METODY FDM-A I FAM-C A ZJAWISKA PRZESYŁU RADIOWEGO SYGNAŁÓW

Podobne dokumenty
Przebieg sygnału w czasie Y(fL

Lekcja 20. Temat: Detektory.

f = 2 śr MODULACJE

Politechnika Warszawska

(1.1) gdzie: - f = f 2 f 1 - bezwzględna szerokość pasma, f śr = (f 2 + f 1 )/2 częstotliwość środkowa.

Rys Samolot TS-11 Iskra z przyłączonym testerem diagnostycznym DIA-SO3

PARAMETRY MODULACJI PRĄDNIC POKŁADOWYCH A DIAGNOZOWANIE WĘZŁÓW ŁOŻYSKOWYCH LOTNICZEGO SILNIKA TURBINOWEGO

Demodulator FM. o~ ~ I I I I I~ V

1. Modulacja analogowa, 2. Modulacja cyfrowa

MONITOROWANIE WĘZŁÓW ŁOŻYSKOWYCH O NADMIERNYCH LUZACH PODŁUŻNYCH METODAMI FAM-C I FDM-A

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

MODULACJA. Definicje podstawowe, cel i przyczyny stosowania modulacji, rodzaje modulacji. dr inż. Janusz Dudczyk

dr inŝ. Andrzej Gębura

Odbiorniki superheterodynowe

ELEKTRONIKA W EKSPERYMENCIE FIZYCZNYM

Rozwinięcie funkcji modulującej m(t) w szereg potęgowy: B PM 2f m

Struktura układu pomiarowego drgań mechanicznych

ARKUSZ EGZAMINACYJNY ETAP PRAKTYCZNY EGZAMINU POTWIERDZAJ CEGO KWALIFIKACJE ZAWODOWE STYCZEŃ 2014

Badanie prądnicy synchronicznej

DIAGNOZOWANIE POKŁADOWYCH PRĄDNIC LOTNICZYCH

Przetwornica elektromaszynowa stanowi zespół dwóch maszyn elektrycznych na jednym

Politechnika Warszawska Wydział Elektryczny Laboratorium Teletechniki

Wykaz emisji przeznaczonych dla Służby Amatorskiej (poniedziaå ek, 14 sierpieå 2006) - - Ostatnia aktualizacja ()

Politechnika Warszawska

Politechnika Warszawska

ZASTOSOWANIA METODY FDM-A DO OCENY POŚLIZGU ŁOŻYSK TOCZNYCH I NIEWSPÓŁOSIOWOŚCI PODPÓR ŁOŻYSKOWYCH

MONITOROWANIE WĘZŁÓW ŁOŻYSKOWYCH O NADMIERNYCH LUZACH PROMIENIOWYCH METODAMI FAM-C I FDM-A

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

Andrzej Gębura METODA MODULACJI CZĘSTOTLIWOŚCI NAPIĘCIA PRĄDNIC POKŁADOWYCH W DIAGNOZOWANIU ZESPOŁÓW NAPĘDOWYCH

Temat: ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ PRĄDU PRZEMIENNEGO

Gębura A.: Przekoszenia połączeń wielowypustowych a modulacja częstotliwości prądnic. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, zeszyt 4/99(120).

08 Stereodekoder, korekcja barwy dźwięku.

SYMULACJA KOMPUTEROWA SYSTEMÓW

BADANIA PROCESÓW TRIBOLOGICZNYCH WĘZŁÓW ŁOŻYSKOWYCH METODAMI FAM-C I FDM-A MODEL ZWIĘKSZONYCH OPORÓW BIERNYCH

Modulacja i kodowanie - labolatorium. Modulacje cyfrowe. Kluczowane częstotliwości (FSK)

ĆWICZENIE NR.6. Temat : Wyznaczanie drgań mechanicznych przekładni zębatych podczas badań odbiorczych

10. Demodulatory synchroniczne z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego

Układy elektroniczne II. Modulatory i detektory

2. STRUKTURA RADIOFONICZNYCH SYGNAŁÓW CYFROWYCH

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

PRĄDNICE I SILNIKI. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

LABORATORIUM Sygnałów, Modulacji i Systemów ĆWICZENIE 2: Modulacje analogowe

Wykaz emisji przeznaczonych dla Służby Amatorskiej (poniedziaå ek, 14 sierpieå 2006) - - Ostatnia aktualizacja ()

