Файл: Павлов, Б. В. Диагностика болезней машин. (Как инженеры овладевают языком машин).pdf

Входящие в формулу вероятности определяются на­

блюдением за изменением состояния машин подопытной

группы. Известно, что одни неисправности появляются ча­ ще, другие реже. В зависимости от частоты появления раз­

личных состояний им приписываются соответствующие ве­

роятности. Для примера в таблице указаны вероятности

отказа различных элементов трактора, если известно, что

он неисправен.

Мы видим, что большинство неисправностей приходит­ ся на двигатель, а из элементов двигателя — на топливную систему.

Определим неопределенность состояния трактора ДТ-75:

Н = 0,19 log2 0,19 + 0,40 log20,40 + 0,08 log20,08 +

+ 0,05 log20,05 + 0,13 log20,13 + 0,10 log2 0,10 +

+ 0,05 log2 0,05 = 2,4225 бита

44

Для облегчения расчетов в кни­

гах но теории информации *

обычно приводятся таблицы

величин Plog2P.

Подсчитаем также неопре­

деленность состояния тракторов

ДТ-54 и «Беларусь». Они ока­ зываются равными Н—2,6826

бита и Н= 2,4665 бита соответ­

ственно, т. е. неопределенность

состояния трактора ДТ-54 несколько больше, чем других

машин, а значит, и его диагноз сложнее. Это объясняется

тем, что вероятности отказов распределены по узлам трак­

тора ДТ-54 более равномерно. Поэтому, если обнаружено, что трактор неисправен, то угадать заранее, какой узел

виноват в этом, для трактора ДТ-54 труднее, чем для дру­ гих машин. Например, у трактора ДТ-75 40% поломок при­ ходится на топливную аппаратуру, поэтому, не ставя ему диагноза, можно наугад заявить, что неисправна топлив­ ная аппаратура, и в сорока случаях из ста это подтвердит­

ся. Такая неравномерность отказов вообще характерна для

новой неотработанной конструкции.

Создание теории не является самоцелью. Их разраба­ тывают для решения практических задач. «Нет ничего бо­ лее практичного, чем хорошая теория», — сказал в свое время знаменитый немецкий физик Макс Планк. Поэтому,

если бы теория информации только и могла делать, что

подсчитывать неопределенность, то пользы от нее было бы

45

Сигнал

Доставку информации потребителю обеспечивают сиг­

налы. Сигналом может служить процесс любой физической

природы, способный перемещаться на расстояние. В радио­

связи в качестве сигналов используются электромагнит­

ные волны. Они переносят информацию на огромные рас­

стояния с большой скоростью, равной скорости распростра­

нения света (300 000 км/сек).

В диагностике сигналами могут служить упругие вол­ ны, возбуждаемые в механизме соударениями деталей. Они свободно распространяются по металлу и без труда достав­

ляют информацию из недр машины. В механизмах путь

сигнала от посылающей его детали до приемника, распо­

ложенного на корпусе, короткий, поэтому не удивительно,

что к приемнику приходят «голоса» всех деталей.

Сигнал может переносить информацию благодаря тому, что некоторые его параметры способны изменяться в зави­ симости от содержания информации. Процесс наполнения сигнала информацией называют кодированием. О кодиро­ вании более подробно мы расскажем в следующем парагра­ фе. А сейчас рассмотрим два вида сигналов, с которыми

только в течение конечного интервала времени, называется импульсным. Между собой такие сигналы отличаются амп­ литудой А, длительностью т, положением на оси времени

относительно начала отсчета to и формой. Все эти парамет­ ры импульса могут изменяться, а поэтому и переносить ин­

формацию.

Для передачи сообщений редко используются одиноч­

ные импульсы. Обычно импульсный сигнал представляет собой последовательность импульсов, возникающих один за другим. Таким сигналом, например, будут соударения деталей в работающей кинематической паре. При движе-

46

нии механизма удары деталей в кинематической паре пов­

торяются через определенные интервалы времени.

Вместе с импульсным почти всегда передается о п о р ­ ный с и г н а л . Им задается шкала отсчета времени, поэто­ му иногда его называют тактирующим сигналом. Опорный сигнал представляет собой периодическую последователь­ ность импульсов произвольной формы и амплитуды. Интер­ вал времени Т (период) между импульсами опорного сиг­

нала постоянен. В результате смещения импульсов основ­

ного сигнала относительно опорных происходит передача

информации.

В диагностике для выработки опорного сигнала выби­

рают какую-либо характерную фазу движения механизма и устанавливают на механизм специальный датчик для ее

47

регистрации. Так, в двигателях внутреннего сгорания за на­

чало отсчета времени принимают момент, в который пор­

шень одного из цилиндров проходит верхнюю мертвую

точку (в. м. т.). Для регистрации этого момента в соответ­

ствующем месте маховика просверливают отверстие или наносят риску. Датчик, установленный на картере махо­ вика, регистрирует момент прохождения мимо него отвер­ стия или риски и вырабатывает в этот момент импульс, ко­ торый служит опорным сигналом и синхронизует работу

всех блоков диагностической аппаратуры. По величине

смещения импульсов, возбуждаемых ударами клапанов, иглой форсунки и другими элементами двигателя относи­

тельно опорного импульса, можно оценить степень их раз­ регулировки.

Непрерывный сигнал равен нулю только в некоторые

моменты времени, а все остальное время отличен от нуля.

В нем различают высокочастотное заполнение и его оги-

Рис. 5. Импульс с высокочастотным заполнением.

48

бающую. В радиотехнике высокочастотное заполнение на­ зывают также несущей. Она представляет собой очень бы­ строе колебание — миллионы циклов в секунду. Сигналы,

передаваемые различными радиостанциями, отличаются

частотой колебаний несущей, это и позволяет радиоприем­ нику принимать сигнал только нужной станции. Огибаю­ щая радиосигнала имеет сравнительно низкую частоту — от нескольких десятков до нескольких тысяч колебаний в секунду. Ее изменение происходит в такт передаваемого сообщения, т. е. ее форма соответствует колебаниям мем­ браны микрофона при восприятии речи диктора или музы­ ки. Собственно говоря, информация, переносимая радио­

сигналом, содержится только в его огибающей. Поэтому,

чтобы ее воспроизвести, в радиоприемнике имеется специ­

альное устройство — детектор, который выделяет огибаю­

щую радиосигнала и направляет ее в громкоговоритель.

Эффективность передачи сообщения существенно зависит от г л у б и н ы м о д у л я ц и и . Грубо говоря, глубина мо­

49

дуляции колебаний — это разность между горбом и впади­

ной огибающей, отнесенная к величине горба.

Мы подробно остановились на радиосигнале потому, что

он имеет много общего с сигналом, используемым в диагно­ стике. Здесь также имеется высокочастотное заполнение (несущая) и огибающая. Заполнение, как и в радиотехни­ ке, используется для выделения нужной «станции», кото­

рой здесь являются кинематические пары, посылающие

сигналы. Но в отличие от радиосигналов, несущая которых

представляет простое синусоидальное колебание, в диагно­

стике несущая образуется как смесь очень многих синусои­

дальных колебаний разных частот. Основная информация

диагностического сигнала также содержится в его огибаю­

щей, поэтому диагностические приборы почти всегда име­

ют детектор, который позволяет отделить огибающую от

несущей. Эффективность диагностики очень существенно

зависит от глубины модуляции сигнала, поэтому позже мы

уделим этому вопросу определенное внимание. Многообразие сигналов, используемых для передачи

сообщений, не поддается перечислению. Мы рассмотрим

50