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

в электрический сигнал. Затем сигнал поступает в блоки

диагностической аппаратуры, где подвергается многоста­

дийной процедуре расшифровки (декодирования). Ее ре­ зультат выдается потребителю в виде заключения о со­

стоянии машины.

Здесь следует сказать несколько слов о кодировании

сигнала в самой диагностической аппаратуре. Как мы уже

упоминали, расшифровка сигнала представляет собой по­

следовательность его преобразований. Очевидно, что при каждом преобразовании в сигнал могут быть внесены

погрешности, которые исказят содержащуюся в нем инфор­

мацию. Поэтому целесообразно придать ему такую форму, чтобы возможность искажений была минимальной. При

следовании сигнала по материалу механизма от пославшей

его кинематической пары до датчика возможности предна­

меренно влиять на сигнал крайне ограниченны, поскольку он является естественным процессом, связанным с рабо­

той механизма.

Иное дело сигнал, проходящий по блокам диагностиче­ ской аппаратуры. Эти блоки специально разрабатываются

для манипуляции с сигналами, поэтому при их проекти­

ровании можно предусмотреть возможность работы с сиг­

налами любой формы.

Установлено, что с точки зрения помехоустойчивости большими преимуществами обладают сигналы, представ­ ленные в виде импульсной модуляции. Это существенно дискретные сигналы, в отличие от непрерывных, посту­ пающих в диагностическую аппаратуру с датчиков. Поэто­ му возникает вопрос, как превра­ тить с наименьшими погрешностя­

ми непрерывный сигнал в последо­

вательность импульсов. Такая про­

цедура называется квантованием. В результате непрерывный сигнал заменяется последовательностью его мгновенных значений в опреде-

61

Рис. 14. Квантование непрерывного сигнала. А <— шаг квантования.

ленных точках. В свою очередь, величину непрерывного

сигнала в точках отсчета можно представить несколькими способами. Во-первых, можно сделать так, что амплитуда

импульсов будет равна значению сигнала в момент появле­ ния импульса. Такая система кодирования непрерывного сигнала называется амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ). Она широко используется в системах диагностики. Вторая система кодирования заключается в том, что вели­ чина сигнала в точке квантования заменяется пачкой пери­ одических импульсов, причем чем больше значение сигна­

ла, тем больше импульсов в пачке. Такое кодирование при­

меняется в диагностике перед измерением амплитуды

сигнала. Вместо того чтобы измерять эту амплитуду, дело сводится к счету импульсов. Очевидно, что при счете воз­

можность ошибки меньше, чем при обыкновенном изме­ рении.

И, наконец, последняя система кодирования — это кодо­ во-импульсная модуляция (КИМ). Она состоит в том, что

величина сигнала в точке отсчета заменяется комбинаци­ ей импульсов, т. е. условным обозначением величины сиг­

нала. Кодовые комбинации импульсов представляют собой

числа, записанные в двоичной системе.

62

В повседневной жизни мы пользуемся десятичными

числами. Каждое число представляет собой сумму:

а • 10° + Р • Ю1 + f • Юг + ....

Например,

378 = 8 • 10° + 7 • 101+ 3 • 102 = 8 + 70 + 300.

В двоичной системе числа имеют вид:

а • 2° + р • 21 + 1 • 2г + ....

Рис. 15. Величина амплитуды сигнала представляется определенным числом импульсов. Чем больше амплитуда, тем больше импульсов в пачке.

63

Например, число 5 в двоичной системе записывается так:

5 = 1 - 22 + 0 • 21+ 1 - 2° = 4 + 0 + 1 = 101.

С числами, представленными в двоичной системе, сей­

час работают почти все вычислительные машины. Это свя­

зано с тем, что каждый разряд числа может быть представ­

лен системой, имеющей всего два устойчивых состояния,

например двухпозиционным переключателем (тумблером):

Рис. 16. При кодово-импульсной модуляции числа представляются комбинациями импулъ-

1 — тумблер включен, 0 — тумб­

лер выключен. Такие числа очень

удобно представлять и импульса­ ми: 1 — есть импульс; 0 — им­ пульса нет. Очевидно, что пропус­

тить импульс или наоборот, обна­

ружить там, где его нет,— это ме­ нее вероятная оплошность, чем просто погрешность в изме­ рении амплитуды сигнала.

В системах диагностики кодово-импульсная модуляция применяется главным образом в двух случаях: при выдаче

результатов диагноза на автоматическое печатающее уст­

ройство и при использовании в системе диагностики элект­

ронной вычислительной машины. С одной из таких систем

мы познакомимся ниже.

Для преобразования непрерывного сигнала в цифровой

код применяются так называемые аналого-цифровые пре­ образователи (АЦП) во многих модификациях.

При квантовании непрерывного сигнала большое значе­ ние имеет правильный выбор величины интервалов, через которые производятся отсчеты сигнала. Очевидно, чем бы­ стрее протекает процесс, тем чаще следует брать отсчеты,

чтобы ошибка была меньше. И наоборот, если процесс

изменяется медленно, то отсчеты можно брать реже. Су­ ществует теорема, доказанная академиком В. А. Котельни­

ковым, которая утверждает, что практически каждый не­

прерывный сигнал может быть заменен с любой наперед

заданной точностью, последовательностью импульсов. Эта же теорема указывает, как следует подходить к выбору

шага квантования.

