Диссертация (792833), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

С использованиемБПФпроизводитсязависимостейпостроениевиброускорений–графиковамплитудно-фазо-частотныхспектроввиброускорений(графиковспектральной плотности дисперсии). Вычисляется СКЗ виброускорения.Следует отметить, что БПФ представляет собой аппроксимациюдействительного преобразования Фурье на конечном интервале времени Δt и,следовательно, для повышения точности аппроксимации, расстояние междуточками должно быть как можно меньше. Кроме того, алгоритмы БПФтребуют, чтобы количество точек было равно 2 в степени N, т.е.

n = 2N, где Nесть целое число. Как результат, переход при анализе сигнала из временнойобласти в частотную может происходить в реальном времени. Проблема«растекания» спектра решается применением такой технологии записи сигнала,при которой записывающая аппаратура начинает и заканчивает запись приуровне сигнала, близком к нулю.В качестве диагностируемых параметров колебаний элементов верхнегостроения пути, по которым производится сравнение рельсовых скреплений научастках сопряжений, предлагается принимать:36- пиковые (sp) и среднеквадратические (sе) значения (далее СКЗ)виброперемещения, пиковые (υp) и СКЗ (υе) виброскорости рельса в центрешпального ящика и в середине шпалы на оси пути, характеризующие изгибныеколебания данных элементов, возникающие в них механические напряжения имощность вибродинамического воздействия;- коэффициент затухания (β) амплитуды виброскорости колебаний рельсапо отношению к колебаниям шпалы, площади спектров виброскоростиколебаний рельса (Aр)и шпалы (Aш)в диапазоне частот до 20 Гц и ихотношение (γ), характеризующие изменение колебательной мощности идемпфирование вибрации вследствие рассеяния механической энергии;- отношения динамических сил, возникающих при движении поезда наподошве рельса и в середине железобетонной шпалы, к соответствующимстатическим силам.2.2 Особенности функционирования аппаратуры для измерениявибрационных сигналовВ мировой практике оценка вибрационных воздействий на конструкциипроизводится определением скорости колебаний при вибродинамическомвоздействии[119-137].Задачиисследованиймеханическихколебаний(вибрации) железнодорожного пути вполне успешно можно решать методами исредствами, используемыми в техногенной сейсмологии.Обобщенная схема аппаратуры для измерения вибрационных сигналовпредставлена на рисуноке 2.1.371.

Вибрационноевоздействие2. Первичныйизмерительныйпреобразователь(датчик)4. Тракт передачиинформации5. ИзмерительныйприборX(t)U(t)3. Блокпреобразованияэлектрическогосигнала6. Системахранения иобработкиинформацииРисунок 2.1 – Обобщенная схема аппаратуры для измерения вибрационныхсигналовРешение вопросов электросовместимости и помехозащиты подробноизложено в работе [138]. Следует отметить, что в настоящее время вопросыобработки и интерпретаци результатов экспериментов практически решены.Разработаны различного рода первичные и вторичные преобразователи,имеюшие хорошие метрологическими характеристиками [139].

Широкоераспространение при измерении вибрации получили индукционные датчикивибрации с выходным сигналом пропорциональным скорости (сейсмометры)[140]. Конструктивно индукционные датчики представляют собой довольносложную механическую систему. В корпусе датчика закреплена обмоткакатушки. Сейсмическая масса, выполненная из магнитного материала,подвешена с двух сторон на пружинах. При пересечении магнитнымисиловыми линиями постоянного магнита витков катушки, в ней наводится ЭДС(рисунок 2.2).Рисунок 2.2  Измерительный преобразователь с постоянным магнитнымпотоком и перемещением катушки38К основным достоинствам индукционных датчиков относятся: высокийкоэффициент преобразования; низкое выходное сопротивление, что позволяетиспользовать их без дополнительных согласующих устройств и усилительнойаппаратуры; малая чувствительность к помехам и влажности.

К их недостаткамможно отнести ограниченный рабочий частотный диапазон, сложностьконструкции.Акселерометр.Полезныйчастотныйдиапазондлянедемпфированногоакселерометра ограничен из-за того, что величина 1-(ω/ωn)2 уменьшаетсязначительно быстрее, чем растет ω. Однако с демпфированием в диапазонеζ=0,65…0,7 уменьшение 1-(ω/ωn)2 компенсируется величиной (2ζω/ωn)2 иполезный частотный диапазон существенно расширяется.На рисунке 2.3 показано изменение фактора1Т  1    n2 2(2.1)   2 n 2для различного демпфирования в датчике.Рисунок 2.3 – Ошибка акселерометра в зависимости от частоты идемпфирования39Для большинства акселерометров с демпфированием около ζ=0,7происходит не только существенное расширение полезного частотногодиапазона, в котором датчик может работать в линейной области, но ипрактически отсутствуют фазовые нарушения.В настоящие время в качества датчика вибраций все чаще используютсяакселерометры и, в частности, пьезоэлектрические акселерометры.

