.
Marcel Kreidl, Radislav Šmíd
TECHNICKÁ DIAGNOSTIKA SENZORY
- METODY - ANALÝZA
Praha 2006
SIGNÁLU
tanovení Ignostika ,ostickou lespokojí :i závady 'oduvodu 1,v knize :h mfJtod
Obsab ,
1 2
obsahují 'stických 'tfedních 'ky, fyziky 'Ímateriál a možná
UVOD
11
TECHNICKÁ DIAGNOSTIKA: ZÁKLADNÍ POJMY 2.1 Diagnostické prostiedky 2.2 Technický stav objektu 2.3 Porucha, vada, provozuschopnost,funkčnost 2.4 Údržba objektu 2.5 Diagnostický model 2.5.1 Definice a členení diagnostickýchmodelu 2.5.2 Analytický model 2.5.3 Parametrickýmodel 2.5.4 Logický model 2.5.5 Topologický model.. 2.6 Defektoskopie 2.6.1 Úvod 2.6.2 Základní defektoskopické metody 2.6.3 Detekční schopnostdefektoskopickýchmetod Doporučenáliteratura
3 ANALÝZA A ZPRACOV ÁNÍ DIAGNOSTICKÝCH , o SIGN AL U 3.1 Signály a jej ich rozdelení 3.2 Digitalizace signálu 3.2.1 Aliasing 3.2.2 Analogove číslicový prevod 3.3 Amplitudové popisy signálu 3.4 Integrálnítransformace 3.5 Autokorelace, vzájemná korelace """""'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' 3.6 Spektrální analýza pomocí Fourierovy transformace 3.6.1 Výkonová spektráiníhustota 3.6.2 Režimy spektráiníanalýzy 3.6.3 Zvetšování rozlišení spektráiníanalýzy 3.6.4 Krátkodobá DFT (STFT)
pírována :adána do kládané škodnení .ajetkem
.
O~
13 14 15 16 17 19 19 19 20 21 21 22 22 23 25 27
29 30 31 31 34 35 38 38 40 48 50 51 54 3
3.7 3.8 3.9
Kepstrální analýza Analýza obálky, Hilbertova transfonnace, analytický signál VInková (wavelet) transfonnace 3.9.1 Spojitá vlnková transfonnace 3.9.2 Diskrétní v lnková transfonnace 3.9.3 Diskrétní stacionámí vInková transfonnace 3.9.4 Vlnkové pakety 3.10 Potlačování šumu a ostatních rušivých složek 3.1 0.1 Číslicová filtrace FIR a HR filtry 3.10.2 Nekauzální filtrace 3.10.3 Nelineámí filtry, mediánový filtr 3.10.4 Synchronní prumerování 3.10.5 Potlačování šumu pomocí vInkové transfonnace 3.11 Kalmanova aVoId-Kalmanova filtrace 3.12 Amplitudová modulace, lock-in zesilovač 3.13 Slepé zpracování signálu 3.14 Beamfonning """
5 5 6 6 6 7 7 7 7 7 7 81 8 8 8 91 9
Doporučená literatura
9
""""''''
4
,
AUTOMATIZACE DIAGNOSTICKYCH 4.1 Rozpoznávánív technickédiagnostice 4.1.1
,
SYSTEMU
o
9 9
Statistický pohled na klasifikaci a odhadování
4.1.2 Metodické prístupy v klasifikaci 4.1.3 Návrh systému pro klasifikaci 4.1.4 Predzpracování signálu 4.2 Výpočet príznakU 4.2.1 Výber pnznakU 4.2.2 Extrakce pnznakU 4.3 Statistické metody klasifikace 4.3.1 Bayesovské metody 4.3.2 Nebayesovské metody 4.3.3 Parametrické a neparametrické odhady 4.3.4 Klasifikace metodou nejbližšího souseda 4.3.5 Support Vector Machines 4.3.6 Učení bez učitele, shluková analýza 4.3.7 Testování a vyhodnocování
10 '"''''''''''''''
101 10 1O~ ""'" 105! 107 1O~ 112: 1121 113 113 ! 115 116! 118 120
. 4
MARCEL KREIDL, RADISLAVŠMfD: TECHNICKÁDIAGNOSTIKA
m
4.4
Neuronové síte v diagnostice
4.4.1
Neurona neuronovésíte
123
124
"
4.4.2 Perceptron 4.4.3 Vícevrstvé síte 4.4.4 Neuronová síť s radiálnímibázovými funkcemi (RBF) 133 4.4.5 Hopfie1dovaneuronovásíť "'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' 4.4.6 Kohonenova neuronová síť 4.4.7 Pravdepodobnostníneuronové síte 4.5 Diagnostické expertní systémy 4.5.1 Expertní systémy založené na pravidlech 4.5.2
Neurčitost
128 130 133 135
138 140 141 145 """"""
4.5.3 Pseudobayesovské rozhodování 4.5.4 Diagnostické úlohy 4.5.5 Vývoj a ap1ikaceexpertníchsystému 4.6 Fuzzy systémy v diagnostice 4.6.1 Fuzzy množiny 4.6.2 Logické operace s fuzzy množinami 4.6.3 Lingvistické promenné 4.6.4 Fuzzifikace, defuzzifikace 4.6.5 Inference 4.6.6 Fuzzy expertní systémy 4.6.7 Adaptivní neuro-fuzzy inferenční systém Doporučená1iteratura
