Методика опробования

проекта по расчёту гидродинамического шума (ГДШ)

Данная методика предназначена для предварительной оценки погрешности измерения и расчета регламентной характеристики гидродинамического шума. В качестве входных воздействий используются сигналы типа «розовый шум» с различными коэффициентами усиления. Измерения выполняются в SCADA-приложении «ГДШ.exe», расчет выполняется в формируемом по результатам измерений отчете в табличном процессоре Excel.

Для проведения опробования необходимо задать входные сигналы. Формирование сигналов происходит с помощью программы «Формула» из состава ПО ZETLAB. При этом необходимо:

  1. запустить программу «Формула» из вкладки «Сервисные» панели ZETLAB;
  2. в поле «Количество каналов» 7 каналов;
  3. каждому каналу в порядке их следования необходимо:
    • задать в качестве названия номера от 1 до 6, седьмому каналу дать название «Сигнал».
    • задать единицы измерения «Па»
    • задать максимальный уровень «50000»
    • задать минимальный уровень «0.001»
    • задать опору «0.00002»
    • задать частоту представления «25000».
    • задать формулу в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1
Формулы сигналов входных воздействий

В результате программа «Формула» должна иметь вид, как показано на рисунке 1.
Настройка программы «Формула»

Рисунок 1 — Настройка программы «Формула»

Как видно из настроек, в качестве сигналов для опробования выбирается 2 варианта:

  1. Сигналы 1, 2 и 3 – розовый шум в полосе от 20 до 2500 Гц с общим уровнем 126, 120 и 114 дБ соответственно. При таких настройках уровень в третьоктавной полосе будет составлять примерно 113, 107 и 101 дБ соответственно. Для этих трех каналов измерение и расчет ГДШ будет производится без наложения дополнительной помехи.
  2. Сигналы 4, 5 и 6 – розовый шум в полосе от 20 до 2500 Гц с общим уровнем 126, 120 и 114 дБ соответственно. При таких настройках уровень в третьоктавной полосе будет составлять примерно 113, 107 и 101 дБ соответственно. К каждому из сигналов прибавляется некоррелированная помеха в виде розового шума во всей полосе частот c общим уровнем 129 дБ. При таких настройках уровень помехи в каждой третьоктавной полосе будет составлять примерно 113 дБ, т.е. такой же, как и у сигнала 6.

После задания входных воздействий проводится измерение и расчет характеристики ГДШ. Для проведения опробования по первому набору сигналов необходимо:

  • запустить проект по измерению ГДШ.
  • задать в канал «1» для 1-го и 4-го измерительных каналов, «2» для 2-го и 5-го измерительных каналов и «3» для 3-го и 6-го измерительных каналов.
  • нажать кнопку «Старт» и дождаться окончания измерений.
  • по окончании измерений сохранить и сравнить полученные графики с ожидаемыми.

Полученный в результате график регламентной характеристики ГДШ должен иметь значения около 113 дБ в полосе частот от 20 до 2500 Гц (см. рисунок 2). Фактически данная характеристика соответствует автоспектру канала «1», представленному на рисунке 3.
График регламентной характеристики из отчёта

Рисунок 2 — График регламентной характеристики из отчёта

Автоспектр сигнала 1

Рисунок 3 — Автоспектр сигнала «1»

Поскольку уровни сигнала в каждой третьоктавной полосе (от 20 до 2500 Гц) составляют примерно 101, 107 и 113 дБ для сигналов 1, 2 и 3 соответственно, то значения взаимных спектров G12 (G45), G13 (G46) и G23 (G56) будут иметь значения 110 дБ ((L1 + L2) / 2), 107 дБ ((L1 + L3) / 2) и 104 дБ ((L2 + L3) / 2) соответственно, как это показано на рисунках 4 и 5. При подставлении этих значений в формулу по расчету характеристики ГДШ получается 113 дБ.
Результат работы проекта по измерению ГДШ

Рисунок 4 — Результат работы проекта по измерению ГДШ

График измерений взаимных долеоктавных спектров

Рисунок 5 — График измерений взаимных долеоктавных спектров

Для проведения опробования по второму набору сигналов необходимо:

  • задать в канал «4» для 1-го и 4-го измерительных каналов, «5» для 2-го и 5-го измерительных каналов и «6» для 3-го и 6-го измерительных каналов.
  • нажать кнопку «Старт» и дождаться окончания измерений.
  • по окончании измерений сохранить и сравнить полученные графики с ожидаемыми.

Полученный в результате график регламентной характеристики ГДШ должен иметь значения около 115 дБ в полосе частот от 20 до 2500 Гц (см. рисунок 6). Фактически данная характеристика соответствует автоспектру канала «4», представленному на рисунке 7.
График регламентной характеристики из отчёта

Рисунок 6 — График регламентной характеристики из отчёта

На рисунке 6 дополнительно приведены линии, показывающие пределы «разброса» результатов измерений при добавлении помехи. Так как шум является некоррелированным, то графики взаимных долеоктавных спектров будут отличаться друг от друга. С увеличением ширины полосы влияние шума будет становиться меньше. Согласно модели шум сопоставим по уровню с полезным сигналом на 4-м гидрофоне. Поэтому более точная оценка среднего значения регламентной характеристики составляет 115 дБ. Если оценивать погрешность измерений характеристики при наличии помехи, то очевидно, что она максимальна на более низких частотах и не превышает 1,5 дБ.
Автоспектр сигнала «4»

Рисунок 7 — Автоспектр сигнала «4»

В отличие от измерения с первым набором сигналов (без дополнительной помехи) взаимные спектры получаются более «изрезанными» (см. рисунки 8 и 9), и в полосе частот от 25 Гц до 2000 Гц значения G12 (G45), G13 (G46) и G23 (G56) получаются около 114, 113.5 и 112.5 дБ соответственно.
Результат работы проекта по измерению ГДШ

Рисунок 8 — Результат работы проекта по измерению ГДШ

График измерений взаимных долеоктавных спектров

Рисунок 9 — График измерений взаимных долеоктавных спектров

По результатам опробования по двум наборам входных сигналов, очевидно, что погрешность измерения взаимных спектров, а, следовательно, и расчет характеристики ГДШ, значительно увеличивается с присутствием помехи в сигналах. Если с первым набором сигналов (без помехи) разброса при измерениях практически не наблюдается во всех полосе частот, то при добавлении помехи разброс возрастает, причем сильнее это проявляется на низких частотах. Для улучшения ситуации при измерениях со значительной помехой необходимо увеличивать время усреднения, что должно привести к выравниванию характеристики, где влияние помех особенно велико.