СПОСОБ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ, ИХ ЭЛЕМЕНТОВ, МАТЕРИАЛОВ И ВЕЩЕСТВ, ВХОДЯЩИХ В ИХ СОСТАВ
METHOD OF TECHNICAL DIAGNOSIS OF ELECTRIC CIRCUITS, THEIR ELEMENTS, MATERIALS AND SUBSTANCES INCLUDED IN THEIR COMPOSITION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области радиоэлектроники, электротехники. В частности изобретение может быть использовано при проведении испытаний, исследований и измерений параметров электрических машин различного типа (в том числе трансформаторов), а также их обмоток. Может быть применено в химии и микробиологии.
Уровень техники
Один из аналогов предлагаемого в настоящей заявке способа технического диагностирования рассмотрен в работе: Баранов Н.Н., Ив Тан. Разработка электрических и электронных аппаратов контроля и предотвращения аварийных ситуаций в системах электроснабжения, использующих нетрадиционные источники энергии. Электротехника, 2002 г., №2, с.26-33.
В способе - аналоге:
а) анализируют собственные флуктуационные (т.е. шумовые) колебания токов, напряжений, потенциалов одного из видов элементов электрических цепей -нетрадиционных источников энергии;
б) определяют (измеряют) статистические оценки параметров и характеристик собственных флуктуационных колебаний токов, напряжений, потенциалов диагностируемых нетрадиционных источников энергии;
в) за счет выбора длины реализации во времени мгновенных значений токов, напряжений, потенциалов и способа квантования по времени обеспечивают высокую точность определения статистических оценок параметров и характеристик диагностируемых нетрадиционных источников энергии;
г) статистические оценки параметров и характеристик собственных флуктуационных колебаний токов, напряжений, потенциалов диагностируемых нетрадиционных источников энергии сопоставляют с «нормой», т.е. с каким-либо заранее установленным или измеренным эталонным значением соответствующих параметров и характеристик.
д) по результатам сопоставления делают выводы о техническом состоянии диагностируемых нетрадиционных источников энергии.
К числу недостатков и свойств, ограничивающих применение рассматриваемого способа-аналога, относятся следующие:
а) способ диагностирования применим к ограниченному классу элементов электрических цепей, а именно к нетрадиционным источникам энергии. При этом нетрадиционные источники энергии должны обладать достаточно высоким уровнем собственных шумов, статистические оценки параметров и характеристик которых должны зависеть от внешних и внутренних воздействий и адекватно характеризовать техническое состояние диагностируемого источника энергии (т.е. не всякие собственные шумы подойдут);
б) уровень собственных шумов диагностируемого источника энергии должен на несколько порядков превосходить уровень собственных шумов приборов и устройств, используемых для измерения и обработки реализации токов, напряжений, потенциалов диагностируемых источников. Иначе точность способа будет резко снижена. Таким образом, чувствительность метода сильно зависит от соотношения этих двух уровней, что дополнительно ограничивает область применения рассматриваемого способа-аналога.
в) чувствительность непосредственно способа диагностирования (без учета чувствительности используемых при этом измерительных приборов), рассматриваемого аналога определяется реакцией реализации мгновенных значений токов, напряжений, потенциалов диагностируемого источника энергии на внутренние и внешние воздействия различных факторов, характеризующих техническое состояние диагностируемого источника. Эта реакция на воздействия определяется, в свою очередь, внутренними явлениями и механизмами, присущими диагностируемому источнику энергии. И для изменения чувствительности непосредственно метода диагностирования необходимо изменение упомянутых выше внутренних явлений и механизмов диагностируемого источника энергии. А это связано с общими параметрами источника энергии, в первую очередь с электрическими параметрами, которые определяются общими требованиями, предъявляемыми к источнику энергии в целом. Из изложенного выше вытекает недостаток анализируемого способа-аналога: сложность регулирования чувствительности непосредственно способа технического диагностирования источников энергии. И, как следствие, узкий диапазон регулирования чувствительности непосредственно способа технического диагностирования.
Еще один способ технического диагностирования электрических цепей, аналогичный предлагаемому в настоящей заявке на изобретение, рассмотрен в работе: Кузнецов С.М. Исследование переходных процессов в тяговой сети численными методами, Электротехника, 2004 г., №3, с.41-46.