148
149 150 152 154 154 157 159 160 162 166 167 168
r . ,
5 VIBRODIAGNOSTIKA
r
5.1 f; 5.2 \"
'5.3 8 5.4
5.5 5.6 5.7 5.8
STROJNÍCH OBJEKTU
Základní pojmy Absolutní senzor výchylky
169 170 175
Absolutní senzory rychlosti Absolutní senzory zrychlení - akcelerometry """"'"'''''''''''''''''' 5.4.1 Piezoe1ektrický akcelerometr
178
5.4.2 Piezorezistivní a kapacitní akcelerometry """'"'''''''''''''''' Senzory výchylky, polohy a posuvu Senzory otáček ve vibrodiagnostice Laserové interferometrickévibrometry Analýza vibrodiagnostickéhosignálu v časové oblasti 5.8.1 Celkové vibrace stroje
188 190 191 192 195 196
OBSAH
179 180
5
5.8.2 Merení kinematickédráhy hfídele 5.9 Frekvenční analýza vibrodiagnostickéhosignálu 5.9.1 Rozbor závad rotačníchsystému dIe pásma kmitočtového spektra 5.9.1.1 Oblast nízkých kmitočtU 5.9.1.2
198 199 199 199
Oblast stredních kmitočtU
202
"""''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
5.9.1.3 Oblast vysokých a velmi vysokých kmitočtU ""'''''''''''''''' 5.1O Odhadování otáčkové frekvence Doporučená literatura 6
HLUKOV Á DIAGNOSTIKA 6.1 6.2 6.3 6.4
207 211 213 215
Hluk a technický stav objektu Akustické veličiny Interference vIn a rázy Zvukomer, mikrofon
'"''''''''''
6.4.1 Dvoumikrofonnísonda intenzity zvuku "'''''''''''''''''''''''''' 6.5 Akustická holografie Doporučená literatura
216 ... 216 219 221
222 225 226
,
7
AKUSTICKA EMISE 227 7.1 Fyzikální podstataakustické emise 228 7.2 Nespojitá (impulzní)akustická emise 229 7.2.1 Jednorozmemá lokalizace zdroje emisní události 230 7.2.2 Dvojrozmemá hyperbolická lokalizace emisní události ... 231 7.3 Spojitá akustická emise 233 7.3.1 Kavitace 234 7.3.2 Lokalizace netesnostinebo trhliny v potrubí 235 7.3.3 Kaiseruv efekt 236 7.4 Vybranéprincipy vyhodnocování signálu akustické emise 237 Doporučená literatura 238
8
TERM OGRAFIE 8.1 Pasivní termografie 8.2 Aktivní termografie 8.2.1 Teorie tepelné vlny 8.2.2 Pulzní termografie 8.2.3 Lock-in termografie
... ...
.
6
MARCEL KREIDL, RADISLAV ŠMíD: TECHNICKÁ DIAGNOSTIKA
239 ~O 241 242 243 244
M
198 199 199 199 202 2p7 211 213 ,m
8.2.4 8.2.5 8.2.6
i
I
8.2.7 Vibrotermografie Doporučená 1iteratura
9
215 216 216 219 221 222 225 226
... 227 228 229 230 ... 231 233 234 235 236 237 238 , 239 240 241 242 243 244
~
liEN
Aktivní pulzní a 1ock-inultrazvukovátermografie Ukázky termogramu , Aktivní termografie s využitím kapalných krysta1u
248
248
,
PRUMYSLOVÉ ENDOSKOPY 9.1 Boroskopy 9.2 Fibroskopy 9.3 Videoskopy 9.4 Videomikroskop 9.5 Endoskopická merení 9.5.1 Srovnávací merení 9.5.2 Stanovení geometrických rozmeru Doporučenáliteratura
10 INTERFEROMETRIE
249 250 251 251 252 253 253 253 255
,
V DEFEKTOSKOPII
10.1 Ho1ografické interferometrie
11 ULTRAZVUKOV Á DEFEKTOSKOPIE 11.1 Úvod 11.2 Ultrazvukové sondy 11.2.1 Piezoe1ektrickémeniče 11.2.2 Piezoelektrické sondy 11.2.3 Piezoe1ektrickékompozity 11.2.4 Elektromagnetický menič (EMAT) 11.2.5 Základní parametryultrazvukových sond 11.3 Metody zkoušení 11.3.1 Impu1zovápruchodovámetoda 11.3.2 Impu1zováodrazová metoda 11.3.3 Imerzní metoda 11.3.4 Metoda fázového pole
O~
257 259 259 261 261 264 266
"
10.1.1 Optická ho1ografie 10.1.2 Metody ho1ografické interferometrie 10.2 Čís1icová spek1 interferometrie 10.3 Shearografie Doporučená 1iteratura
m
245 247 247
,
."