Принципработы пьезоакселерометров основывается на пьезоэлектрическом эффекте,присущим некоторым кристаллам (кварц, турмалин) и керамикам (на основетитана бария, титана свинца и цирконата свинца). Когда к такому материалуприложена некоторая сила, то на его поверхности образуется заряд.Пьезоэлементы, используемые в датчиках, могут работать на растяжениесжатие либо на сдвиг. Последние конструкции в настоящие время нашли болееширокое применение в связи с их меньшей чувствительностью к шумам,изменениям температуры окружающей среды и т.д. Конструктивная схемапьезоакселерометра с пьезоэлементами, работающими на сдвиг, показана нарисунке 2.4.1 – жесткий корпус; 2 –работающий на сдвиг пьезоэлемент,; 3 –элемент инерционный;4 – кабель с изоляцией.Рисунок 2.4 – Конструктивная схема пьезоакселерометра с пьезоэлементами,работающими на сдвигПьезоакселерометрыразличаютспособомкреплениядатчикакконструкции (шпилечным или винтовым), материалом, из которого изготовленкорпус и основание, конструкцией и материалами электрического кабеля и т.д.40К основным достоинствам пьезоакселерометров относятся: хорошиелинейные характеристики; малая собственная масса (масса датчика может бытьменее 1 г); широкий рабочий динамический диапазон (160 дБ); широкийрабочий частотный диапазон (от 0,5 Гц до 50000 Гц с отклонением отлинейности менее 5%); прочная и простая конструкция; высокая стойкость вотношениинеблагоприятныхокружающихусловий;малаяпоперечнаячувствительность.

Их главным недостатком является то, что для ихиспользованиянеобходимыдополнительныесогласующиеустройства(преобразователи заряда) и усилительная аппаратура (усилители заряда) вслучае передачи данных на расстояние более 5 м.2.3 Мобильный аппаратно-программный комплексДля решения задач исследований механических колебаний (вибраций)железнодорожногопути,авторомработы,использовалсямобильныйаппаратно-программный комплекс. Все измерительные устройства, входящие вкомплекс сертифицированы и внесены в Государственный реестр средствизмерений Российской Федерации и Республики Казахстан. Общий видаппаратно-программного оборудования показан на рисунке 2.5.1 – вибродатчики МВ-25Д-В; 2 – кабель; 3 – аналого-цифровой преобразователь; 4 –персональный компьютер.Рисунок 2.5 – Общий вид мобильного аппаратно-программного комплекса41ВкачестведатчиковиспользовалисьвелосиметрыМВ-25Д-В,преобразующие механические колебания в электрические сигналы и служат дляизмерения скорости колебаний.Рабочий диапазон частот вибродатчиков – от 1 до 1000 Гц.

Согласнотеореме Котельникова-Найквиста-Шеннона, сигнал может быть восстановленточно, если он имеет ограниченный спектр и частота дискретизации не менеечем в два раза превышает ширину спектра сигнала. Таким образом, принятаяприпроведениизаписииобработкисигналачастотадискретизациивиброизмерительного канала в 8000 Гц (соответственно период опроса датчика0,000125 с), позволила производить измерения при помощи, разработанногоавтором, мобильного аппаратно-программного комплекса с 4-х кратнымзапасомнеобходимойточности.Применениетакойвысокойчастотыдискретизации практически исключило пропуск пиковых значений сигнала.Вэлектронномблокеаналого-цифровогопреобразователя(АЦП)измерительного модуля Е14-440 происходит преобразование аналоговогосигнала в цифровой.

Основные технические характеристики вибродатчиковМВ-25Д-В представлены в таблице 2.1.Таблица 2.1 – Основные технические характеристики вибродатчиков МВ-25Д-В№ п/п123456789101112НаименованиеТип датчикаВыходной параметрНаправление регистрацииРегистрируемые частоты, ГцРегистрируемые амплитуды виброперемещений, ммРегистрируемые амплитуды виброскорости, мм/сРегистрируемые амплитуды виброускорений, ед. gРазмер по диаметру и высоте, мм:диаметрвысотаВес, кгДиапазон рабочих температурОтклонение чувствительности датчика от приведенныхданных, %Материал корпусаТехнические данныеиндукционныйвиброскоростьвертикальные1-10000,003-23,85-3140,5-1037680,25-60 Со, +120Со±8нержавеющая стальПодключение вибродатчиков МВ-25Д-В к входу АЦП осуществляетсяэкранированными проводами длиной L=11 м. Для обеспечения высокой42помехозащищенностиизмерительноготрактапримененаособаядифференциальная схема подключения входных сигналов «по току» (рисунок2.6).

Характеристики

Список файлов диссертации