2022醫(yī)學(xué)課件沖擊脈沖和振動(dòng)的區(qū)別(2013年10月)

1、 bmainstrument Copyright BMA Advanced Instrument Ltd.振動(dòng)和沖擊脈沖的區(qū)別第一頁(yè)，共二十一頁(yè)。振動(dòng)和沖擊脈沖的區(qū)別一、振動(dòng)和脈沖的概念：1、振動(dòng)的概念 機(jī)械或結(jié)構(gòu)在平衡位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng); 廣義地說(shuō)，任何物理量交替增減變化的現(xiàn)象都叫做振動(dòng)。2、脈沖的概念 脈搏的跳動(dòng)產(chǎn)生的沖擊波。脈沖的定義其實(shí)是這樣的: 電壓或電流的波形象心電圖上的脈搏跳動(dòng)的波形。 第二頁(yè)，共二十一頁(yè)。二、振動(dòng)和脈沖的區(qū)別1、振動(dòng)和脈沖產(chǎn)生的原因不同？1沖擊脈沖信號(hào)的產(chǎn)生 沖擊脈沖是在剛性材料中傳播的一種彈性波，是剛性物體之間如鋼相互碰撞的結(jié)果。由于碰撞的原因，沖擊點(diǎn)處的材料

2、分子受到加速度作用，并通過(guò)靠近沖擊點(diǎn)的材料分子傳遞至周圍的分子中，直到形成一個(gè)特性波我們稱為前導(dǎo)波。 第三頁(yè)，共二十一頁(yè)。假設(shè)碰撞點(diǎn)上的材料足夠堅(jiān)硬且碰撞發(fā)生在極短的時(shí)間段內(nèi)，那么會(huì)生成非常強(qiáng)烈的前導(dǎo)波，且該波在材料中以聲速傳播。如圖1所示。前導(dǎo)波在鋼中的傳播速度通常為5000m/s，持續(xù)的時(shí)間一般為幾微秒到幾十微秒。 圖1：彈性波前的產(chǎn)生為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)碰撞的結(jié)果 前導(dǎo)波第四頁(yè)，共二十一頁(yè)。2、 振動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生振動(dòng)是物體受到外力的作用，在外力作用下做功，并將能量進(jìn)行傳遞一種形式，它是一種受到外力作用后的一種效果表達(dá)。假設(shè)不考慮阻尼的作用，物體必將持續(xù)運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)實(shí)生活中，阻尼必然存在，所以，物體的振動(dòng)必

3、將受到持續(xù)外力的鼓勵(lì)才能持續(xù)的振動(dòng)。阻尼的大小決定振動(dòng)的類型和大小。第五頁(yè)，共二十一頁(yè)。3、振動(dòng)和脈沖產(chǎn)生的先后順序和關(guān)系小鋼球撞擊鐵棒的試驗(yàn)撞擊首先產(chǎn)生脈沖信號(hào)-紅色局部鐵棒接收到?jīng)_擊后轉(zhuǎn)換成運(yùn)動(dòng)形式-振動(dòng)由于持續(xù)的鼓勵(lì)，振動(dòng)和脈沖信號(hào)疊加在一起第六頁(yè)，共二十一頁(yè)。沖擊脈沖只傳播于堅(jiān)硬材料如鋼中，具有非常急劇的上升和下降時(shí)間的彈性波，在整體材料中的傳播速度為音速一般為5000m/s。沖擊脈沖生成于相碰撞的兩個(gè)物體的接觸點(diǎn)，如滾動(dòng)體撞擊滾道上剝落處的鋒利邊緣，持續(xù)的時(shí)間一般為幾微秒到幾十微秒。沖擊脈沖的頻率組成范圍非常寬，包含很多高頻能量；由于上面的原因，我們通過(guò)振動(dòng)來(lái)分析沖擊信號(hào)，根本沒有可