12.8. Zasada transmisji telewizyjnej

Ćwiczenie Nr 5. Wibrometryczna diagnostyka przekładni. Analiza widma. 1. Miary sygnału wibrometrycznego stosowane w diagnostyce przekładni

Badanie widma fali akustycznej

POMIAR PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU METODĄ REZONANSU I METODĄ SKŁADANIA DRGAŃ WZAJEMNIE PROSTOPADŁYCH

Z powyższej zależności wynikają prędkości synchroniczne n 0 podane niżej dla kilku wybranych wartości liczby par biegunów:

12. Demodulatory synchroniczne z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego

10 Międzynarodowa Organizacja Radia i Telewizji.

14 Modulatory FM CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE Podstawy modulacji częstotliwości Dioda pojemnościowa (waraktor)

ANALIZA HARMONICZNA DŹWIĘKU SKŁADANIE DRGAŃ AKUSTYCZNYCH DUDNIENIA.

Tabela 3.2 Składowe widmowe drgań związane z występowaniem defektów w elementach maszyn w porównaniu z częstotliwością obrotów [7],

Badanie widma fali akustycznej

Podstawy fizyki sezon 1 VII. Ruch drgający

CECHY DIAGNOSTYCZNE SKŁADOWEJ PULSACJI PRĄDNIC PRĄDU STAŁEGO

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

MODULACJE ANALOGOWE. Funkcja modulująca zależna od sygnału modulującego: m(t) = m(t) e

Układ kaskadowy silnika indukcyjnego pierścieniowego na stały moment

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

Laboratorium Elektroniczna aparatura Medyczna

BADANIE MODULATORÓW I DEMODULATORÓW AMPLITUDY (AM)

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu [Mechanika i Budowa Maszyn] Studia drugiego stopnia

METODY FDM-A i FAM-C W WYKRYWANIU I MONITOROWANIU SILNIE ZACIŚNIĘTYCH ŁOŻYSK TOCZNYCH

Modulatory PWM CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Pętla fazowa

Ćwiczenie: "Prądnica prądu przemiennego"

PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL BUP 20/10. JAROSŁAW GUZIŃSKI, Gdańsk, PL WUP 05/15. rzecz. pat.

Ćwiczenie EA8 Prądnice tachometryczne

7 Dodatek II Ogólna teoria prądu przemiennego

BADANIE ELEKTRYCZNEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

Możliwości metody FAM-C w diagnozowaniu siłowni okrętowych

Temat ćwiczenia. Pomiary przemieszczeń metodami elektrycznymi

ZASTOSOWANIE SKOSU STOJANA W JEDNOFAZOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 1/5

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

1. Nadajnik światłowodowy

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

ĆWICZENIE NR 5 APARATURA DO TERAPII PRĄDEM ZMIENNYM MAŁEJ I ŚREDNIEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

1. Rozchodzenie się i podział fal radiowych

2. Pomiar drgań maszyny

Badanie efektu Dopplera metodą fali ultradźwiękowej

HYDROENERGETYKA PRĄDNICE ELEKTRYCZNE. Ryszard Myhan WYKŁAD 5

Wykład FIZYKA I. 11. Fale mechaniczne. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 18/11. JANUSZ URBAŃSKI, Lublin, PL WUP 10/14. rzecz. pat.

Wytwarzanie sygnałów SSB metodę filtracyjną

Systemy i Sieci Telekomunikacyjne laboratorium. Modulacja amplitudy

PREZENTACJA MODULACJI AM W PROGRAMIE MATHCAD

06 Tor pośredniej częstotliwości, demodulatory AM i FM Pytania sprawdzające Wiadomości podstawowe Budowa wzmacniaczy pośredniej częstotliwości

Własności dynamiczne przetworników pierwszego rzędu

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Drgania wymuszone - wahadło Pohla

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Zespół Szkół Technicznych im. J. i J. Śniadeckich w Grudziądzu

Systemy i Sieci Radiowe

Transkrypt:

Andrzej GĘBURA Krzysztof MROSZKIEWICZ Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych PRACE NAUKOWE ITWL Zeszyt 27, s. 137 149, 2010 r. DOI 10.2478/v10041-010-0007-9 METODY FDM-A I FAM-C A ZJAWISKA PRZESYŁU RADIOWEGO SYGNAŁÓW W artykule omówiono zagadnienia związane z analogiami pomiędzy sposobami formowania, przesyłania i odczytywania sygnału diagnostycznego metodami FAM-C 1 i FDM-A 2 a analogicznymi etapami w zjawiskach przesyłu informacji w radiotechnice. We wszystkich tych przypadkach odbywa się modulacja, transmisja i demodulacja FM. Inne są tylko rodzaje przesyłanych informacji: dla sygnału diagnostycznego w metodach FAM-C i FDM-A jest to informacja o stanie technicznym par kinematycznych zespołu napędowego (objawiająca się pewnymi zmodulowaniami prędkości kątowej par kinematycznych), a dla sygnału radiowego jest to mowa (sygnały akustyczne), muzyka lub pewne sekwencje dźwięków. Inne jest również środowisko przenoszenia: transmisja radiowa w środowisku pośredniczącym pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem (np. powietrze, próżnia, woda), transmisja w metodach FAM-C i FDM-A poprzez cięgna sztywne zespołu transmisji pomiędzy badanymi parami kinematycznymi a prądnicą. Inny jest również zakres częstotliwości nośnej: dla transmisji radiowej FM częstotliwość nośna wynosi od kilkunastu MHz do setek MHz zaś w metodach FAM-C i FDM-A od kilkudziesięciu Hz do kilku khz. Także częstotliwości heterodyny 3 różnią się od siebie: w radiotechnice od kilkunastu MHz do setek MHz, w diagnostyce (w zależności od konstrukcji maszyny elektrycznej) od kilkuset Hz do kilku khz. Słowa kluczowe: diagnostyka techniczna, diagnozowanie traktów przenoszenia napędu, modulacja częstotliwości, zbiór charakterystyczny, silnik turbinowy, łożysko toczne, współczynnik toczenia, heterodyna, odbicie lustrzane. 1 FAM-C metoda diagnozowania napędów oparta na śledzeniu modulacji częstotliwości (FM frequency modulation) napięcia wyjściowego prądnic prądu przemiennego (A od liter AC = alternating current). 2 FDM-A metoda diagnozowania napędów oparta na śledzeniu modulacji częstotliwościowej (FM frequency modulation) dla pulsacji napięcia wyjściowego prądnic prądu stałego (D od liter DC = direct current). 3 Heterodyna generator wewnętrzny o zmienianej częstotliwości w celu uzyskania po zmieszaniu z częstotliwością nośną odbieranego sygnału częstotliwości pośredniej. Dla odbiorników pracujących w oparciu o modulację częstotliwości wartość częstotliwości pośredniej wynosi 10,7 MHz.

138 Andrzej GĘBURA, Krzysztof MROSZKIEWICZ 1. Wstęp Dotychczas w środowiskach naukowo-badawczych diagnostyka zespołów napędowych rozwija się niezależnie od zagadnień transmisji informacji drogą radiową. Zdaniem autorów należy szukać analogii pomiędzy diagnostyką techniczną a radiotechniką. Jest to bowiem niezbędne do szybszego i tańszego doskonalenia metod diagnostycznych zespołów napędowych realizowanych przy pomocy metod FAM-C i FDM-A. Każdy uszkodzony element zespołu napędowego jest swoistym generatorem lub modulatorem drgań mechanicznych, które w prądnicach zamieniane są na drgania elektryczne. Autorzy zauważyli, że specyficzne korelacje pomiędzy tymi zjawiskami są bardzo podobne do teorii transmisji sygnału radiowego. 2. Podstawowe analogie metody FAM-C do teorii transmisji sygnału radiowego Każda para kinematyczna zespołu napędowego, w zależności od swojego stanu technicznego, moduluje sygnał wału głównego silnika. Każda prądnica lotnicza generuje częstotliwość znamionową, którą można określić wzorami: dla prądnicy prądu stałego: fn nn Ż (1) 60 dla prądnicy prądu przemiennego: fn nn p (2) 60 gdzie: f N wartość częstotliwości znamionowej ( nośnej ) prądnicy; n N wartość znamionowej prędkości obrotowej wirnika prądnicy [obr/min]; Ż liczba żłobków w wirniku prądnicy prądu stałego; p liczba par biegunów prądnicy prądu przemiennego. Częstotliwość f N pełni funkcję częstotliwości heterodyny [20] dla transmisji radiowej. Prądnica lotnicza pełni rolę generatora-heterodyny oraz mieszacza częstotliwości:

Metody FDM-A i FAM-C a zjawiska przesyłu radiowego sygnałów 139 fali nośnej kompleksowego sygnału diagnostycznego z wnętrza zespołu napędowego w postaci zmodulowanej prędkości obrotowej podawanej na wejście wałka prądnicy, częstotliwości heterodyny. Każdy podzespół silnika lotniczego odgrywa rolę generatora modulującego. Przykładem takiego podzespołu może być łożysko toczne, które jest równoległym połączeniem biernego i czynnego elementu mechanicznego. Tak więc łożysko toczne jest również generatorem drgań [8]. Generator modulujący może być generatorem pierwotnym czynnym, tj. może generować częstotliwość własną wynikającą z jej właściwości sprężystych i masy (własna częstotliwość rezonansowa), albo modulatorem wtórnym biernym. W przypadku diagnozowania silnika turbinowego funkcję generatora pierwotnego pełnią m.in.: prędkość obrotowa wału głównego (będąca pochodną sił gazodynamicznych oddziałujących na turbinę silnika), pierścienie sprężyste np. tłumik drgań promieniowych łożyska, koszyk łożyska tocznego. Każdy podzespół mechaniczny wiruje z pewną prędkością znamionową (f Nm ) różniącą się od siebie w zależności od iloczynu [19]: n f Nm = pw p s i S (3) 60 gdzie: n prędkość obrotowa wału głównego [obr/min]; p w liczba par biegunów wirnika prądnicy prądu przemiennego; p s liczba par biegunów stojana prądnicy prądu przemiennego; i wartość przełożenia pomiędzy wałem głównym silnika a prądnicą prądu przemiennego; S liczba faz. Każdy taki podzespół jest generatorem drgań i może być przedstawiony na płaszczyźnie F=f(f p ) 4 w postaci oddzielnych prążków (rys. 1 3). Jeżeli teraz taki podzespół ma dodatkowy modulator np. gniazdo łożyska głównego jest owalne, to pojawiają się prążki boczne: prążek boczny sumacyjny i prążek boczny różnicowy [9, 26] (rys. 2, 3). W wielu przypadkach niektóre podzespoły modulują prędkość obrotową wału głównego nie jako pojedynczą harmoniczną, lecz jako pasmo częstotliwości, np. 4 F wartość ekstremalnego odchylenia częstotliwości chwilowej od częstotliwości średniej (średniej arytmetycznej liczonej z całego okna ekspozycji pomiarowej); f p częstotliwość procesu mechanicznego odwrotność podwojonego czasu trwania odchylenia częstotliwości chwilowej od częstotliwości średniej.

140 Andrzej GĘBURA, Krzysztof MROSZKIEWICZ dla poprawnie działającego łożyska tocznego pasmo modulacji można wyrazić wzorem: f p = (0,35 0,7) N n N /60 (4) gdzie: N liczba elementów tocznych łożyska; (0,35 0,7) zakres zmian współczynnika toczenia p s dla poprawnie działającego łożyska. Wówczas, w miejsce prążków różnicowych i prążków sumacyjnych powstają wstęgi dolne (różnicowe) i wstęgi górne (sumacyjne) rys. 4. Zgodnie z teorią i praktyką przemiany częstotliwości, jeżeli częstotliwość heterodyny (f N ) jest większa niż częstotliwość sygnału poddawanego przemianie, to sygnał różnicowy ulega lustrzanemu odbiciu [20] rys. 5. W przypadku metody FDM-A częstotliwość znamionowa pulsacji żłobkowych jest zazwyczaj co najmniej parę razy większa od częstotliwości obserwowanych drgań mechanicznych. W związku z tym zachodzi warunek wystarczający do powstania zjawiska. Podczas badań zespołów napędowych metodą FDM-A przy zastosowaniu komutatorowych prądnic prądu stałego często obserwuje się, oprócz podstawowej grupy zbiorów charakterystycznych rys. 5, 6 ( wstęga dolna ), także drugą grupę podobnych zbiorów. Zbiory te są ustawione w odwrotnej kolejności tworzą względem pierwszej grupy lustrzane odbicie. Jednocześnie ta druga grupa zbiorów rys. 5, 6 ( wstęga górna lustrzane odbicie ) ma obrócone osie współrzędnych o +90 o względem osi współrzędnych prostokątnych pierwszej grupy zbiorów. Rys. 1. Widmo częstotliwości sygnału lotniczego zespołu napędowego (silnika turboodrzutowego) obserwowanego metodą FAM-C dla wady pary kinematycznej tworzącej prążki bocznej prędkości wału głównego rysunek poglądowy

