книги / Справочник по судовой акустике

Статистическую обработку результатов натурных акустических измерений иногда удобно производить с помощью размаха малых выборок и доверительных интервалов [5].

§ 2.7. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЦВМ

ПРИ АКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ

Современные акустические иселедования требуют выполнения зна­ чительного числа измерений во многих точках испытуемого объекта при различ­ ных условиях и режимах работы. Объем необходимых измерительных опёраций при этом настолько велик, что их выполнение вручную нереально. Необходима автоматизация всего процесса исследования, достигаемая с помощью широкого арсенала средств вычислительной техники — электронных цифровых вычисли­ тельных машин, позволяющих значительно повысить точность, надежность и быстроту обработки данных всех этапов экспериментов.

Современные ЭЦВМ по габаритам ц потребляемой мощности не выделяются среди акустической аппаратуры и не требуют специальных условий. Однако вопросы связи между ЭЦВМ и акустическими измерительными устройствами еще во многом не решены. Это объясняется сложностью акустических сигналов,— их широким частотным диапазоном (от герц до десятков мегагерц), динамическим диапазоном (120— 170 дБ) и различным характером элементов сигналов, несущих полезную информацию.

Для ввода в ЭЦВМ сигналы должны иметь не аналоговую, а дискретную форму. Существующие аналого-цифровые преобразователи (АЦП) не могут обес­ печить полноценной дискретизации сложных акустических сигналов. Необходимо дополнительное преобразование аналоговых сигналов в такие, которые могут быть введены в ЭЦВМ-и притом сохраняют информацию, подлежащую измерению. Для этого служат устройства, транспонирующие сигналы в область низких частот путем магнитной записи и воспроизводящие сигналы с различными, скоростями (например, с помощью измерительных магнитофонов типа 7001— 7004,- устрой­ ства оптической записи с переработкой на машине «Силуэт» [25] и др.).

Часто применяется регистрация сигналов в виде кода на магнитной ленте, перфоленте, перфокартах с последующим вводом в ЭЦВМ для выполнения расчет­ ных операций.

Использование ЭЦВМ позволяет полностью автоматизировать процесс изме­ рений, включая настройку, калибровку приборов, регистрацию и анализ полу­ ченных результатов. Субъективные отсчеты заменяются объективными, точность повышается. Время на обработку (группировку, анализ) результатов резко со­ кращается, что позволяет увеличить объем перерабатываемой информации, устра­ нив случайные и снизив систематические погрешности (например, применив

с прогнозированием последующих данных и планированием дальнейшего хода эксперимента;

— статистическую обработку данных в ходе эксперимента с определением законов распределения, гистограмм и т. д.;

—метрологическую оценку получаемых результатов с исключением сомни­ тельных данных как по критерию сигнал — помеха, так и по допустимому от­ клонению от ряда измерения;

—управление измерительными акустическими процессами на основе исход­ ной программы и информации, получаемой в ходе эксперимента.

Примерами последнего, наиболее перспективного направления могут слу­ жить: создание заданного звукового поля в области пространства путем управле­ ния излучающими, рассеивающими и поглощающими элементами; оптимизация измерительного процесса путем автоматического выбора параметра протекания исследуемых процессов (уровня возбуждения; шага изменения частоты, необхо­ димого числа повторения циклов) для получения заданной точности, надежности

и достоверности результатов при минимальной затрате времени; автоматическое распознавание и синтез звуковых образов применительно к случайным (звуки речи, шумы моря) и регулярным (дифракция, интерференция) акустическим процессам.

Трудности практического применения ЭЦВМ в акустике сопряжены с созда­ нием сопрягающих устройств для ввода акустических сигналов в ЭЦВМ, с необ­ ходимостью квалифицированного обслуживания, ремонта, модернизации ЭЦВМ, а также ç затратами времени на отладку программ.

Современная техника использования ЭЦВМ характеризуется применением комплексов из аналоговых и дискретных устройств, сочетающих большие воз-

можности по усреднению непрерывных процессов, присущие аналоговым устрой­ ствам, с гибкостью и быстродействием цифровой техники, что позволяет получать мощные, легко перестраиваемые измерительные информационные системы [15].

Широко развивается использование ЭЦВМ при спектральном и корреля­ ционном анализе сложных сигналов. Спектроанализатор типа 3347 [6] предста­ вляет собой спектрометр параллельного .действия, соединенный с небольшой, но мощной ЭЦВМ, осуществляющий всю необходимую обработку данных. На

величин, предназначенная для предварительной обработки данных перед их вводом в ЭЦВМ, создана под руководством Б. Д. Тартаковского [18].

Установка дл я измерения характеристик спада сигнала в реверберирующем объеме с помощью ЭЦВМ «Днепр» разработана Ю. М. Блохиным., и А. Е. Колес­ никовым (рис. 2.15) [10].

Возбуждающий сигнал в виде длительного импульса формируется аналого­ вым устройством, но амплитуда импульса устанавливается ЭЦВМ по максималь­ ному значению, допустимому для линейности работы тракта. В ЭЦВМ вводится огибающая кривой спада, подвергающаяся квантованию. ЭЦВМ определяет

рабочий участок, где сигнал существенно превышает помеху, затем по методу наименьших квадратов находит показатель экспоненты, характеризующий кри­ вую спада. Операция измерения повторяется многократно, определяются стати­ стические характеристики. ЭЦВМ автоматически устанавливает необходимое Количество измерений п для обеспечения заданной средней квадратической по­ грешности результата в:

стоте выполняется ряд циклов измерений в пределах выбранной полосы, резуль­ тат усредняется и выводится в виде зависимости от частоты. На указанной уста­ новке могут быть найдены коэффициенты потерь конструкций, коэффициент поглощения материалов и т. д.

