（監(jiān)測與診斷系統(tǒng)）課件

4檢測與診斷系統(tǒng)4.1檢測與診斷系統(tǒng)的作用及工作步驟

設(shè)備故障診斷從技術(shù)上講，一般可分為兩大部分。第一是信號的獲取，即根據(jù)情況選用適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，將能反映機(jī)械狀況的信號，即某個(gè)物理量測量出來；第二是信號分析與數(shù)據(jù)解釋，即根據(jù)被診斷故障的性質(zhì)以及所采集的信號特點(diǎn)，采用相應(yīng)的信號處理技術(shù)。將信號中反映機(jī)械設(shè)備狀況的特征突出出來，并將其與以往值作比較，找出其中的差別，以此確定設(shè)備是否出現(xiàn)了故障，是什么類型的故障以及故障的位置等。在大多數(shù)情況下，人們必需經(jīng)常不斷地重復(fù)進(jìn)行這種過程，否則就不易發(fā)現(xiàn)正在發(fā)展中的故障。14檢測與診斷系統(tǒng)4.1檢測與診斷系統(tǒng)的作用及工作步驟

1監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的目標(biāo)

（1）了解被監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保證其運(yùn)行狀態(tài)在設(shè)計(jì)約束之內(nèi)。通過監(jiān)測與診斷系統(tǒng)對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測，可在任何時(shí)刻都能很好地了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)對機(jī)器運(yùn)行的異常，提醒人們及時(shí)采取補(bǔ)救措施。例如監(jiān)測系統(tǒng)溫度可以防止過熱損傷。監(jiān)測位移可以報(bào)警運(yùn)動件與靜止件之間的相互接觸及干涉，監(jiān)測振動加速度可以保證力不超過極限。（2）提供機(jī)器狀態(tài)的準(zhǔn)確描述。為決定設(shè)備的維修和大修內(nèi)容、周期提供依據(jù)，從而避免為了肉眼檢查而拆卸設(shè)備，既保養(yǎng)了機(jī)器在滿意狀態(tài)下的完整性，又提高了設(shè)備的使用效率。21監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的目標(biāo)（2）提供機(jī)器狀態(tài)的準(zhǔn)確描述。（3）預(yù)報(bào)機(jī)器故障，防止大型事故的產(chǎn)生，保證人們生命財(cái)產(chǎn)的安全。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)測與診斷系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編制好的程序發(fā)出警報(bào)，并對不同類型故障及性質(zhì)和故障的嚴(yán)重程度作出相應(yīng)的判別與診斷，提醒操作人員采取相應(yīng)的措施，或是對設(shè)備實(shí)行某種控制。避免或減輕由此引起的損失。

2監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的工作過程與步驟對被監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的判別，是對于一個(gè)未知系統(tǒng)的識別過程。已知某些系統(tǒng)持性的參數(shù)，通過試驗(yàn)方法，確定參數(shù)值，確定系統(tǒng)模型。也就是通過參數(shù)識別確定系統(tǒng)狀態(tài)。3（3）預(yù)報(bào)機(jī)器故障，防止大型事故的產(chǎn)生，保證人們生命財(cái)產(chǎn)的安

（1）選定敏感參數(shù)選定對系統(tǒng)影響最大和最敏感的參數(shù)作為系統(tǒng)識別的敏感因子，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。這里可作為基本參數(shù)的有：長度、質(zhì)量、時(shí)間、電流、溫度及光強(qiáng)度等。由這些參數(shù)推導(dǎo)出來的主要參數(shù)有：力、壓力、功、能量、功率、電阻、電容、電感及導(dǎo)熱等。上述參數(shù)包括時(shí)域、幅值域或頻率域中的某些參數(shù)，以及時(shí)序法中的某些參量，這些參量可進(jìn)行比較優(yōu)選確定，并建立選定參數(shù)表征的故障檔案庫。4（1）選定敏感參數(shù)4（2）信號采集信號采集就是對監(jiān)測系統(tǒng)敏感點(diǎn)的敏感參數(shù)的采集。在正常情況下記錄輸入與輸出，即激勵與響應(yīng)信號。而在某些特定(正常運(yùn)轉(zhuǎn))條件下，確定系統(tǒng)的狀態(tài)可以只測響應(yīng)值。（3）狀態(tài)參數(shù)識別通過敏感因子的識別，或經(jīng)過必要的推導(dǎo)計(jì)算，將待檢測模式與樣板模式(故障檔案)對比，識別出系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。（4）診斷決策及其輸出檢測與診斷系統(tǒng)對設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)根據(jù)判別結(jié)果采取相應(yīng)對策。若出現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)警并對設(shè)備進(jìn)行干預(yù)，或者預(yù)估系統(tǒng)的變化趨勢，并將設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢的具體描述，如趨勢數(shù)據(jù)表、曲線、圖譜或者壽命估計(jì)，維修建議等。最后進(jìn)行輸出。5（2）信號采集（4）診斷決策及其輸出5664.2監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的組成（簡易系統(tǒng)）1便攜式振動分析儀振動監(jiān)測是比較有效的方法。所以國內(nèi)外許多廠家研制了各種型號的便攜式振動分析儀器。特點(diǎn)如下：

