключить ошибки при постановке диагноза и тем самым повысить достоверность диагностики. В этом случае, например, для вибродиагностической аппаратуры получают амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики виброканала путем возбуждения вибросигнала в датчике в заданном диапазоне частот и амплитуд. Полученные амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики используют для получения линейного виброизмерительного канала путем автоматического их применения при приеме и обработки сигнала. При этом отпадает необходимость в поэлементной калибровки составляющих виброизмерительного канала, которая к тому же не гарантирует линейность всего тракта.One of the private and effective applications of automatic signal correction to ensure linear amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of a channel is through-channel correction of measuring equipment, which eliminates errors in diagnosis and thereby improves the reliability of diagnostics. In this case, for example, for the vibrodiagnostic equipment, the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of the vibration channel are obtained by exciting the vibration signal in the sensor in a given range of frequencies and amplitudes. The obtained amplitude-frequency and phase-frequency characteristics are used to obtain a linear vibration measuring channel by automatically applying them when receiving and processing a signal. This eliminates the need for element-wise calibration of the components of the vibration measuring channel, which also does not guarantee the linearity of the entire path.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:The invention is illustrated by drawings, which depict:
фиг.1 - амплитудно-частотные характеристики сигналов с внешнего кольца подшипника (кривая 1), с подшипникового узла (кривая 2), корректирующая функция (кривая 3), соответствующие исправному состоянию подшипника;figure 1 - the amplitude-frequency characteristics of the signals from the outer ring of the bearing (curve 1), from the bearing assembly (curve 2), the correction function (curve 3), corresponding to the working condition of the bearing;
фиг.2 - амплитудно-частотные характеристики сигналов с внешнего кольца подшипника (кривая 4), с подшипникового узла (кривая 5), корректирующая функция (кривая 6), соответствующие неисправному состоянию подшипника;figure 2 - amplitude-frequency characteristics of the signals from the outer ring of the bearing (curve 4), from the bearing assembly (curve 5), the corrective function (curve 6), corresponding to the faulty state of the bearing;
фиг.3 - исходная форма реализации вибросигнала во временной области с датчика на цилиндре поршневого компрессора;figure 3 - the initial form of the implementation of the vibration signal in the time domain from the sensor on the cylinder of the reciprocating compressor;
фиг.4 - амплитудно-частотная (7) и фазочастотная (8) характеристики сигнала с датчика на цилиндре поршневого компрессора;figure 4 - amplitude-frequency (7) and phase-frequency (8) characteristics of the signal from the sensor on the cylinder of the reciprocating compressor;
фиг.5 - мультипликативная (9) и аддитивная (10) корректирующие функции сигнала с датчика на цилиндре поршневого компрессора;5 is a multiplicative (9) and additive (10) corrective functions of the signal from the sensor on the cylinder of the reciprocating compressor;
фиг.6 - амплитудно-частотная (11) и фазочастотная (12) характеристики сигнала с датчика на цилиндре поршневого компрессора после применения корректирующих функций;6 - amplitude-frequency (11) and phase-frequency (12) characteristics of the signal from the sensor on the cylinder of the reciprocating compressor after applying the corrective functions;
фиг.7 - корректированная форма реализации вибросигнала во временной области с датчика на цилиндре поршневого компрессора. Точки 13 соответствуют открытию всасывающих клапанов 1-й полости нагнетания, 14 - открытие нагнетательных клапанов 2-й полости нагнетания, 15 - нижняя мертвая точка, 16 - открытие всасывающих клапанов 2-й полости нагнетания, 17 - открытие нагнетательных клапанов 1-й полости нагнетания, 18 - верхняя мертвая точка;7 is a corrected form of the implementation of the vibration signal in the time domain from the sensor on the cylinder of the reciprocating compressor.
фиг.8 - амплитудно-частотные характеристики до применения корректирующей функции (кривая 19), после применения корректирующей функции (кривая 20), корректирующая функции (кривая 21).Fig - amplitude-frequency characteristics before applying the correction function (curve 19), after applying the correction function (curve 20), the correction function (curve 21).