4、能，分析的信號(hào)僅僅是振動(dòng)的信號(hào)，因?yàn)檎駝?dòng)傳感器的響應(yīng)范圍一般在10KHz左右，高頻信號(hào)喪失；如設(shè)備不平衡所產(chǎn)生的機(jī)械波，并不屬于沖擊脈沖，不含有高頻能量，是典型的振動(dòng)波；沖擊脈沖的幅值與沖擊瞬間的相對(duì)速度成正比。 第七頁(yè)，共二十一頁(yè)。三、脈沖信號(hào)的捕捉方式問(wèn)題一： 前面我們說(shuō)到，脈沖信號(hào)持續(xù)時(shí)間很短，持續(xù)的時(shí)間一般為幾微秒到幾十微秒，這么短的時(shí)間必然帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題-如何保證前后沖擊信號(hào)這間不互相疊加和干擾？為了解釋這個(gè)問(wèn)題，我們來(lái)做一個(gè)試驗(yàn)：我們用一支鋼筆敲擊杯子,會(huì)產(chǎn)生嗡嗡的聲音;連續(xù)敲擊就產(chǎn)生疊加的聲音信號(hào)如果我們敲擊1次,馬上用手抓住杯子,聲音就馬上消失第八頁(yè)，共二十一頁(yè)。通過(guò)這個(gè)試驗(yàn),我

5、們知道防止前后沖擊信號(hào)的干擾,必須在硬件上做處理.這也是為什么脈沖和振動(dòng)傳感器不能互換的原因之一。振動(dòng)傳感器既用來(lái)采集振動(dòng)信號(hào)又采集脈沖信號(hào)是不可能的。第九頁(yè)，共二十一頁(yè)。問(wèn)題二脈沖是一個(gè)高頻的信號(hào)，高頻信號(hào)一般能量很低，如何捕捉到這樣的信號(hào)？第十頁(yè)，共二十一頁(yè)。脈沖傳感器工作頻率設(shè)定在32KHz共振峰處，不同于振動(dòng)傳感器設(shè)在振動(dòng)傳感器靈敏度曲線直線段局部，一般頻率范圍在1-10KHz。沖擊脈沖利用共振效應(yīng)來(lái)取信號(hào)，這樣可以將信號(hào)放大5-7倍，確保可以抓到可靠信號(hào)。前提是共振，如何保證脈沖傳感器能在32KHz發(fā)生共振至關(guān)重要。第十一頁(yè)，共二十一頁(yè)。時(shí)域中上升和下降持續(xù)時(shí)間短的強(qiáng)烈脈沖頻域中包含

6、很寬高能量的頻率成分能量頻率時(shí)間幅值傅里葉變換前面我們講過(guò)，脈沖信號(hào)持續(xù)時(shí)間很短，在時(shí)域中相當(dāng)于一根線。如上左圖所示。對(duì)這樣的信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，根據(jù)數(shù)學(xué)上的斯托克斯定律，就能看到如上右圖所示的頻譜，在這個(gè)頻譜圖中包含幾乎所有的頻率成分，當(dāng)然也包含32KHz頻率成分，必然激起沖擊脈沖傳感器發(fā)生共振。第十二頁(yè)，共二十一頁(yè)。時(shí)域中上升和下降持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的輕微脈沖頻域中包含較少高頻能量的頻率成分幅值 能量 時(shí)間 頻率 傅里葉變換輕微脈沖，進(jìn)行傅里葉變換后，頻域中不含高頻率能量成分，也就不可能激起傳感器共振，也就抓不到放大的信號(hào)。第十三頁(yè)，共二十一頁(yè)。問(wèn)題三反過(guò)來(lái)，脈沖傳感器可以用來(lái)做振動(dòng)分析嗎？答案

7、是否認(rèn)的，為了說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，我們看一下脈沖信號(hào)的處理過(guò)程：第十四頁(yè)，共二十一頁(yè)。信號(hào)進(jìn)行1次帶通濾波，過(guò)濾掉低頻的信號(hào)0半波整流0包絡(luò)處理0共振捕捉的信號(hào)由于信號(hào)中的低頻率信號(hào)被過(guò)濾，所以如設(shè)備不平衡、不對(duì)中信號(hào)、松動(dòng)等信號(hào)被徹底拿掉了，所以脈沖信號(hào)不能分析普通振動(dòng)的問(wèn)題。第十五頁(yè)，共二十一頁(yè)。問(wèn)題四沖擊脈沖信號(hào)能做什么分析？ 我們通過(guò)對(duì)軸承滾動(dòng)體和滾道間相互作用的研究，我們發(fā)現(xiàn)即使在狀況非常良好的軸承中，每秒內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生上百次的沖擊脈沖，這些沖擊脈沖正是源自所有滾動(dòng)軸承中極小的微米級(jí)的碰撞。 在健康、潤(rùn)滑良好的軸承中，只有粗糙外表中最高的凸起會(huì)產(chǎn)生接觸貫穿油膜，所以會(huì)產(chǎn)生相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低幅的沖擊