Автором названной выше работы анализируются переходные процессы (токи, напряжения) в тяговой сети постоянного тока. Эти процессы имеют место как при нормальном режиме работы сети, электроподвижного состава (это - стационарные переходные процессы), так и при аварийных режимах на электроподвижном составе, в тяговой сети (это - аварийные переходные процессы).
В рассматриваемом способе - аналоге:
а) анализируют собственные переходные процессы в тяговой сети постоянного тока; в общем случае эти переходные процессы носят случайный характер;
б) определяют информативные параметры переходных процессов в тяговой сети, величины которых для случаев стационарных и аварийных переходных процессов различны;
в) сопоставляют величины информативных параметров для стационарных переходных процессов и переходных процессов аварийных;
г) по результатам сопоставления делают выводы о техническом состоянии диагностируемой тяговой сети и электроподвижного состава.
Недостатки рассмотренного выше способа-аналога и причины, ограничивающие его применение, объясняются и заключаются в следующем:
а) в ограниченной области применения, а именно для технического диагностирования электрических цепей такого вида, где переходные процессы являются основным режимом работы диагностируемой электрической цепи;
б) в зависимости чувствительности непосредственно метода технического диагностирования от основного режима работы диагностируемой электрической цепи (и наоборот) и, как следствие, в узком диапазоне возможных (в случае необходимости изменения чувствительности) изменений чувствительности непосредственно метода технического диагностирования электрической цепи.
Способ технического диагностирования электрических цепей, элементов электрических цепей, аналогичный предлагаемому в настоящей заявке на изобретение и наиболее близкий к нему (т.е. способ-прототип), рассмотрен в работе: К.К.Ким, Г.А.Гоголев. Тест-диагностика изоляции тяговых трансформаторов, Железнодорожный транспорт, 2001 г., №8, стр.32-33.
В способе-прототипе:
а) диагностируемую электрическую цепь, элемент электрической цепи (конкретно: трансформатор) заранее (перед проведением диагностирования) отключают от внешней питающей и нагрузочной рабочих цепей;
б) диагностируемую электрическую цепь (или ее элементы) подвергают ударному воздействию, а именно воздействию тест-импульса напряжения;
в) тест-импульс напряжения получают от специального генератора за счет разряда конденсатора, входящего в состав генератора. Напряжение, до которого предварительно заряжают конденсатор, выбирают в определенном интервале различным, в зависимости от условий диагностирования. Таким образом, изменяют, в зависимости от условий, амплитуду тест-импульса напряжения, форма его приведена в рассматриваемой работе;
г) анализируют отклик диагностируемой электрической цепи (или ее элементов) на воздействующий тест-импульс напряжения. Т.е. анализируют переходные процессы в диагностируемой электрической цепи (или ее элементах), которые созданы извне с помощью тест-импульса напряжения специально с целью диагностирования;
д) в созданных в диагностируемой электрической цепи (или ее элементах) с помощью тест-импульса напряжения переходных процессах выбирают отрезок времени, в течении которого наблюдаемые переходные процессы (токи, напряжения) в наибольшей мере характеризуют техническое состояние диагностируемого объекта (электрической цепи, элементов электрической цепи);
е) для выбранного временного отрезка переходных процессов определяют величины заранее выбранных информативных параметров наблюдаемых переходных процессов(токов, напряжений) в диагностируемой электрической цепи (или в ее элементах), т.е. величины параметров, наиболее полно характеризующих техническое состояние диагностируемого объекта. По величинам информативных параметров определяют значение заранее созданной системной функции, которая в более удобной форме характеризует техническое состояние диагностируемой электрической цепи (или ее элементов);
ж) полученные значения информативных параметров и системной функции сопоставляют с соответствующими эталонными значениями. По результатам сопоставления делают выводы о техническом состоянии диагностируемого объекта.
Недостатки способа-прототипа и причины, ограничивающие его применение, объясняются следующим.
