1

SYGNAŁY I PARAMETRY DIAGNOSTYCZNE

 

1. Pozyskiwanie informacji

 

W procesie poznawania systemów technicznych,

zjawisk lub zdarzeń niezmiernie istotne są sygnały

pozwalające poznawać ich strukturę lub działanie.

Zrozumiane znaczenia ciągu odbieranych sygnałów

(procesów fizycznych) to informacją powiększającą

wiedzę odbiorcy o poznawanej rzeczywistości.

2

Informacja jest na równi z energią i substancją jedną z

form istnienia materii, pozostaje w ścisłym związku z

ruchem materii w przestrzeni i w czasie, z wszelkimi

procesami

materialnymi,

przedstawia

więc

uporządkowane odbicie świata realnego i istniejących

związków przyczynowo-skutkowych. Wyróżnia się dwa

rodzaje informacji, informacje jakościową wyrażoną

przez pojęcia koloru, smaku, zapachu lub przez

wnioskowanie logiczne oraz informację ilościową

wyrażoną w postaci liczbowej. Zatem informacja

ilościowa stanowi podstawę poznania naukowego,

według powiedzenia: ,,nauka zaczyna się wtedy, kiedy

zaczyna się mierzenie". Zasadniczym źródłem informacji

pomiarowej jest eksperyment pomiarowy, bezpośrednio

dostarczający liczbowej charakterystyki wyróżnionej

właściwości (wielkości fizycznej) badanego obiektu lub

zjawiska.

3

Złożoność operacji koniecznych do przeprowadzenia

pomiarów jest wykonalna jedynie pod warunkiem użycia

metody pomiarów elektrycznych, opierającej się na

przekształceniu mierzonej wielkości mechanicznej w

równoważny jej sygnał elektryczny. Zatem, każdą

mierzoną wielkość mechaniczną przekształca się za

pomocą

odpowiednich

przetworników

w

sygnał

elektryczny, który dalej jest dopiero wzmacniany,

przetwarzany i poddawany analizie.

4

Funkcje

pomiarowo-analizujące

mogą

spełniać

przyrządy o rożnej konstrukcji i zasadzie działania

(analogowej,

cyfrowej,

hybrydowej).

W

procesie

pomiarowym

istotne

jest

przedstawienie

sposób

organizacji

systemu

badania

diagnostycznego,

widzianego zawsze w kategoriach: źródło-droga

przetwarzania-odbiornik.

5

Rys. 1. Podstawowy system pomiaru i analizy procesów podczas

diagnozowania

6

Jak przedstawiono to na rysunku 1, źródłem informacji

może być np. ruch wibracyjny lub falowy w gazie, cieczy

lub ciele stałym, który podlega identyfikacji. Droga

przetwarzania zaczyna się w przetworniku wielkości

mechanicznej

na

elektryczną,

poprzez

układ

dopasowania a kończy się na właściwym procesorze

wypracowującym estymatory stanu badanego obiektu.

Jako odbiorniki informacji pomiarowej występuję:

urządzenia przetwarzania danych, urządzenia sterowania

logicznego

lub

najczęściej

człowiek

(operator),

wyposażony w cały arsenał środków rejestracji,

wizualizacji i indykacji informacji diagnostycznej.

7

W celu uzyskania oceny jakości pomiaru oraz

opracowania

wymagań

dotyczących

aparatury

pomiarowej wydziela sie główne zjawiska i czynniki

wpływające na proces pomiarowy, tworzące model

informacyjny. Główne założenia takiego modelu są

następujące:

 mierzona wielkość fizyczna jest traktowana jako

proces losowy zawierający informację o stanie

badanego obiektu i opisana jest przez ciąg wartości

przypadkowych lub uogólnione charakterystyki tego

ciągu (wartość oczekiwaną, wariancję); rzeczywista

wartość (chwilowa) wielkości mierzonej może

pozostawać nieokreślona na danym etapie procesu

pomiarowego;

8

 w przypadku ogólnym pomiar uważa się za ciąg

operacji o ograniczonym i skończonym czasie

trwania a bezpośredniego porównania wielkości

mierzonej z jednostką miary nie dokonuje się wcale;

 właściwości

urządzenia

pomiarowego

mogę

zmieniać się w czasie pod wpływem zmiennych z

natury czynników zewnętrznych, traktowanych jako

procesy losowe wpływające na nieokreśloność

wyniku pomiaru.