（1）使用專用的速度或加速度傳感器，連接方便、工作可靠。但頻率及動態(tài)范圍有限。（2）一般儀器上均有指針或液晶顯示，能直觀讀出振動有效值、均方根值、峰值或振動烈度值等。有的儀器還可讀出斜度或峭度值等。74.2監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的組成（簡易系統(tǒng)）1便攜式振動分析（3）有的儀器可分幾個(gè)頻率檔分別讀值，高檔儀器可同時(shí)進(jìn)行若干個(gè)頻率擋(如倍頻程)分析。由于具有頻率分析功能，故稱為振動分析儀。便攜式振動分析儀價(jià)格低廉，使用方便，故在小小企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。但便攜式振動分析儀一般不能回答故障的原因及部位等問題。8（3）有的儀器可分幾個(gè)頻率檔分別讀值，高檔儀器可同時(shí)進(jìn)行若干

2聲級計(jì)

機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生振動，同時(shí)也產(chǎn)生噪聲。測量噪聲的專用儀器就是聲級計(jì)。一般聲級計(jì)均使用電容式傳聲器(話筒)。有的聲級計(jì)還配有倍頻程或1／3倍頻程濾波器，可作簡單的頻率分析。早期的檢修工人就是利用敲擊，通過聽聲音來發(fā)現(xiàn)機(jī)器的故障。缺點(diǎn)如下：（1）存在背景噪聲的干擾。（2）盡管可進(jìn)行倍頻程分析，但由于產(chǎn)生噪聲的零部件多，傳輸途徑復(fù)雜，很準(zhǔn)確定產(chǎn)生故障的部位。一般來說，聲級計(jì)監(jiān)測還不能達(dá)到有經(jīng)驗(yàn)的檢修工人耳朵的水平。92聲級計(jì)9

3溫度計(jì)早期的險(xiǎn)修工人也利用手指來判斷軸承座處溫度是否過高?，F(xiàn)在則有各種點(diǎn)溫度計(jì)能更準(zhǔn)確地測出實(shí)際溫度。常用的有半導(dǎo)體點(diǎn)溫度計(jì)，將測頭與軸承座處或其他感興趣的部位接觸，儀器指針可指示溫度高低。更方便的是紅外點(diǎn)溫度計(jì)，外形像手槍，操作者只要對準(zhǔn)需要測量的部位．不需接觸，因此被測物體可以作直線運(yùn)動、住復(fù)運(yùn)動或轉(zhuǎn)動。這種方式的缺點(diǎn)是過分依賴操作者的巡檢，萬一巡檢周期不適當(dāng)或操作者的責(zé)任心不強(qiáng)，還是容易出事故的。因此最好采取溫度監(jiān)測系統(tǒng)方式，測溫傳感器固定在關(guān)鍵的部位，信號都傳輸?shù)街行目刂剖胰ィ奖銏?bào)警及采取措施。103溫度計(jì)104.3監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的組成（精密系統(tǒng)）

精密監(jiān)測診斷系統(tǒng)是以狀態(tài)辨識為中心的信號智能處理系統(tǒng)。系統(tǒng)分為三大部分，即數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、狀態(tài)識別系統(tǒng)和診斷輸出系統(tǒng)。

1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)又稱數(shù)據(jù)采集器。它能定時(shí)周期地在被監(jiān)測系統(tǒng)的那些選定的點(diǎn)測量振動、溫度、噪聲等信號。（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括傳感器、放大器、濾波器、示波器、記錄器、A／D接口板及微型計(jì)算機(jī)。A）傳感器114.3監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的組成（精密系統(tǒng)）精密監(jiān)測診斷1212B）放大器和預(yù)處理器放大器和預(yù)處理器用來調(diào)整由傳感器輸出的電信號的大小和輸出阻抗等。C）A／D接口板A／D接口板主要功能是將信號從連續(xù)量變?yōu)橐粋€(gè)個(gè)的離散數(shù)字量。A／D接口板可以同時(shí)完成對多路信號的轉(zhuǎn)換(采樣)。

D）開關(guān)量板用于離散信號。E）微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)是監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的心臟，負(fù)責(zé)完成信號的接收、儲存、轉(zhuǎn)換和控制等工作。還可以將信號及分析處理結(jié)果顯示和打印出來。13B）放大器和預(yù)處理器D）開關(guān)量板13F）磁帶記錄儀用磁帶記錄儀定期到現(xiàn)場記錄信號，然后帶回來重放并進(jìn)行分析。便于離線分析。G）示波器H）濾波器由傳感器輸出的振動信號中包含的頻率成分比較復(fù)雜，頻率范圍也較寬，但有些頻率成分是我們不感興趣的，如高頻噪聲干擾信號。因此要用濾波器對傳感器輸出的信號“過濾”，除掉一些我們不感興趣的頻率成分，然后送入計(jì)算機(jī)處理。

14F）磁帶記錄儀14

（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作步驟A）組態(tài)組態(tài)即選定被監(jiān)測對象，選定測點(diǎn)，確定巡檢的路線和周期，確定測量參數(shù)，并把這些信息輸入計(jì)算機(jī)。