Реализуемость способа проверялась с возникающими дефектами и неисправностями подшипников качения реально функционирующих центробежных консольных насосов. Один вибропреобразователь (акселерометр) устанавливался на внешнее кольцо подшипника, при этом обеспечивался надежный акустический контакт поверхности датчика с внешним кольцом подшипника. Второй датчик устанавливался с помощью специального датчико-держателя на шпильку крепления крышки подшипника. Проведенные измерения при исправном подшипнике показали, что спектр вибрации с первого датчика имеет большую интенсивность (фиг.1, кривая 1). Второй датчик зафиксировал идентичный сигнал, но меньшей интенсивности (фиг.1, кривая 2). Характер корректирующей функции (фиг.1, кривая 3) свидетельствует о необходимости глобального подъема примерно на 10 дБ в диапазоне частот до 3000 Гц и свыше 4000 Гц.The feasibility of the method was checked with defects and malfunctions of rolling bearings of actually functioning centrifugal cantilever pumps. One vibration transducer (accelerometer) was installed on the outer ring of the bearing, while ensuring reliable acoustic contact of the sensor surface with the outer ring of the bearing. The second sensor was installed using a special sensor holder on the pin of the bearing cap. The measurements with a working bearing showed that the vibration spectrum from the first sensor has a greater intensity (Fig. 1, curve 1). The second sensor detected an identical signal, but of a lower intensity (Fig. 1, curve 2). The nature of the corrective function (Fig. 1, curve 3) indicates the need for a global rise of about 10 dB in the frequency range up to 3000 Hz and over 4000 Hz.
При возникновении неисправности в подшипнике качения интенсивность вибрации с обоих датчиков выросла (фиг.2, кривая 4, кривая 5). Однако характер функции коррекции (фиг.2, кривая 6) показывает необходимость коррекции амплитудного спектра не только в области верхних частот (выше 1700 Гц), но и в диапазоне до 500 Гц, что связано с интенсивностью ударов в подшипнике кратных частоте взаимодействия деталей подшипника.When a malfunction occurs in the rolling bearing, the vibration intensity from both sensors increased (Fig. 2, curve 4, curve 5). However, the nature of the correction function (Fig. 2, curve 6) shows the need to correct the amplitude spectrum not only in the high frequency region (above 1700 Hz), but also in the range up to 500 Hz, which is associated with the intensity of impacts in the bearing that are multiples of the frequency of interaction of the bearing parts.
Сравнение корректирующих функций для обоих случаев (исправный (фиг.1, кривая 3) и неисправный (фиг.2, кривая 6) подшипник) показывает, что при возникновении неисправности в подшипнике качения требуется корректировать сигнал не только в низкочастотной области (до 500 Гц), но и в диапазоне свыше 1200 Гц. Таким образом, представление функции коррекции в виде амплитудно-фазовых характеристик виброакустического канала передачи информации, определение их при различной амплитуде сигнала во всем динамическом диапазоне амплитуд сигнала, соответствующем исправным и неисправным состояниям узла машины, и коррекция амплитудно-фазовых характеристик сигнала в соответствии с параметрами амплитудно-фазовых характеристик канала передачи виброакустической информации, соответствующими измеренной амплитуде сигнала, позволяет повысить точность и достоверность диагностики.A comparison of the correcting functions for both cases (serviceable (figure 1, curve 3) and faulty (figure 2, curve 6) bearings) shows that when a malfunction occurs in the rolling bearing, it is necessary to correct the signal not only in the low-frequency region (up to 500 Hz) , but also in the range of over 1200 Hz. Thus, the representation of the correction function in the form of the amplitude-phase characteristics of the vibro-acoustic channel for transmitting information, their determination at various signal amplitudes in the entire dynamic range of signal amplitudes corresponding to serviceable and faulty states of the machine assembly, and correction of the amplitude-phase characteristics of the signal in accordance with the parameters -phase characteristics of the transmission channel of vibroacoustic information corresponding to the measured signal amplitude, improves the accuracy and reliability of diagnosis.