9

Urządzenia stosowane do budowy systemów

pomiarowych powinny charakteryzować się zgodnością

w

zakresie

informatycznym,

konstrukcyjnym,

metrologicznym

i

eksploatacyjnym.

Zgodność

urządzeń w podanych zakresach zapewnia łatwe

zestawianie z nich systemu pomiarowego do realizacji

różnych zadań.

Zgodność informatyczna dotyczy głownie złącz

poszczególnych urządzeń, ułatwiających tworzenie

różnych struktur pomiarowych. Wymagana jest także

zgodność kodów stosowanych przez poszczególne

urządzenia

by

kodowanie

komunikatów

było

jednoznaczne.

10

Zgodność konstrukcyjna dotyczy parametrów

konstrukcyjnych i ergonomicznych urządzeń, a także

możliwości ich mechanicznego łączenia w celu uzyskania

zwartej i jednolitej konstrukcji zestawu pomiarowego.

Zgodność metrologiczna dotyczy jednolitego

sposobu wyrażania parametrów dokładności mierzonych

wielkości dla łatwości ustalenia błędów wypadkowych

torów pomiarowych i dokładności wyników końcowych.

Zgodność eksploatacyjna obejmuje jednolite

wymagania w zakresie możliwości pracy w podobnych

warunkach

otoczenia

(temperatury,

wilgotności,

zapylenia,

zakłóceń

elektromagnetycznych),

porównywalnej trwałości i niezawodności poszczególnych

urządzeń.

11

Jednym

z

ważniejszych

zagadnień

podczas

pozyskiwania informacji diagnostycznej jest zapewnienie

możliwości

przeprowadzenia

interpretacji

fizycznej

mierzonego procesu. Problem ten jest szczególnie ważny

dla początkujących badaczy, dla których opis i fizyka

rejestrowanych zjawisk jest podstawą prowadzonych

rozważań jakościowych i bazą przyszłej wiedzy

diagnostycznej.

Zawsze

początki

badania

diagnostycznego,

szczególnie

nowych

obiektów,

zaczynają się rozpoznaniem fizyki uszkodzeń, generacji i

opisu procesów i sygnałów diagnostycznych, możliwości

ich przetwarzania, rejestracji i wizualizacji dostosowanej

do możliwości odbiorcy.

12

Przykładowy zestaw aparatury

do

pomiarów

analogowych przedstawiono na rysunku 2, gdzie całe

przetwarzanie analogowe rejestrowanych z obiektu

sygnałów

przeprowadzane

jest

w

procesorze

analogowym. Może to być np. przyrząd mierzący wprost

wymagany parametr, który jest obliczany bezpośrednio

w tym przyrządzie (pomiar temperatury, analizator

widma korelator, wartość ciśnienia itd.).

13

Rys. 2. Analogowe stanowisko badawcze

14

Możliwości technik informatycznych, wspieranych

dynamicznym rozwojem elektroniki oraz sztucznej

inteligencji (systemów ekspertowych i sieci neuronowych

z

udziałem

logiki

rozmytej)

zrewolucjonizowały

dotychczasowe sposoby badania diagnostycznego.

Obserwuje

się

tworzenie

układów

pomiarowych

mieszanych, gdzie dokonuje się pomiarów zarówno w

torach analogowych oraz równolegle w torach cyfrowych

(rysunek 3) oraz układy pomiarowe oparte tylko na

technice cyfrowej. Te ostatnie systemy pomiarowe mają

możliwość zwrotnego oddziaływania na badany obiekt,

umożliwiając

jego

optymalne

sterowanie

lub

wymuszanie

odpowiednich

stanów

dla

celów

badawczych.

15

Rys. 3. Analogowo-cyfrowy układ pomiarowy

16

Różnorodność celów i warunków prowadzenia

eksperymentu pomiarowego, jak również żądań co do

wyników metod ich opracowywania pociągają za sobą

ogromną

liczbę

możliwych

wariantów

budowy

informacyjnych systemów pomiarowych, przez co nie

można mówić o ich unifikacji. Jednak rożne konfiguracje

systemów

pomiarowych

wskazują,

że

istnieją

powtarzalne elementy takich systemów pokazane

schematycznie na rys. 4.