B）巡檢準(zhǔn)備

巡檢之前把數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)聯(lián)接起來，使用相應(yīng)的軟件使采集系統(tǒng)處于準(zhǔn)備狀態(tài)，使內(nèi)存清零，把采集系統(tǒng)的時(shí)鐘與計(jì)算機(jī)時(shí)鐘對準(zhǔn)，標(biāo)定準(zhǔn)確的采祥時(shí)間。把巡檢路線和測點(diǎn)參數(shù)等組態(tài)信息輸入采集系統(tǒng)。15（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作步驟15C）數(shù)據(jù)采集根據(jù)采集系統(tǒng)顯示的測點(diǎn)順序，逐點(diǎn)監(jiān)測。對每個(gè)點(diǎn)均可以把本次顯示的與上次測得值及預(yù)定的報(bào)警值作比較。如果變化不大，作一般處理，如果有明顯變化及其他異常時(shí)，需記錄一段信號和時(shí)間歷程以備譜分析之用。16C）數(shù)據(jù)采集16

2狀態(tài)識別系統(tǒng)狀態(tài)識別系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)和譜分析儀組成的數(shù)字信號處理系統(tǒng)。其主要作用是把采集的信號輸入計(jì)算機(jī)和譜分忻儀，通過信號分析，對多種運(yùn)行特征量進(jìn)行監(jiān)視。提供特征量包括頻譜分析的幅值、頻率和時(shí)序模型參數(shù)、特征函數(shù)及統(tǒng)計(jì)特征量等；并通過特征分析，選擇對工況狀態(tài)反映最敏感的特征量。特征量是從不同方面反映了動態(tài)過程的主要信息，用以分析和推斷故障原因并預(yù)報(bào)工況發(fā)展趨勢。172狀態(tài)識別系統(tǒng)17

3診斷輸出系統(tǒng)診斷輸出系統(tǒng)的作用是把狀態(tài)識別的結(jié)論予以輸出。它包括兩部分：一是出現(xiàn)故障后對設(shè)備干預(yù)信號的輸出，由D／A輸出接口板、開關(guān)量板及其他執(zhí)行電器組成。其作用是將計(jì)算機(jī)輸出的干預(yù)數(shù)字信號變成模擬信號或直接輸出，使執(zhí)行電器機(jī)構(gòu)動作，對被監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行干預(yù)。二是將機(jī)器狀態(tài)分析結(jié)果由計(jì)算機(jī)輸出時(shí)間歷程曲線及頻譜圖等。根據(jù)這些圖表可全面掌握被測系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，早期發(fā)現(xiàn)機(jī)械的某些故障，對故障性質(zhì)、所發(fā)生的部位和故障程度作出診斷，有用的結(jié)果可以存入數(shù)據(jù)庫。并可對一段時(shí)間內(nèi)存入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以隨時(shí)查閱和調(diào)用，繪出趨勢圖，由此可以了解系統(tǒng)狀態(tài)的歷史情況，了解某些故障的發(fā)生和發(fā)展情況，估計(jì)和推算壽命。183診斷輸出系統(tǒng)184.4多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)

1多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷包含有多個(gè)微處理機(jī)，這類系統(tǒng)一般由一臺主計(jì)算機(jī)和多臺從計(jì)算機(jī)或基于微處理器的專用儀器(智能儀表)構(gòu)成。主計(jì)算機(jī)一般選用通用微機(jī)，從計(jì)算機(jī)則選用專用微機(jī)或智能儀表。主從計(jì)算機(jī)之間可以通過并行或串行通訊方式進(jìn)行信息交流。常用并行接口為IEEE-488，常用串行接口為RS-232C及各種網(wǎng)絡(luò)接口等。主計(jì)算機(jī)用于完成系統(tǒng)管理、故障精密診斷、操作信息輸入及監(jiān)測與診斷結(jié)果輸出等工作。從計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ脙x器般用于完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、異常狀態(tài)報(bào)警及協(xié)助主計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號分析等工作。194.4多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)1多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系

2多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的性能特點(diǎn)多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)在技術(shù)性能方面得到顯著改善。其主要性能特點(diǎn)可以概括為：（1）信息采集全息化信息采集全息化為全面正確地了解機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)提供了條件。它包括三個(gè)方面的內(nèi)容：一是所采集信息的種類比較全面。不僅對振動量信息進(jìn)行采集，而且對另外兩類重要的信息即工藝量和開關(guān)量信息進(jìn)行采集。二是對任一參量的信息都采集足夠的通道數(shù)，以保證全面了解該參量所反映的機(jī)組運(yùn)行狀況。三是不僅對機(jī)組穩(wěn)態(tài)信息進(jìn)行采集，而且對其非穩(wěn)態(tài)信息，如起停過程、通過臨界轉(zhuǎn)速點(diǎn)的過程及故障發(fā)生前后的信息進(jìn)行采集。202多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的性能特點(diǎn)20（2）狀態(tài)監(jiān)測連續(xù)化多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)能夠不間斷的對每一信息通道進(jìn)行監(jiān)測，對于準(zhǔn)確預(yù)報(bào)機(jī)組突發(fā)性事故有著重要意義。