Metody FDM-A i FAM-C a zjawiska przesyłu radiowego sygnałów 141 Rys. 2. Widmo częstotliwości sygnału lotniczego zespołu napędowego (silnika turboodrzutowego) obserwowanego metodą FAM-C dla wady pary kinematycznej tworzącej prążki bocznej prędkości wału głównego o małej wartości rozchylenia rzeczywiste zbiory charakterystyczne otrzymane z prądnicy trójfazowej prądu przemiennego Prądnice prądu przemiennego (metoda FAM-C) mają zbyt mało par biegunów (przeważnie od 1 do 8), aby generowana przez nie częstotliwość nośna f N ( częstotliwość heterodyny ) przewyższyła częstotliwość sygnału diagnostycznego emitowanego z obserwowanych zespołów napędowych. W związku z tym nie spotkano dotychczas w praktyce dla tych prądnic zjawiska lustrzanego odbicia. Zupełnie inne relacje występują natomiast dla prądnic prądu stałego. W tych prądnicach częstotliwość heterodyny (f N ) jest generowana przez pulsację żłobkową. Ponieważ liczba żłobków dla tego rodzaju prądnic wynosi dla poszczególnych typów od 25 do 140, zaś znamionowe prędkości obrotowe wału głównego osiągają kilkanaście, a nawet kilkadziesiąt obrotów na minutę, więc, jak to wynika z tablicy 1, poziom częstotliwości f N może w wielu przypadkach przewyższyć częstotliwość obserwowanych procesów mechanicznych, tworząc tym samym relacje sprzyjające powstawaniu zjawiska lustrzanego odbicia (rys. 4 6).

142 Andrzej GĘBURA, Krzysztof MROSZKIEWICZ Rys. 3. Widmo częstotliwości sygnału lotniczego zespołu napędowego (silnika turboodrzutowego) obserwowanego metodą FAM-C dla wady pary kinematycznej tworzącej prążki bocznej prędkości wału głównego o znacznej wartości rozchylenia rzeczywiste zbiory charakterystyczne otrzymane z prądnicy trójfazowej prądu przemiennego Rys. 4. Widmo częstotliwości sygnału lotniczego zespołu napędowego (silnika turboodrzutowego) obserwowanego metodą FAM-C dla wady pary kinematycznej tworzącej prążki bocznej prędkości wału głównego bez zjawiska lustrzanego odbicia rysunek poglądowy

Metody FDM-A i FAM-C a zjawiska przesyłu radiowego sygnałów 143 W praktyce diagnostycznej FDM-A zaobserwowano, że zmiana fazy zobrazowania o 90 o odbywa się zwykle dla częstotliwości mniejszej niż f N, ale znacznie wyższej niż wynika to z twierdzenia Shannona. Wytłumaczeniem jest naturalny synchronizm fazy sygnału napięciowego generowanego przez prądnicę lotniczą ze źródłami modulacji mechanicznej. Przy takiej synchronizacji może być obserwowany sygnał o częstotliwości fali nośnej kompleksowego sygnału diagnostycznego (wahań mechanicznych) generowany z poszczególnych par kinematycznych zespołu napędowego (w postaci zmodulowanej prędkości obrotowej podawanej na wejście wałka prądnicy) o górnej częstotliwości niewiele mniejszej (praktycznie równej) od częstotliwości znamionowej danej prądnicy pokładowej, jeżeli tylko dolna częstotliwość pasma wahań mechanicznych f md rozpocznie się w częstotliwości objętej warunkiem rozróżnialności sygnału sformułowanej przez Shannona: 2 f md < f (5) Tak uwarunkowane pasmo jest obserwowane w całości aż do wartości częstotliwości f N. W praktyce diagnostycznej autorów dotychczas obserwowane górne granice pasm były niższe od częstotliwości f N (f mg < f N ). Zaobserwowano, że dla f p = f pdmax rozpoczyna się zmiana fazy zobrazowania o 90 o (rys. 5, 6.) Tablica 1 Przykładowe relacje pomiędzy danymi konstrukcyjnymi prądnic lotniczych prądu stałego a ich częstotliwością heterodyny dla poszczególnych prędkości wału głównego zespołu napędowego Lp. Prędkość znamionowa wału głównego Częstotliwość znamionowa wału głównego Liczba żłobków wirnika Częstotliwość heterodyny prądnicy-przetwornika n N n N Ż f N obr./min Hz - Hz 1 6 000 100 25 2 500 2 12 000 200 25 5 000 3 18 000 300 25 7 500 4 6 000 100 50 5 000 5 12 000 200 50 10 000 W radiofonii stosowane są dwa podstawowe rodzaje modulacji: modulacja amplitudy (AM) oraz modulacja częstotliwości (FM). Modulacja amplitudy polega na tym, że proporcjonalnie do przekazywanego sygnału zmienia się amplituda fali