17

Rys. 4. Główne elementy układów pomiarowych

18

PRZETWORNIK

POMIAROWY

stanowi

względnie

wyodrębniony zespół elementów, które służą do przetwarzania z

określoną dokładnością i według określonego prawa wartości

wielkości mierzonej na wartość innej wielkości. Przetworniki

zbudowane są z trzech rodzajów elementów podstawowych:
 elementy powodujące straty energii (generowanej przez

obiekt) rozpraszanej na energię cieplną, np. w wyniku tarcia

występowania rezystancji w układach elektrycznych, oporu

przepływu gazów i cieczy;

 elementy magazynujące energię z obiektu w postaci

kinetycznej (masą indukcyjność w układach elektrycznych);

 elementy magazynujące energię obiektu w postaci

potencjalnej

(sprężyny

w

układach

mechanicznych,

pojemność w układach elektrycznych, sprężony gaz).

19

W układach pomiarowych wielkości nieelektrycznych

stosowane są przetworniki, w których następuje

przetworzenie tej wielkości na wielkość elektryczną.

Generalnie przetworniki dzieli się na generacyjne i

parametryczne.

Przetworniki

generacyjne

(zwane

również

aktywnymi) przetwarzają bezpośrednio sygnał wejściowy

w sygnał wyjściowy, a energię wejściową w energię

elektryczną.

W

przetwornikach

generacyjnych

wykorzystuje się zjawiska indukcji elektromagnetycznej,

zjawiska

termoelektryczne,

piezoelektryczne,

magnetostrykcyjne, fotoelektryczne, elektrochemiczne

oraz zjawisko szumów cieplnych.

20

Drugą

grupę

stanowię

przetworniki

parametryczne (pasywne), w których sygnał wejściowy

powoduje zmianę jakiegoś parametru przetwornika np.

impedancji, rezystancji albo wielkości bezpośrednio z

nimi związanych, takich jak tłumienie, dobroć,

częstotliwość rezonansowa itp., w takt zmian pola

zjawiskowego generowanego przez badany obiekt.

Dostarczana z zewnątrz do przetwornika energia

elektryczna przekształca te zmiany na równoważny prąd

lub napięcie elektryczne.

21

Podstawowe rodzaje przetworników:

1. Czujniki oporowo-tensometryczne, reagujące na

odkształcenia i na wszelkie zmiany wymiarów

geometrycznych.

Stosowane

są

do

pomiarów

odkształceń i naprężeń, a pośrednio do pomiarów siły,

ciśnienia momentu zginającego i skręcającego oraz

drgań.

2. Czujniki oporowo-termiczne i termoelektryczne,

reagujące na zmiany temperatury. Czujniki oporowo-

termiczne pośrednio mierzą także wszystkie wielkości,

od których zależy wymiana ciepła ogrzanego drucika

metalowego z otoczeniem, jak: prędkość przepływu

gazów i cieczy, skład mieszanin gazowych, ciepło

właściwe gazów i płynów itd.

22

3. Czujniki

indukcyjne,

magnetosprężyste

i

magnetoindukcyjne, reagujące na zmiany wielkości

geometrycznych,

zmieniając

przy

tym

swoje

własności

indukcyjne,

magnetyczne,

stopień

sprzężenia.

4. Czujniki pojemnościowe, reagujące także na

zmiany wymiarów geometrycznych, stosowane

często do pomiarów własności dielektrycznych lub

wielkości z nimi związanych.

5. Czujniki piezoelektryczne, używane do pomiarów

wielkości związanych ze zmianami geometrycznymi,

szczególnie wykorzystywane przy pomiarach drgań.

23

6. Czujniki

elektrochemiczne

(elektrolityczno-

galwaniczne,

elektrolityczno-oporowe,

elektrokinetyczne,

polarograficzne)

używane

do

pomiarów stopnia kwasowości, rożnych innych

właściwości chemicznych, pewnych wielkości

elektrycznych, mechanicznych itp.

7. Czujniki

fotoelektryczne,

mierzące

wszelkie

wielkości

związane

z

rożnego

rodzaju

promieniowaniem widzialnym lub niewidzialnym.

Pośrednio mogę one mierzyć inne wielkości, związane

przykładowo ze zmiany wymiarów.

