Диссертация (1090673), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Данный факт объясняется лишь тем, что мгно-103венные значения виброскорости аппроксимируются своими средними значениямимежду периодами зондирования.Ниже на рисунке 31 для двух заявленных методов ФДО приведены результаты программного моделирования зависимости среднеквадратичной ошибкиоценивания моногармонической вибрации с амплитудой виброперемещения 0,5мм по отношению к динамическому диапазону отношения сигнал-шум.
В качестве модели шума выбран белый гауссовский шум с ненулевым математическиможиданием, по частоте смещенным на центральную частоту ФСПМ СКИ-сигнала.Данная модель представляет собой стационарный шум, спектральная плотностькоторого равномерна в рассматриваемом диапазоне частот, а автокорреляционнаяфункция такой модели шума соответствует дельта-функции. Так как распределение спектра СКИ-сигнала n-го порядка описывается гауссовской моделью, а самрадиоимпульс является пикосекундным, огибающая которого устремляется к конечной дельта-функции, и сверхширокополосным, то интерес представляет исследование воздействия стационарной помехи во всем частотномдиапазонеФСПМ СКИ.
Поэтому при моделировании было выбрано именно такое помеховоздействие. В качестве сверхширокополосной помехи могут выступать беспроводные технологии связи, в том числе многоканальные: Wi-Fi, WiMax, UWB, WiMedia.Можно заметить, что с увеличением влияния шумов, ошибка радиоволновой системы для ЭФ метода растет быстрее, что и следовало ожидать при энергетической оценке во временной области, в то время как ВКА вполне эффективносправляется с решением задачи до 10…15 дБ. Причем относительная погрешностьизмерений не превышает 7%.Действительно, хотя ВКА и проигрывает в пороговой чувствительности ЭФметоду, основной вклад в ошибку ВКА дает погрешность дискретизации, складывающаяся из разброса аналоговых ЛЗ и джиттера счетного фрейм-импульса.
Приэтом влияние относительно малого отношения сигнал-шум на рост среднеквадра-104тичной ошибки обусловлено явлением неоднозначности нахождения истинногопоказателя τ z ПМК.Рисунок 31. Кривые зависимости ошибки оценивания виброперемещения от отношения сигнал-шум методами: ВКА (сплошная), ЭФ (пунктирная)4.5 Экспериментальное исследование время-частотныххарактеристик сверхкороткоимпульсных сигналовКак было отмечено в разделе 2.2, при отражении от зондируемой поверхности, либо прохождении СКИ через поглощающие среды, радиоимпульсы способны претерпевать формоизменения, как во временной, так и частотной области.Однако степень и существенность этих формоизменений различны, при косвенном оценивании виброметрических параметров они способны сыграть ключевуюроль во влиянии на воспроизводимость интенсивности виброперемещения.Анализ время-частотных характеристик СКИ-сигналов в РСЗ предполагает:цикл исследований влияния динамической ЭПР на формоизменение СКИ вовременной и частотной областях при опрокидывающих угловых моментах зондируемой поверхности (в режиме резонанса) при заданных виброускорениях;исследование влияния динамической ЭПР при отражении СКИ от поверхно-сти со сложным геометрическим профилем;исследование формоизменения СКИ при его прохождении через диэлектриче-ское препятствие в режиме подповерхностного РСЗ.105Исследование влияние динамической ЭПР на формоизменение СКИ приобразовании опрокидывающих поверхность угловых моментов.
В качестве зондируемой используется пластина 200 200 1мм со смещенным центром масс засчет крепления грузика в некоторой точке от ее центра, совершающая механические колебания в подвесе (рисунок 29). При незначительных колебаниях (виброускорениях), профиль СКИ приобретет измененную, но квазистационарную форму.Однако с увеличением виброускорения, сообщаемого испытуемой поверхности,за счет смещенного центра масс линейные плоскопараллельные механические колебания становятся несколько вырожденными вследствие проявления опрокидывающих поверхность моментов.Образование угловых качений приводит к так называемому волновому режиму колебания поверхности в поперечном направлении к основному типу колебаний, что изменяет уклон поверхности во времени.
Стационарный случай изменения напряженности электрической компоненты поля при изменении угла наклона плоской пластины уже рассматривался в разделе 2.2.1. Отсюда во временной области возможны формоизменения отраженного СКИ, которые могут ограничить применяемость временных алгоритмов типа ЭФ метода, в то время какамплитудный спектр сигнала остается фактически неизменным. В данном случаеугол качения незначителен и может составлять всего пару долей градусов и даженесколько угловых минут.Другим фактором, не менее интересным и часто встречающимся, являетсяэффект случайной фильтрации элементами конструкции поверхности, топологически представляющими собой фильтры, задерживающие некоторые частоты вспектре СКИ.
