典型測試系統(tǒng)設(shè)計案例(共51張PPT)

1、測試技術(shù) 典型測試系統(tǒng)設(shè)計實例第一頁，共51頁。測試系統(tǒng)的設(shè)計涉及明確測試任務制定測試方案選擇傳感器設(shè)計后續(xù)測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)效能分析第二頁，共51頁。測試對象 1、塔式起重機結(jié)構(gòu)強度測試第三頁，共51頁。測試任務對新設(shè)計的某型號塔式起重機樣機進行強度檢測 測試目的通過測試來驗證理論計算，為產(chǎn)品的進一步改進提供依據(jù)對樣機提出評價意見，作為新產(chǎn)品鑒定的依據(jù)測試參考根據(jù)原始設(shè)計資料，選擇在應力應變最大處粘貼應變片進行測量根據(jù)兩種不同破壞情況，按照JJ30-85塔式起重機結(jié)構(gòu)試驗方法測試靜態(tài)、動態(tài)應力應變 1、塔式起重機結(jié)構(gòu)強度測試強度檢測正、切應力測量 判斷最大應力是否大于許用應力第四頁，共51頁。

2、測試方案 問題最終歸結(jié)于測量最危險截面的靜態(tài)與動態(tài)應力應變 測量方法：應變片+電橋 靜態(tài)測量時由于有多個測點，通常配用預調(diào)平衡箱，利用外加電阻對電橋調(diào)平衡，以便于與應變儀連接 動態(tài)測量由于測點少不需要配用預調(diào)平衡箱，直接調(diào)應變儀即可，使用光線示波器作為動態(tài)應變記錄裝置 1、塔式起重機結(jié)構(gòu)強度測試靜態(tài)應力測試系統(tǒng)框圖 動態(tài)應力測試系統(tǒng)框圖 第五頁，共51頁。測試方案 測點布置：測點位置和測點方向是影響結(jié)構(gòu)強度試驗是否可靠的兩個 重要因素測點方向：找出最大應變方向測點位置：斷面正應力布點：采用角點法，在角點處沿棱線方向布置應變片平面應力布點：一般應用應變花測量主應力 1、塔式起重機結(jié)構(gòu)強度測試 測

3、量型材斷面正應力布點 平面應力測量應變花布點第六頁，共51頁。測試方案 1、塔式起重機結(jié)構(gòu)強度測試測量系統(tǒng)共布置了20個測點 第七頁，共51頁。測試條件 假設(shè)條件：載荷不包括吊鉤重量，載荷誤差應小于1%；各工況皆是處于空鉤離地狀態(tài)時進行儀器調(diào)零；測試數(shù)據(jù)均為吊重引起的應力，不應包括自重和風阻應力環(huán)境條件：測試溫度1025，濕度50%70%，風力1級測試工況：測試中選取了五種不同起重重量、三種變幅幅度、兩種方位角進行組合變化，分別測試各種工況下最大應力Q起重量R幅度吊點到塔機回轉(zhuǎn)中心的距離起重臂與塔身之間的方位角 1、塔式起重機結(jié)構(gòu)強度測試第八頁，共51頁。測試步驟 檢查和調(diào)整試驗樣機粘貼應變片

4、并干燥、密封、檢查絕緣接好應變測試系統(tǒng)，調(diào)試儀器，合理選擇靈敏度，消除不正?，F(xiàn)象取空載狀態(tài)作為初始狀態(tài)，將應變儀調(diào)零按照測試工況，分別測試各種情況下的最大應力1、塔式起重機結(jié)構(gòu)強度測試工況序號R距離Q吊重測試點備注110m29.4kN0120額定載荷210m29.4kN45120額定載荷310m36.75kN0120超載25%410m36.75kN45120超載25%518m17.15kN0120額定載荷618m17.15kN45120額定載荷718m21.4kN0120超載25%818m21.4kN45120超載25%第九頁，共51頁。數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析靜態(tài)：相同試驗條件下多次測量取平均值動