8. Czujniki strunowe, pracujące na zasadzie zmiany

częstotliwości rezonansowej struny stalowej wraz z

naprężeniem. Stosowane są do pomiarów wszelkich

wielkości

związanych

ze

zmianami

wymiarów

geometrycznych.

24

9. Czujniki

ultradźwiękowe,

stosowane

do

pomiarów

prędkości

przepływu

cieczy,

w

defektoskopii ltd.

10.Inne (elektrodynamiczne, zbliżeniowe-prądów

wirowych,

laserowe),

wykorzystywane

w

badaniach specjalistycznych, bez szerszego jeszcze

opracowania literaturowego.

25

WZMACNIACZE spełniać muszą określone warunki,

do których zaliczyć można:

 brak zniekształceń amplitudy, które powodowane

może być nieliniowością układu;

 wzmocnienie w funkcji częstotliwości powinno być

możliwie stałe;

 małe zniekształcenia fazowe i niewielkie zaburzenia

w stosunku do napięcia z przetwornika.

 

W praktyce stosuje się wiele typów wzmacniaczy,

różniących się między sobą dużą liczbą parametrów:

ciężarem, kształtem, poborem mocy, opornością

wejściową i wyjściową.

26

ZŁĄCZA POMIAROWE zapewniają połączenie

jednostek funkcjonalnych układu pomiarowego w trzy

podstawowe konfiguracje: gwiazdową, szynową i

pętlową. Najczęściej stosowane są konfiguracje

szynowe systemów pomiarowych, w których wszystkie

urządzenia są dołączone równolegle do wspólnej

magistrali.

 

PROCESORY SYGNAŁÓW (analogowe i cyfrowe)

służą do przetwarzania sygnałów i informacji w nich

zawartych według określonych algorytmów. Procesor

może to być jedno urządzenie (np. mierniki

temperatury, prądu, napięcia analizator, korelator itd.)

lub zespół tych urządzeń połączony z komputerem.

Zasada pracy procesorów może być analogowa,

cyfrowa lub hybrydowa.

27

UKŁADY WIZUALIZACJI I REJESTRACJI

służą do prezentacji

przetworzonych w procesorze wyników badań, które w ostatecznej

postaci mają charakter liczbowy lub funkcyjny. Do obserwacji i

rejestracji tych danych wykorzystywane są:
 wskaźniki analogowe lub cyfrowe do odczytu danych

alfanumerycznych;

 oscyloskopy zwykłe do obserwacji bieżących zmian procesu lub

jego estyma funkcyjnych;

 oscyloskopy z pamięcią lub oscylografy pętlicowe do rejestracji

fotograficznej danych;

 rejestratory poziomu do zapisu zmian estyma funkcyjnych i ich

ewolucji w nadzorowanym czasie eksploatacji;

 rejestratory X—Y sterowane napięciem w obu kierunkach do

zapisu kształtu estyma;

 monitory komputerów traktowane jako końcówki procesorów do

bieżącej prezentacji informacji alfanumerycznych, wykresów itp.;

 drukarki i plotery jako środki utrwalania informacji z monitora;
 pamięci cyfrowe jako środki rejestracji i bezpośredniej transmisji

do komputera.

28

2. Przetwarzanie informacji

 

Prowadzone eksperymenty diagnostyczne dają

informacje o zjawiskach zachodzących w badanym

obiekcie.

Sygnał

otrzymany

z

pomiarów

jest

przetwarzany najczęściej na wielkość elektryczną, która

przenosi pierwotne informacje pochodzące z badanego

obiektu. Na sygnał elektryczny mogą być przetwarzane

wszystkie wielkości charakteryzujące stan dynamiczny,

są one ciągłe w czasie i zawierają oprócz podstawowej

informacji o zmieniającym się stanie maszyny inne

informacje,

zbędne

dla

diagnozowania

(szum

informacyjny).

29

Ocena stanu dynamicznego maszyn za pomocą miar

i ocen sygnałów diagnostycznych zależy od zawartości

informacyjnej odbieranych sygnałów. Przy wyborze

sygnału mającego stanowić o danej własności maszyny

niezwykle istotne jest właściwe odtworzenie modelu

informacyjnego, umożliwiającego opis rozwijających się

uszkodzeń. Opis sygnału dokonywany jest za pomocą

zbioru jego cech (ocen), którymi mogą być liczby lub

funkcje. Działanie, w wyniku którego otrzymuje się

zbiór cech sygnału, nazywane jest analizą sygnału.