Форма входного воздействия задана заранее в виде тест-импульса. Величина импульса воздействия может изменяться в определенных пределах (150-900 В). В этом случае чувствительность непосредственно способа технического диагностирования (т.е. без учета чувствительности применяемых при диагностировании измерительных устройств и приборов) определяется способностью переходных процессов (токов, напряжений) в диагностируемой электрической цепи (или элементах электрической цепи) реагировать, «откликаться», на воздействия различных факторов (неисправностей и т.п.). И эта способность «отклика» при заданной форме входного тест-импульса определяется самой диагностируемой электрической цепью (элементами цепи). Т.е. составом элементов (их видом, родом) и их коммутацией. И изменить эту способность «отклика» (т.е. увеличить или уменьшить чувствительность непосредственно способа диагностирования, в общем случае - изменить диапазон чувствительности непосредственно способа диагностирования) без изменения диагностируемой цепи (элементов цепи, схемы цепи) существенным образом нельзя.
Действительно, в рассматриваемой публикации, где изложен способ-прототип, приведены результаты экспериментов, показывающих, что реакция («отклик») диагностируемой электрической цепи на неисправности различного вида - различна. На некоторые виды неисправностей диагностируемая электрическая цепь «откликается» слабо. Т.е. переходные процессы в диагностируемой электрической цепи с неисправностями остаются близкими к тем, что происходят в исправной электрической цепи. Показано, что при заданной форме тест-импульса его величина не оказывает существенного влияния на чувствительность способа диагностирования. А для одного из видов неисправностей чувствительность способа диагностирования в зависимости от величины тест-импульса изменяется в узких пределах: 20-30%.
Итак, недостатки способа-прототипа:
а) малые возможности увеличения чувствительности непосредственно способа диагностирования;
б) узкий диапазон регулирования чувствительности непосредственно способа диагностирования;
в) класс диагностируемых электрических цепей (или элементов электрических цепей) ограничен. А именно: ограниченные возможности диагностирования электрических цепей (или элементов электрических цепей), для которых их изменяющиеся под воздействием различных причин параметры (важные с точки зрения технического состояния диагностируемого объекта) слабо влияют на характер переходных процессов (токов, напряжений) в диагностируемой электрической цепи (или диагностируемых элементах электрической цепи).
Сущность изобретения
Решаемая с помощью предлагаемого в настоящей заявке способа технического диагностирования задача заключается в расширении класса, видов диагностируемых электрических цепей, их элементов, материалов и веществ, входящих в их состав, за счет обеспечения возможности технического диагностирования электрических цепей (или элементов электрических цепей), для которых при выбранном, установленном тест-сигнале их изменяющиеся под воздействием различных причин параметры (важные с точки зрения технического состояния диагностируемого объекта) слабо влияют на характер переходных процессов (токов, напряжений) в диагностируемой электрической цепи (или элементах электрической цепи).
Это означает, что в результате решения поставленной задачи станет возможным техническое диагностирование электрических цепей (или элементов электрических цепей), которые ранее известными способом-прототипом и способами-аналогами диагностированы быть не могли.
Кроме того, станет возможным техническое диагностирование электрических цепей, их элементов, в состав которых входят диагностируемые материалы, вещества. Такие материалы и вещества, которые под воздействием различных факторов вносят настолько небольшие изменения в протекающие в диагностируемой электрической цепи (или диагностируемых элементах электрической цепи) переходные процессы, что ранее известными способами эти небольшие изменения обнаружены, зафиксированы быть не могли.
Поставленная задача решается в предполагаемом изобретении за счет достижения следующего технического результата:
увеличения чувствительности и расширения возможностей регулирования чувствительности способа технического диагностирования электрических цепей, их элементов, материалов и веществ, входящих в их состав.
Сущность предлагаемого в настоящем изобретении способа технического диагностирования электрических цепей, их элементов, материалов и веществ, входящих в их состав, заключается в следующем.
Отключают диагностируемую электрическую цепь (или диагностируемые элементы электрической цепи) от обеспечивающей ее (их) рабочий режим работы питающей цепи и устанавливают режим ее (их) работы путем подключения к измерительному генератору электрических колебаний таким, что в цепи, содержащей измерительный генератор электрических колебаний и диагностируемую электрическую цепь (или диагностируемые элементы электрической цепи), возникают переходные процессы, выбирают интервал времени для определения и определяют статистические оценки характеризующих техническое состояние диагностируемой электрической цепи (или диагностируемых элементов электрической цепи) параметров мгновенных значений токов (напряжений), протекающих (возникающих) в созданной таким образом цепи, сопоставляют полученные статистические оценки с соответствующими эталонными значениями или (и) с результатами проведенных ранее статистических оценок соответствующих параметров, по результатам сопоставления делают выводы о техническом состоянии диагностируемой электрической цепи, ее диагностируемых элементов, материалов и веществ, входящих в их состав.
