Цифровая технология спектрального анализа параметров колебаний

Abstract

Эффективным подходом к исследованию вибрационных процессов в машинах и механизмах является выполнение Фурье-анализа гармонического состава колебаний. Этот метод экспресс-контроля остается актуальным и востребованным в акустической диагностике машин благодаря своей относительно высокой информативности. Расширение его аналитических возможностей проводится за счет внедрения дополнительных средств цифровой обработки вибрационных сигналов, в том числе интеллектуальных систем. Целью настоящей работы является создание цифрового метода спектрального анализа вибрационных сигналов, реализация которого возможна с применением интеллектуальных приборов. В работе на основе аддитивных комбинаций синусоидальных функций представлен метод полигармонической аппроксимации параметров сигналов, отображающих колебательные процессы в машинах. С использованием теоремы Релея и равенства Ляпунова – Парсеваля реализована технология усечения дискретизированного по времени разложения указанных сигналов в ряд Фурье. Устранение искажений частотного спектра колебаний выполняется путем подавления его боковых лепестков с помощью оконных фильтров. Для сопоставления эффективности различных окон использованы специальные параметры: ширина главного лепестка частотного спектра; коэффициент относительного расширения главных лепестков; максимальный относительный уровень боковых лепестков; коэффициент относительного ослабления энергии сигналов. При этом рассмотрены окна Хэннига, Натолла, Хэмминга, Барлетта, а в качестве базовых значений приняты параметры прямоугольного окна. Выработаны ограничения разрядности аналого-цифровых преобразователей сигналов в зависимости от требуемой точности соблюдения энергетического баланса при усечении дискретных Фурье-разложений. Приведен пример реализации цифровой технологии спектрального анализа параметров колебательных процессов.