Wybór metod analizy oraz wybór cech sygnału w tej

analizie dokonany powinien być odpowiednio do celu

badań oraz odpowiednio do klasy sygnału, czyli z

uwzględnieniem ogólnych właściwości rozpatrywanego

zadania diagnostycznego.

30

Wybór procedury przetwarzania sygnału zależy od

rodzaju żądanych informacji, od klasy analizowanego

sygnału i od technicznych możliwości realizacji.

Sygnały charakteryzujące procesy wyjściowe z

maszyny, wykorzystywane w diagnostyce maszyn

można

podzielić

na

zdeterminowane

(deterministyczne) i losowe (stochastyczne).

 

Sygnał zdeterminowany można jednoznacznie opisać

za

pomocą

zależności

matematycznych,

nie

zawierających wielkości losowych. Można więc dokonać

jego opisu za pomocą funkcji (czasu, częstotliwości,

położenia)

o

wartościach

rzeczywistych

lub

zespolonych.

31

Większość sygnałów ma charakter losowy, ze

względu na kilka czynników, z których najważniejsze to:

obecność zakłóceń wnoszonych przez aparaturę,

losowość

obserwowanych

zjawisk

dynamicznych

maszyny, losowość zakłóceń zewnętrznych itd.

Sygnałowi losowemu, w celu jego opisu, należy

przyporządkować proces stochastyczny.

Porównanie

kilku

realizacji

uzyskanych

w

identycznych

warunkach

i

odpowiednim

czasie

umożliwia ustalenie, czy sygnał jest zdeterminowany

czy losowy.

32

W klasie sygnałów zdeterminowanych należy

wyróżnić sygnały okresowe i nieokresowe. Do

podstawowych

klas

sygnałów

zdeterminowanych,

stosowanych w diagnostyce, można zaliczyć:

 sygnały harmoniczne, które w dziedzinie czasu

opisuje znana funkcja harmoniczna: x(t)=Acos(wt +

j), gdzie: A - amplituda, w=2pf, f- częstotliwość, t -

czas dynamiczny, j - faza początkowa. Podstawowymi

cechami liczbowymi sygnału harmonicznego są:

amplituda, częstotliwość i faza. W dziedzinie

amplitudy stosuje się takie oceny liczbowe, jak

wartość

średnia,

wartość

skuteczna,

wartość

szczytowa, wartość międzyszczytowa, a także cechy

bezwymiarowe, jak współczynnik szczytu, kształtu,

impulsowości i inne;

33

 sygnały poliharmoniczne, które można opisać w

dziedzinie czasu za pomocą kombinacji liniowej

składowych

harmonicznych,

przy

czym

n-ta składowa jest wielokrotnością częstotliwości

podstawowej. Jeśli fazy początkowe nie są zmiennymi

losowymi, sygnały poliharmoniczne mogą być w

dziedzinie czasu opisane za pomocą zdeterminowanej

funkcji x(t), która może zostać rozwinięta (z nielicznymi

wyjątkami)

w

szereg

Fouriera.

W

dziedzinie

częstotliwości sygnał ten można opisać za pomocą

widma prążkowego;

 zdeterminowane sygnały nieokresowe, do których

zaliczamy sygnały impulsowe lub o ograniczonym

czasie trwania. Ich istotną cechą jest możliwość opisu

za pomocą zdeterminowanych funkcji czasu. W

dziedzinie częstotliwości sygnały te nie mogą być

opisane w postaci dyskretnego widma prążkowego,

należy zastosować tu ciągłą funkcję gęstości widmowej.

34

Sygnały losowe określane są na zbiorze realizacji w

ograniczonym przedziale czasu. Zmierzony sygnał

losowy można uważać za odcinek jednej realizacji

procesu losowego, a wartości cech sygnału losowego

powinny być wyznaczane na podstawie analizy

wszystkich jego realizacji. Dlatego wprowadzono pojęcie

estymatora, tj. oceny wartości cechy zmiennej losowej,

dokonanej na podstawie analizy próby o ograniczonej

liczności wartości tej zmiennej.