5、態(tài)：用光線示波器記錄下動態(tài)應變曲線單向應力狀態(tài)的應力計算 其中：E為結(jié)構(gòu)材料的彈性模量，均取E=0.2106MPa；為測得的應力和應變 平面應力狀態(tài)應力計算 式中為構(gòu)件材料的泊松比=0.31、塔式起重機結(jié)構(gòu)強度測試第十頁，共51頁。數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析 計算最大應力與設(shè)計比較與國標比較結(jié)論1、塔式起重機結(jié)構(gòu)強度測試第十一頁，共51頁。測試任務：重要性在高速、重載、高溫條件下工作的機器，摩擦、磨損又是其發(fā)生故障的最主要原因潤滑是減少摩擦與磨損的簡便而有效的方法軸承的潤滑狀態(tài)檢測滿足最小油膜厚度處軸承兩表面不直 接接觸任務對摩擦副間微小區(qū)域內(nèi)的油膜厚度進行直接測量監(jiān)測油膜的工作狀態(tài)2、潤滑油膜厚度檢

6、測第十二頁，共51頁。測試方案傳感器選擇電阻法定性測量通過測量油膜的電阻大小來判斷其厚度油膜的電學性能極不穩(wěn)定標定困難，難以定量 放電電壓法根據(jù)電壓與電流的關(guān)系來推算出代表油膜厚度的放電電壓潤滑膜的性質(zhì)和純潔程度對放電電壓的影響難以定量測定電容法當潤滑油的介電常數(shù)已知后，根據(jù)電容值隨油膜的厚度增大而降低的變化關(guān)系測得油膜厚度困難在于油膜間隙形狀不明確 X光透射法金屬能夠吸收X光而不能使X光穿過，而潤滑油卻允許X光穿過光強度與油膜厚度成正比，困難是光束位置精確的調(diào)整2、潤滑油膜厚度檢測第十三頁，共51頁。測試方案光纖檢測法光纖位移傳感器輸入光纖、輸出光纖、反光物體、光敏二極管組成反光物體平面反射

7、鏡：垂直于輸入和輸出光纖而移動，光源發(fā)出的光經(jīng)輸入光纖，在反光面的形成反射錐體輸出光纖光敏二極管耦合原理 耦合到輸出光纖的光通量取決于輸入光纖的像發(fā)出的光錐底面與輸出光纖相重疊部分的面積距離有關(guān)2、潤滑油膜厚度檢測最佳位置距離變小距離變大第十四頁，共51頁。傳感器選擇光源激光光源為氦氖激光燈光電檢測元件光電二極管(PIN管)運算放大器芯片直接輸出電壓，輸出電壓與芯片接受到的光功率成正比后續(xù)測量系統(tǒng)系統(tǒng)分析 解決了其他方法無法消除的電磁干擾、使用壽命短、不耐高溫、不 耐腐蝕等問題,實現(xiàn)了油膜厚度的精密檢測 2、潤滑油膜厚度檢測第十五頁，共51頁。測試對象 3、縫紉機噪聲源測試分析第十六頁，共51

8、頁。測試任務 噪聲測量基礎(chǔ)噪聲物理定義大量頻率和相位各異的聲音復合而成的無序合聲生理感受一種與人體有害的聲音，它已成為主要公害之一聲壓級Lp：衡量聲音的強弱 p：聲壓 p0：基準聲壓噪聲頻率：噪聲主要頻率成分頻譜分析儀進行連續(xù)譜測量測量各個頻率帶寬內(nèi)的聲壓級3、縫紉機噪聲源測試分析第十七頁，共51頁。測試方案測試目的 對某型號縫紉機噪聲進行測試，目的是尋找噪聲源，從而為降低其噪聲水平、提高產(chǎn)品質(zhì)量提供依據(jù)噪聲大小、噪聲源 縫紉機噪聲主要是由結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生 噪聲級測量+振動測量測量內(nèi)容不同轉(zhuǎn)速下的噪聲水平及振動水平（了解噪聲源大?。┩瑫r測量噪聲與各部件的振動（判斷噪聲由那部分振動引起）采取分步運轉(zhuǎn)

9、方法測量各部件的振動（找出振動的主要原因）3、縫紉機噪聲源測試分析第十八頁，共51頁。測量儀器與方法噪聲測量儀器與測量方法聲級計：電容傳聲器、放大器、衰減器、計權(quán)網(wǎng)絡(luò)、檢波電路、指示電表、電源測量條件：必須處于半自由場，一般在半消聲室或開闊空間關(guān)鍵部位：縫紉機主軸、縫紉機針板孔振動測量儀器與測量方法加速度傳感器部位：縫紉機針板上送布牙的右側(cè)、垂直于底板 3、縫紉機噪聲源測試分析聲級計（噪聲計）工作方框圖聲壓級計權(quán)聲壓級（聲級）第十九頁，共51頁。測量結(jié)果及分析幅值分析振動有起伏現(xiàn)象振動隨轉(zhuǎn)速升高呈增大趨勢3、縫紉機噪聲源測試分析縫紉機在不同轉(zhuǎn)速下的振動位移縫紉機在不同轉(zhuǎn)速下的噪聲級第二十頁，共