（3）數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)化采用新的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，加快了數(shù)據(jù)處理的速度，提高了狀態(tài)監(jiān)測與診斷的實(shí)時(shí)性水平，為及時(shí)了解機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)提供了保證，而且為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制奠定了基礎(chǔ)。（4）故障診斷精密化進(jìn)行機(jī)組故障的精密診斷，大多需要占用計(jì)算機(jī)較長的時(shí)間。單臺計(jì)算機(jī)既要進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，又要進(jìn)行故障分析。因而會出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象，而在多微機(jī)監(jiān)測診斷系統(tǒng)中，從計(jì)算機(jī)承擔(dān)繁重的狀態(tài)監(jiān)測工作，進(jìn)行故障精密診斷方面的工作。21（2）狀態(tài)監(jiān)測連續(xù)化214.5設(shè)備監(jiān)測與診斷舉例

對于生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備和部位有必要設(shè)置機(jī)械連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)中的在線監(jiān)測系統(tǒng)。相應(yīng)監(jiān)測機(jī)械的機(jī)械參數(shù)有轉(zhuǎn)子彎曲振動、軸心運(yùn)動軌跡、流體參數(shù)（如流體壓力與流速等）。監(jiān)測儀器的選擇可根據(jù)被監(jiān)測設(shè)備的價(jià)值和作用確定。而監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的安裝、設(shè)計(jì)、構(gòu)成則要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況和具體要求的不同來決定。有些基本的技術(shù)問題，例如：傳感器的選擇、安裝、放大器及濾波器頻率特性的選擇等具有共同的特點(diǎn)。224.5設(shè)備監(jiān)測與診斷舉例對于生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備23232424例1：離心泵監(jiān)測系統(tǒng)25例1：離心泵監(jiān)測系統(tǒng)25對于離心泵的殼體振動監(jiān)測系統(tǒng)，在系統(tǒng)每個(gè)軸承座上盡可能靠近軸承本身處裝單個(gè)慣性加速度傳感器。加速度計(jì)應(yīng)允選擇那種在相應(yīng)的頻帶上具比較平坦的響應(yīng)(土5％)，并應(yīng)含有積分信號的適調(diào)電路。輸出信號用低噪聲屏蔽電纜傳輸。安裝點(diǎn)的溫度不能超過傳感器的工作極限。在一臺寬頻帶監(jiān)測系統(tǒng)中，葉輪葉片高頻振動的振幅有時(shí)候很大，故應(yīng)能夠?qū)⑵溥\(yùn)轉(zhuǎn)頻率及其低階諧波分離出來，使系統(tǒng)對如不平衡和不同軸之類普通特征具有最佳響應(yīng)。否則它們會被強(qiáng)的葉片振動信號所淹沒。26對于離心泵的殼體振動監(jiān)測系統(tǒng)，在系統(tǒng)每個(gè)軸承座上盡

在監(jiān)測系統(tǒng)中，將來自傳感器的信號進(jìn)行濾波，將與特定機(jī)器待征有關(guān)的頻率分離出來。對于運(yùn)轉(zhuǎn)速度及其附近頻率．應(yīng)濃用速度量測得，以體現(xiàn)力與頻率之間的關(guān)系。濾波器采用可以消除葉輪葉片通過頻率干擾的低通濾波器。對于有滾動軸承的泵，建議將領(lǐng)率范圍擴(kuò)展到100kHz或更高，以監(jiān)測軸承狀態(tài)。在高壓差離心泵中，如果內(nèi)部軸向間隙消失，推力便會迅速增加，因此在監(jiān)測時(shí)，另選一個(gè)軸向位置監(jiān)測器或一個(gè)止推軸承溫度指示器和報(bào)警器。27在監(jiān)測系統(tǒng)中，將來自傳感器的信號進(jìn)行濾波，將與特定例2：風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)28例2：風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)28《易》曰：天道虧盈而益謙，地道變盈而流謙。

風(fēng)機(jī)一般有大直徑的轉(zhuǎn)子，以700一900r／m的轉(zhuǎn)速支承在結(jié)構(gòu)鋼或混凝土地基架座上的軸承中運(yùn)轉(zhuǎn)。一般，這類風(fēng)機(jī)的主要故障是由于不均勻的結(jié)垢或沉結(jié)材料跌落引起的不平衡和不同軸。其全部特征是在運(yùn)轉(zhuǎn)頻率附近的振動變化。在這種系統(tǒng)中，為顯示軸運(yùn)動，在各個(gè)軸承上裝了測振傳感器。用一臺雙通道電荷故大器對兩個(gè)傳惑器輸出信號予以放大。經(jīng)濾波器濾波后將信號送入微機(jī)系統(tǒng)。

兩個(gè)軸承的溫度監(jiān)測由銅電阻為敏感元件構(gòu)成的傳感器來完成。并通過放大器將信號送入微機(jī)。微機(jī)通過振動信號和溫度信號的變化而識別風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。29《易》曰：天道虧盈而益謙，地道變盈而流謙。風(fēng)機(jī)一般《易》曰：形而上者謂之道，形而下者謂之器。