Оптимизация эксперимента с помощью ЭЦВМ заключается в правильном отборе измеряемых данных по критерию сигнал— помеха, ограничении числа измерений в пределах обеспечения заданной точности (так как избыточная инфор­ мация существенно увеличивает время измерения) и выборе наиболее трудоем­ ких алгоритмов обработки. Автоматизация управления шагом изменения частоты (или другими аргументами) заключается в оценке и прогнозировании прира­ щения измеряемой функции при изменении частоты. ЭЦВМ, например, оценивает три последовательных полученных paneè значения функции, прогнозирует сле­ дующее значение на основе экстраполяционных полиномов Лежандра и с учетом заданной точности определения функции находит величину приращения аргу­ мента, т. е. частоты. Реализация этого принципа показывает, что вблизи экстре­ мумов плотность точек измерений значительно выше, чем на других частотах

ботка результатов натурных акустических измерений. — В кн. Вопросы судо­

разователей путем измерения их электрического сопротивления — В кн. Из-,

ние виброакустическими измерениями с помощью ЦВМ. — Акустический журнал,

21. М я с н и к о в Л. Л., М я с н и к о в а Е. Н ., Щ у ч и н с к и й Я. И. Новые методы измерений в подводной акустике и радиотехнике. Л., Судострое­

иоборудования. М.. Изд-во стандартов, 1968.

25.П е т р е н к о А. И. Преобразование'графиков в электрические сиг­ налы. Киев, Гостехиздат УССР, 1964.

26.П о п к о в В. И. Виброакустическая диагностика и снижение вибро­

Глава 3

ОБОБЩЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ КАК ИСТОЧНИКОВ ВИБРАЦИИ И Ш УМ А

§ 3 .1 . ВЫ НУЖ ДЕННЫ Е КОЛЕБАНИЯ МЕХАНИЗМОВ

Все многорбразие динамических сил, возникающих в рабочих узлах машин и механизмов и вызывающих вибрацию и воздушный шум, по своей фи­ зической природе может быть сведено к трем группам сил.

Первая группа— силы механического происхождения — обусловлена ос­ таточными неуравновешенностями роторов, дефектами механической обработки деталей вращения (шеек роторов, полумуфт и др.), подшипников и их деталей, асимметричностью жесткостей роторов в главных плоскостях изгиба, технологи­ ческими и эксплуатационными дефектами в линии вала (расцентровка, излом,

Таким образом, если известны инерционно-жесткостиые характеристики механизма и опорной конструкции, то по заданным энергетическим и взаимным спектральным плотностям сил в рабочих узлах определяются все параметры слу­ чайного стационарного колебательного процесса механизма.

В уравнения колебаний механизма входят комплексные механические со­ противления и податливости, которые определяются при нахождении системы в состоянии стационарных синусоидальных колебаний либо через спектральные плотности силовых и кинематических процессов в случае стационарных случай­ ных колебаний. Конструкции механизмов на средних и высоких частотах имеют много близко расположенных резонансов и большое число точек контакта с опорными и неопорными связями. В связи с этим при реализации приведен­ ных уравнений для расчета вынужденных колебаний механизмов возможны значительные технические и вычислительные трудности. Чрезмерно повышаются требования к точкам измерения комплексных механических сопротивлений податливостей.

Расчет упрощается, если в приведенных уравнениях использовать значе­ ния механических сопротивлений, определенных как комплексные коэффи­

в полосе частот Дев.

Сопротивление в полосе частот следует определять при воздействии на ме­ ханизм или опорные и,неопорные конструкции силы стационарного случайного характера, аналогичного характеру колебательного процесса работающего механизма в рассматриваемой полосе частот.

По смыслу Re Z (Дев) и Im Z (Дев) являются коэффициентами пропорцио­ нальности между квадратом колебательной скорости точечного участка иссле­ дуемого механизма или опорной и неопорной конструкции и действительной и мнимой частями колебательной мощности, излучаемой при действии сил на этот участок. Однако представление сопротивления в полосе частот как комплексной величины и использование ее для расчета колебаний механизмов невозможно осуществить без погрешности, обусловленной различием спектров реально ра­ ботающего механизма и вибратора при искусственном определении сопротивле­ ния в полосе частот.

Анализ показывает [4], что при использовании параметров сопротивлений или ’податливостей в октавной или более узкой полосе частот относительные погреш­ ности являются величинами более чем 2-го порядка малости. Таким образом,

вэтих случаях можно уверенно оперировать с комплексными сопротивлениями

вполосе частот.

До сих пор механизмы и присоединяемые опорные и неопорные связи рассма­ тривались как дискретные линейные механические системы ,с конечным числом участков контакта, характеризуемых шестикомпонентными векторами динамиче­ ских сил и колебательных скоростей. Колебательные процессы в таких системах, гармонические и случайные стационарные, описываются матричными уравнениями с коэффициентами, представляющими собой совокупность входных и переходных механических сопротивлений или податливостей. При этом нет принципиальной разницы, в каких терминах ведется описание. Матрицы сопротивлений являются обратными по отношению к матрицам податливостей.