В отличие от известных ранее в предлагаемом в изобретении способе предусматриваются следующие - действия с сигналом и условия их осуществления:
а) диагностируемую электрическую цепь (или диагностируемые элементы электрической цепи), отключенную (отключенные) от обеспечивающей рабочий режим работы питающей цепи, включают в состав многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний в качестве его управляющей цепи (или ее элементов), осуществляющей (осуществляющих) управление режимами и параметрами режимов многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний, в котором возможен при изменении параметров управляющей цепи (или ее элементов) сопровождающийся усложнением спектра генерируемых многочастотных периодических колебаний переход при критических значениях параметров управляющей цепи (или ее элементов) из режима генерации многочастотных периодических колебаний в режим генерации шумоподобных колебаний и в котором предусмотрена возможность изменения степени управляющего воздействия диагностируемой электрической цепи (или диагностируемых элементов электрической цепи) в составе управляющей цепи (или ее элементов) многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний на режим его работы,
б) обеспечивают работу многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний путем подключения его к источнику импульсного питания в режиме переходных процессов установления и спада своих стационарных колебаний,
в) при этом устанавливают режим работы управляющей цепи и степень управляющего воздействия диагностируемой электрической цепи (или диагностируемых элементов электрической цепи) такими, чтобы многорежимный управляемый автогенератор электрических колебаний при нормальном техническом состоянии диагностируемой электрической цепи (или диагностируемых элементов электрической цепи) и во всем диапазоне изменений параметров диагностируемой электрической цепи (или диагностируемых элементов электрической цепи), обусловленных еще допустимыми изменениями ее (их) диагностируемого технического состояния, работал в режиме переходных процессов установления и спада своих стационарных многочастотных периодических колебаний,
г) выбирают интервал времени для определения и определяют характеризующие техническое состояние диагностируемой электрической цепи, ее диагностируемых элементов, материалов и веществ, входящих в их состав, статистические оценки параметров мгновенных значений токов и напряжений, протекающих и возникающих в режиме созданных переходных процессов на выходе ненагруженного многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний (то есть определяют статистические оценки информативных параметров на выходе ненагруженного многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний).
Таким образом, в предлагаемом в настоящей заявке способе технического диагностирования в отличие от известных способов предлагаются (т.е. являются новыми):
1. Использование в качестве устройства, с помощью которого проводится техническое диагностирование, т.е. в качестве «инструмента» технического диагностирования, многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний.
2. Свойства, параметры и режимы работы, которыми должен обладать и в которых должен работать предлагаемый многорежимный управляемый автогенератор электрических колебаний при осуществлении технического диагностирования. Эти свойства, параметры и режимы заключаются в следующем:
а) возможность работы либо в режиме генерации своих стационарных многочастотных периодических колебаний, либо в режиме генерации своих стационарных шумоподобных колебаний;
б) наличие управляющей цепи, в зависимости от состава, режима работы и значений параметров элементов которой автогенератор - «инструмент» может работать в различных названных выше режимах с различными соответствующими состоянию управляющей цепи параметрами. При этом должен быть возможен при изменении параметров управляющей цепи (или ее элементов) сопровождающийся усложнением спектра генерируемых многочастотных периодических колебаний переход его при критических значениях параметров управляющей цепи (или ее элементов) из режима генераций многочастотных периодических колебаний в режим генерации шумоподобных колебаний;
в) должны быть обеспечены возможность включения в состав управляющей цепи (или в состав ее элементов) диагностируемой электрической цепи (или диагностируемых элементов электрической цепи) и возможность изменения степени управляющего воздействия диагностируемой электрической цепи (или элементов диагностируемой электрической цепи) в составе управляющей цепи (или ее элементов) многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний на режим и параметры режима его работы.
