故障診斷-工業(yè)傳感器原理與應(yīng)用模板

故障診斷—工業(yè)傳感器原理與應(yīng)用模板第1頁(yè)/共54頁(yè)設(shè)備故障診斷技術(shù)三個(gè)階段狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析診斷決策處理信號(hào)采集、數(shù)據(jù)顯示設(shè)備傳感器分析處理、狀態(tài)識(shí)別故障診斷、決策治理防治監(jiān)護(hù)運(yùn)行停機(jī)檢修狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析診斷決策處理巡回監(jiān)測(cè)第2頁(yè)/共54頁(yè)工業(yè)傳感器傳感器的分類(lèi)傳感器的選用原則傳感器的安裝第3頁(yè)/共54頁(yè)工業(yè)傳感器傳感器的定義傳感器是借助檢測(cè)元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。物理量電量第4頁(yè)/共54頁(yè)工業(yè)傳感器傳感器的構(gòu)成傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用：感受被測(cè)物理量，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件的作用：對(duì)敏感器件輸出的電信號(hào)放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。dV第5頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的分類(lèi)(1)按被測(cè)物理量分類(lèi)機(jī)械量：長(zhǎng)度、厚度位移、速度、加速度轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角、質(zhì)量、力流速、流量、壓力、扭矩聲音:聲壓,噪聲溫度:溫度,熱量,比熱光譜：亮度，色彩第6頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的分類(lèi)(1)按被測(cè)物理量分類(lèi)機(jī)械量：長(zhǎng)度、厚度位移、速度、加速度轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角、質(zhì)量、力流速、流量、壓力、扭矩聲音:聲壓,噪聲溫度:溫度,熱量,比熱光譜：亮度，色彩安放在機(jī)場(chǎng)跑道上的麥克風(fēng)陣列麥克風(fēng)陣列第7頁(yè)/共54頁(yè)集束射流噴槍試件聲導(dǎo)管陣列高溫氣流試件實(shí)驗(yàn)參數(shù)：陣列規(guī)格：3×3網(wǎng)格陣氣流速度：1.7Ma氣流溫度：1200℃流束直徑：45mm出口壓力：10MPa試件材料：鋁合金試件規(guī)格：310×235×2mm聲導(dǎo)管陣列開(kāi)展高熱環(huán)境下的構(gòu)件聲致疲勞測(cè)試傳感器的分類(lèi)(1)第8頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的分類(lèi)(1)利用采集信號(hào)噴射穩(wěn)定段進(jìn)行聲場(chǎng)重構(gòu)計(jì)算，獲得試件表面聲載荷分布云圖試件夾具集束射流重建面0.3m可獲得準(zhǔn)確的聲源位置和聲壓大小可為材料聲致疲勞研究提供數(shù)據(jù)支持開(kāi)展高熱環(huán)境下的構(gòu)件聲致疲勞測(cè)試試件第9頁(yè)/共54頁(yè)帶鋼甩尾的危害：連續(xù)發(fā)生甩尾，造成帶鋼尾部折疊或破碎，易硌傷輥面，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)輥印缺陷甩尾嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致軋輥出現(xiàn)表面裂紋甚至剝落傳感器的分類(lèi)(1)精軋帶鋼甩尾聲音識(shí)別系統(tǒng)：第10頁(yè)/共54頁(yè)準(zhǔn)確提取甩尾聲音信號(hào)的特征——非線(xiàn)性、非平穩(wěn)的信號(hào)傳感器的分類(lèi)(1)第11頁(yè)/共54頁(yè)甩尾聲音特征值計(jì)算：最大聲壓：基于甩尾聲音能量大于正常拋鋼聲音能量的原理，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)捕捉拋鋼過(guò)程的聲壓最大值異響時(shí)間：基于撞擊與抽擊發(fā)聲原理的不同，系統(tǒng)會(huì)計(jì)算聲源振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間來(lái)判別撞擊還是抽擊沖擊能量密度：能量密度越大，沖擊效果也越強(qiáng)。系統(tǒng)通過(guò)聲音能量與其作用時(shí)間計(jì)算沖擊能量密度傳感器的分類(lèi)(1)對(duì)采集信號(hào)的各個(gè)特征進(jìn)行計(jì)算，并且與數(shù)據(jù)庫(kù)中的正常信號(hào)特征值進(jìn)行對(duì)比，系統(tǒng)自動(dòng)判斷是否需要甩尾報(bào)警第12頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的分類(lèi)(1)甩尾聲音沖擊能量密度趨勢(shì)分析圖系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，投入率100%（合同要求≥99%）甩尾及軋輥損害識(shí)別正確率97.81%（合同要求≥95%）第13頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的分類(lèi)(1)按被測(cè)物理量分類(lèi)機(jī)械量：長(zhǎng)度、厚度位移、速度、加速度轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角、質(zhì)量、力流速、流量、壓力、扭矩聲音:聲壓,噪聲溫度:熱量,比熱光譜：亮度，色彩當(dāng)軸承受力不均，存在偏載現(xiàn)象時(shí)，軸承座徑向溫度場(chǎng)的分布出現(xiàn)不均第14頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的分類(lèi)(1)按被測(cè)物理量分類(lèi)機(jī)械量：長(zhǎng)度、厚度位移、速度、加速度轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角、質(zhì)量、力流速、流量、壓力、扭矩聲音:聲壓,噪聲溫度:溫度,熱量,比熱光譜：亮度，色彩等離子體激光器光導(dǎo)纖維樣品光譜儀410415420425430435440

