Общие вопросы вибрационной диагностики

С.В.Ищенко ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ВИБРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ

В последние годы на практике время вывода техники для планового обслуживания и ремонта определяется тремя основными способами:

• работа техники до отказа;

• вывод техники в ремонт по результатам экспертных оценок;

• вывод техники в ремонт по результатам диагностики и прогноза состояния.

Но значительный экономический эффект дает только третий способ. Успешное его использование позволяет:

• сократить время, объем ремонта и количество запасных частей не менее чем на треть;

• уменьшить число внезапных отказов в десятки раз;

• сократить упущенную прибыль из-за простоев в несколько раз.

Для последнего способа необходима полная диагностика объекта, причем желательно обнаруживать все дефекты, влияющие на ресурс, задолго до отказа, чтобы подготовиться к ремонту. В механике и электромеханике, как показала практика, эффективная диагностика машин возможна, в основном, по вибрации, так как:

• колебательные силы возникают непосредственно в месте появления дефекта, а машина "прозрачна" для вибрации;

• вибрация содержит максимальный объем диагностической информации;

• диагностировать можно на месте, без разборки и остановки оборудования.

Т акие общепризнанные методы, как контроль температуры, анализ смазки и другие при правильном подходе практически не требуются - их заменяет анализ вибрации.

Вибрация и шум - естественные процессы, протекающие в машинах и оборудовании, и возбуждаются они теми же динамическими силами, которые являются причинами износа и разных видов дефектов.

Естественно, что вибрация и шум трансформируются друг в друга на границах газовой и твердых сред, а человек непосредственно воспринимает звук, и лишь в ограниченном низкочастотном диапазоне - вибрацию.

За переход вибрации в шум отвечает колебательная скорость, которая прямо пропорциональна звуковому давлению в воздухе около вибрирующей поверхности. Поэтому и нормы на вибрацию, как правило, ограничивают колебательную скорость машин и оборудования.

Но вибрационный контроль и вибрационная диагностика - разные практические задачи. В диагностике дефект определяется колебательной силой, действующей в зоне дефекта, а сила связана линейно с колебательным ускорением, а не со скоростью. Поэтому в диагностике часто пользуются измерениями виброускорения, а для вибрационного контроля машин дополнительно измеряют и виброскорость, причем лишь в ограниченном низкочастотном диапазоне.

Для измерения вибрации, как правило, используются датчики виброускорения, работающие на пьезоэффекте. В таких датчиках электрический заряд на выходе пропорционален действующей на датчик силе. Лишь в ряде стационарных систем контроля вибрации крупных машин с подшипниками скольжения используются датчики колебательного смещения, встраиваемые в подшипник (по два датчика на подшипник). Эти датчики позволяют измерять траекторию движения центра вала в подшипниках (его орбиту) и тем самым непосредственно определять величину износа вкладышей.

Для измерения шума используются микрофоны с различными способами преобразования звукового давления в электрический сигнал. Для диагностики машин иногда используются направленные микрофоны, позволяющие определять направление на точку излучения шума. Практически микрофоном можно дистанционно измерять вибрацию объекта, а конкретно - величину виброскорости.

Есть еще одна причина, по которой не рекомендуется активно использовать шум для диагностики машин. Эта причина необходимость учета формы колебаний объекта в непосредственной близости от места возникновения дефекта. Здесь значительный вклад как в вибрацию, так и в шум вносят псевдосоставляющие сложных форм, т.е. те, которые по мере удаления от источника трансформируются в простую (волновую) форму. При измерении шума на расстоянии информация, имеющаяся в псевдошуме или псевдовибрации, пропадает.

После преобразования сигнала вибрации (шума) в электрический сигнал, последний необходимо тщательно анализировать, получая, а не теряя диагностическую информацию. К анализирующим приборам в диагностике предъявляются самые жесткие требования. К типовым операциям, которые должны выполнять приборы, анализирующие вибрацию, следует отнести:

1) определение уровня (общего) вибрации в полосе частот, требуемой стандартами вибрационного контроля и в требуемых стандартами единицах измерения;

2) спектральный анализ вибрации, т.е. разделение вибрации на составляющие разной частоты, определяемые природой колебательных сил;

3) анализ колебаний мощности отдельных составляющих вибрации, предварительно выделенных из сигнала вибрации. Это, как правило, анализ спектра огибающей случайного высокочастотного сигнала вибрации;

4) анализ формы сигнала вибрации, т.е. анализ временной развертки сигнала (работа в режиме осциллографа).