8、脈沖；而在潤(rùn)滑較差的軸承中，重復(fù)率和幅值都會(huì)增高。我們還發(fā)現(xiàn)滾道或滾動(dòng)體有損壞的軸承會(huì)產(chǎn)生很高幅值的沖擊脈沖，其重復(fù)率取決于軸承的幾何參數(shù)和軸的轉(zhuǎn)速。沖撞所產(chǎn)生的沖擊脈沖的力量和碰撞物體間的相對(duì)速度有關(guān)。以滾動(dòng)軸承為例，生成的沖擊脈沖的幅值和滾動(dòng)體的速度成正比。 第十六頁(yè)，共二十一頁(yè)。 通過(guò)40多年大量的實(shí)踐證明，沖擊脈沖來(lái)診斷滾動(dòng)軸承故障具有振動(dòng)無(wú)法比較的優(yōu)勢(shì)。1比振動(dòng)提前預(yù)知滾動(dòng)軸承的故障，因?yàn)闆_擊脈沖共振放大的作用；2能診斷滾動(dòng)軸承的故障，而且可以診斷潤(rùn)滑的狀況；見動(dòng)畫。3診斷齒輪箱滾動(dòng)軸承故障更清晰。因?yàn)辇X輪箱上齒輪的嚙合振動(dòng)信號(hào)很強(qiáng)，常常把滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)淹沒掉。沖擊脈沖把齒輪的嚙

9、合信號(hào)過(guò)濾掉，只保存滾動(dòng)軸承的信號(hào)，分析起來(lái)更容易。第十七頁(yè)，共二十一頁(yè)。問(wèn)題五為什么設(shè)定沖擊脈沖傳感器共振頻率為32KHz？沖擊脈沖傳感器包含黃銅棒和帶通濾波器的設(shè)計(jì)，確保每個(gè)傳感器都在32KHz發(fā)生共振。由于沖擊脈沖包含很寬范圍的頻率信號(hào)，其中必然含有觸發(fā)傳感器振動(dòng)的32KHz頻率成分，這樣沖擊脈沖傳感器在接觸沖擊脈沖時(shí)由于共振放大的作用，使得傳感器反響很明顯。第十八頁(yè)，共二十一頁(yè)。所有沖擊脈沖傳感器都經(jīng)過(guò)一致校準(zhǔn)，在接觸沖擊脈沖時(shí)，能具有完全同等的性能，即幅值和衰減時(shí)間都是一致的，且所有傳感器幾乎完全相同。這也振動(dòng)傳感器做不到的主要原因，我們都知道每個(gè)振動(dòng)傳感器都有自己的靈敏度，需要單獨(dú)

10、設(shè)置。與使用標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)傳感器的振動(dòng)包絡(luò)技術(shù)比較，由于其技術(shù)是基于設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)共振頻率，不同設(shè)備結(jié)構(gòu)共振頻率差異很大，所以當(dāng)振動(dòng)傳感器接觸沖擊脈沖時(shí)，其性能表現(xiàn)特征非常不明顯。32KHz的共振頻率是個(gè)最佳答案的折中方法，因?yàn)槠浯笥谟刹黄胶?、不?duì)中和齒輪嚙合所產(chǎn)生的干擾性低頻信號(hào)的頻率，又也低于設(shè)備所產(chǎn)生的超聲段頻率信號(hào)。這是我們?cè)O(shè)置32KHz的主要原因。第十九頁(yè)，共二十一頁(yè)。 Copyright BMA Advanced Instrument Ltd.At your service . . . bmainstrument 第二十頁(yè)，共二十一頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)bmainstrument。由于碰撞的原因，沖擊點(diǎn)處的材料分子受到加速度作用，并通過(guò)靠