10、51頁。測量結(jié)果及分析頻譜分析振動表現(xiàn)出明顯的諧波特性，峰值主要出現(xiàn)在主軸回轉(zhuǎn)頻率73.3Hz及二倍頻上（146.5Hz）工頻及二倍工頻振動實際上就是由縫紉機運動部件的動不平衡引起 設(shè)法改進運動部件的動平衡是減小振動噪聲的關(guān)鍵3、縫紉機噪聲源測試分析73.3Hz146.5Hz振動加速度信號幅值譜聲壓級信號幅值譜146.5Hz517.6Hz第二十一頁，共51頁。測量結(jié)果及分析相干分析不同頻率下振動與噪聲的相關(guān)程度 分析結(jié)果 噪聲與針板的振動有很大的相關(guān)程度。針板機殼底板鑲嵌，降噪也應從抑制機殼表面振動入手 分步運轉(zhuǎn)試驗找出哪一個部件是主要激勵源分析結(jié)果：針刺挑線機構(gòu)是縫紉機運轉(zhuǎn)時最主要的激勵源，

11、應對該機構(gòu)進行動平衡 3、縫紉機噪聲源測試分析聲振相干函數(shù)圖（4500rpm） 第二十二頁，共51頁。測試對象重大設(shè)備 流程工業(yè)的核心發(fā)電機壓縮機風機4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)第二十三頁，共51頁。測試對象重大設(shè)備 事故造成損失慘重直接經(jīng)濟損失至少在幾十萬元以上 秦嶺200MW 5號汽輪發(fā)電機組特大事故（1988）軸系的7處對輪螺栓、軸體5處發(fā)生斷裂，共斷為13斷，主機基本毀壞由油膜失穩(wěn)開始的，突發(fā)性、綜合性強烈振動造成的軸系嚴重破壞 沒有監(jiān)測數(shù)據(jù)整個機組解體，損失慘重發(fā)電機烏石化熱電廠3號汽輪發(fā)電機組特大事故（1999）汽輪機超速飛車至4500rpm 發(fā)電機及機組油系統(tǒng)著火設(shè)備直接經(jīng)

12、濟損失1916萬元 4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)第二十四頁，共51頁。測試對象重大設(shè)備 維修成本高計劃維修 設(shè)備不分狀態(tài)好壞，一律執(zhí)行計劃預修，對設(shè)備大面積拆裝使有些還可以使用的零部件被提前更換有些部件在拆卸過程中被損壞原來磨合得很好的部件又被重新裝配狀態(tài)維修 以設(shè)備狀態(tài)作為維修的出發(fā)點，有針對性的糾正設(shè)備非正常狀態(tài) 各個部件的使用壽命及運行狀態(tài) 依靠對設(shè)備進行測試、檢查和診斷來掌握其運行狀態(tài) 4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)第二十五頁，共51頁。設(shè)備直接經(jīng)濟損失1916萬元Datasocket技術(shù)渦流傳感器BentlySTWB系列溫度變送器 STP壓力變送器 MHM-04B信號調(diào)理由

13、油膜失穩(wěn)開始的，突發(fā)性、綜合性強烈振動造成的軸系嚴重破壞第三十四頁，共51頁。INTEGER NOT NULL4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)反光物體平面反射鏡：垂直于輸入和輸出光纖而移動，光源發(fā)出的光經(jīng)輸入光纖，在反光面的形成反射錐體輸出光纖光敏二極管系統(tǒng)、機組、設(shè)備6、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)油膜的電學性能極不穩(wěn)定標定困難，難以定量Associated rpm (Hz)基于網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測診斷軟件平臺動態(tài)：用光線示波器記錄下動態(tài)應變曲線配置組態(tài)、維護（采集參數(shù)、模型參數(shù)、門限參數(shù)、決策參數(shù)、數(shù)據(jù)庫參數(shù)）基于網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測診斷軟件平臺Associated rpm (Hz)CPCI在線監(jiān)測單元耦

