Диссертация (1090673), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Спектр полигармонической вибрации: кривая 1 – прямое и кривая 2 – подповерхностное зондирование4.6 Исследование режима широкополосной вибрации и оценкадостоверности результатовВ разделе 4.2 при исследовании условий применимости системы СКИ РСЗна предмет оценки формоизменений время-частотных характеристик отраженного110СКИ-сигнала были использованы три режима механического возбуждения колебаний пластины: нестационарный (убегающей амплитуды), качающейся частотыи полигармонического воздействия. Придерживаясь спецификации виброиспытаний, исследуем режим случайной широкополосной вибрации в качестве прикладной реализации радиоволнового метода.Данный вид испытаний на виброустойчивость является наиболее частотвстречающимся, поскольку приближен к реальным условиям эксплуатации конструкций.
В качестве задающего виброакустическое возмущение используем рендовый сигнал с нормальным распределением, среднеквадратичным отклонениемвиброперемещения 0,2 мм и частотной полосой 0,001….1кГц.В качестве корреляционной оценки воспроизводимости результатов эксперимента и достоверности радиоволнового метода воспользуемся данными, параллельно регистрируемыми лазерным импульсным стетоскопом. Электродинамические параметры зондирования такие же, как и в предыдущем разделе. Однако вкачестве исследуемой поверхности воспользуемся пластиной со смещенным центром масс, на плоскости которой при случайном расстоянии от ее центра установлено три одинаковых грузика.
Эпюры интенсивности широкополосной вибрациии ее спектра приведены на рисунках 37 и 38. Из результатов испытаний следует,что временные эпюры распределения интенсивности широкополосной вибрации,полученные разными методами, фактически идентичны.Коэффициент корреляции с лазерным методом на временном интервале 1мин составил 0,89 для ЭФ метода и 0,81 – для ВКА, что говорит о достоверностирезультатов радиоволновых методов.111Рисунок 37. Временные эпюры интенсивности вибрации: кривая 1 – снятая лазерным методом, кривая 2 – радиоволновым ЭФ и кривая 3 – ВКАРисунок 38. Спектрограммы виброскорости: полученные ВКА (пунктирная) и ЭФметодом (сплошная)Из спектрограммы интенсивности вибрации можно наблюдать семь резонансов, из них четыре – явно выраженные на частотах 5,3; 11,2; 15,7 и 23,1 Гц.Причем последний резонанс соответствует собственной резонансной частотеэлектродинамической головки.
При этом оценка среднеквадратичного значениявиброскорости за время испытаний 1 мин составила 50 мм/с. Воспроизводимостьэкспериментальных характеристик показывает, что предложенный метод сверхкороткоимпульсного зондирования и реализуемые в работе численные алгоритмыфазодевиометрического оценивания могут быть эффективно использованы прирешении задач вибродиагностики.1124.7. Основные выводы к главе 4Сформулирована концепция технологии СФД, позволяющая исключить ряднедостатков тактируемых приемных устройств на базе принципа масштабновременной трансформации.
Отмечено, что СФД исключает тактирование сигналадля взятия цифровых отсчетов, что позволяет минимизировать энергопотреблениесхемы. Реализация технологии СФД СКИ представлена разработанным экспериментальным макетом системы на базе цифрового однокристального приемопередатчика серии NVA6201. Рассмотрены принципы построения архитектуры СФД.Отмечено, что СФД позволяет получить пикосекундное разрешение во времени.На основе концепции технологии СФД разработана программа-эмулятор и масштабно-временная модель реализации СКИ РСЗ в среде MatLab, на базе которыхосуществлялась отладка численных методов ФДО интенсивности механических колебаний, и получены результаты программного моделирования. Показано, что в зависимости от выбранного значения n-шагов квантования (n-строб-импульсов полного цикла восстановления СКИ) можно добиться уменьшения спектральной плотности шумов в окне захвата.Масштабно-временная модель использует принцип дифференциации времени для каждого из колебательных процессов (СКИ – субнаносекундное колебание; механические вибрации – миллисекундный и секундный цикл).
В результатемодель времени задается двумя массивами: один формирует динамический векторв области субнаносекундного времени, а другой – вектор, задающий масштабвремени низкочастотной компоненты, представленной механическим колебанием.Для испытаний и оценки достоверности СКИ радиоволнового метода предложена спецификация виброиспытаний, позволяющая исследовать характеристики СКИ РСЗ и условия применимости метода. Проведено планирование эксперимента, разработана установка виброакустического стенда, и осуществлена сериятестовых радиоволновых виброиспытаний.113Разработана и сконструирована виброиспытательная установка на базе виброакустического стенда с электромагнитным преобразователем – динамическойголовкой типа W18NX001, установленной в окне акустического трансформатора,возбуждение которой задается генератором сигнала специальной формыHMF2550.При исследовании формоизменений время-частотных характеристик отраженного СКИ-сигнала использованы три режима виброакустического возбуждения колебаний пластины: нестационарный, качающейся частоты и полигармонического воздействия.