144 Andrzej GĘBURA, Krzysztof MROSZKIEWICZ nośnej. Przy modulacji częstotliwości sygnał nośny o częstotliwości f S modulowany jest sygnałem modulującym (akustycznym) f M. Częstotliwość sygnału nośnego o częstotliwości f S zmienia się w zakresie od (f S - f M ) do (f S + f M ). W procesie tym powstają dodatkowe sygnały o częstotliwościach równych sumie i różnicy częstotliwości f S i f M. Rys. 5. Widmo częstotliwości sygnału lotniczego zespołu napędowego (silnika turboodrzutowego) obserwowanego metodą FDM-A dla wady pary kinematycznej tworzącej prążki boczne prędkości wału głównego ze zjawiskiem lustrzanego odbicia i obrotem o +90 o rysunek poglądowy Zakres zmian częstotliwości sygnału akustycznego f M jest nazywany dewiacją częstotliwości. Stosunek dewiacji do częstotliwości sygnału modulującego nazywany jest wskaźnikiem dewiacji lub współczynnikiem modulacji częstotliwości. Od jego wartości zależy rozkład widma częstotliwości przebiegu zmodulowanego. W radiofonii ultrakrótkofalowej przyjmuje się maksymalną wartość dewiacji 75 khz. Przy maksymalnej wartości sygnału modulującego f max = 15 khz pasmo częstotliwości zajmowane przez sygnał zmodulowany wynosi 180 khz. Proste odbiorniki radiowe pozwalają na odbiór sygnałów dźwiękowych o częstotliwościach zawartych w przedziale od 300 Hz do 3 khz, natomiast odbiorniki o wysokiej jakości odtwarzania (Hi-Fi) przekazują sygnały akustyczne o częstotliwościach od 40 Hz do 16 000 Hz. Ucho ludzkie słyszy dźwięki od kilkunastu Hz do kilkunastu khz. Modulacja częstotliwości stosowana jest też w transmisji sy-

Metody FDM-A i FAM-C a zjawiska przesyłu radiowego sygnałów 145 gnałów telewizji satelitarnej, transmisji sygnałów akustycznych telewizji naziemnych oraz wielu innych dziedzinach przesyłania informacji kodowanych. Rys. 6. Widmo częstotliwości sygnału lotniczego zespołu napędowego (silnika turboodrzutowego) obserwowanego metodą FAM-C dla wady pary kinematycznej tworzącej prążki boczne prędkości wału głównego ze zjawiskiem lustrzanego odbicia i obrotem o +90 o rzeczywiste zbiory charakterystyczne otrzymane z prądnicy trójfazowej prądu stałego 3. Modulacja kwadraturowa W cyfrowej transmisji sygnału stosuje się, zaproponowaną w 1960 r., tzw. kwadraturową modulację amplitudy QAM (Quadrature Amplitude Modulation) [20]. W istocie modulacja kwadraturowa jest modulacją amplitudy bez fali nośnej