3. Обеспечение работы многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний в режиме переходных процессов установления и спада своих стационарных колебаний. Этого достигают путем подключения автогенератора к источнику импульсного питания, параметры источника определяются конкретными условиями технического диагностирования.
4. Обеспечение (установление) режима работы управляющей цепи и степени управляющего воздействия диагностируемой электрической цепи (или диагностируемых элементов электрической цепи) на режим и параметры режима многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний такими, чтобы последний (автогенератор) при нормальном техническом состоянии диагностируемой электрической цепи (или диагностируемых элементов электрической цепи) и во всем диапазоне изменений параметров диагностируемой электрической цепи (или диагностируемых элементов электрической цепи), обусловленных еще допустимыми изменениями ее (их) диагностируемого технического состояния, работал в режиме переходных процессов установления и спада своих стационарных многочастотных периодических колебаний.
5. Выбор интервала времени для определения и определение характеризующих техническое состояние диагностируемой электрической цепи, ее диагностируемых элементов, материалов и веществ, входящих в их состав, статистических оценок параметров мгновенных значений токов и напряжений, протекающих и возникающих в режиме созданных переходных процессов, на выходе ненагруженного многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний.
И здесь необходимо отметить, что выбор интервала времени для определения и определение необходимых статистических оценок информативных параметров могут осуществляться с помощью любых из известных ранее устройств и приборов. Существенным и новым здесь является то, что выбор интервала времени и определение статистических оценок осуществляют для мгновенных значений токов и напряжений на выходе ненагруженного (т.е. работающего в режиме «холостого хода») многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний.
Таким образом, в предлагаемом способе диагностируемую электрическую цепь, или ее диагностируемые элементы (т.е. диагностируемый объект), вводят в состав управляющей цепи многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний (режимы его работы и его параметры указаны выше), а статистические оценки информативных параметров определяют по выходным колебаниям этого автогенератора, работающего в режиме «холостого хода».
Основное содержание предлагаемого в настоящей заявке способа технического диагностирования иллюстрируется функциональной схемой, изображенной на прилагаемом к заявке чертеже. На функциональной схеме прямоугольники - блоки - обозначают либо соответствующие устройства, применяемые в предлагаемом способе в качестве инструментов для технического диагностирования, либо соответствующие действия с сигналом и условия их осуществления. На схеме: 1 - многорежимный управляемый автогенератор электрических колебаний, обладающий свойствами и возможностью работать в различных режимах, его свойства и режимы работы рассмотрены выше в настоящем разделе описания, это - автогенератор - «инструмент», который применяют в предлагаемом способе; 2 - управляющая цепь автогенератора, в которую вводят (включают) диагностируемую электрическую цепь(или диагностируемые элементы электрической цепи), поэтому блок с цифрой 2 размещен внутри блока с цифрой 1; 3 - источник импульсного питания. Блок, иллюстрирующий, что путем подключения многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний 1 к источнику импульсного питания 3 обеспечивают работу автогенератора 1 в режиме переходных процессов установления и спада его стационарных колебаний. При этом режим работы управляющей цепи и степень управляющего воздействия диагностируемого объекта устанавливают такими, чтобы при нормальном техническом состоянии диагностируемого объекта и допустимых изменениях его технического состояния автогенератор 1 работал в режиме переходных процессов установления и спада своих стационарных многочастотных периодических колебаний; 4 - определение интервала времени. Блок, иллюстрирующий, что в предлагаемом способе технического диагностирования выбирают интервал времени для определения статистических оценок информативных параметров; 5 - определение статистических оценок. Блок, иллюстрирующий, что в предлагаемом способе определяют (за выбранный интервал времени, блок 3) статистические оценки информативных параметров; 6 - анализ статистических оценок. Блок, иллюстрирующий, что статистические оценки информативных параметров сопоставляют с соответствующими эталонными значениями или с соответствующими статистическими оценками информативных параметров ранее проведенных измерений. То есть статистические оценки анализируют, делают вывод о техническом состоянии диагностируемой электрической цепи, диагностируемых элементов электрической цепи, материалов и веществ, входящих в их состав (ставят диагноз).