Учитывая сложную структуру виброакустического сигнала, эффективность коррекции АФХ на основе определения мультипликативной функции коррекции амплитуды, аддитивной функции коррекции фазы и БПФ, целесообразно рассмотреть на примере более простого параметра виброакустического сигнала - виброперемещении, зафиксированного на цилиндре поршневого компрессора в осевом направлении, для одного состояния машины. На фиг.3 приведена форма реализации виброперемещения во временной области, полученная с датчика вибрации. Характер кривой говорит о существенной нестационарности процесса. После применения БПФ получен спектр амплитуд (фиг.4, кривая 7) и фаз (фиг.4, кривая 8) сигнала с данного датчика для каждого дискретного значения частоты. На основе полученных данных определены мультипликативная функция коррекции амплитуды KA(fi) (фиг.5, кривая 9) и аддитивная функция коррекции фазы Kφ(fi) (фиг.5, кривая 10) для каждого значения частотной составляющей. Коррекция амплитуды и фазы путем умножения каждого значения амплитуды частотной составляющей БПФ-спектра сигнала Аисх(fi) на значение мультипликативной функции коррекции амплитуды, соответствующее этой частоте KA(fi), и добавления к каждому значению фазы частотной составляющей БПФ-спектра сигнала φисх(fi) значения аддитивной функции коррекции фазы на этой частоте Kφ(fш) позволило получить откорректированный БПФ-спектр амплитуд Акорр(fi)=KA(fi)·Aисх(fi) (фиг.6, кривая 11) и фаз φкорр(fi)=Kφ(fi)+φисх(fi) (фиг.6, кривая 12) сигнала. Анализ его для диагностики компрессора позволяет адекватно оценить влияние высших спектральных составляющих на диагностический сигнал и учитывать их при оценке состояния машины, что повышает точность и достоверность диагностики. По откорректированному БПФ-спектру сигнала (фиг.6) восстановлен откорректированный сигнал путем обратного БПФ-преобразования (фиг.7). Полученный сигнал (фиг.7) не имеет нестационарной составляющей, адекватно отражает работу компрессора, при этом в данном случае абсолютное его значение свидетельствует о предельно допустимом уровне виброперемещения. Характер формы сигнала (фиг.7) позволяет судить о циклограмме работы компрессора. Так учитывая, что точки 13 соответствуют открытию всасывающих клапанов 1-й полости нагнетания, 14 - открытию нагнетательных клапанов 2-й полости нагнетания, 15 - нижней мертвой точке, 16 - открытию всасывающих клапанов 2-й полости нагнетания, 17 - открытию нагнетательных клапанов 1-й полости нагнетания, 18 - верхней мертвой точке, то по форме откорректированной временной реализации можно судить о правильности и своевременности работы клапанов. Таким образом, восстановленный из откорректированного БПФ-спектра сигнал позволяет более точно и достоверно диагностировать машину.Given the complex structure of the vibroacoustic signal, the efficiency of the AFC correction based on the determination of the multiplicative amplitude correction function, the additive phase correction function and the FFT, it is advisable to consider the simpler parameter of the vibroacoustic signal - vibration displacement, fixed on the piston compressor cylinder in the axial direction, for one state of the machine. Figure 3 shows the form of the implementation of vibration in the time domain, obtained from the vibration sensor. The nature of the curve indicates a significant non-stationary process. After applying the FFT, a spectrum of amplitudes (Fig. 4, curve 7) and phases (Fig. 4, curve 8) of the signal from this sensor for each discrete frequency value is obtained. Based on the obtained data, the multiplicative amplitude correction function K A (f i ) (Fig. 5, curve 9) and the additive phase correction function K φ (f i ) (Fig. 5, curve 10) for each value of the frequency component are determined. The amplitude and phase correction by multiplying each amplitude value of the frequency component of the FFT spectrum of the signal A ref (f i ) by the value of the multiplicative amplitude correction function corresponding to this frequency K A (f i ), and adding to each phase value the frequency component of the FFT spectrum of the signal φ ref (f i ) the values of the additive phase correction function at this frequency K φ (f w ) made it possible to obtain the corrected FFT spectrum of