該監(jiān)測系統(tǒng)的功能為：運(yùn)行狀態(tài)識別。根據(jù)顯示器上的狀態(tài)圖，可以方便地顯示出各測點(diǎn)的待征量大小以了解機(jī)器運(yùn)行的狀態(tài)。歷史記錄屏幕顯示。當(dāng)各監(jiān)測參數(shù)超過其報(bào)警值時(shí)，自動存入數(shù)據(jù)庫，若以后需要可隨時(shí)從數(shù)據(jù)庫中查到。3)趨勢分析。每次開機(jī)后，監(jiān)測值自動存于數(shù)據(jù)庫．便于進(jìn)行趨勢分忻。4)報(bào)警。當(dāng)監(jiān)測參數(shù)中有超過其報(bào)警值時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警，此時(shí)，風(fēng)機(jī)應(yīng)停止運(yùn)行，進(jìn)行檢修。5)報(bào)表打印。歷史記錄屏幕顯示，趨勢分析，數(shù)據(jù)庫中的各監(jiān)測參數(shù)的瞬時(shí)值可以通過打印機(jī)打印。30《易》曰：形而上者謂之道，形而下者謂之器。該監(jiān)測系統(tǒng)的功能3131例3：齒輪傳動監(jiān)測與診斷系統(tǒng)對齒輪傳動裝置，為取得最佳結(jié)果，應(yīng)采用兩個(gè)加速度計(jì)，分別在齒輪箱體上高速軸和低速軸聯(lián)軸節(jié)端。軸承的最大剛度區(qū)內(nèi)或其鄰近如只用一個(gè)加速度傳感器，則應(yīng)裝在高速軸的聯(lián)軸節(jié)端以對小齒輪提供充分的保護(hù)。加速度計(jì)及其放大器幅頻范圍應(yīng)為齒輪嚙合頻率的二或三階諧頻。這樣使得可能出現(xiàn)的外加諧頻得到適當(dāng)扼制。通常用濾波器將齒輪傳動裝置特征分成易于處理的幾個(gè)頻段。32例3：齒輪傳動監(jiān)測與診斷系統(tǒng)32第一頻段，包臺兩根軸旋轉(zhuǎn)頻率，頻率范圍為1/2f—(4-5)f，其中f為高速袖的旋轉(zhuǎn)頻率。并將信號經(jīng)積分器以速度量輸出。這樣，轉(zhuǎn)子不平衡，齒輪徑向跳動和不同軸度等低頻分量則得到突出。中頻段應(yīng)設(shè)計(jì)成從約1000H到剛低于嚙合頻率的范圍。在這個(gè)頻段含有一些顯著的與齒輪傳動裝置本身共振頻率相重合的譜分量。第三頻段包括齒輪嚙合頻率加減4-5倍高速軸旋轉(zhuǎn)頻率。33第一頻段，包臺兩根軸旋轉(zhuǎn)頻率，頻率范圍為1/2f—(34344檢測與診斷系統(tǒng)4.1檢測與診斷系統(tǒng)的作用及工作步驟

設(shè)備故障診斷從技術(shù)上講，一般可分為兩大部分。第一是信號的獲取，即根據(jù)情況選用適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，將能反映機(jī)械狀況的信號，即某個(gè)物理量測量出來；第二是信號分析與數(shù)據(jù)解釋，即根據(jù)被診斷故障的性質(zhì)以及所采集的信號特點(diǎn)，采用相應(yīng)的信號處理技術(shù)。將信號中反映機(jī)械設(shè)備狀況的特征突出出來，并將其與以往值作比較，找出其中的差別，以此確定設(shè)備是否出現(xiàn)了故障，是什么類型的故障以及故障的位置等。在大多數(shù)情況下，人們必需經(jīng)常不斷地重復(fù)進(jìn)行這種過程，否則就不易發(fā)現(xiàn)正在發(fā)展中的故障。354檢測與診斷系統(tǒng)4.1檢測與診斷系統(tǒng)的作用及工作步驟

1監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的目標(biāo)

（1）了解被監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保證其運(yùn)行狀態(tài)在設(shè)計(jì)約束之內(nèi)。通過監(jiān)測與診斷系統(tǒng)對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測，可在任何時(shí)刻都能很好地了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)對機(jī)器運(yùn)行的異常，提醒人們及時(shí)采取補(bǔ)救措施。例如監(jiān)測系統(tǒng)溫度可以防止過熱損傷。監(jiān)測位移可以報(bào)警運(yùn)動件與靜止件之間的相互接觸及干涉，監(jiān)測振動加速度可以保證力不超過極限。（2）提供機(jī)器狀態(tài)的準(zhǔn)確描述。為決定設(shè)備的維修和大修內(nèi)容、周期提供依據(jù)，從而避免為了肉眼檢查而拆卸設(shè)備，既保養(yǎng)了機(jī)器在滿意狀態(tài)下的完整性，又提高了設(shè)備的使用效率。361監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的目標(biāo)（2）提供機(jī)器狀態(tài)的準(zhǔn)確描述。（3）預(yù)報(bào)機(jī)器故障，防止大型事故的產(chǎn)生，保證人們生命財(cái)產(chǎn)的安全。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)測與診斷系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編制好的程序發(fā)出警報(bào)，并對不同類型故障及性質(zhì)和故障的嚴(yán)重程度作出相應(yīng)的判別與診斷，提醒操作人員采取相應(yīng)的措施，或是對設(shè)備實(shí)行某種控制。避免或減輕由此引起的損失。

