Акустический сенсор для оценки состояния производственного оборудования

Важной тенденцией развития промышленности является разработка цифровых моделей промышленных объектов, работа которых основана на информации, поступающей с сенсоров. Это позволяет оптимизировать функциональные возможности, прогнозировать техническое состояние объектов, что особенно важно, например, в области металлургического производства, где вынужденные остановки сопровождаются огромными потерями. Сами сенсоры тоже являются объектами моделирования, так как нуждаются в адаптации к жестким условиям производства, в которых проявляются их собственные недостатки, при этом важную роль имеет корректное введение поправок на условия окружающей среды, диагностика и самодиагностика, которые невозможны без построения различного типа моделей сенсора. Целью работы является разработка универсальной дискретной модели акустического сенсора, пригодной для приема и излучения акустических сигналов. Методы. В работе использованы методы классической механики и математики, теории колебаний, обобщенных функций, распределенных систем, а для обеспечения вычислений использовались методы математического программирования. Результаты. Основным результатом является универсальная дискретная модель сенсора с рабочим элементом в виде круглой пластины, которую выбором параметров можно трансформировать в модель однонаправленного динамического микрофона с плоской мембраной или излучателя с фокусирующим сферическим элементом. Показано, что на основе модели можно синтезировать узконаправленные диаграммы излучения и получить тем самым необходимую пространственную избирательность и помехозащищенность измерений. Заключение. Расчеты, проведенные с использованием предложенной модели, соответствуют известным результатам в акустике. Верификация дискретной модели по натурному образцу показала высокою точность определения резонансных частот и форм колебаний сенсора.