amplitudes A corr (f i ) = K A (f i ) · A ref (f i ) (Fig. 6, curve 11) and phases φ corr (f i ) = K φ (f i ) + φ ref (f i ) (Fig. 6, curve 12) of the signal. Analysis of it for compressor diagnostics makes it possible to adequately assess the effect of higher spectral components on the diagnostic signal and take them into account when assessing the condition of the machine, which increases the accuracy and reliability of the diagnosis. According to the corrected FFT spectrum of the signal (Fig. 6), the corrected signal is restored by the inverse FFT transform (Fig. 7). The received signal (Fig.7) does not have a non-stationary component, adequately reflects the operation of the compressor, and in this case its absolute value indicates the maximum permissible level of vibration displacement. The nature of the waveform (Fig.7) allows you to judge the sequence diagram of the compressor. So given that
Корректирование АЧХ измерительного канала путем введения коррекции по формулам:Correction of the frequency response of the measuring channel by introducing correction according to the formulas:
Kφ(fi)=-φ(fi), при этом Kφ(fi)+φ(fi)=0,K φ (f i ) = - φ (f i ), while K φ (f i ) + φ (f i ) = 0,
где А(fi) - амплитудно-частотная характеристика канала;where A (f i ) is the amplitude-frequency characteristic of the channel;
φ(fi) - фазочастотная характеристика канала;φ (f i ) is the phase-frequency characteristic of the channel;
KA(fi) - мультипликативная функция коррекции амплитуды сигнала;K A (f i ) is the multiplicative function of the correction of the signal amplitude;
Kφ(fi) - аддитивная функция коррекции фазы сигнала;K φ (f i ) is the additive function of the phase correction of the signal;
i - порядковый номер полосы БПФ-спектра сигнала;i is the sequence number of the band of the FFT spectrum of the signal;
N - количество полос БПФ преобразования,N is the number of FFT conversion bands,
позволяет значительно повысить линейность тракта и снизить амплитудно-фазовые искажения сигнала, приводит к повышению точности и достоверности диагностирования. Так, на фиг.8 приведены исходная АЧХ A(fi) сигнала при воздействии шумоподобной вибрации (кривая 19), результирующая АЧХ сигнала KA(fi)·A(fi) (кривая 20) и корректирующая функция KA(fi) (кривая 21). В результате применения корректирующей функции неравномерность АЧХ уменьшилась более чем в 8 раз.can significantly increase the linearity of the path and reduce the amplitude-phase distortion of the signal, leads to increased accuracy and reliability of the diagnosis. So, in Fig.8 shows the original frequency response A (f i ) of the signal when exposed to noise-like vibration (curve 19), the resulting frequency response of the signal K A (f i ) · A (f i ) (curve 20) and the correction function K A (f i ) (curve 21). As a result of applying the corrective function, the frequency response unevenness decreased by more than 8 times.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность и достоверность диагностики путем анализа составляющих сигналов, генерируемых неисправными элементами диагностируемой машины, у которых восстановлены амплитудно-фазовые характеристики, посредством учета не только формы амплитудно-фазовой характеристики канала передачи информации, но и с учетом зависимости ее параметров от амплитуды исходного сигнала.Thus, the proposed method allows to increase the accuracy and reliability of diagnostics by analyzing the components of the signals generated by faulty elements of the diagnosed machine for which the amplitude-phase characteristics are restored, by taking into account not only the shape of the amplitude-phase characteristic of the information transmission channel, but also taking into account the dependence of its parameters from the amplitude of the original signal.
Источники информацииInformation sources
1. Павлов Б.В. Акустическая диагностика механизмов. - М.: Машиностроение, 1971. - 224 с.1. Pavlov B.V. Acoustic diagnostics of mechanisms. - M.: Mechanical Engineering, 1971. - 224 p.
2. Павлов Б.В. Диагностика «болезней» машин. // Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Колос, 1978.-143 с.2. Pavlov B.V. Diagnosis of "diseases" of machines. // Ed. 2nd rev. and add. - M .: Kolos, 1978.-143 p.
