ПОСЛАБЛЕННЯ ЕНЕРГІЇ ВИМІРЮВАЛЬНИХ СИГНАЛІВ ЗУМОВЛЕНИХ ВІДХИЛЕННЯМИ ВІД ГОРИЗОНТАЛІ ПЕРЕТВОРЮВАЧА ГЕФООНОГО ТИПУ

Анотація

У статті розглянуто особливості формування вимірювальних сигналів у геофонних перетворювачах та вплив відхилення сенсора від горизонталі на їх енергетичні характеристики. Актуальність роботи зумовлена широким згаданих перетворювачів у системах моніторингу низькочастотних вібрацій, де точність визначення параметрів сигналу значно залежить від правильності монтажу датчика. Дослідження проведені на основі сенсора SM-24, описано його механічні та електричні параметрами. Проведено експерименти які передбачали реєстрацію та запис сигналів і шумів при різних кутах нахилу геофона.

На першому етапі опрацювання експериментальних сигналів проведено їх центрування та масштабування, вилучення постійної складової та переведення цифрових відліків у фізичні величини. Наведені статистичні характеристики сигналів - середнє, мода, медіана, дисперсія та СКВ, що дозволило встановити наявність тенденції до зростання нестабільності сигналу зі збільшенням кута нахилу. Це вказує на те, що положення сенсора суттєво впливає на якість вимірювання. Крім того за результатами дослідження показано, що при кутах 0 - 30° енергетичні характеристики залишаються відносно стабільними, однак у діапазоні 60–90° енергія сигналів різко зростає, що пов'язано зі зміною ефективної жорсткості та поведінки пружинно-маятникової системи самого сенсора. Для аналітичного опису залежності енергії від кута нахилу застосовано лінійну, експонентну та поліномні регресійні моделі. Порівняння точності моделей показало, що найкращу адекватність демонструє поліномна регресія третього порядку, яка характеризується найкращим значеннями коефіцієнта детермінації R² як для сигналів, так і для шумів. Також проаналізовано відношення Es/En - критерій, що характеризує можливість виділення сигналу на фоні шумів. Незважаючи на нелінійний характер зміни цього параметра, встановлено, що для всіх кутів нахилу енергія сигналу суттєво перевищує енергію шумів, що забезпечує можливість надійного виділення корисної інформації. Отже, хоч геофон ний перетворювач зберігає здатність реєструвати корисний сигнал навіть при значних нахилах, оптимальна робота сенсора досягається за умов близьких до вертикального положення. Отримані результати мають практичне значення для розробки систем моніторингу, оскільки дозволяють моделювати вплив положення сенсора на точність вимірювань та оптимізувати процес інсталяції таких перетворювачів.