2監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的工作過程與步驟對被監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的判別，是對于一個(gè)未知系統(tǒng)的識別過程。已知某些系統(tǒng)持性的參數(shù)，通過試驗(yàn)方法，確定參數(shù)值，確定系統(tǒng)模型。也就是通過參數(shù)識別確定系統(tǒng)狀態(tài)。37（3）預(yù)報(bào)機(jī)器故障，防止大型事故的產(chǎn)生，保證人們生命財(cái)產(chǎn)的安

（1）選定敏感參數(shù)選定對系統(tǒng)影響最大和最敏感的參數(shù)作為系統(tǒng)識別的敏感因子，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。這里可作為基本參數(shù)的有：長度、質(zhì)量、時(shí)間、電流、溫度及光強(qiáng)度等。由這些參數(shù)推導(dǎo)出來的主要參數(shù)有：力、壓力、功、能量、功率、電阻、電容、電感及導(dǎo)熱等。上述參數(shù)包括時(shí)域、幅值域或頻率域中的某些參數(shù)，以及時(shí)序法中的某些參量，這些參量可進(jìn)行比較優(yōu)選確定，并建立選定參數(shù)表征的故障檔案庫。38（1）選定敏感參數(shù)4（2）信號采集信號采集就是對監(jiān)測系統(tǒng)敏感點(diǎn)的敏感參數(shù)的采集。在正常情況下記錄輸入與輸出，即激勵與響應(yīng)信號。而在某些特定(正常運(yùn)轉(zhuǎn))條件下，確定系統(tǒng)的狀態(tài)可以只測響應(yīng)值。（3）狀態(tài)參數(shù)識別通過敏感因子的識別，或經(jīng)過必要的推導(dǎo)計(jì)算，將待檢測模式與樣板模式(故障檔案)對比，識別出系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。（4）診斷決策及其輸出檢測與診斷系統(tǒng)對設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)根據(jù)判別結(jié)果采取相應(yīng)對策。若出現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)警并對設(shè)備進(jìn)行干預(yù)，或者預(yù)估系統(tǒng)的變化趨勢，并將設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢的具體描述，如趨勢數(shù)據(jù)表、曲線、圖譜或者壽命估計(jì)，維修建議等。最后進(jìn)行輸出。39（2）信號采集（4）診斷決策及其輸出54064.2監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的組成（簡易系統(tǒng)）1便攜式振動分析儀振動監(jiān)測是比較有效的方法。所以國內(nèi)外許多廠家研制了各種型號的便攜式振動分析儀器。特點(diǎn)如下：

（1）使用專用的速度或加速度傳感器，連接方便、工作可靠。但頻率及動態(tài)范圍有限。（2）一般儀器上均有指針或液晶顯示，能直觀讀出振動有效值、均方根值、峰值或振動烈度值等。有的儀器還可讀出斜度或峭度值等。414.2監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的組成（簡易系統(tǒng)）1便攜式振動分析（3）有的儀器可分幾個(gè)頻率檔分別讀值，高檔儀器可同時(shí)進(jìn)行若干個(gè)頻率擋(如倍頻程)分析。由于具有頻率分析功能，故稱為振動分析儀。便攜式振動分析儀價(jià)格低廉，使用方便，故在小小企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。但便攜式振動分析儀一般不能回答故障的原因及部位等問題。42（3）有的儀器可分幾個(gè)頻率檔分別讀值，高檔儀器可同時(shí)進(jìn)行若干

2聲級計(jì)

機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生振動，同時(shí)也產(chǎn)生噪聲。測量噪聲的專用儀器就是聲級計(jì)。一般聲級計(jì)均使用電容式傳聲器(話筒)。有的聲級計(jì)還配有倍頻程或1／3倍頻程濾波器，可作簡單的頻率分析。早期的檢修工人就是利用敲擊，通過聽聲音來發(fā)現(xiàn)機(jī)器的故障。缺點(diǎn)如下：（1）存在背景噪聲的干擾。（2）盡管可進(jìn)行倍頻程分析，但由于產(chǎn)生噪聲的零部件多，傳輸途徑復(fù)雜，很準(zhǔn)確定產(chǎn)生故障的部位。一般來說，聲級計(jì)監(jiān)測還不能達(dá)到有經(jīng)驗(yàn)的檢修工人耳朵的水平。432聲級計(jì)9

3溫度計(jì)早期的險(xiǎn)修工人也利用手指來判斷軸承座處溫度是否過高?，F(xiàn)在則有各種點(diǎn)溫度計(jì)能更準(zhǔn)確地測出實(shí)際溫度。常用的有半導(dǎo)體點(diǎn)溫度計(jì)，將測頭與軸承座處或其他感興趣的部位接觸，儀器指針可指示溫度高低。更方便的是紅外點(diǎn)溫度計(jì)，外形像手槍，操作者只要對準(zhǔn)需要測量的部位．不需接觸，因此被測物體可以作直線運(yùn)動、住復(fù)運(yùn)動或轉(zhuǎn)動。這種方式的缺點(diǎn)是過分依賴操作者的巡檢，萬一巡檢周期不適當(dāng)或操作者的責(zé)任心不強(qiáng)，還是容易出事故的。因此最好采取溫度監(jiān)測系統(tǒng)方式，測溫傳感器固定在關(guān)鍵的部位，信號都傳輸?shù)街行目刂剖胰?，方便?bào)警及采取措施。443溫度計(jì)104.3監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的組成（精密系統(tǒng)）

