pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2016-7-2-186-194pimi-256Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА МЕТОДОМ БЕРГА ПРИ ПОСТРОЕНИИ ПРОГРАММНО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВИБРОДИАГНОСТИКИAPPLICATION OF THE SPECTRUM ANALYSIS WITH USING BERG METHOD TO DEVELOPED SPECIAL SOFTWARE TOOLS FOR OPTICAL VIBRATION DIAGNOSTICS SYSTEMЗайцевЕ. А.ZaitsevE. O.СидорчукВ. Е.SydorchukV. E.

Адрес для переписки: Сидорчук В.Е. –  Киевский национальный торгово-экономический университет, ул. Киото, 19, 02156, г. Киев, Украина e-mail: sudorchyk@ipnet.ua

Address for correspondence: Sydorchuk V.E. –  Kiev National University of Trade and Economics, Kyoto str., 19, 02156, Kiev, Ukraine e-mail: sudorchyk@ipnet.ua

sudorchyk@ipnet.uaШпилькаА. Н.ShpilkaA. N.Институт электродинамики НАН УкраиныУкраинаInstitute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of UkraineUkraineКиевский национальный торгово-экономический университетУкраинаKiev National University of Trade and EconomicsUkraineПолтавский национальный технический университет им. Ю. КондратюкаУкраинаPoltava National Technical Yuri Kondratyuk UniversityUkraine20161209201672186194Copyright © Зайцев Е.А., Сидорчук В.Е., Шпилька А.Н., 20162016Зайцев Е.А., Сидорчук В.Е., Шпилька А.Н.Zaitsev E.O., Sydorchuk V.E., Shpilka A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/256

Бесконтактное измерение параметров механических колебаний вращающихся диффузно отражающих поверхностей используется в условиях, когда контактные датчики не применяются по ряду причин, среди которых – затрудненный доступ к объекту, небольшие размеры контролируемого участка, контролируемый участок имеет высокую температуру или подвержен влиянию сильного электромагнитного поля. Целью настоящей работы являлась разработка и экспериментальная проверка программного обеспечения для спектрального анализа вибраций контролируемых объектов методом максимальной энтропии Берга для бесконтактной системы вибродиагностики. Для уменьшения влияния неинформативных параметров анализируемого сигнала, таких как шум и тренд (низкочастотные шумы, влияние температуры), программным образом реализован метод предварительной фильтрации на основе регрессионного анализа. Бесконтактный контроль параметров вибраций механических колебаний реализуется с помощью лазерной измерительной системы фазового типа (ЛИСФТ), которая построена на основе фотоэлектрического метода. Такая ЛИСФТ лишена недостатков систем, принцип работы которых основан на эффекте Доплера и интерференции, позволяющих измерять амплитуды и фазы гармонических вибраций, но с их помощью сложно исследовать полигармоничные (т.е. содержащие две и более гармоники) и большие по амплитуде вибрации. Для обеспечения анализа полученных вибросигналов для ЛИСФТ разработаны специальные программно-математические средства в среде графического программирования LabVIEW. Экспериментальные исследования предложенного метода анализа спектра мощности вибросигнала проверены при оценке диагностической информации, полученной при измерении вибрации обрабатываемой поверхности системы алмазного шлифования твердого сплава ВК8. В результате работы программно-математического комплекса получен спектр «очищенного» от неинформативных параметров сигнала, соответствующего вибрационным процессам наблюдаемого объекта. 

The objective of this paper is development and experimental verification special software of spectral analysis. Spectral analysis use of controlled vibrations objects. Spectral analysis of vibration based on use maximum-entropy autoregressive method of spectral analysis by the Berg algorithm. For measured signals use preliminary analysis based on regression analysis. This analysis of the signal enables to eliminate uninformative parameters such as – the noise and the trend. For preliminary analysis developed special software tools. Non-contact measurement of mechanical vibrations parameters rotating diffusely-reflecting surfaces used in circumstances where the use of contact sensors difficult or impossible for a number of reasons, including lack of access to the object, the small size of the controlled area controlled portion has a high temperature or is affected by strong electromagnetic fields. For control use offered laser measuring system. This measuring system overcomes the shortcomings interference or Doppler optical measuring systems. Such as measure the large amplitude and inharmonious vibration. On the basis of the proposed methods developed special software tools for use measuring laser system. LabVIEW using for developed special software. Experimental research of the proposed method of vibration signals processing is checked in the analysis of the diagnostic information obtained by measuring the vibration system grinding diamond wheel cold solid tungsten-containing alloy TK8. A result of work special software tools was complex spectrum obtained «purified» from non-informative parameters. Spectrum of the signal corresponding to the vibration process observed object. 

