壓力加速度傳感器安裝

1、2基于振動(dòng)信號(hào)的故障診斷技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀機(jī)械振動(dòng)信號(hào)是一個(gè)豐富的信息載體，包含著大量的設(shè)備狀態(tài)信息，同時(shí)監(jiān) 測(cè)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的最大優(yōu)點(diǎn)是只取振動(dòng)信號(hào)，不涉及電氣測(cè)量。傳感器安裝于外 部，對(duì)高壓斷路器正常運(yùn)行無任何影響。斷路器本體基座及操作箱上的振動(dòng)信號(hào) 是內(nèi)部多種激勵(lì)現(xiàn)象的響應(yīng)，這些激勵(lì)包括機(jī)械操作、電動(dòng)力或靜電力的作用、 局部放電等。通過適當(dāng)?shù)臋z測(cè)手段和信號(hào)處理方法有可能找到某些特定現(xiàn)象的狀 態(tài)信息。利用操作過程中的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)對(duì)高壓斷路器進(jìn)行機(jī)械故障診斷具有良 好的應(yīng)用前景，國(guó)內(nèi)外近年己經(jīng)做了較多的研究工作。2. 1振動(dòng)信號(hào)的采集近年來各類便攜式數(shù)據(jù)采集器作為磁帶記錄儀的替代產(chǎn)品已越來越多地

2、應(yīng) 用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)信號(hào)的采集，它們特別適合于測(cè)點(diǎn)分散、檢測(cè)量大而又不需作 連續(xù)在線監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的這類產(chǎn)品有：美國(guó)IRD-890、丹麥 B&K2515、英國(guó)DI公司的PL302及國(guó)內(nèi)的如北京振通檢測(cè)技術(shù)研究所推出的902、 903等。這些產(chǎn)品體積小、功能強(qiáng)、可靠性高，一般均帶有與計(jì)算機(jī)通訊的接口， 可以通過配置相應(yīng)的軟件將現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)采集與分析室的數(shù)據(jù)處理、管理結(jié)臺(tái)在一 起形成一套完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。但由于上述的數(shù)據(jù)采集器一般都以單片機(jī)為核心結(jié) 構(gòu)，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、數(shù)據(jù)處理功能及編程能力等方面局限較大。近年來，隨著筆記本型通用微機(jī)的普及以及價(jià)格的不斷降低，這就給現(xiàn)場(chǎng)數(shù) 據(jù)采集與處理

3、工作提供了一種新的選擇，即以筆記本機(jī)為核心配備一定的外圍裝 置而構(gòu)成的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其外部資源豐富系統(tǒng)組成靈活、存儲(chǔ)容量大、 支持軟件多、軟件更新快等特點(diǎn)使之受到許多用戶的青睬。然而目前許多基于筆 記本機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要配置價(jià)格昂貴的專用擴(kuò)展箱，由于不同廠家的筆記本 機(jī)的總線擴(kuò)展槽標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，有的甚至不能配擴(kuò)展箱，這使得此類系統(tǒng)在價(jià)格及 通用性方面受到限制。綜觀各種類型的筆記本機(jī)，由于打印機(jī)井口是其通用資源， 通過它來完成數(shù)據(jù)采集工作，將能大大降低系統(tǒng)的成本，提高系統(tǒng)的通用性。2.2振動(dòng)信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展以前常用傳統(tǒng)的模式識(shí)別技術(shù)，在時(shí)域或頻域里通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)的特征提 取，借助于一些識(shí)

4、別準(zhǔn)則，獲得對(duì)斷路器狀態(tài)的正確識(shí)別，這些方法在一些具體 診斷事例中效果良好。傅里葉(Fourier)變換的出現(xiàn)，為信號(hào)處理提供了強(qiáng)有力的手段，但是經(jīng)典 的傅里葉分析只適用于確定性的平穩(wěn)信號(hào)，對(duì)于那些突變信號(hào)或非平穩(wěn)信號(hào)就難 以得到所希望的結(jié)果；同時(shí)，它分析的基礎(chǔ)是依賴于整個(gè)信號(hào)?？焖俑道锶~變換 (FFT )隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，成為信號(hào)處理中的一個(gè)里程碑。它是1965年由庫(kù) 利一圖基(CoolyTukey)提出來的，是適用于計(jì)算機(jī)求傅里葉變換的算法。基于 FFT的譜估計(jì)早已成為模式識(shí)別中常用的方法，快速傅里葉變換技術(shù)可以把時(shí)域 信號(hào)變換到頻域里去，給頻域信息的識(shí)別提供了有力手段。隨著科學(xué)技術(shù)的