精密監(jiān)測診斷系統(tǒng)是以狀態(tài)辨識為中心的信號智能處理系統(tǒng)。系統(tǒng)分為三大部分，即數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、狀態(tài)識別系統(tǒng)和診斷輸出系統(tǒng)。

1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)又稱數(shù)據(jù)采集器。它能定時(shí)周期地在被監(jiān)測系統(tǒng)的那些選定的點(diǎn)測量振動、溫度、噪聲等信號。（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括傳感器、放大器、濾波器、示波器、記錄器、A／D接口板及微型計(jì)算機(jī)。A）傳感器454.3監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的組成（精密系統(tǒng)）精密監(jiān)測診斷4612B）放大器和預(yù)處理器放大器和預(yù)處理器用來調(diào)整由傳感器輸出的電信號的大小和輸出阻抗等。C）A／D接口板A／D接口板主要功能是將信號從連續(xù)量變?yōu)橐粋€(gè)個(gè)的離散數(shù)字量。A／D接口板可以同時(shí)完成對多路信號的轉(zhuǎn)換(采樣)。

D）開關(guān)量板用于離散信號。E）微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)是監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的心臟，負(fù)責(zé)完成信號的接收、儲存、轉(zhuǎn)換和控制等工作。還可以將信號及分析處理結(jié)果顯示和打印出來。47B）放大器和預(yù)處理器D）開關(guān)量板13F）磁帶記錄儀用磁帶記錄儀定期到現(xiàn)場記錄信號，然后帶回來重放并進(jìn)行分析。便于離線分析。G）示波器H）濾波器由傳感器輸出的振動信號中包含的頻率成分比較復(fù)雜，頻率范圍也較寬，但有些頻率成分是我們不感興趣的，如高頻噪聲干擾信號。因此要用濾波器對傳感器輸出的信號“過濾”，除掉一些我們不感興趣的頻率成分，然后送入計(jì)算機(jī)處理。

48F）磁帶記錄儀14

（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作步驟A）組態(tài)組態(tài)即選定被監(jiān)測對象，選定測點(diǎn)，確定巡檢的路線和周期，確定測量參數(shù)，并把這些信息輸入計(jì)算機(jī)。

B）巡檢準(zhǔn)備

巡檢之前把數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)聯(lián)接起來，使用相應(yīng)的軟件使采集系統(tǒng)處于準(zhǔn)備狀態(tài)，使內(nèi)存清零，把采集系統(tǒng)的時(shí)鐘與計(jì)算機(jī)時(shí)鐘對準(zhǔn)，標(biāo)定準(zhǔn)確的采祥時(shí)間。把巡檢路線和測點(diǎn)參數(shù)等組態(tài)信息輸入采集系統(tǒng)。49（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作步驟15C）數(shù)據(jù)采集根據(jù)采集系統(tǒng)顯示的測點(diǎn)順序，逐點(diǎn)監(jiān)測。對每個(gè)點(diǎn)均可以把本次顯示的與上次測得值及預(yù)定的報(bào)警值作比較。如果變化不大，作一般處理，如果有明顯變化及其他異常時(shí)，需記錄一段信號和時(shí)間歷程以備譜分析之用。50C）數(shù)據(jù)采集16

2狀態(tài)識別系統(tǒng)狀態(tài)識別系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)和譜分析儀組成的數(shù)字信號處理系統(tǒng)。其主要作用是把采集的信號輸入計(jì)算機(jī)和譜分忻儀，通過信號分析，對多種運(yùn)行特征量進(jìn)行監(jiān)視。提供特征量包括頻譜分析的幅值、頻率和時(shí)序模型參數(shù)、特征函數(shù)及統(tǒng)計(jì)特征量等；并通過特征分析，選擇對工況狀態(tài)反映最敏感的特征量。特征量是從不同方面反映了動態(tài)過程的主要信息，用以分析和推斷故障原因并預(yù)報(bào)工況發(fā)展趨勢。512狀態(tài)識別系統(tǒng)17

3診斷輸出系統(tǒng)診斷輸出系統(tǒng)的作用是把狀態(tài)識別的結(jié)論予以輸出。它包括兩部分：一是出現(xiàn)故障后對設(shè)備干預(yù)信號的輸出，由D／A輸出接口板、開關(guān)量板及其他執(zhí)行電器組成。其作用是將計(jì)算機(jī)輸出的干預(yù)數(shù)字信號變成模擬信號或直接輸出，使執(zhí)行電器機(jī)構(gòu)動作，對被監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行干預(yù)。二是將機(jī)器狀態(tài)分析結(jié)果由計(jì)算機(jī)輸出時(shí)間歷程曲線及頻譜圖等。根據(jù)這些圖表可全面掌握被測系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，早期發(fā)現(xiàn)機(jī)械的某些故障，對故障性質(zhì)、所發(fā)生的部位和故障程度作出診斷，有用的結(jié)果可以存入數(shù)據(jù)庫。并可對一段時(shí)間內(nèi)存入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以隨時(shí)查閱和調(diào)用，繪出趨勢圖，由此可以了解系統(tǒng)狀態(tài)的歷史情況，了解某些故障的發(fā)生和發(fā)展情況，估計(jì)和推算壽命。523診斷輸出系統(tǒng)184.4多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)

