СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И АВТОМАТИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОВРЕЖДЕНИЯ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

1. Способ обнаружения и автоматической идентификации повреждений подшипников качения, в котором вибрации работающего подшипника, измеренные в виде временной диаграммы аналогового сигнала волнового процесса, преобразуют в цифровые данные и предварительно фильтруют известным способом, отличающийся тем, что обнаружение ударных импульсов выполняют с использованием двоичного вектора (p), который определяют в процессе следующих операций:
на предварительно отфильтрованной временной диаграмме обработанного сигнала волнового процесса выбирают два исходных соседних векторных интервала, один из которых является опорным интервалом, и другой является контрольным интервалом, и сигналы, присутствующие в контрольном и опорном интервалах, подвергают многократной фильтрации, в результате которой после каждой фильтрации вычисляют отношения правдоподобия ударных импульсов, определяемые как отношение среднеквадратических значений фильтрованного сигнала, присутствующего в контрольном интервале, к среднеквадратическим значениям фильтрованного сигнала, присутствующего в опорном интервале,
сравнивают вычисленные отношения правдоподобия с предварительно установленной пороговой величиной и оценивают вероятность появления ударного импульса в первом контрольном интервале,
информацию о появлении ударного импульса в исследуемом контрольном интервале записывают как исходные элементы двоичного вектора (p), и затем
определяют все остальные элементы двоичного вектора (p) для всех последующих контрольных и опорных интервалов, которые выбирают итеративно, со смещением в конкретном направлении, и упомянутые элементы двоичного вектора (p) принимают значения 1 в области появления ударного импульса и 0 в области, в которой ударный импульс не появляется.
t
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что среднеквадратическое значение сигнала в исследуемом контрольном интервале, подвергнутого L-той фильтрации (τ[L]), определяют на основании следующей зависимости:
,
τ
r
а среднеквадратическое значение сигнала в исследуемом опорном интервале, подвергнутого L-той фильтрации [L], определяют на основании следующей зависимости:
,
S
где L - натуральное число из интервала 1…N и означает число фильтров;
t
K - длина исследуемого контрольного интервала;
r
K - длина опорного интервала;
t
r
t
r
k, k - последовательные натуральные числа от 1 до K или до K;
- вектор, представляющий исследуемый контрольный интервал сигнала, подвергнутого L-той фильтрации;
- вектор, представляющий исследуемый опорный интервал сигнала, подвергнутого L-той фильтрации.
τ
C
r
r
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что среднеквадратическое значение сигнала в исследуемом опорном интервале ([L]) определяют с использованием L-той фильтрации, которая является адаптивной фильтрацией, с использованием сингулярной декомпозиции (SVD) автоковариационной матрицы () в соответствии со следующей зависимостью:
r
r
T
C=V∑U,
r
r
τ
где матрица (∑) является диагональной матрицей, диагональные элементы которой являются ненулевыми и неотрицательными и означают среднеквадратические значения ([L]):
,
C
r
и матрицы (V) и (U) являются ортогональными матрицами, и при этом автоковариационная матрица () имеет следующую форму:
,
в которой
,
r
r
где x[k] - элементы опорного интервала;
r
r
k - последовательные натуральные числа от 1 до K;
r
i - последовательные натуральные числа от 1 до L;
r
K - длина опорного интервала;
L - число адаптивных фильтров.
τ
t
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что среднеквадратическое значение сигнала в исследуемом контрольном интервале ([L]) определяют с использованием L-той фильтрации, которая является адаптивной фильтрацией, на основании следующей зависимости:
,
t
где  - элементы матрицы Z, представленной в следующей форме:
,
и вычисляемой в соответствии со следующей зависимостью:
t
t
Z=XU,
X
t
где матрица () определяется следующим образом:
,
и матрица (U) является ортогональной матрицей, элементы которой являются коэффициентами адаптивного фильтра, при этом:
t
K - длина исследуемого контрольного интервала;
t
t
x[k] - элементы контрольного интервала;
t
t
k - последовательные натуральные числа от 1 до до K;
r
t
N=K-L;
L - число адаптивных фильтров.