Явление формоизменения СКИ также проявляется и при затуханияхвысших гармоник радиоимпульса в момент его прохождении через диэлектрическое препятствие, на что было указано в разделе 2.2.2.Рассмотрим случай влияния динамической ЭПР зондируемой поверхности.Электродинамические условия эксперимента остаются прежними, как и в предыдущем разделе, только виброперемещение в этом случае задается 2,0 мм.106Для поиска максимального угла качения необходимо ввести пластину в механический резонанс, что будет соответствовать максимальным опрокидывающему моменту и величине наклона поверхности.
Для этого воспользуемся режимомскользящей частоты в диапазоне 0,001…1кГц. На рисунке 32 приведены результаты исследований влияния формоизменения СКИ во временной и частотной области при отсутствии и наличии механического резонансаЭксперимент показал, что при незначительных угловых качениях платины врежиме резонанса, формоизменения эпюры отраженного СКИ также незначительны, что позволяет говорить об эффективной возможности применения ЭФметода.Анализ влияния динамической ЭПР при отражении СКИ от поверхности с неоднородным геометрическим профилем. Реальные поверхности имеютсложный профиль, поэтому рассмотрим, как боковая поверхность объекта сосложной геометрией влияет на изменение формы и ФСПМ отраженного радиоимпульса (рисунок 32).Рисунок 32. Нормированные эпюры отраженных СКИ от поверхности (слева) иФСПМ (справа): в отсутствии резонанса (кривая 1) ив режиме резонанса (кривая 2)Для этого в качестве модели изломанного профиля используем случайногофрированную поверхность из алюминиевой фольги, закрепленной на пластинестеклотекстолита, которая установлена в подвесе, и сравним результаты зондиро-107вания для случая с плоской поверхностью при тех же условиях.
Зададимся прежними электродинамическими параметрами, виброперемещением 2,0 мм и частотой вибрации 10 Гц.Рисунок 33. Нормированные эпюры отраженных СКИ от плоской (кривая 1) игофрированной поверхности (кривая 2) – (слева) и их ФСПМ (справа)Как можно заметить из рисунка 33, профиль отраженного субнаносекундного радиоимпульса существенно изменился, в то время как ФСПМ сигнала не претерпевает существенных изменений. Данный факт отводит предпочтение в выборе группы спектральных методов (ВКА), хотя и при относительно небольших колебаниях форму импульса можно считать квазистационарной.Особенности формоизменения СКИ при его прохождении через диэлектрическое препятствие из стеклотекстолита FR-4 толщиной 2 мм и относительной диэлектрической проницаемостью 4,5…5.
В качестве зондируемой поверхности используется также фольгированная пластина в подвесе, возбуждаемая виброакустическим полигармоническим воздействием с частотами вибрации в полосе5…20 Гц и амплитудой виброперемещения гармоник 0,5…2,0 мм. Расстояние между облучающей антенной и зондируемой поверхностью 4 м, диэлектрическоепрепятствие располагается в метре от антенны. На рисунке 34 приведены результаты исследований влияния формоизменения СКИ во временной и частотной областях.
В данном случае воспроизводимость результатов оценивается в сравнении108с данными, полученными при радиоволновом зондировании за диэлектрическойпластиной.Эксперимент показал, что принятый СКИ (прошедший дважды через диэлектрическое препятствие) фактически не изменяет формы, а потери мощностисигнала при прохождении через пластину определяются граничными условиямиэнергетического баланса коэффициентов отражения, прохождения и затухания[4,25].
Действительно, рабочая частота FR-4 ограничивается 1 ГГц, что обусловлено наличием сильных диэлектрических потерь и экспоненциальным затуханиемв материале около 5…10 дБ на 200 мм.Однако толщина диэлектрика составляет всего 2 мм и затухания в нем незначительны. Отсюда некоторая часть потерянной энергии приходится на электрическое поле, отраженное от поверхности диэлектрика. При этом отношениесигнал-шум несколько падает, что для уменьшения ошибки виброметрическойоценки требует применения группы спектральных методов.Рисунок 34. Нормированные эпюры прямоотраженного СКИ (кривая 1) ипрошедшего через диэлектрик (кривая 2) – (слева) и их ФСПМ (справа)Важно отметить, что близкое расположение перегородки и колебательнойповерхности в пределах пространственной длины радиоимпульса может привестик влиянию перегородки на динамику регистрируемой интенсивности виброперемещения, т.е.
механические колебания диэлектрического экрана будут накладываться на вибрации зондируемой поверхности.109На рисунке 35 приведены результаты восстановленных эпюр виброперемещения при реализации подповерхностного зондирования. Из спектрограммы (рисунок 36) можно заметить, что вибрация задается тремя колебаниями с частотами5, 10 и 20 Гц. При этом форма и амплитуда восстановленных колебаний междукривыми 2 и 3 сохраняют свою идентичность с коэффициентом корреляции 0,933.Рисунок 35. Эпюры виброперемещения зондируемой поверхности: кривая 1 –масштабированный сигнал генератора; кривая 2 – результат прямого, а кривая 3 –подповерхностного зондированияРисунок 36.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