1多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷包含有多個(gè)微處理機(jī)，這類系統(tǒng)一般由一臺主計(jì)算機(jī)和多臺從計(jì)算機(jī)或基于微處理器的專用儀器(智能儀表)構(gòu)成。主計(jì)算機(jī)一般選用通用微機(jī)，從計(jì)算機(jī)則選用專用微機(jī)或智能儀表。主從計(jì)算機(jī)之間可以通過并行或串行通訊方式進(jìn)行信息交流。常用并行接口為IEEE-488，常用串行接口為RS-232C及各種網(wǎng)絡(luò)接口等。主計(jì)算機(jī)用于完成系統(tǒng)管理、故障精密診斷、操作信息輸入及監(jiān)測與診斷結(jié)果輸出等工作。從計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ脙x器般用于完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、異常狀態(tài)報(bào)警及協(xié)助主計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號分析等工作。534.4多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)1多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系

2多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的性能特點(diǎn)多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)在技術(shù)性能方面得到顯著改善。其主要性能特點(diǎn)可以概括為：（1）信息采集全息化信息采集全息化為全面正確地了解機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)提供了條件。它包括三個(gè)方面的內(nèi)容：一是所采集信息的種類比較全面。不僅對振動量信息進(jìn)行采集，而且對另外兩類重要的信息即工藝量和開關(guān)量信息進(jìn)行采集。二是對任一參量的信息都采集足夠的通道數(shù)，以保證全面了解該參量所反映的機(jī)組運(yùn)行狀況。三是不僅對機(jī)組穩(wěn)態(tài)信息進(jìn)行采集，而且對其非穩(wěn)態(tài)信息，如起停過程、通過臨界轉(zhuǎn)速點(diǎn)的過程及故障發(fā)生前后的信息進(jìn)行采集。542多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的性能特點(diǎn)20（2）狀態(tài)監(jiān)測連續(xù)化多微機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)能夠不間斷的對每一信息通道進(jìn)行監(jiān)測，對于準(zhǔn)確預(yù)報(bào)機(jī)組突發(fā)性事故有著重要意義。

（3）數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)化采用新的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，加快了數(shù)據(jù)處理的速度，提高了狀態(tài)監(jiān)測與診斷的實(shí)時(shí)性水平，為及時(shí)了解機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)提供了保證，而且為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制奠定了基礎(chǔ)。（4）故障診斷精密化進(jìn)行機(jī)組故障的精密診斷，大多需要占用計(jì)算機(jī)較長的時(shí)間。單臺計(jì)算機(jī)既要進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，又要進(jìn)行故障分析。因而會出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象，而在多微機(jī)監(jiān)測診斷系統(tǒng)中，從計(jì)算機(jī)承擔(dān)繁重的狀態(tài)監(jiān)測工作，進(jìn)行故障精密診斷方面的工作。55（2）狀態(tài)監(jiān)測連續(xù)化214.5設(shè)備監(jiān)測與診斷舉例

對于生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備和部位有必要設(shè)置機(jī)械連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)中的在線監(jiān)測系統(tǒng)。相應(yīng)監(jiān)測機(jī)械的機(jī)械參數(shù)有轉(zhuǎn)子彎曲振動、軸心運(yùn)動軌跡、流體參數(shù)（如流體壓力與流速等）。監(jiān)測儀器的選擇可根據(jù)被監(jiān)測設(shè)備的價(jià)值和作用確定。而監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的安裝、設(shè)計(jì)、構(gòu)成則要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況和具體要求的不同來決定。有些基本的技術(shù)問題，例如：傳感器的選擇、安裝、放大器及濾波器頻率特性的選擇等具有共同的特點(diǎn)。564.5設(shè)備監(jiān)測與診斷舉例對于生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備57235824例1：離心泵監(jiān)測系統(tǒng)59例1：離心泵監(jiān)測系統(tǒng)25對于離心泵的殼體振動監(jiān)測系統(tǒng)，在系統(tǒng)每個(gè)軸承座上盡可能靠近軸承本身處裝單個(gè)慣性加速度傳感器。加速度計(jì)應(yīng)允選擇那種在相應(yīng)的頻帶上具比較平坦的響應(yīng)(土5％)，并應(yīng)含有積分信號的適調(diào)電路。輸出信號用低噪聲屏蔽電纜傳輸。安裝點(diǎn)的溫度不能超過傳感器的工作極限。在一臺寬頻帶監(jiān)測系統(tǒng)中，葉輪葉片高頻振動的振幅有時(shí)候很大，故應(yīng)能夠?qū)⑵溥\(yùn)轉(zhuǎn)頻率及其低階諧波分離出來，使系統(tǒng)對如不平衡和不同軸之類普通特征具有最佳響應(yīng)。否則它們會被強(qiáng)的葉片振動信號所淹沒。60對于離心泵的殼體振動監(jiān)測系統(tǒng)，在系統(tǒng)每個(gè)軸承座上盡

在監(jiān)測系統(tǒng)中