146 Andrzej GĘBURA, Krzysztof MROSZKIEWICZ w dwóch niezależnych kanałach. Wykorzystana jest tu właściwość trygonometryczna sygnały sinusoidalny i cosinusoidalny są sygnałami ortogonalnymi. Tak więc, jeżeli faza dwóch różnych sygnałów o tej samej wartości częstotliwości nośnej będzie przesunięta o 90 o, to przy zastosowaniu tzw. demodulacji koherentnej (synchronicznej) możliwa będzie niezależna i niezakłócająca się wzajemnie transmisja i detekcja dwóch różnych sygnałów o tej samej częstotliwości nośnej. W metodach FDM-A i FAM-C stosuje się dla każdej z prądnic podwójny układ pomiarowy ze wstępnym przesunięciem fazowym napięcia wyjściowego. Pomiędzy wejściami tych dwóch układów pomiarowych mierzących dwa sygnały przebiegu napięciowego przesunięte w fazie o 90 o można będzie obserwować sygnały mechaniczne od dwóch różnych rezonatorów lub modulatorów mechanicznych o jednakowej częstotliwości własnej. Dotychczas w metodach FDM-A i FAM-C obserwowano wszystkie procesy jednocześnie na jednym układzie współrzędnych. Dla źródeł drgań mechanicznych (rezonatorów) o zbliżonej częstotliwości własnej otrzymywano zbiory charakterystyczne zachodzące na siebie. Obliczenie ich wysokości i granic zajmowanych pasm było niekiedy bardzo kłopotliwe, a czasami wręcz niemożliwe, zwłaszcza dla rezonatorów lub modulatorów o dynamicznie zmieniających się w czasie trwania testu granicach zajmowanego pasma lub wartości amplitudy. Autor uważa, że po zastosowaniu demodulacji koherentnej, będzie możliwe rozdzielenie takich zbiorów charakterystycznych źródeł drgań mechanicznych. W tym celu należałoby zastosować dwa bliźniacze układy pomiarowe w torze pomiaru sygnału prądnicy prądu stałego. Na wejście obu tych układów podawany byłby sygnał napięcia wyjściowego prądnicy-obserwatora w przeciwfazie. 4. Dudnienia Zarówno w teorii fal radiowych, jak w mechanice czy elektrotechnice, znane są pojęcia tzw. dudnień [18, 24, 26]. Tworzą się one przez dodanie geometryczne dwóch sygnałów sinusoidalnych różniących się od siebie tu tylko niewielką różnicą częstotliwości. Jeżeli więc sygnały pierwotne a 1 (t) oraz a 2 (t) opisane wzorami: a 1 (t) = A 1 sinω 1 t (6) a 2 (t) = A 1 sinω 2 t (7) ulegają zsumowaniu geometrycznemu, to jeżeli ω 1 ω 2, oraz ω 1 ω 2,, to sygnał wypadkowy a 3 może być opisany wzorem:

Metody FDM-A i FAM-C a zjawiska przesyłu radiowego sygnałów 147 a 3 = (A 1 + A 2 ) 2 1 cos. sin. 2 2 1 2 (8) W praktyce dudnienia zaobserwowano w dwóch przypadkach: a) dla zespołów dwusilnikowych ich amplituda jest miarą rozsynchronizowania ich prędkości obrotowych, b) dla zespołów jednosilnikowych przy istnieniu luzów podłużnych oraz luzów obwodowych informują w praktyce diagnostycznej o wzroście sił dynamicznych związanych z dynamicznymi uderzeniami o elementy stanowiące opory wzdłużne (rys. 7). W przypadku b każdy z dwóch wałów (wał turbiny i wał sprężarki) obraca się ze zbliżoną prędkością różniącą się nieznacznie w zależności od wielkości wyluzowań. Z chwilą osiągnięcia opory wzdłużnej następuje wzrost amplitudy i wykasowanie luzów. Śledzenie względnych przemieszczeń wałów jest niemożliwe z uwagi na to, że obie prądnice pokładowe (prądnica prądu stałego oraz prądnica prądu przemiennego) są mechanicznie przyłączone do wału sprężarki. Jednakże z uwagi na wykorzystywanie zjawiska dudnień możliwe jest śledzenie wielkości rozbieżności obu prędkości i monitorowanie ich dynamiki. Umożliwia to wcześniejsze odsunięcie od lotów silników o zbyt dużych luzach w zespole wirnikowym. Rys. 7. Przebiegi zmian częstotliwości chwilowej w funkcji czasu (zobrazowania f i = f(t)) otrzymane z toru prądnicy prądu przemiennego zamontowanego na silniku turboodrzutowym o zwiększonych luzach podłużnych i obwodowych w zespole wirnikowym