3. А.С. 506777, МКИ G01М 13/02. Способ оценки технического состояния механизмов / С.А.Морозов // БИ №10, 10.01.773. A.S. 506777,
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006135874/28A RU2314508C1 (en) | 2006-10-10 | 2006-10-10 | Method of vibration testing of machines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006135874/28A RU2314508C1 (en) | 2006-10-10 | 2006-10-10 | Method of vibration testing of machines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2314508C1 true RU2314508C1 (en) | 2008-01-10 |
Family
ID=39020241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006135874/28A RU2314508C1 (en) | 2006-10-10 | 2006-10-10 | Method of vibration testing of machines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2314508C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2522275C2 (en) * | 2012-10-18 | 2014-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" | Method for determining technical state of power plants |
| RU2557676C1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-07-27 | Николай Анатольевич Дегтярёв | Vibration monitoring of displacement units in hydraulic systems |
| CN105512409A (en) * | 2015-12-11 | 2016-04-20 | 中国北方发动机研究所(天津) | Optimum design method of engine parts |
| CN105571866A (en) * | 2015-12-11 | 2016-05-11 | 中国北方发动机研究所(天津) | Engine vibration spectrum extraction method |
| RU2746669C1 (en) * | 2020-09-11 | 2021-04-19 | Юрий Иванович Стародубцев | Method for timely determination of location and type of impact on vibration-loaded object |
| RU2769919C1 (en) * | 2021-05-27 | 2022-04-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (СПбГЭТУ "ЛЭТИ") | Method for vibration diagnostics of the occurrence of incipient defects in individual nodes of mechanisms |
-
2006
- 2006-10-10 RU RU2006135874/28A patent/RU2314508C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2522275C2 (en) * | 2012-10-18 | 2014-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" | Method for determining technical state of power plants |
| RU2557676C1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-07-27 | Николай Анатольевич Дегтярёв | Vibration monitoring of displacement units in hydraulic systems |
| CN105512409A (en) * | 2015-12-11 | 2016-04-20 | 中国北方发动机研究所(天津) | Optimum design method of engine parts |
| CN105571866A (en) * | 2015-12-11 | 2016-05-11 | 中国北方发动机研究所(天津) | Engine vibration spectrum extraction method |
| CN105512409B (en) * | 2015-12-11 | 2018-08-28 | 中国北方发动机研究所(天津) | A kind of engine component optimum design method |
| RU2746669C1 (en) * | 2020-09-11 | 2021-04-19 | Юрий Иванович Стародубцев | Method for timely determination of location and type of impact on vibration-loaded object |
| RU2769919C1 (en) * | 2021-05-27 | 2022-04-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (СПбГЭТУ "ЛЭТИ") | Method for vibration diagnostics of the occurrence of incipient defects in individual nodes of mechanisms |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2314508C1 (en) | Method of vibration testing of machines | |
| EP3049788B1 (en) | Gear fault detection | |
| US6526356B1 (en) | Rocket engine gear defect monitoring method | |
| Dalpiaz et al. | Effectiveness and sensitivity of vibration processing techniques for local fault detection in gears | |
| Wang et al. | Autoregressive model-based gear shaft fault diagnosis using the Kolmogorov–Smirnov test | |
| RU2470280C2 (en) | Method for detection and automatic identification of rolling bearing damage | |
| US6389887B1 (en) | Process for the detection of damage to components of an engine | |
| JP2003528292A (en) | State-based monitoring of bearings by vibration analysis | |
| CN103134679B (en) | Bearing state monitors method and bearing state monitoring arrangement | |
| WO2018215749A1 (en) | A vehicle noise, vibration and harshness (NVH) testing method and system | |
| WO2014123443A1 (en) | Method and device for vibration diagnosis and forecasting sudden engine failure | |
| PAwlik | Single-number statistical parameters in the assessment of the technical condition of machines operating under variable load | |
| KR20120121621A (en) | Diagnostic apparatus for vehicle, diagnostic method for vehicle and recording medium of the same diagnostic method | |
| RU2623177C2 (en) | Method for monitoring technical state of rolling bearings | |
| CN105300688A (en) | RMS-based self-adaptive quick evaluating method for rotating speed of gearbox | |
| KR20030082174A (en) | Apparatus for detecting defects of a complex machine | |
| RU2542162C1 (en) | Method of diagnostics of pre-emergency modes of operation of dry rocket engines (dre) in hold down tests | |
| RU2644646C1 (en) | Diagnostics method of technical state of rotor equipment | |
| KR101838857B1 (en) | Method for estimating machine degradation using degradation trend | |
| CN104156339B (en) | A kind of method utilizing secondary to arrange entropy recognition cycle Weak pulse signal | |
| Li et al. | An adaptive synchroextracting transform for the analysis of noise contaminated multi-component nonstationary signals | |
| RU2610366C1 (en) | Method for diagnosis of technical condition of machines on indirect indicators | |
| RU2382991C1 (en) | Method of diagnostics of lock valves | |
| Bertoni et al. | Comparison of incremental encoders in order to improve IAS based diagnosis | |
| Rodriguez et al. | Comparative study between laser vibrometer and accelerometer measurements for mechanical fault detection of electric motors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191011 |