Υπολογισμός ταχύτητας περιστροφής μηχανών οχημάτων από μετρήσεις κραδασμών

Abstract

Η μέτρηση της ταχύτητας περιστροφής δεν είναι πάντα εφικτή, είτε λόγω των δύσκολων συνθηκών περιβάλλοντος, είτε λόγω αδυναμίας πρόσβασης στον άξονα. Στην περίπτωση αυτή, η στιγμιαία ταχύτητα περιστροφής μπορεί να εκτιμηθεί έμμεσα από μετρήσεις κραδασμών. Για το λόγο αυτό, έχουν αναπτυχθεί πολλές μέθοδοι για τη στιγμιαία συχνοτική (instantaneous frequency (IF)) εκτίμηση. Στην παρούσα εργασία γίνεται προσπάθεια να εκτιμηθεί η στιγμιαία συχνότητα του στροφαλοφόρου άξονα ενός μονοκύλινδρου μ.ε.κ. κινητήρα σε διάφορες περιπτώσεις λειτουργίας. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται κατάλληλη διάταξη για την καταγραφή του μετρούμενου σήματος και την αποθήκευσή του. Στη συνέχεια αναλύεται το σήμα με διάφορους τρόπους και συγκρίνονται τα αποτελέσματα ώστε να παραχθούν συμπεράσματα χρησιμότητας των μεθόδων στην επίλυση του προβλήματος. Οι μέθοδοι που έχουν επιλεγεί είναι ο μετασχηματισμός Hilbert, ο σύντομου χρόνου μετασχηματισμός Fourier (STFT), η μέθοδος Bayesian και η παραμετρική μέθοδος HARD (αρμονική αποδιαμόρφωση σήματος). Λαμβάνεται επίσης σήμα μέτρησης από επαγωγικό αισθητήριο ώστε να χρησιμοποιείται ως αναφορά και για τις τέσσερις μεθόδους. Επίσης χρησιμοποιείται η μέθοδος Εντοπισμού Τάξης (Order Tracking) για ανάλυση των φασμάτων των μετρούμενων σημάτων.

The measurement of the speed is not always feasible, either due to the difficult environmental conditions, either due to inability to access the shaft. In this case, the instantaneous speed can be estimated indirectly from measurements of vibration. For this reason, many methods have been developed for the instantaneous frequency (IF) estimation. In the present study there were made attempts to estimate the instantaneous frequency of a single cylinder crankshaft internal combustion engine operating on various occasions. For this purpose we recorded the measured signal and stored it. Then the signal is analyzed in various ways and compared the results to conclude if the findings were useful to solve the problem. The methods chosen is the Hilbert transformation, the short term Fourier Transformation (STFT), the Bayesian method and harmonic signal demodulation method (HARD). Signal measurement is also taken by inductive transducer and is used as a reference for all four methods. Also we used the Order Tracking method for analysis of spectra of measured signals.