Действия с сигналом, которые отражены на функциональной схеме блоками 4 и 5, сами по себе не являются новыми и могут быть осуществлены с помощью известных устройств. Но то, что выбор интервала времени для определения и определение статистических оценок информативных параметров осуществляют по выходным колебаниям многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний в режиме холостого хода его работы (т.е. ненагруженного автогенератора) - это признаки, обладающие новизной.
Действия и соответствующие устройства, с помощью которых могут осуществляться эти действия, изображенные на функциональной схеме блоком под номером 6, в настоящей заявке не являются новыми.
Чертеж. Функциональная схема предлагаемого способа технического диагностирования электрических цепей, их элементов, материалов и веществ, входящих в их состав.
На чертеже изображено:
1 - многорежимный управляемый автогенератор электрических колебаний;
2 - управляющая цепь автогенератора, в состав этой управляющей цепи автогенератора 1 вводят (включают) диагностируемую электрическую цепь (или диагностируемые элементы электрической цепи);
3 - источник импульсного питания, блок, иллюстрирующий, что путем подключения автогенератора 1 к источнику импульсного питания обеспечивают работу автогенератора 1 в режиме переходных процессов установления и спада его стационарных колебаний, при этом режим работы управляющей цепи и степень управляющего воздействия диагностируемого объекта устанавливают такими, чтобы при нормальном техническом состоянии диагностируемого объекта и допустимых изменениях его технического состояния автогенератор 1 работал в режиме переходных процессов установления и спада своих стационарных многочастотных периодических колебаний;
4 - определение интервала времени, блок, иллюстрирующий, что из колебаний на выходе ненагруженного автогенератора 1 выбирают интервал времени для определения статистических оценок информативных параметров;
5 - определение статистических оценок, блок, иллюстрирующий, что за выбранный интервал времени по выходным колебаниям ненагруженного автогенератора 1 определяют статистические оценки информативных параметров;
6 - анализ статистических оценок, блок, иллюстрирующий заключительный этап предлагаемого способа: анализ полученных статистических оценок, сопоставление их с эталонами, образцами, выводы о техническом состоянии диагностируемого объекта.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Механизм работы предлагаемого способа технического диагностирования заключается в следующем:
при соблюдении перечисленной в разделе «Сущность изобретения» настоящего описания последовательности действий с сигналом и в указанных там же условиях их осуществления малые изменения состояния диагностируемого объекта, который включен в состав управляющей цепи многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний, приведут к большим изменениям в переходных процессах установления и спада его стационарных многочастотных периодических колебаний, и по колебаниям этих переходных процессов на выходе ненагруженного многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний выбирают интервал времени для определения и определяют статистические оценки информативных параметров, которые сопоставляют с соответствующими эталонами (образцами).
Таким образом, основным устройством, с помощью которого осуществляют предлагаемое изобретение, т.е. приспособлением, «инструментом» для осуществления изобретения, является многорежимный управляемый автогенератор электрических колебаний. Требования, которым должен удовлетворять такой автогенератор, и его режимы работы изложены в разделе «Сущность изобретения» настоящего описания изобретения.
Автогенераторы, пригодные для осуществления предлагаемого изобретения, известны, например, из публикаций:
1) Кислов В.Я., Залогин Н.Н., Мясин Е.А. Исследование автоколебательных процессов в автогенераторах с запаздыванием. Радиотехника и электроника, 1979 г., №6, с.1118-1130.
2) Кислов В.Я. Теоретический анализ шумоподобных колебаний в электронно-волновых системах и автогенераторах с запаздыванием и сильной нелинейностью. Радиотехника и электроника, 1980, №8, с.1683-1691.
3) Кислов В.Я., Залогин Н.Н., Мясин Е.А. О нелинейной стохастизации автоколебаний в электронно-волновом генераторе с задержанной обратной связью.. Радиотехника и электроника. 1980. №10. С.2160-2168.
4) Анищенко B.C. Сложные колебания в простых системах: Механизмы возникновения, структура и свойства динамического хаоса в радиофизических системах. - М.: Наука. Гл. ред. Физ.- мат. лит., 1990. - 312 с.