14、合到輸出光纖的光通量取決于輸入光纖的像發(fā)出的光錐底面與輸出光纖相重疊部分的面積距離有關(guān)設(shè)計目的保障設(shè)備的長周期安全、高效運行 及時、準確地反映設(shè)備的運行狀態(tài)、捕捉設(shè)備的運行隱患、確診設(shè)備的故障類型與部位，以消除災難故障，避免嚴重故障，減少一般故障預測設(shè)備狀態(tài)的未來發(fā)展變化趨勢、指導機組預知維修建立完整的設(shè)備運行狀態(tài)信息，支持機組的更新?lián)Q代測試內(nèi)容信號檢測及調(diào)理實時采集機組關(guān)鍵參數(shù)：振動、轉(zhuǎn)速、工藝特征提取、進行機組狀態(tài)監(jiān)測提供分析診斷的各種工具評估機組運行的性能狀態(tài)機組數(shù)據(jù)存儲6、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)第二十六頁，共51頁。測試方案 監(jiān)測診斷發(fā)展趨勢網(wǎng)絡(luò)化： 遠程、分布式監(jiān)測；異地托管

15、專業(yè)化：產(chǎn)品廠家參與、專業(yè)機構(gòu)參與標準化：信息標準化、分析模塊標準化方案利用信息網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)信息采集、存儲、傳輸、分析和共享等傳感器信號處理測量、分析、傳輸指標振動：快變信號，0150m5、帶寬010kHz轉(zhuǎn)速：脈沖信號，012000rpm工藝：慢變信號，05V0.54、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)第二十七頁，共51頁。測試方案 6、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的CPCI設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測單元網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫基于網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測診斷軟件平臺第二十八頁，共51頁。傳感器選擇 振動轉(zhuǎn)子振動：非接觸式、振動 渦流傳感器Bently 激光傳感器米依機殼振動：接觸式、速度/加速度轉(zhuǎn)速：非接觸式：渦流式

16、、光電式推薦傳感器振動、轉(zhuǎn)速渦流傳感器精度、成本適中非接觸測試、可靠穩(wěn)定安裝容易機殼振動加速度傳感器使用方便安裝容易4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)靈敏度：100mV/g 量程：50g 頻率范圍：0.5-8000Hz（10%) 安裝諧振點:30kHz 分辨率：0.0002g 重量：8gm 線性：1% 輸出偏壓：8-12VDC 恒定電流：2-20mA輸出阻抗：150 激勵電壓：18-30VDC探頭直徑（mm） 8量程（mm） 2 靈敏度（v/mm） 8頻率響應（KHz） 05 溫漂（/ FS） 0.1 線性度誤差（FS） 2.0 第二十九頁，共51頁。傳感器選擇 工藝溫度：熱電偶/熱電阻壓力：

17、應變式推薦傳感器輸出標準信號 05V、420mA輸出阻抗 200 4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)STWB系列溫度變送器 STP壓力變送器 MHM-04B信號調(diào)理 第三十頁，共51頁。測試部位推薦測點位置振動每個支承面選擇2個徑向振動測點每段轉(zhuǎn)子選擇1個軸向位移點徑向振動傳感器互為90布置被測表面材質(zhì)均勻4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)第三十一頁，共51頁。測試部位推薦測點位置加速度機殼四角選擇測點 （靠近支承面）垂直安裝、鋼柱螺栓連接轉(zhuǎn)速/鑒相鑒相槽 槽深1mm、寬取l決于轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子直徑、探頭直徑 4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)可選測點第三十二頁，共51頁。CPCI在線監(jiān)測單元 基本

18、任務機組信號調(diào)理機組完整的狀態(tài)信息（振動量、工藝量和轉(zhuǎn)速）采集獲取數(shù)據(jù)的網(wǎng)上發(fā)布事件（升降速過程、報警運行）觸發(fā)的數(shù)據(jù)存入企業(yè)數(shù)據(jù)庫基本組成4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)型號：CPCI-6840V尺寸：標準6U面板2個槽位處理器：Pentium III/1.6GHz主存貯器：512MB內(nèi)置硬盤：40GB內(nèi)置接口：2個LAN、4個USB操作系統(tǒng)：Windows XP第三十三頁，共51頁。CPCI在線監(jiān)測單元 基于DSP的采集處理模塊信號調(diào)理并行采集實時處理專用DSP芯片：TMS320C6711擴展存儲器：64MB數(shù)據(jù)緩存FIFO嵌入式系統(tǒng)：微型實時內(nèi)核DSP/BIOS多任務、多進程4、旋轉(zhuǎn)機

