Рациональный выбор диагностических признаков определяет эффективность и экономичность виброакустической диагностики.

В общем случае распознавание неисправностей в задаче виброакустической диагностики включает два основных этапа:

— определение совокупности информативных признаков, высокочувствительных к распознаванию класса неисправностей;

— принятие решения об отнесении текущего состояния объекта к одному из распознаваемых состояний.

На основании предварительного изучения статистики отказов составляют перечень неисправностей механизма, подлежащих распознаванию. Для каждого вида отказа (неисправности) подбирают соответствующий структурный параметр. В процессе обучения составляют словарь виброакустических признаков, соответствующих каждому виду отказа. Следует отметить, что снижение виброактивности (уменьшение колебаний элемента, детали) также свидетельствует о неисправности работы агрегата (элемент перестал участвовать в работе механизма, например, оторвался, но это на первых порах может не влиять на работу всей системы или просто снизит прочность конструкции).

Рассмотрим последовательность процедур обработки виброакустического сигнала при поиске характерных диагностических признаков:

— получение спектральных характеристик колебательного процесса при нормальной и дефектной работе механизма;

— выявление зон наибольших изменений спектральных характеристик

– изменение амплитуд дискретных составляющих, перераспределение частотного спектра, рост помеховой компоненты, появление гармоник или субгармоник (низших) основных частот возбуждения, изменение модуляционных частот;

— построение математической модели формирования акустического сигнала при наличии дефекта;

— выбор на основе полученных данных и характера модели системы обработки сигнала с целью повышения его информативности (фильтрация, детектирование, стробирование и т. п.);

— составление программы получения статистических оценок (регрессионных, корреляционных, кепстральных и т. д.) для практической диагностики.

Методы вибродиагностики

Выбор метода вибродиагностики зависит от структурного, функционального и вибрационного состояний объекта.

Структурное состояние характеризуется свойствами конструкции — геометрией элементов и взаимосвязями между ними. Это состояние объекта характеризуется в основном периодическими колебательными процессами; в этом случае адекватным методом является метод следящего спектрального анализа. По порядку гармоник вибрации можно идентифицировать ее источники; амплитуды этих гармоник характеризуют распределение энергии, связанное с состоянием объекта. При развитии дефекта энергия колебаний увеличивается.

В роторных и зубчатых механизмах структурное состояние характеризуется ударными процессами. В этом случае адекватным является метод конкретного накопления, при котором выделяют ударные импульсы от каждого зуба диагностируемой шестерни. Частота следования импульсов определяет источник (шестерню), различие уровней — причину (неисправный зуб), а абсолютное значение уровней импульсов — степень неисправности.

Вибрационное состояние определяется совокупностью вибрационных характеристик объекта и является следствием структурного и функционального состояний и динамических свойств объекта. Даже при нормальном структурном и функциональном состояниях вибрационное состояние может быть неудовлетворительным из-за резонансных эффектов и паразитных колебаний.

Перспективными являются методы, использующие динамические изменения в объекте, простейшие из которых — изменение знака, скорости и характера процессов. Эти признаки отражают развитие дефекта во времени, что позволяет делать прогноз будущего состояния и работоспособности объекта.

Алгоритм анализа корреляционно-спектральных характеристик вибросигнала включает в себя: дискретизацию вибросигнала, цифровую фильтрацию, вычисление информативных параметров и определение технического состояния объекта. Программа, моделирующая объект, позволяет имитировать сигналы как исправного, так и неисправного механизма.

Одним из эффективных инструментов исследований вибрационных процессов является моделирование механической конструкции объекта. При построении моделей определяют основные связи между элементами объекта и присущие ему закономерности. Удобными для исследования являются математические и электромеханические модели.

Если спектр виброакустического сигнала модулирован одной или несколькими частотами (характерно для объектов, содержащих зубчатые кинематические пары), то эффективно сжатие информации путем логарифмирования и осуществление преобразования Фурье от логарифмического спектра мощности — кепстр сигнала. Такой метод позволяет выделить информацию о сигнале из результата многократных отражений при нелинейных преобразованиях и модуляции. При этом вся энергия виброакустического сигнала, рассеянная по множеству гармоник в спектральном методе, локализуется в одной составляющей при кепстральном методе анализа сигнала.

Кепстральный метод используют для формирования диагностических признаков только в тех случаях, когда колебательный процесс имеет периодически модулированный спектр, что наблюдается при явлениях нелинейного взаимодействия узлов и деталей механизмов, при наличии амплитудной и частотной модуляции, при преобразованиях типа свертки нескольких временных процессов, а также при изменении физических параметров механизма, износе, изменении жесткости, ударных взаимодействиях. Наибольшее распространение кепстральный метод получил при диагностике зубчатых колес редукторных механизмов, имеющих разный износ поверхностей.