Автогенераторы электрических шумоподобных колебаний, рассмотренные в перечисленных выше публикациях, способны работать в различных частотных диапазонах, при различной выходной мощности. По изложенным в перечисленных работах принципам могут быть созданы новые автогенераторы шумоподобных колебаний в различных диапазонах, на различные уровни мощности.
В перечисленных выше публикациях показано, что за счет изменения параметров элементов автогенератора можно обеспечить генерацию либо многочастотных периодических колебаний, либо шумоподобных колебаний с различными статистическими характеристиками. Таким образом, рассмотренные в перечисленных выше публикациях автогенераторы могут быть использованы как многорежимные управляемые автогенераторы электрических колебаний.
В названных выше работах показано, что в автогенераторах с сильной нелинейностью, с запаздыванием, содержащих инерционные элементы, механизмов перехода автогенератора из режима генерации многочастотных периодических колебаний к режиму генерации шумоподобных колебаний известно достаточно много. Одним из распространенных механизмов (сценариев) перехода от состояния генерации многочастотных периодических колебаний к состоянию генерации шумоподобных колебаний является механизм, состоящий из бесконечной сходящейся последовательности бифуркаций удвоения периода предельных циклов. И в пределе (вблизи критической точки) - переход к генерации шумоподобных колебаний.
Изменяя режим работы автогенератора и степень влияния диагностируемого объекта на этот процесс перехода (на сценарий перехода), можно изменять и регулировать в широких пределах чувствительность предлагаемого способа технического диагностирования. Можно установить режим работы автогенератора достаточно далеко от критической точки и (или) ослабить степень влияния диагностируемого объекта на процесс перехода (на сценарий перехода), тогда чувствительность способа диагностики снизится. В пределе можно снизить чувствительность до нуля. Если же установить режим работы автогенератора близко к критической точке и (или) увеличить степень влияния диагностируемого объекта на процесс перехода (на сценарий перехода), тогда чувствительность предлагаемого способа технической диагностики возрастет, в пределе - до бесконечности.
Режим работы многорежимных управляемых автогенераторов электрических колебаний за счет выбора их схем, параметров и состава их элементов, типа их питания можно изменять в широких пределах. Степень влияния диагностируемого объекта на процесс перехода автогенератора от состояния генерации многочастотных периодических колебаний к состоянию генерации шумоподобных колебаний и на режим работы автогенератора в целом также можно изменять в широких пределах. Это можно осуществить за счет выбора схемы цепи управления автогенератора и способа связи цепи управления автогенератора с диагностируемым объектом. Для изменения в широких пределах способа связи цепи управления с диагностируемым объектом (и, следовательно, для изменения в широких пределах степени влияния диагностируемого объекта на работу автогенератора) могут применяться различные элементы. Например, пассивные невзаимные элементы, а также активные элементы (усилители и т.п.). А это означает, что можно обеспечить (установить) и регулировать (изменять) в широких пределах влияние диагностируемого объекта как на переходные процессы установления и спада стационарных многочастотных периодических колебаний, так и на переходные процессы установления и спада стационарных шумоподобных колебаний в многорежимном управляемом автогенераторе электрических колебаний.
Именно на переходных процессах установления и спада стационарных многочастотных периодических колебаний наиболее сильно будут сказываться изменения параметров диагностируемого объекта (обусловленные изменением его технического состояния), т.к. при переходных процессах установления и спада стационарных многочастотных периодических колебаний автогенератор проходит практически через все стадии развития колебаний, например, практически через все стадии бифуркаций удвоения периода предельных циклов. Поэтому и по этой причине чувствительность предлагаемого способа технической диагностики будет выше, чем у ранее известных способов. Поэтому в настоящей заявке на изобретение предлагается использовать для технического диагностирования электрических цепей, их элементов, материалов и веществ, входящих в их состав, переходные процессы установления и спада стационарных многочастотных периодических колебаний в многорежимном управляемом автогенераторе электрических колебаний.
Кроме того, применение в предлагаемом способе режима переходных процессов установления и спада стационарных многочастотных периодических колебаний многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний позволит определять техническое состояние диагностируемого объекта за более короткие промежутки времени, чем это было бы при использовании режима установившихся стационарных колебаний. То есть позволит более точно контролировать техническое состояние диагностируемого объекта.