267 268 272 272 274 276 277 279 280 281 282 282 283
7
11.3.5 Metoda SAFT 11.4 Impulzový ultrazvukový pnstroj 11.5 Metody zobrazení ultrazvukových signálu 11.6 Ultrazvuková spektrometrie 11.7 Vyhodnocovací diagramy 11.7.1 DGS-diagram, AVG-diagram 11.7.2 DAC diagram 11.8 Technika zkoušení úhlovou sondou 11.9 Ultrazvukové ka1ibrační merky 11.9.1 Kalibrační merka Kl 11.9.2 Kalibrační merka K2 11.9.3 Stupňová kalibrační merka 11.10 Filtrace ultrazvukových signálu Doporučená literatura """"" ''''''''''
12 MAGNETICKÁ
""'"
"""
285 285 287 . 289 290
""'"
...
""
"""'"
DEFEKTOSKOPIE
A MAGNETO-INDUKTIVNÍ
TESTOV ÁNÍ
12.1 12.2 12.3
Základní magnetické veličiny Magnetická defektoskopie . Zpusoby magnetování 12.3.1 Podélné (pólové) magnetování 12.3.2 Príčné (cirkulámí) magnetování 12.3.3 Kombinované magnetování 12.3.4 Magnetovací elektrický proud 12.4 Metody indikace rozptylových polí 12.4.1 Zviditelnení rozptylových polí 12.4.2 Elektrické metody snímání rozpty1ových polí 12.5 Magneto-induktivní testování Doporučená literatura 13 ELEKTROMAGNETICKÁ
303 304 '"'''' 307 '''''''''''''' 308 308 309 309 310 312 312 313 315 316
DEFEKTOSKOPIE
(DEFEKTOSKOPIE VÍR1vÝMI 13.1 Vírivé proudy a hloubka vniku 13.2 Typy sond 13.2.1 Absolutní sondy 13.2.2 Diferenční sondy
PROUDY)
. 8
291 294 295 295 296 296 297 297 301
MARCEL KREIDL, RADISLAVŠMíD: TECHNICKÁDIAGNOSTIKA
319
,
320 323 """ 324 325
m
13.3 Zpusoby vyhodnocování defektil 13.4 Speciální metody 13.4.1 Impulzní napájeníbudicí cívky 13.4.2 Multifrekvenční napájeníbudicí cívky 13.4.3 Skenovací rotační sondy 13.4.4 Pole sond 13.4.5 Metoda vzdáleného pole 13.4.6 SQUID gradiometr 13.5 Automatizace testování metodouvífivých proudu 13.5.1 Vyhodnocování defektoskopievírivými proudy pomocí expertních systému Doporučenáliteratura 14 PRUMYSLOV Á RADIOLOGIE 14.1 Fyzikální princip radiologie 14.2 Zeslabení rentgenového záfení 14.3 Radiografie 14.4 Radioskopie 14.4.1 Pameťová folie 14.4.2 Zesilovač obrazu 14.4.3 Plošné detektory 14.5 Číslicové zpracování obrazu.. 14.6 Počítačová rentgenová tomografie 14.7 Modulační prenosová funkce Doporučená literatura ..
326 329 329 329 329 331 331 332 334 343 343 345 346 349 351 352 352 353 354 355 356 360
,
,
362
15 POTEN CI O ME TRIE 15.1 Napájecí proud 15.2 Vyhodnoceníhloubky a sklonu trhliny Doporučenáliteratura ,
365 366 367 368
16 KAPILÁRNÍ DEFEKTOSKOPIE 16.1 Princip 16.2 Postupkapilárnídefektoskopickézkoušky
369 370
16.3 Kapilámí skenovací metoda 16.4 Kapilární merky Doporučená literatura
OBSAH
,
370 372 373 374
9