метод Бергаметод максимальной энтропиилазерный измеритель вибрацийспектральная плотность мощностиalgorithm Bergmaximum entropy methodlaser vibrodiagnosticspower spectral densityReferencesЗайцев, Є.О. Застосування метода Берга для аналізу вібросигналів, отриманих за допомогою лазерних сенсорів / Є.О. Зайцев, М.В. Лісогор // Електроніка та зв`язок: науково-технічний журнал. – 2014. – Т. 19, № 6 (83). – С. 66–72.Zaitsev E.O., Lisogor M.V. [Application of the method by Berg for the analysis of vibration signals which were obtained using laser sensors]. Electronics and communications, 2014, vol. 19, no. 6 (83), pp. 66–72 (in Ukrainian).Зварич, В.Н. Линейные процессы авторегрессии с периодическими структурами как модели информационных сигналов / В.Н. Зварич, Б.Г. Марченко // Известия вузов. Радиоэлектроника. – 2011. – Т. 54, № 7. – C. 25–30.Zvaritch V.N., Martchenko B.G. [Autoregressive linear processes with periodic structures as models of information signals]. Proceedings of the universities. Radioelectronics, 2011, no. 7, pp. 25–30 (in Russian).Зварич, В.Н. Линейные процессы авторегрессии в задачах вибродиагностики узлов электрических машин / В.Н. Зварич, Б.Г. Марченко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. – 1996. – № 1. – C. 45–54.Zvaritch V., Martchenko B. [Linear processes of autoregressive in problems vibrodiagnostics nodes electric cars]. Technical diagnostics and nondestructive testing, 1996, no. 1, pp. 45–54 (in Russian).Марченко, Б.Г. Вибродиагностика подшипниковых узлов электрических машин / Б.Г. Марченко, М.В. Мыслович. – Киев : Наукова думка, 1992. – 196 с.Martchenko B., Mislovitch M. Vibrodiagnostika podshipnikovykh uzlov elektricheskikh mashin [Vibration diagnostics of bearing assemblies of electrical machines]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1992, 196 p. (in Russian).Застрогин, Ю.Ф. Лазерные приборы вибрационного контроля и точного позиционирования / Ю.Ф. Застрогин, О.Ю. Застрогин, А.З. Кулебякин. – М. : Машиностроение, 1995. – 315 с.Zastrogin, Yu.F. Lazernye pribory vibracionnogo kontrolya i tochnogo pozicionirovaniya [Laser Devices of vibration control and accurate positioning]. Moscow, Mashinostroeniye Publ., 1995, 315 p. (in Russian).Зандер, Ф.В. Алгоритмы оптимальной оценки параметров радиосигнала при времени измерения менее периода и некратном периоду с привязкой результата к началу измерительного интервала / Ф.В. Зандер // Измерительная техника. – 2003. – № 2. – С. 43– 46.Zander F.V. Algorithms for the Optimum Estimation of the Parameters of a Radio Signal in a Measurement Time of Less Than a Period and a Nonmultiple of a Period in Which the Result Is Tied to the Beginning of the Measurement Interval. Мeasurement Techniques, 2003, vol. 46, Issue 2, pp. 172–176.Брагинец, И.А. Лазерные фазовые датчики вибраций и перемещений в диапазоне частот от 15 до 1000 / И.А. Брагинец, Е.А. Зайцев // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск, частина 2. – 2010. – C. 186–191.Brahynets I.A., Zaitsev E.A. [Laser Sensors phase displacements and vibrations in the frequency range 15 to 1000]. Technical Electrodynamics. Special issue, 2010, vol. 2, no. 3, pp. 186–191 (in Russian).Брагинец, И.А. Помехоустойчивость фазовых лазерных датчиков вибраций / И.А. Брагинец, Е.А. Зайцев // Технічна електродинаміка. – 2010. – № 3. – C. 67–73.Brahynets I. A., Zaitsev E. A. [Noise resistance of phase laser vibration sensors]. Technical Electrodynamics, 2010, no. 3, pp. 67–73 (in Russian).Марпл, С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения / С.Л. Марпл; пер.с англ. – М. : Мир. – 1990. – 584 с.Marple S.L. Cifrovoj spektral’nyj analiz i ego prilozheniya [Digital spectral analysis with applications]. Moscow, Mir Publ., 1990, 584 p. (in Russian).Mulgrew, B. Digital signal processing: concepts and applications / B. Mulgrew, P. Grant, J. Thompson // New York, McMillan Press Ltd. – 1999. – 408 p.Mulgrew B. Digital signal processing: concepts and applications. New York, McMillan Press Ltd., 1999, 408 p.Ulrych, J. Tad. Maximum entropy spectral analysis and autoregressive decomposition / Tad J. Ulrych, Thomas N. Bishop // Reviews of Geophysics. – 1975. – No. 1(13). – P. 183–200.Tad J. Ulrych, Thomas N. Bishop. Maximum entropy spectral analysis and autoregressive decomposition. Reviews of Geophysics, 1975, no. 1(13), pp. 183–200.Srbulov, M. Ground Vibration Engineering: Simplified Analyses with Case Studies and Examples / M. Srbulov. – Netherlands : Springer, 2010. – 233 p.Srbulov M. Ground Vibration Engineering: Simplified Analyses with Case Studies and Examples. Netherlands., Springer Publ., 2010, 233 p.Отнес, Р. Прикладной анализ временных рядов. Прикладные методы / Р. Отнес, Л. Эноксон; пер. с англ. – М. : Мир. – 1982. – 429 с.Otnes R., Enokson L. Prikladnoj analiz vremennykh ryadov. Prikladnye metody [Applied time series analysis. Basic methods]. Moscow, Mir Publ., 1982, 429 p. (in Russian).Попов, Ю.В. О выделении периодической компоненты из временного ряда показателя количества катастроф / Ю.В. Попов // Проблемы безопасности полетов. – 2008. – № 8. — С. 10–17.Popov Yu.V. [On the selection of the periodic components of a time series index of the number of accidents]. Problems of aviation safety, 2008, no. 8, pp. 10–17 (in Russian).Anderson, T.W. The Statistical Analysis of Time Series / T.W. Anderson // New York : Wiley-Interscience. – 1994. – 720 р.Anderson T.W. The Statistical Analysis of Time Series. New York, Wiley-Interscience Publ., 1994, 720 р.Travis J., Kring J. LabVIEW for Everyone: Graphical Programming Made Easy and Fun. Third Edition / J. Travis, J. Kring. – Crawfordsville : Prentice Hall. 2007. – 1236 p.Travis J., Kring J. LabVIEW for Everyone: Graphical Programming Made Easy and Fun. Third Edition. Crawfordsville, Prentice Hall, 2007, 1236 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.