Диссертация (1090673), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Известны ситуации, при которых необходимо измерить параметры вибрации конструкций, исключив с ней механический контакт, или подобный вид соединения недоступен. В таких случаях целесообразно использование бесконтактных методоввиброметрии. По принципу измерения бесконтактные методы, главным образом,классифицируют на оптические (лазерные), акустические (ультразвуковые) и радиоволновые (электромагнитные) [19].Оптические методы.
В оптических методах преимущественно используются интерференционные измерители, действие которых основано на определении изменения частоты отражѐнного от объекта излучения, а также модуляционные приборы, в основу действия которых положено применение пространствен-17ной модуляции оптического излучения [42]. Оптические методы, основанные назондировании объекта видимым светом или инфракрасным излучением ближнегодиапазона, построены на явлениях интерференции света, эффекта Доплера, акустооптической и апертурно-амплитудной модуляции. Простейшим из них является гомодинный метод, который позволяет измерять амплитуды и фазы гармонических вибраций, но с его помощью невозможно исследовать полигармонические вибрации [42].
Другой метод – гетеродинный, лишен этого недостатка,однако требует сложной оптической юстировки. Системы, построенные на акустооптическом и апертурно-амплитудном преобразовании, основаны на пространственном разделении света при его диффузном отражении и распределениипо апертуре и интенсивности. Голографические оптические методы обладаютвысокой разрешающей способностью, однако сравнительно большим временемизмерения и обработки данных [9]. Существенным недостатком приведенных оптических методов являются чрезвычайно высокие требования к качеству поверхности исследуемого объекта – материалу, его теплофизическим свойствам ишероховатости, микроклимату среды, жесткие требования по обеспечению виброакустического демпфирования конструкции изделия, сложность юстировки,громоздкость и высокая стоимость лазерного оборудования, высокое энергопотребление, требования фокусировки и монохроматичности лазерного луча, невозможность регистрировать вибрации оптически недоступных поверхностей.
Однако при строгом обеспечении регламентируемых условий, оптические методы, вчастности – импульсного действия, являются более точными по чувствительностив широком динамическом диапазоне частот виброакустических колебаний, такчто их можно использовать в качестве реперных при тестовых испытаниях другихметодов.Акустические методы. При проведении акустической вибродиагностикиприменяют методы, действие которых основано на использовании ультразвуковых волн [42,9]. Интерес к ультразвуковым акустическим методам измеренияобусловлен способностью ультразвуковых волн отражаться практически от лю-18бых поверхностей.
Информация об измеряемых параметрах вибрации может бытьзаключена как в изменении амплитуды, так и частоты или фазы ультразвуковойволны. Акустические методы измерения делятся на интерферометрические и локационные. К недостаткам интерферометрических методов можно отнести малыйдинамический диапазон измеряемых виброперемещений, необходимость установки излучателя непосредственно вблизи поверхности объекта, крайне существенная зависимость показаний от расстояния между излучателем и отражателем, коэффициента отражения, формы отражателя, ограниченные возможности подповерхностного зондирования.
Локационные акустические методы основаны на локации исследуемого объекта ультразвуковым лучом бегущей волны от неподвижного излучателя. При этом источник генерации зондируемого сигнала может работать как в непрерывном, так и импульсном режиме генерации. В качестве чувствительных элементов здесь используется пьезоэлектрическая керамика. Посравнению с интерференционным методом, локационный имеет более широкийдинамический диапазон, а излучатель может располагаться на удалении от поверхности на большем расстоянии.
К достоинствам метода можно отнести малоевремя измерения, отсутствие ограничения на нижнюю границу частотного диапазона вибраций. Использование ультразвуковых методов ограничивают невысокаяразрешающая способность, сильное затухание ультразвука в воздушной среде, зависимость от акустического сопротивления среды, уменьшение точности измерения с ростом частоты вибрации.Радиоволновые методы измерения основаны на использовании зависимостей от величины вибраций ряда параметров электромагнитных волн миллиметрового или сантиметрового диапазона, используемых для РСЗ исследуемой поверхности относительно узким лучом диаграммы направленности (ДН) [10,45].