Диагностика - это, в основном, поиск слабых компонент сигнала на фоне сильных. Различаются слабые и сильные компоненты обычно и по частоте. По мощности эти компоненты могут различаться в 106 раз, поэтому измеряют не их мощность, а амплитуду, и различие между слабыми и сильными компонентами снижается до величин, порядка 103 раз. Но слабую компоненту необходимо не только обнаружить, но и определить ее свойства. Поэтому анализатор сигнала должен без каких-либо переключений обеспечивать динамический диапазон анализа порядка 104 раз. Добавим еще и то, что машины могут иметь, например, из-за разной частоты вращения разную максимальную амплитуду вибрации, отличающуюся до 100 раз. Тогда очевидно, что хороший прибор без смены датчика должен иметь динамический диапазон измерений порядка 106 раз.

Чтобы было удобно сравнивать составляющие вибрации, так сильно отличающиеся друг от друга, в акустике принято отображать их величины в логарифмическом масштабе.

Две составляющие, отличающиеся по мощности в 10 раз, принято считать в логарифмическом масштабе отличающимися на 10 децибел. В акустике различие амплитуд составляющих в 10 раз в логарифмическом масштабе соответствует 20 дБ.

Вибросмещение, виброскорость и виброускорение, измеренные в одной точке и выраженные в децибелах, совпадают только на одной частоте - 1000 рад/с или 159 Гц.

В каждой машине действуют динамические силы. Эти силы - источник не только шума и вибрации, но и дефектов, которые изменяют свойства сил и, соответственно, характеристики шума и вибрации. Можно сказать, что функциональная диагностика машин без смены режима их работы - это изучение динамических сил, а не собственно вибрации или шума. Последние просто содержат в себе информацию о динамических силах, но в процессе преобразования сил в вибрацию или шум часть информации теря-

175

ется. Еще больше информации теряется при преобразовании сил и совершаемой ими работы в тепловую энергию. Именно поэтому из двух видов сигналов (температура и вибрация) в диагностике предпочтение следует отдать вибрации.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Александров А.А., Барков А.В, Баркова А.В., Шафранский Н.А.Вибрация и вибродиагностика судового электрооборудования. Л.: Судостроение, 1986.

2. Барков А.В., Баркова Н.А., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации. Рекомендации для пользователей систем диагностики. Спб: СПбГМТУ, 2000.

3. Барков А.В., Баркова Н.А Интеллектуальные системы мониторинга и диагностики машин по вибрации. СПб: Изд-во СПбГМТУ. 1999.Вып. 9,

И.П. Мирошниченко, В.И. Мирошниченко, В.В. Нестеров МЕТОДИКА РЕГИСТРАЦИИ ИНФОРМАЦИИ С ОПТИЧЕСКИХ ИНТЕРФЕРОГРАММ

Использование интерференционно-голографических методов в настоящее время для проведения высокоточных измерений различных параметров достаточно хорошо известно. Существующие схемы регистрации информации с оптических интерферо-грамм основаны на использовании фотоприемников, обеспечивающих измерение интенсивности излучения в некоторой заданной области интерферограммы. В этом случае геометрические характеристики апертуры фотоприемника ограничивают функциональные возможности измерительного устройства, что приводит к снижению информативности и точности результатов измерений, особенно при использовании оптических голограмм.

Разработана и реализована методика регистрации информации с оптических ин-терферограмм при проведении экспериментальных исследований. В состав аппаратных средств, реализующих методику, входят унифицированный экран, аналоговая или цифровая видеотехника и персональный компьютер.

Предлагаемая методика позволяет произвести регистрацию изображения интер-ферограммы по всей ее поверхности в пределах области экрана, выделить из изображения исследуемые фрагменты интерферограммы и произвести идентификацию полученной информации, соответствующей изменению измеряемого параметра.

Методика использована в процессе проведения экспериментальных исследований для создания оптимальных структур чувствительных элементов перспективных средств измерений малых перемещений поверхностей объектов испытаний, а также при разработке новых видов детекторов для оптических каналов связи.

А.В. Аграновский, С.В. Геращенко, Н.Ю. Полушкин НОСИТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ СО ВСТРОЕННЫМИ СИСТЕМАМИ ЗАЩИТЫ ОТ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО ДОСТУПА, РЕАЛИЗОВАННЫЕ НА МИКРОСХЕМАХ ГЬА8И-ПАМЯТИ

Защищенные твердотельные носители информации являются одним из наиболее перспективных направлений для хранения и переноса конфиденциальной информации.

Защищенные твердотельные носители информации базируются на микросхемах ГЬА8Ы-памяти со скоростью записи/чтения до 1 Мб/с и объёмом до 512 Мб, для под-