5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что многократную фильтрацию сигналов в контрольном и опорном интервалах выполняют с использованием полосового фильтра.
t
r
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что длина контрольного интервала (K) составляет 15% от длины опорного интервала (K).
f
f1
f1
fK
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что идентификация дефекта в подшипнике или подшипниках выполняется автоматически для двоичного вектора (p), определяемого для всех исследуемых контрольных и опорных интервалов временной диаграммы (X) обработанного сигнала волнового процесса и набора известных частот дефектов исследуемого подшипника или подшипников, ((F)=[f, f, …, f]), с помощью следующих операций:
fK
t
g
fK
g
jK
для каждой последовательной известной частоты (f) дефекта из набора (F) исследуемого подшипника определяют контрольную частоту  которая принадлежит к окрестности (P) известной частоты (f) дефекта, где (P) является конфигурационным параметром, означающим поисковый частотный диапазон, связанный с известной частотой дефекта, и затем с использованием известных математических принципов максимального правдоподобия для каждой контрольной частоты (ν) определяют функцию (J) максимального правдоподобия во временной области с использованием двоичного вектора (p),
jK
A
затем проверяют для какой контрольной частоты (ν) функция (J) максимального правдоподобия достигает максимального значения (J),
A
A
A
A
A
вычисляют отношение (F) максимального значения (J) к уровню (n) шумов и результат сравнивают с предварительно установленным пороговым параметром (S), где уровень (n) шумов вычисляют с использованием максимальных значений функции (J),
A
A
t
jK
если отношение (F) больше, чем предварительно установленный пороговый параметр (S), то автоматически генерируется информация об исследуемом дефекте подшипника с конкретной частотой, которая принадлежит набору (F) и соответствует контрольной частоте (ν),
A
A
fK
если отношение (F) меньше, чем или равно предварительно установленному пороговому параметру (S), то принимается, что ни один из ударных импульсов, присутствующих в двоичном векторе p, не соответствует ни одной из известных частот (f) дефектов исследуемых подшипников, и автоматически генерируется информация, что ни один конкретный дефект не проявился в исследуемом подшипнике или подшипниках.
jK
A
k
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что контрольную частоту ν, для которой функция максимального правдоподобия, вычисленная для двоичного вектора (p) во временной области, достигает максимального значения (J), определяют максимизацией суммы квадратов амплитуд (A) гармоник в соответствии со следующей зависимостью:
h
где N - предварительно установленное число исследуемых гармоник,
k
A - амплитуда гармоники, найденная во временной области с использованием двоичного вектора p, представленного в форме синусоидальной модели.
k
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что значения амплитуд (A) гармоник определяют во временной области с использованием двоичного вектора (p), представленного в форме синусоидальной модели, в которой бинарный вектор (p) представляется в виде суммы синусоидальной модели и вектора шума:
,
который можно также представить в следующей матричной форме:
BΘ
e
p=+
k
где ϕ - фаза,
k
s
h
jK
h
ω=2πvk/f, k=1, 2…N, - угловая скорость, соответствующая контрольной частоте (ν), и k=1, 2…N;
s
f - частота взятия отсчетов для аналого-цифровой обработки измеренного аналогового сигнала;
e
T
=[ε[n]] - вектор шума;
n - натуральное число от 1 до N-1;
N - число элементов в двоичном векторе (p);
B - матрица известных постоянных параметров, представляемой в следующей форме:
,
θ
- вектор с неизвестными параметрами, представленный в следующей форме:
θ
1
1
1
1
2
2
2
2
Nh
Nh
Nh
Nh
=[Acos(ϕ),Asin(ϕ),Acos(ϕ),Asin(ϕ),…,Acos(ϕ),Asin(ϕ)],
который является оценкой по методу наименьших квадратов для зависимости:
θ=(B
B)
B
T
-1
T
p,
где (p) является двоичным вектором в следующей форме:
T
p=[p[0],p[1],…,p[N-1]].
A
fK
f
10. Способ по п.7, отличающийся тем, что уровень (n) шумов вычисляют взятием медианы максимальных значений (J) функции, найденных в окрестности исследуемой частоты (f) дефектов из набора (F).
A
fK
f
11. Способ по п.7, отличающийся тем, что уровень (n) шумов вычисляют взятием среднего значения из максимальных значений (J) функции, найденных в окрестности исследуемой частоты (f) дефектов из набора (F).