Ктаким параметрам относятся: амплитуда и фаза отраженного сигнала; частотаэлектромагнитных колебаний; число возбуждаемых типов колебаний; время задержки радиоимпульса; поляризация электромагнитных волн, коэффициент стоячей волны (КСВ) и пр. Так же, как и предыдущие методы, радиоволновые позво-19ляют косвенным путем оценить характеристики виброперемещения и его интенсивность. Среди радиоволновых выделяют три группы методов: интерференционные, резонаторные и фазовые, по принципам основанные на законах электродинамики [9,10].В основу интерференционного метода положен следующий принцип: в результате изменения расстояния между передатчиком и боковой поверхностью облучаемого антенной вибрирующего объекта образуется стоячая волна как следствие явления интерференции. Вибрация поверхности приводит к амплитудной ифазовой модуляции отражѐнной волны и к образованию сигнала биений.
У выделенного радиосигнала амплитуда пропорциональна величине вибраций, а частотасоответствует частоте механических вибраций контролируемой поверхности.Радиоволновый измеритель механических колебаний, реализующий интерференционный метод измерения, может быть построен на основе двойного волноводного Т-образного моста, баланс которого нарушается при плоскопараллельномперемещении поверхности объекта или трехплечего циркулятора [10].Резонаторный метод основан на размещении вибрирующего объекта в полеВЧ- или СВЧ-резонатора (вне или, хотя бы частично, внутри него), при которомпод влиянием вибраций изменяются его характеристики (относительная расстройка частоты колебаний).
Резонаторные методы измерения вибраций реализуются на объемных резонаторах и отрезках длинных линий. Бесконтактное измерение на относительно больших расстояниях параметров вибрации резонаторнымметодом становится возможным с включением в частотозадающую цепь сверхвысокочастотного (СВЧ) генератора диэлектрической антенны [10].Группа фазовых радиоволновых методов основана на изменении фазы отраженного гармонического сигнала, либо времени задержки отраженного радиоимпульса согласно закону плоскопараллельного механического колебания, совершаемого облучаемой поверхностью. Так, при изменении расстояния между антенной и зондируемой поверхностью отраженная волна модулируется по фазе.При этом девиация фазы несущих колебаний пропорциональна амплитуде интен-20сивности виброперемещения.
В приемнике сравниваются фазы отраженной иопорной волн. В результате фазовой демодуляции на выходе приемника формируется сигнал механического колебания [46]. Фазовый метод может быть реализован как в непрерывном, так и в моноимпульсном режиме зондирования. Методпрост в исполнении, является наиболее универсальным и может быть рекомендован не только для регистрации вибраций, но и конечных микроперемещений.Дисперсия оценки фазы отраженного сигнала зависит от отношения сигнал-шум,а улучшение показателя точности измерения механического смещения напрямуюсвязано с уменьшением длины электромагнитной волны.
Основным недостаткомметода является фазовая неопределенность при сдвиге фазы кратном 2 , что ограничивает расстояние до исследуемой поверхности. Однако решением даннойпроблемы служит квадратурный прием сигнала, амплитудная модуляция СВЧсигнала, либо импульсно-фазовое зондирование. Фазовый метод может быть использован для оценки механических вибраций различного типа в широком диапазоне частот [10,46].Таким образом, основным фактором, ограничивающим применение радиоволновых виброметрических систем, является необходимость обеспечения высокостабильного режима генерации высокочастотного сигнала задающего генератора. Чувствительность и воспроизводимость радиоволновых методов также зависит от показателя отношения сигнал-шум, увеличивающего ошибку оцениванияпараметра вибрации; хорошей проникающей способности при подповерхностномРСЗ (что не способны обеспечить узкополосные сигналы); узконаправленностиДН облучающей антенны.1.3 Сравнительный анализ бесконтактных методовНа основе проведенного аналитического обзора научной литературы [810,17,19,44-46], в таблице 1 приведен общий сравнительный анализ методов бес-21контактной виброметрии, а в таблицу 2 сведены основные характеристики радиоволновых методов.Таблица 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