Работа многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний в режиме переходных процессов установления и спада своих стационарных колебаний может быть осуществлена путем его импульсного питания. То есть путем подключения к источнику импульсного питания. При этом форма и параметры питающих автогенератор импульсов могут быть самыми различными, что определяется конкретными условиями технического диагностирования.
В предлагаемом способе технического диагностирования многорежимный управляемый автогенератор электрических колебаний должен работать в режиме отсутствия нагрузки на его выходе, т.е. в режиме холостого хода. Такой режим необходим для исключения влияния какой-либо нагрузки на параметры автогенератора, т.е. необходим для увеличения точности предлагаемого способа технического диагностирования. Кроме того, режим холостого хода позволяет свести к минимуму требуемую для проведения технического диагностирования мощность многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний.
Анализ колебаний на выходе ненагруженного многорежимного управляемого автогенератора электрических колебаний, выбор интервала времени для определения и определение статистических оценок информативных параметров этих колебаний, сопоставление полученных оценок с эталонными значениями (т.е. с образцами), выводы по результатам сопоставления могут быть осуществлены, например, путем использования аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и электронно-вычислительных машин (ЭВМ).
Таким образом, предлагаемый в настоящей заявке на изобретение способ технического диагностирования электрических цепей, их элементов, материалов и веществ, входящих в их состав, может быть осуществлен (реализован), при этом будет обеспечено достижение технического результата, изложенного в разделе «Сущность изобретения» настоящего описания изобретения.
К числу объектов, техническое состояние которых может быть диагностировано с помощью предлагаемого в настоящей заявке способа, относятся такие, как:
а) электрические машины различного типа. Например, коллекторные машины постоянного тока;
б) обмотки различного типа электрических машин (включая трансформаторы);
в) различные электрические цепи (кабели и т.д.), в которых необходимо определить наличие обрывов, коротких замыканий, изменений проводимости и т.п.;
г) различные химические и микробиологические вещества и препараты, которые могут быть введены (в том числе и специально, с целью диагностирования их технического состояния) в состав соответствующей электрической цепи (или ее элементов).
Примечание: выше использовались термины «техническая диагностика», «техническое состояние», «шумоподобные колебания», «автогенераторы электрических шумоподобных колебаний», а также применялись варианты этих терминов.
1. Термины «техническая диагностика», «техническое состояние» и их варианты использовались в настоящей заявке в том же смысле, как они применяются в технической литературе по этой теме. Например, в работе: В.В.Сапожников, Вл. В.Сапожников, Основы технической диагностики. - М.: Маршрут, 2004 г., 318 с., стр.6. А именно: «Под технической диагностикой понимается область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объекта. Техническое состояние характеризуется в определенный момент времени при заданных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект.
Процесс определения технического состояния объекта называется диагностированием. Результат диагностирования, т.е. заключение о техническом состоянии объекта, называется диагнозом».
2. Под термином «шумоподобные колебания» имеется в виду следующее. В настоящей заявке на изобретение рассматривают действия над электрическим сигналом в режиме переходных процессов. Поэтому для определения термина «…шумоподобные колебания…» можно использовать определение, которое дано для шумоподобных сигналов в работе: Н.Т.Петрович, М.К.Размахнин. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Сов. радио, 1969 г., 232 с., стр.57. Т.о. под шумоподобными колебаниями в заявке подразумеваются такие колебания, для которых автокорреляционная функция имеет лишь один значительный центральный максимум и с увеличением времени (временного сдвига между отсчетами колебаний) резко спадает к нулю. Т.е. шумоподобные колебания имеют автокорреляционную функцию, близкую по своему типу к автокорреляционной функции флуктуационного шума.
3. Под термином «автогенераторы электрических шумоподобных колебаний» в настоящей заявке на изобретение имеются ввиду автогенераторы, выходные автоколебания которых носят сложный, «шумоподобный» характер. Математическим образом таких колебаний служит странный аттрактор, и для обозначения таких колебаний используются термины типа «динамическая стохастичность», «детерминированный хаос» и т.п. (см., например, работу: Анищенко B.C. Сложные колебания в простых системах: механизм возникновения, структура и свойства динамического хаоса в радиофизических системах. - М.: Наука, Гл. ред. физ. - мат. лит., 1990. - 312 с., стр.24).