5、發(fā)展，人們對(duì)故障診斷的準(zhǔn)確性要求也隨之提高，小波 (Wavelet)理論是八十年代發(fā)展起來的一種新的數(shù)學(xué)方法，它與傳統(tǒng)的傅里葉理 論有著密切的關(guān)系。法國(guó)科學(xué)家J. Morlet在1980年首先提出小波變換并用于地 震數(shù)據(jù)分析。隨后與另一位法國(guó)科學(xué)家A. Grossman共同提出了連續(xù)小波變換的 幾何體系，其基礎(chǔ)是仿射群(即平移和伸縮下)的不變性，這使我們能夠?qū)⒁粋€(gè)信 號(hào)分解成對(duì)空間和尺度(即時(shí)間與頻率)的獨(dú)立貢獻(xiàn)，同時(shí)又保留原信號(hào)所包含的 信息。小波分析相當(dāng)于一個(gè)數(shù)學(xué)顯微鏡，具有放大、縮小和平移等功能，通過檢 查不同倍數(shù)下的變化規(guī)律來研究信號(hào)的動(dòng)態(tài)特性，S. Mallat于1989年首次提出

6、多分辨分析并應(yīng)用于小波分析中。多分辨分析統(tǒng)一了在此之前提出的各種具體的 小波構(gòu)造方法，給出了構(gòu)造正交小波的一般方法和快速小波塔式方法。國(guó)內(nèi)外近年來小波分析在機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用研究發(fā)展十分迅速，如英國(guó) Demontfort大學(xué)Wang. W. J和牛津大學(xué)Mcfadden. P. D應(yīng)用小波分析對(duì)齒輪箱的 振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析來識(shí)別其故障；Wang. W. J和Mcfadden. P. D還研究了應(yīng)用正 交小波和諧波小波對(duì)齒輪早期故障的診斷；Lin. S. T和Mcfadden. P. D將B樣條 小波用于齒輪的振動(dòng)分析；Kimble. K. R. Tibbals. T. F應(yīng)用小波分析對(duì)瞬態(tài) 信

7、號(hào)進(jìn)行了分析研究并和傅里葉變換進(jìn)行了對(duì)比；國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、華中理工大學(xué)、 西安交通大學(xué)等一些學(xué)者也開展了小波分析在機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用研究。國(guó)內(nèi)目前對(duì)振動(dòng)信號(hào)的處理有幾種方法，利用振動(dòng)信號(hào)確定振動(dòng)事件發(fā)生時(shí) 刻、震動(dòng)幅度，根據(jù)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間的變化來判斷斷路器機(jī)械狀態(tài)，主要的確定方 法有中值濾波器法、微分法、時(shí)域包絡(luò)法、幅值法和互相關(guān)法等；根據(jù)振動(dòng)信號(hào) 是瞬變的非平穩(wěn)信號(hào)，利用Wigner-Ville分布使信號(hào)能量在時(shí)頻二維空間分布描 述振動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻特性，實(shí)際處理時(shí)利用Hibert變化以及FFT變換，得到直觀的 三維圖形數(shù)據(jù)，這種方法的缺點(diǎn)是計(jì)算量大、不易確定特征量。另外在振動(dòng)信號(hào) 的處理中采用動(dòng)