Для экспериментальных исследований в работе выбрано дваметода ФДО: ЭФ и ВКА.На основе экспериментальных исследований получена оценка минимального порогового значения чувствительности к перемещению в режиме генерацииубегающей амплитуды, которая составила 250 мкм для ЭФ метода и 420 мкм –для ВКА. Показано, что среднеквадратичная ошибка оценки виброперемещения суменьшением отношения сигнал-шум для ЭФ метода растет быстрее, в то времякак для ВКА обеспечивает помехоустойчивый режим до 10…15 дБ.Экспериментально установлено, что при углах наклонах пластины в несколько градусов, вызванных опрокидывающими моментами в режиме резонанса,профиль отраженного электрического поля СКИ фактически не претерпевает изменений. При исследовании формоизменения СКИ, отраженного от гофрированной поверхности, имитирующей реальный боковой профиль объекта, установлено, что радиоимпульс во временной области претерпевает существенные изменения, что не позволяет применить к нему ФДО на базе ЭФ метода.
В то же времяФСПМ СКИ практически не изменяется. Этот факт отводит предпочтение в выборе группы спектральных методов – ВКА.Виброиспытания в режиме подповерхностного зондирования через диэлектрик FR-4 толщиной 2 мм показали, что принятый СКИ фактически не изменяетформы, а энергетические потери СКИ, дважды прошедшего через диэлектриче-114ский экран, в основном связаны с частичным отражением радиоимпульса от границы раздела двух сред.В качестве прикладной реализации радиоволнового метода использовалсярежим широкополосной вибрации. Для задающего виброакустического возмущения динамической головки использовался рендовый сигнал с нормальным распределением, среднеквадратичным отклонением виброперемещения 0,2 мм в полосе 0,001….1кГц.
Из результатов испытаний следует, что временные эпюры распределения интенсивности широкополосной вибрации, полученные разными методами, фактически идентичны. Коэффициент корреляции с лазерным методом навременном интервале 1 мин составил 0,89 для ЭФ метода и 0,81 – для ВКА, чтоговорит о достоверности результатов исследований.115ЗАКЛЮЧЕНИЕНаучно-теоретические исследования применения СКИ-сигналов в радиоволновой виброметрии расширяют область практического освоения субнаносекундного диапазона.
Одной из актуальных проблем являлось решение таких задачкак обеспечение сверхвысокого разрешения, подповерхностного зондирования,помехоустойчивости, скрытности и учет зависимости формоизменения профиляСКИ при рассеянии, отражении и прохождении через диэлектрические среды споглощением, при помощи СКИ без несущего частотного заполнения в виброметрическом РСЗ. В то же время возможность их использования в радиоволновойвиброметрии была довольно проблематична.
Однако, как показали результатыпрограммного моделирования и стендовых испытаний, с применением технологии СФД, численных методов ПВС-ЧВС и ФДО, выбор гауссовских СКИ без несущего заполнения наилучшим образом оправдывает возможность их примененияв области СКИ РСЗ.Результаты диссертационных исследований охватывают ряд научных направлений, связанных с электродинамикой и распространением радиоимпульсовсубнаносекундного диапазона, радиотехническими аспектами их генерации, излучения, цифрового приема и численных методов обработки. Рассмотрены возможность и особенности применения гауссовских СКИ-сигналов без несущегочастотного заполнения при организации виброметрических стендовых испытанийэлементов объектов, совершающих механические колебания, вызванные виброакустическими возмущениями среды. По результатам эксперимента произведенаоценка воспроизводимости эмпирических результатов, полученных радиоволновым методом, на предмет корреляционного сравнительного анализа с импульсным лазерным стетоскопическим методом, что подтверждает практическую достоверность результатов.В процессе диссертационных исследований был произведен ряд теоретических и экспериментальных выводов, результаты которых могут быть использова-116ны для решения задач радиофизики и радиотехники.
Оптимизация ФСПМ СКИсигнала заданной геометрии относительно FCC-маски может быть эффективноиспользована при решении, как прикладных, так и фундаментальных задач синтеза и генерации субнаносекундных сигналов с целью повышения их помехоустойчивости, а также при изучении особенностей их распространения в неоднородныхи диссипативных средах. В качестве таких особенностей могут выступать формоизменения профиля напряженности электрического поля радиоимпульса при егоизлучении, отражении, рассеянии и прохождении через диэлектрические среды.При нахождении ФДО влияние таких изменений особенно сказывается при обратном отражении от зондируемой поверхности.
Это обусловлено рельефной геометрией профиля боковой поверхности зондируемого объекта, плоскостная, либообъемная топология которой может образовывать случайные фильтры, задерживающие ряд частот в спектре СКИ, что приводит к изменению его профиля вовремени. Такой эффект также наблюдается при значительных отклонениях зондируемой поверхности от перпендикулярного положения относительно линии визирования, что обусловлено влиянием динамической ЭПР. Формоизменения профиля напряженности электрического поля также возможно при прохождении СКИчерез диэлектрическое препятствие в результате существенных диэлектрическихпотерь на верхних гармониках спектра. Однако для тонкостенных диэлектрических экранов такие изменения незначительны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