35

Estymator powinien w szczególności być nieobciążony

i zgodny:

 nieobciążony, gdy jego wartość oczekiwana jest

równa wartości ocenianej cechy;

 zgodny, jeśli ze wzrostem liczności próby, z której

jest on wyznaczony, wartość estymatora dąży z

prawdopodobieństwem dążącym do jedności do

wartości ocenianej cechy.

36

W

zastosowaniu

diagnostycznym

często

wykorzystywane są sygnały losowe stacjonarne i

ergodyczne. Dla zastosowań praktycznych wystarczy

przyjąć, że sygnały stacjonarne to takie, których

uśrednione cechy nie są zmienne w czasie, mają więc

wartość średnią, stałą w czasie, a funkcja autokorelacji

jest

funkcją

tylko

przesunięcia

czasowego.

Ergodyczność sygnału losowego w praktyce oznacza

natomiast możliwość wyznaczenia wszystkich jego cech

probabilistycznych przy pomocy operatora uśredniania

w

wyniku

analizy

jednej

realizacji

sygnału

obserwowanego.

37

Statystyczny opis właściwości sygnałów losowych

prowadzi się przy wykorzystaniu różnych wielkości

(stosowanych

także

w

opisie

sygnałów

zdeterminowanych), z których przytoczono tu jedynie

najważniejsze: wartość średnia, wariancja, wartość

średniokwadratowa, funkcja autokorelacji, korelacji

wzajemnej, gęstość widmowa, widmo mocy, wzajemna

gęstość widmowa i funkcja koherencji zwyczajnej.

38

Teoria przetwarzania sygnałów obejmuje działania

zmierzające do wybrania ze zmierzonego sygnału

istotnych informacji o przebiegu badanego zjawiska.

Środki sprzętowe, występujące w przetwarzaniu

informacji diagnostycznej, są następujące:

— środki wstępnego przetwarzania informacji:

 układy filtrujące,
 przetworniki funkcyjne i ograniczniki dynamiki

sygnałów,

 przetworniki analogowo-cyfrowe,
 urządzenia kodujące;

39

— środki przesyłania informacji:

 urządzenia nadawcze i odbiorcze,
 linie transmisyjne i magistrale przesyłania danych,
 urządzenia komutujące,
 multipleksery i koncentratory,
 urządzenia wzmacniające;

— środki przetwarzania informacji:

 wyspecjalizowane analogowe lub cyfrowe urządzenia

liczące,

 sterowane programowo komputery i mikrokomputery,
 wieloprocesorowe systemy obliczeniowe.

40

Przetwarzanie sygnałów można podzielić na etapy:

 przetwarzanie

wstępne:

filtrowanie

sygnału

analogowego,

przetwarzanie

analogowo-cyfrowe,

usuwanie

trendu,

klasyfikacja

sygnału,

testy:

stacjonarności, okresowości i normalności;

 analiza

zasadnicza

w

dziedzinie

czasu,

częstotliwości i amplitud;

 cechowanie

otrzymanej

estymaty

poprzez

obliczenie błędu średniokwadratowego, względnego

odchylenia standardowego i względnego odchylenia

skutecznego.

41

Wykorzystanie danych, zbieranych w nadmiarze w

eksperymencie i uzyskiwanych podczas przetwarzania, do

podjęcia decyzji o stanie maszyny często nie jest ani

możliwe ani konieczne. Naturalne jest więc dążenie do

redukcji danych początkowych, obejmujących zbiory

obiektów oraz opisujących je informacji, które winny

zostać zastąpione przez stosunkowo niewielkie zbiory

danych odpowiednio zagregowanych i uporządkowanych.

Najogólniej, redukcja danych może polegać na:

 selekcji informacji, czyli redukcji liczby cech

opisujących obiekty;

 zastąpieniu ciągłego zakresu zmienności wartości

cechy zmianami dyskretnymi, a niekiedy binarnymi;

 zmniejszeniu

liczby

obiektów

reprezentujących

poszczególne klasy stanu.

42

Dla problemu selekcji informacji duże znaczenie mają

metody redukcji, które:

a) minimalizują ryzyko lub średnie prawdopodobieństwo

błędu klasyfikacji obiektu;

b) maksymalizują, przyjętą funkcję celu;

c) maksymalizują

(z

ograniczeniem)

wskaźniki

informatywności cech.