8、態(tài)時(shí)間規(guī)整、指數(shù)衰減震蕩子波分解等方法。以上的這些信號(hào)處 理方法都是對(duì)某些特定的故障診斷較為實(shí)用，現(xiàn)階段還沒有找到一種通用的信號(hào) 處理方法來診斷所有斷路器故障8-9。2. 3斷路器振動(dòng)信號(hào)斷路器振動(dòng)信號(hào)具有大振動(dòng)沖擊、有效時(shí)間短的特點(diǎn)，一般由加速度振動(dòng)傳 感器來測(cè)量。本次試驗(yàn)采用國(guó)產(chǎn)YD-I型壓電加速度傳感器，從傳感器輸出的是和 被測(cè)加速度成正比變化的電流信號(hào)，在信號(hào)的傳輸過程中不易受外界電磁干擾 的影響，電流信號(hào)經(jīng)配備的信號(hào)調(diào)理模塊轉(zhuǎn)換成可以采集的電壓信號(hào)。加速度傳 感器是一種以壓電材料為敏感元件的機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，能把振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電 能，以電荷量形式輸出。加速度計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)為對(duì)稱型，具有體積

9、小、重量輕、性 能穩(wěn)定頻響范圍寬等特點(diǎn)。在振動(dòng)測(cè)試中得到廣泛的應(yīng)用。主要測(cè)量到的是被測(cè) 表面垂直方向上的振動(dòng)加速度，水平方向上的加速度可以忽略不計(jì)。下表為本次 試驗(yàn)所選YD-1型壓電加速度傳感器主要技術(shù)指標(biāo)：表2. 1 YD-l型壓電加速度傳感器主要技術(shù)指標(biāo)Table2. I Main technical indicators of YD-l type piezoelectric acceleration sensor型號(hào)LC0159-1000靈敏度5.03mV/g諧振頻率40kHz頻率范圍1-12000Hz (10%)抗沖擊5000g分辨率0.002g2. 3. 1傳感器安裝方式的選擇試驗(yàn)過

10、程中，加速度傳感器要和測(cè)試點(diǎn)表面良好接觸，要求安裝的諧振頻率 大于被測(cè)信號(hào)的510倍以上，并且水平和垂直方向都不能有滑動(dòng)。目前有五種 傳感器安裝方式可供選擇：方式l直接用螺栓固定，這種安裝方式頻率響應(yīng)最好，靈敏度也最高，缺點(diǎn) 是需要在測(cè)試點(diǎn)的表面鉆孔，容易破壞了斷路器原有的結(jié)構(gòu)；方式2采用粘合劑把加速度傳感器粘貼在測(cè)試點(diǎn)的表面，這種方式可以保持 良好的頻響特性，但每次更換測(cè)試點(diǎn)都要重新粘貼，操作起來比較麻煩；方式3是采用永磁體吸附在測(cè)試點(diǎn)的表面的安裝方式，這種特制的永磁體吸 力可以達(dá)到250N以上，將加速度傳感器牢固地吸附在測(cè)試點(diǎn)表面，簡(jiǎn)單易行，適 合頻繁更換測(cè)試點(diǎn)的場(chǎng)合，但缺點(diǎn)是損失了傳感器

11、的部分頻響特性；方式4為可用手持探針的方式，但只適用于快速測(cè)量的場(chǎng)合，被測(cè)頻率一般 要低于1000Hz：方式5是一種折中的方法，即先在測(cè)試點(diǎn)表面粘貼一個(gè)帶螺紋安裝孔的剛性 滴座，然后采用剛螺栓連接的方式將傳感器固定在這個(gè)底座上。綜合比較安裝簡(jiǎn)易程度及效果，本文采用上述第三種傳感器安裝方式，保持 了良好的頻響特性。2. 3. 2傳感器安裝位置的選擇一般地，傳感器應(yīng)裝在關(guān)鍵部件（故障率高、重要性高）的振動(dòng)源附近，反映 的事件清晰，受其它干擾小，便于安裝、信號(hào)傳輸可靠，該位置的信號(hào)要滿足重 復(fù)性、穩(wěn)定性良好。大量的試驗(yàn)表明，在如下位置安裝傳感器能滿足要求：1） 滅孤室（垂直方向）：2）操動(dòng)機(jī)構(gòu)（垂直方向）；3）二者之間的位置（如彈簧機(jī)構(gòu)的 緩沖器附近）。本次試驗(yàn)，我們安放了五路傳感器，分別置于