19、械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)第三十四頁，共51頁。CPCI在線監(jiān)測單元 監(jiān)測軟件軟件環(huán)境Windows2000MS SQL三層結(jié)構(gòu)自適應采集模塊設(shè)備數(shù)據(jù)管理模塊網(wǎng)上組態(tài)和維護多自主數(shù)據(jù)庫DSP數(shù)據(jù)庫CPCI數(shù)據(jù)庫企業(yè)數(shù)據(jù)庫多種傳輸數(shù)據(jù)發(fā)布存庫4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)第三十五頁，共51頁。數(shù)據(jù)庫設(shè)計存儲和共享MIMOSA規(guī)范企業(yè)庫樹狀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫定義 企業(yè)及數(shù)據(jù)庫定位節(jié)點結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)、機組、設(shè)備測點結(jié)構(gòu) 測量位置、類型、傳感器等參數(shù)測點監(jiān)測 報警門限、測量事件、測量數(shù)據(jù)監(jiān)測單元 基本信息、模塊配置、關(guān)聯(lián)信息4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)第三十六頁，共51頁。數(shù)據(jù)庫設(shè)計時域波形數(shù)據(jù)表Colu

20、mnDescriptionSize/Typemeas_loc_siteMeasurement location idINTEGER NOT NULLmeas_loc_idINTEGER NOT NULLgmtTime of measurement (GMT)CHAR(29) NOT NULLec_db_siteEng. change type codeINTEGER NOT NULLec_db_idINTEGER NOT NULLec_type_codeINTEGER NOT NULLsample_rateSampling rate (Hz)DOUBLE NOT NULLmin_frequen

21、cyFrequency band minimum (Hz)DOUBLEmax_frequencyFrequency band maximum (Hz)DOUBLEnumber_of_samplesNumber of samplesDOUBLE NOT NULLassoc_rpm_in_hzAssociated rpm (Hz)DOUBLEnameFull descriptionVARCHAR(254)waveform_dataWaveform dataLONG BINARYgmt_last_updatedLast updatedDATETIME NOT NULLrstat_type_codeR

22、ow status type codeSMALLINT NOT NULL4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)第三十七頁，共51頁。數(shù)據(jù)包設(shè)計數(shù)據(jù)包：構(gòu)成監(jiān)測數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)信息包信息全面結(jié)構(gòu)緊湊標識+應用+數(shù)據(jù)控制信息包系統(tǒng)建立在控制信息包初始化（單元/模塊）配置組態(tài)、維護（采集參數(shù)、模型參數(shù)、門限參數(shù)、決策參數(shù)、數(shù)據(jù)庫參數(shù)）4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)第三十八頁，共51頁。數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)信息包設(shè)計：標識信息 站點代碼、節(jié)點代碼、信息類型、事件類型、監(jiān)測標記、信息包總數(shù)、信息包編號 應用信息 采集時間、關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)速、各類測點的樣本個數(shù)、采樣長度、采樣頻率測量數(shù)據(jù) 鑒相、振動、速度、工藝依次排列的實際

23、數(shù)據(jù) 第三十九頁，共51頁。第四十頁，共51頁。數(shù)據(jù)發(fā)布Datasocket技術(shù)實時、連續(xù)發(fā)布遠程系統(tǒng)使用URL來授權(quán)讀取4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)第四十一頁，共51頁。CPCI監(jiān)測單元設(shè)備監(jiān)測診斷系統(tǒng)監(jiān)測診斷平臺開發(fā)平臺 LabVIEW圖形化編程工具監(jiān)測數(shù)據(jù)接收 DataSocket數(shù)據(jù)庫訪問 ADO（ActiveX數(shù)據(jù)對象）功能 獲取數(shù)據(jù) 監(jiān)測分析診斷4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)第四十二頁，共51頁。監(jiān)測診斷平臺遠程監(jiān)測獲取一組監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)布數(shù)據(jù)庫監(jiān)測分析診斷分析4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)第四十三頁，共51頁。監(jiān)測診斷平臺遠程監(jiān)測 機組狀態(tài)總覽圖4、旋轉(zhuǎn)機械故障監(jiān)測診斷網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)總介面趨勢分析圖時間轉(zhuǎn)速圖波德圖第四十四頁，