 

Optymalne metody redukcji (a) minimalizują średnie

ryzyko lub średnie prawdopodobieństwo błędu klasyfikacji

stanu obiektu. Praktycznie, znaczenie tych metod może

być

znacznie

ograniczone

wskutek

nieznajomości

rozkładów prawdopodobieństwa. W takiej sytuacji muszą

być znane a priori co najmniej przykłady obserwacji z

poszczególnych klas. Odpowiednie metody mogą wówczas

polegać na znajdowaniu podzbiorów cech, które

ekstremalizują przyjęte kryteria (funkcje celu, wskaźniki).

43

Rodzaje redukcji danych (b) oraz (c) wchodzą w

zakres

metod

stosowanych

w

statystyce

matematycznej i metod próbkowania i kwantyzacji

sygnałów, mających na celu przystosowanie postaci

sygnału do wymagań związanych z przetwarzaniem

informacji.

Spodziewanym efektem redukcji danych dla przyjętej

jakości klasyfikacji stanu jest uproszczenie struktury

zbioru danych, uproszczenie algorytmu klasyfikacji,

skrócenie czasu obliczeń, zwiększenie szybkości pracy

systemu, zmniejszenie kosztów realizacji technicznej.

Metodyka postępowania podczas przetwarzania

informacji w całym zadaniu diagnostycznym, od

sformułowania zadania do końcowej procedury badań,

przedstawiona została na rysunku 6.

44

45

W zakresie redukcji informacji istotne są wyróżnione

bloki wyboru cech stanu obiektu oraz wyboru miar

sygnału diagnostycznego, decydujące o rodzaju i

dobroci modelu diagnostycznego, w oparciu o który

formułowane są diagnozy o stanie obiektu. Z blokiem

selekcji miar sygnału związany jest blok wyboru

punktów odbioru sygnału diagnostycznego, często

znaczący w doborze symptomów stanu, szczególnie w

wibrodiagnostyce maszyn. Przykładowo dalej pokazano

jedną

z

możliwości

przetwarzania

informacji

diagnostycznej wraz z redukcją nadmiaru informacji w

zakresie:

̶̶ wyboru punktów odbioru sygnału;
̶̶ wyboru symptomów stanu;
̶̶ wyboru cech stanu obiektu.

46

WYBÓR PUNKTÓW ODBIORU SYGNAŁU

 

Teoretyczne przesłanki prowadzenia badań w

obecności zakłóceń uzasadniają wagę właściwego

wyboru punktów pomiarowych. Mając na uwadze

wczesne wykrycie rozwijającego się uszkodzenia należy

zminimalizować wpływ odległości r od miejsca

powstawania symptomu, tzn. mierzyć tak blisko

potencjalnego miejsca uszkodzenia jak tylko jest to

możliwe. Są dwa powody takiego podejścia.

47

Po pierwsze tworzywo konstrukcyjne cechuje się

zawsze pewnym tłumieniem energii dyssypowanej przez

uszkodzenie, rosnącym dla wyższych wartości częstości.

Stąd też mierząc blisko miejsca tworzenia się sygnału

maksymalizuje się jego amplitudę i tym samym

poprawia się korzy stnie stosunek sygnału do szumu.

Drugi powód to własności rezonansowe konstrukcji

obiektu, gdzie w różnych miejscach selektywnie

dominują różne składowe widma wymuszeń od obciążeń,

zakłóceń

czy

też

rozwijających

się

uszkodzeń

(wielorezonansowa transmitancja).

48

Stąd też, oprócz bliskości potencjalnego uszkodzenia,

miejsce pomiaru i jego kierunek muszą charakteryzować

się dużą dynamiką amplitudy i małymi zniekształceniami

selektywnymi na drodze: uszkodzenie—miejsce odbioru.

W praktycznych zastosowaniach diagnostyki miejsce

odbioru sygnałów ustalane jest w oparciu o znajomość

modelu funkcjonalnego obiektu i jego modeli generacji

sygnałów.

Nie

zawsze

jednak

wyselekcjonowana

strefa

powstawania uszkodzeń jest dostępna pomiarowo (np.

zazębianie kół, palisada łopatek, węzeł łożyska

wewnętrznego itd.), co determinuje konieczność

stosowania miar analitycznych w wyborze tych punktów.

Zadanie to można wykonać stosując jedną z miar

podobieństwa procesów generowanych w różnych

punktach maszyny, ukazujących lokalny stopień

podobieństwa między tymi procesami.