5. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ

В практических условиях активной работы с измеряемыми колебательными процессами технического объекта процедуре формирования диагностических признаков предшествуют процедуры предварительной обработки виброакустического сигнала, связанные с выделением информативных компонент, подавлением помех, нормированием сигналов и т. д.

Ниже приведено краткое описание основных процедур предварительного преобразования исследуемого сигнала.

Фильтрация (частотная селекция) виброакустического сигнала выполняется для выделения информативной компоненты с помощью электрических линейных избирательных устройств или соответствующих математических операций на ЭВМ. Если стационарный случайный процесс, то

или в частотной области

где импульсная переходная; передаточная функции фильтра; энергетические спектры сигналов и на входе и выходе фильтра.

Для выделения полезного сигнала используют как фильтры верхних и нижних частот, так и полосовые фильтры (см. гл. X).

Нормирование виброакустического сигнала по мощности в выделенной полосе частот производится с целью снижения требований к стабильности чувствительности датчиков и коэффициентов усиления трактов. Наиболее целесообразно нормирование по мощности [211, для чего исходный сигнал пропускается через фильтр с полосой пропускания и усилитель с коэффициентом усиления где среднеквадратичное значение выделенной фильтром компоненты сигнала определяемое соотношением

Выделение огибающей или фазы узкополосного колебательного процесса важно во многих процедурах формирования диагностических признаков технического состояния объекта контроля. Например, при износе контактирующих поверхностей и кинематических пар искажение геометрии деталей приводит к неравномерности вращения (частотная модуляция) и изменению силы взаимодействия сопряженных деталей (амплитудная модуляция). В общем случае узкополосный процесс при достаточно широких предположениях [14] может быть представлен в следующем виде;

где — огибающая и фаза процесса медленно изменяющиеся по сравнению с средняя частота сосредоточения энергетическое спектра

Выделение огибающей производят с помощью специальных электрических устройств — амплитудных детекторов, с помощью фазовых детекторов либо на ЭЦВМ с помощью преобразования Гильберта.

Стробирование (временную селекцию) виброакустического сигнала применяют для выделения периодического процесса, жестко связанного с определенной фазой кинематического цикла механизма [10, 16, 21].

Так, в механизмах или кинематических парах ударного действия прямое наблюдение откликов на соударения заданной кинематической пары в измеряемых акустических параметрах, несущих важную информацию о техническом состоянии деталей этой пары, как правило, невозможно из-за наложения ударных импульсов от других узлов механизма.

Рис. 8. Схема использования временной селекции для выделения временной компоненты сигнала

Необходимый сигнал можно выделить при использовании процедуры временной селекции сигнала в соответствии с формулой

где

- период следования ударных импульсов процесса ширина стробирующего импульса; время запаздывания стробирующего импульса относительно синхроимпульса с датчика оборотов одной из вращающихся деталей механизма. При диагностике ДВС, например, синхронизацию вибропроцессов, как правило, осуществляют оборотной частотой коленчатого вала, а за начало отсчета времени принимают положение поршня в верхней мертвой точке одного из цилиндров.

На рис. 8 сверху вниз приведены изображения процессов, участвующих в операции временной селекции: виброакустический сигнал на входе стробирующего устройства; синхроимпульс; стробирующий импульс; результирующий процесс на выходе временного селектора.

Синхронное (когерентное) накопление. Для выделения периодической компоненты исследуемого процесса на фоне аддитивной шумовой компоненты применяют метод синхронного накопления [27]. Суть метода заключается в том, что при суммировании реализаций сигналов на периодах детерминированной составляющей процесса

(где периодическая компонента с амплитудой и периодом случайная компонента с дисперсией амплитуда детерминированной составляющей растет пропорционально и, следовательно, энергия растет пропорционально в то время как дисперсия суммы случайных компонент равна сумме дисперсий если время усреднения больше интервала корреляции шума. Таким образом, отношение сигнал/помеха на выходе синхронного накопителя равно что в раз превышает то же отношение на входе устройства,