Многоканальные системы

Первой технической системой связи, которая широко используется и сейчас, является телеграф. Первую теле­ грамму из Капитолия в Вашингтоне послал своему сотруд-

Рис. 17. Радиостанции ведут передачи на разных частотах. Фильтр в приемнике выбирает сигнал одной станции и подавляет сигналы других станций.

нику в Балтимор в 1844 году Самюэл Морзе —изобретатель известного телеграфного кода. Эта телеграмма и открыла эру телеграфа. Триумф телеграфа произошел в 1858 году,

когда английская королева Виктория отправила телеграм­ му президенту Соединенных Штатов Америки Бьюкенену по трансатлантическому кабелю. По этому случаю в Нью-

Йорке два дня продолжался «кабельный карнавал». Прав­ да, примерно в это же время кабель отказал и телеграфная

связь Европы с Америкой прекратилась. Лишь через во­ семь лет после этого закончили укладку нового кабеля, после чего связь восстановили и она действует и сейчас. -

66

Рис. 18. При временном разделении передатчики действуют поочередно. Для синхронизации работы системы используется опорный сигнал.

посланные отправителями. В основном применяются два способа разделения сигнала: частотный и временной. Мы уже о них упоминали.

При использовании частотного способа рабочий диапа­

зон частот разделяется на отдельные интервалы (полосы)

и каждому передатчику отводится своя полоса частот. При­ емник сигнала устроен так, что он принимает только тот сигнал, спектр которого лежит в нужной полосе. Для этого па входе приемника стоит фильтр, который подавляет все

сигналы, лежащие вне полосы приема. На этом принципе работает радиосвязь, телефонная связь высокой частоты

(ВЧ) и многие системы автоматики. Следует заметить, что

№

очень трудно уложить сигнал в заданную полосу частот,

обычно некоторая часть его выходит за границу полосы и

создает для других приемников так называемые внеполо­

сные помехи.

О временном разделении мы также уже упоминали,

рассказывая о попытках увеличить пропускную способ­ ность телеграфных линий, передавая сигнал во время пауз,

образующихся при передаче другого сигнала. На приемном

конце такой системы стоят временные фильтры (стробаторы). Это приборы, которые пропускают через себя сигнал

только в те моменты времени, когда поступает посылка

нужного сигнала, а все остальное время стробатор закрыт для сигналов. Для синхронизации работы передатчика и приемника по системе передаются специальные синхрони­

зирующие импульсы (опорный сигнал).

При разработке систем диагностики, а также при рас­ смотрении теоретических вопросов удобно представить ме­ ханизм машины в виде многоканальной системы связи. Источниками сообщений здесь выступают кинематические пары. Они посылают сигнал в единую линию — в тело са­ мого механизма. Датчик, установленный на корпусе, одно­

временно воспринимает сигналы, отправленные всеми па­

рами механизма. Поэтому основная задача заключается в

том, чтобы разделить общий сигнал на отдельные состав­

ляющие, каждая из которых принадлежит только одной кинематической паре.

В диагностике для разделения сигналов, отправленных разными источниками, используются те иш два основных

приема, что и в других многоканальных системах: частот­

ная и временная фильтрация. Отличие состоит только в

том, что оба способа в диагностике используются одновре­

менно. Это связано с тем, что ни частотная, ни временная фильтрация, взятые отдельно, не позволяют выделить сиг­

нал нужной кинематической пары и очистить его от помех, образованных другими парами этого же механизма. Если сигналы в обычных системах связи выбираются такими,

69

чтобы их легко можно было отделить друг от друга, то в

диагностике приходится пользоваться теми сигналами, ко­

торые вырабатывает механизм.

Логика

Невозможно выработать правила, которыми человек

должен руководствоваться во всех случаях жизни. Очень

сложна и многообразна жизнь и слишком большую роль в деятельности человека играют эмоции, интуиция и другие

не поддающиеся формализации факторы. Даже в такой

ограниченной сфере действия, как постановка диагноза ма­

шине, человек полагается не столько на четкие предписа­

ния, сколько на настроение, догадку и предшествующий

опыт.

Чтобы устранить субъективизм в диагнозе и повысить

его эффективность, нужно возложить выполнение этой опе­ рации на чувствительные и беспристрастные приборы. Лю­

бое диагностическое устройство представляет собой метал­

лический ящик, набитый проводами, транзисторами, сопро­ тивлениями, конденсаторами и другими радиодеталями. Эмоции, интуиция, догадка и другие характерные для че­ ловека мотивы поведения совершенно чужды этому устройству. Оно может действовать только согласно стро­

гим и подробным предписаниям, которые заранее вложил в него человек.

Программа действий, т. е. точное предписание об оп­ ределенном порядке выполнения операций при решении

задачи, назыв (Ся алгоритмом.

Процесс диагностирования маши­

ны тесно связан с процессом рассуж­

дения о симптомах и неисправностях.

Заключение о ее состоянии получает­ ся путем логического вывода из дру­ гих утверждений. Этот процесс не всегда протекает гладко, часто встре-

70