Особливості реалізації методу спектрального аналізу для обробки даних віброакустичного контролю

Abstract

UK: Постановка проблеми. Основна тенденція розвитку технології віброакустичного контролю геотехнічних об'єктів спрямована на автоматизацію отримання, передачі, збирання та обробки інформації. Однак, потребують подальшого розвитку математичний апарат та алгоритми для цифрової обробки віброакустичних сигналів. Мета дослідження. Визначення особливостей та розробка алгоритмів реалізації методу спектрального аналізу даних для віброакустичного контролю безпеки функціонування геотехнічної системи. Методика. Аналіз та узагальнення даних, аналітичні та лабораторні дослідження осцилограм акустичних сигналів, методи побудови цифрових систем контролю середовища. Результати. Досліджено методи і алгоритми, що використовуються в системах контролю стану порід, гірничих виробок, заглиблених і наземних споруд. Алгоритми цифрової обробки сигналів, як правило, включають фільтрацію та спектральний аналіз вхідних даних. Визначені особливості реалізації методу спектрального аналізу для обробки даних віброакустичного контролю функціонування геотехнічної системи. Встановлено, що загасаючий аперіодичний сигнал можна розглядати як суперпозицію добутків уявних періодичних сигналів та зміщених одиничних прямокутних імпульсів з тривалостями, що дорівнюють періодам відповідних періодичних сигналів. При цьому, частота першої моди коливань обернено пропорційна подвійній товщині досліджуваних елементів геотехнічної системи, Для контролю характеристик імпульсних акустичних сигналів, на відміну від відомого раніше методу, де використовується одне вимірювання протягом інтервалу розбиття та ручна побудова полів точок, пропонується використовувати серії точок на кожному з інтервалів часу зміни сигналу та проводити аналіз співвідношень між спектром реального аперіодичного сигналу та спектрами його уявних періодичних складових. Розроблено алгоритми автоматичного аналізу спектрограм віброакустичного відгуку для обчислень параметрів контролю методом дискретних ординат. Реалізація методу виконується шляхом послідовної циклічної обробки сигналу від високих частот до низьких з подальшим розбиттям на часові інтервали, в межах кожного з яких зміна значення відхилення приймається за період мнимого незагасаючого коливального процесу. Наукова новизна. Подальший розвиток отримав метод цифрової обробки одиничних акустичних імпульсів, що відрізняється розробленими алгоритмами автоматичного спектрального аналізу віброакустичного відгуку які оптимізовані для обчислень параметрів контролю методом дискретних ординат. Практична значимість. Результати досліджень дозволяють автоматизувати моніторинг складових геотехнічної системи на основі спектрів виділених періодичних складових віброакустичного відгуку досліджуваного об’єкта.

EN: Problem statement.The main trend in the development of vibroacoustic technology for monitoring geotechnical objects is aimed at automating the receipt, transmission, collection and processing of information.However, the mathematical apparatus and algorithms for digital processing of vibroacoustic signals require further development.Purpose of the study. Definition of features and development of algorithms for the implementation of the spectral analysis method for vibroacoustic monitoring of the geotechnical system functioning safety. Methods.Analysis and generalization of data, analytical and laboratory studies of acoustic signals oscillograms, methods for constructing digital environmental control systems.Research results.The methods and algorithms used in systems for monitoring the state of rocks, mine workings, underground and surface structures are investigated. Digital signal processing algorithms usually include filtering and spectral analysis of input data. The features of the spectral analysis method implementation for processing vibroacoustic monitoring data of a geotechnical system are determined. It is established that a decaying aperiodic signal can be considered as a superposition of multiplications of imaginary periodic signals and shifted single rectangular pulses. In this case, the frequency of the first oscillation mode is inversely proportional tothe double thickness of the studied elements of the geotechnical system. To control the characteristics of pulsed acoustic signals, in contrast to the previously known method, which uses one measurement during the partition interval and manual construction of point fields, it is proposed to use a series of points at each of thetime intervals of signal change and analyze the relationships between the spectrum of the real aperiodic signal and the spectra of its imaginary periodic components. Algorithms for automatic analysis of vibroacoustic response spectrograms and calculating control parameters using the discrete ordinate method are developed. The method is implemented by sequential cyclic processing of the signal from high frequencies to low frequencies, followed by division into time intervals, within each of which the changein the deviation value is taken as the period of the unquenchable oscillatory process.Scientific novelty. The methodology for identifying hidden damage in structural elements of buildings and structures has been further developed, which is distinguished by taking into account the parameters of vibroacoustic control of the destruction consequences and assessing the risks of the structures stability loss.Practical significance.The research results make it possible to improve the method for assessing changes in the structure of the medium as a result of the occurrence of observed and hidden systems of cracks using vibroacoustic monitoring.