148 Andrzej GĘBURA, Krzysztof MROSZKIEWICZ 5. Podsumowanie W artykule przedstawiono powiązania pewnych zjawisk mechanicznych zachodzących w zespołach napędowych statków powietrznych a obserwowanych metodami FAM-C i FDM-A z teorią przesyłania sygnałów drogą transmisji radiowej. Pomimo że metody FAM-C i FDM-A są metodami diagnostycznymi bazującymi na analizie sygnałów wyjściowych prądnic lotniczych, to w ich zobrazowaniach można dostrzec wiele analogii do zjawisk znanych dotychczas z literatury i praktyki radiotechniki. Szereg rozwiązań z teorii nadawania, odbioru i detekcji sygnałów radiowych, może być zaadaptowanych do praktyki obróbki sygnałów diagnostycznych w metodach FAM-C i FDM-A. Literatura 1. Andrzejewicz J.: Chaos i synchronizacja w układach fizycznych. Łódź 1993. 2. Berhard M. i inni: Mały poradnik mechanika. T. II. Podstawy maszyn. Maszynoznawstwo, WNT, Warszawa 1994. 3. Berwell F.T.: Łożyskowanie. WNT, Warszawa 1984. 4. Biarda D., Falkowski P., Gębura A., Kowalczyk A.: Sposób diagnozowania technicznego elementów sprzęgających silnik, a zwłaszcza lotniczy silnik spalinowy, z prądnicą prądu przemiennego. Opis patentowy PL 175664B1, zgłoszenie 08.07.1996, udzielenie patentu 29.01.1999. 5. Biarda D., Falkowski P., Gębura A., Kowalczyk A.: Sposób diagnozowania technicznego elementów sprzęgających silnik, a zwłaszcza lotniczy silnik spalinowy, z prądnicą prądu stałego. Opis patentowy PL 175674B1, zgłoszenie 08.07.1996, udzielenie patentu 29.01.1999. 6. Cempel C.: Podstawy wibroakustycznej diagnostyki maszyn. WNT, Warszawa 1982. 7. Dietrich M.: Podstawy konstrukcji maszyn. T. II. WNT, Warszawa 1999. 8. Furmanek S., Kraszewski Z.: Niezawodność łożysk tocznych. Wydawnictwo Przemysłowe WEMA, Warszawa 1989. 9. Gajo Z., Kocimowski B., Kulpa K., Nałęcz M., Urbaś A.: Sygnały i systemy. Ćwiczenia laboratoryjne. Praca zbiorowa pod red. J. Wojciechowskiego. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000. 10. Gębura A.: Diagnostic of aircraft power transmission track based on the analisys of generator s frequency. Journal of Technical Physics 2002, No. 1. 11. Gębura A.: Possibilities of FAM-C method in diagnosting ship power plants. Polish Martime Research 2003, Vol. 10, No. 2 (36). 12. Gębura A.: Przekoszenia połączeń wielowypustowych a modulacja częstotliwości prądnic. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn 1999, z. 4 (120).

Metody FDM-A i FAM-C a zjawiska przesyłu radiowego sygnałów 149 13. Gębura A.: Pulsacje napięcia wyjściowego prądnicy pokładowej prądu stałego źródłem informacji diagnostycznej o stanie układu napędowego. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn 2003, z. 1 (133). 14. Gębura A.: Związki modulacji częstotliwości napięcia wyjściowego prądnicy z wybranymi wadami układu napędowego. [w:] Turbinowe silniki lotnicze w ujęciu problemowym, pod red. M. Orkisza. Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne, Lublin 2000. 15. Gębura A., Falkowski P., Kowalczyk A., Lindstedt P.: Diagnozowanie skrzyń napędowych. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn 1997, z. 4 (120). 16. Gębura A., Falkowski P., Kowalczyk A.: Airborne generators as diagnostic sensors of a power transmission system, 5-th International Conference Aircraft and Helicopters Diagnostic AIRDIAG 97, Warsaw 1997. 17. Gębura A., Radoń T., Tokarski T.: Diagnozowanie zespołów napędowych na podstawie obserwacji zmian częstotliwości napięcia wyjściowego prądnic. II Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna Expo-Diesel & Gas Turbine 01, Gdańsk Międzyzdroje Kopenhaga 2001. 18. Gębura A., Tokarski T.: Diagnostic properties of 3-phase alternator s frequency modulation parameters. Journal of Polish Cimac Explo-Diesel & Gas Turbine 05, 2005. 19. Gębura A., Tokarski T.: The diagnostic of technical condition of turbine engine s bearing by means of method of alternator frequency modulation. Journal of Polish Cimac Explo-Diesel&Gas Turbine 07 2007. 20. Izydorczyk J., Płonka G., Tyma G.: Teoria sygnałów. Wyd. Helion 1999. 21. Kostecki B.I.: Trienie, iznos i smazka w masinach. Technika, Kiev, Izdie 1970. 22. Krzemiński H.: Łożyska toczne. PWN, Warszawa 1985. 23. Lawrowski Z.: Tribologia, tarcie, zużywanie i smarowanie. PWN, Warszawa 1993. 24. Pappenfus E.W., Warren B., Schoenke E.O.: Technika jednowstęgowa. WNT, Warszawa 1968. 25. Sung-Hoon Jedhg, Seok-Ju Yong: Friction and wear characteristic due to stick-slip under fretting condition, Tribology Transactions 2007. 26. Szabatin J.: Podstawy teorii sygnałów. WKŁ, Warszawa 1982.

150 Andrzej GĘBURA, Krzysztof MROSZKIEWICZ