波長(zhǎng)(nm)發(fā)射強(qiáng)度激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀第15頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的分類(lèi)(2)按信號(hào)變換特征分類(lèi)能量轉(zhuǎn)換型直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作.例如：熱電偶溫度計(jì).能量控制型從外部供給能量，并由被測(cè)量控制外部供給能量的變化.例如：電阻應(yīng)變片、ICP型加速度傳感器按信號(hào)的輸出方式分類(lèi)模擬型傳感器數(shù)字型傳感器第16頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的分類(lèi)(3)按敏感元件與被測(cè)對(duì)象的關(guān)系分類(lèi)物性型依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換.如：水銀溫度計(jì).結(jié)構(gòu)型依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變.例如：電容式和電感式傳感器聽(tīng)筒的工作原理圖第17頁(yè)/共54頁(yè)工業(yè)傳感器傳感器的分類(lèi)傳感器的選用原則傳感器的安裝第18頁(yè)/共54頁(yè)工業(yè)傳感器傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性第19頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)測(cè)量：如果測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置的輸入、輸出信號(hào)不隨時(shí)間而變化。靜態(tài)響應(yīng)特性：靜態(tài)測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置表現(xiàn)出的響應(yīng)特性，主要指標(biāo)：靈敏度非線(xiàn)性度回程誤差測(cè)量范圍穩(wěn)定性可靠性第20頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的靜態(tài)特性靈敏度當(dāng)測(cè)試裝置的輸入x有一增量△x,引起輸出y發(fā)生相應(yīng)變化△y時(shí),定義:S=△y/△xyx△x△y靈敏度越高越好嗎？第21頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的靜態(tài)特性非線(xiàn)性度實(shí)際曲線(xiàn)與擬合直線(xiàn)的偏離程度就是非線(xiàn)性度。非線(xiàn)性度=B/A×100%yxB實(shí)際的理論值A(chǔ)第22頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的靜態(tài)特性回程誤差在輸入量由小增大和由大減小的測(cè)試過(guò)程中，測(cè)量得到的兩條輸出曲線(xiàn)之間差值最大的地方則為hmax，定義回程誤差為:(hmax/A)×100%yxhmaxA第23頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的靜態(tài)特性精確度傳感器輸出與被測(cè)物理量的一致程度，精確度越高，傳感器越能真實(shí)反映被測(cè)量，即與精確度想對(duì)應(yīng)的是誤差，在工程測(cè)量中常用誤差指標(biāo)來(lái)代替精確度指標(biāo)。精確度分為：相對(duì)精確度和絕對(duì)精確度傳感器的精確度都是用相對(duì)精度%來(lái)描述的測(cè)試系統(tǒng)的精確度用兩者的加和來(lái)描述：溫度測(cè)量誤差為0.5%±1度；位移測(cè)量誤差為0.2%±1um△y第24頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的靜態(tài)特性分辨力能引起輸出量發(fā)生變化時(shí)輸入量的最小變化量，表示測(cè)試裝置能分辨輸入量最小變化的能力，即min(△x)測(cè)量范圍指測(cè)試裝置能正常測(cè)量最小輸入量和最大輸入量之間的范圍。第25頁(yè)/共54頁(yè)工業(yè)傳感器傳感器的靜態(tài)特性靈敏度精確度分辯力非線(xiàn)性度回程誤差測(cè)量范圍x△x△yxBAyxhmaxAyy

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~y*

第26頁(yè)/共54頁(yè)工業(yè)傳感器傳感器的靜態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性第27頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的動(dòng)態(tài)特性頻率響應(yīng)特性：在所測(cè)頻率范圍內(nèi)，傳感器的輸出能真正反映被測(cè)參數(shù)而不失真對(duì)于一個(gè)已知的包含所有頻率的輸入信號(hào)，在理想情況下，其曲線(xiàn)應(yīng)該是平直的實(shí)際上存在一個(gè)低頻限制，在某個(gè)頻率范圍內(nèi)響應(yīng)曲線(xiàn)為平滑曲線(xiàn)，而在高頻區(qū)域，響應(yīng)線(xiàn)會(huì)出現(xiàn)下滑第28頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的動(dòng)態(tài)特性頻率響應(yīng)特性如果分析數(shù)據(jù)的頻率不在“線(xiàn)性區(qū)域”內(nèi)，就可能會(huì)遇到一些不該出現(xiàn)的重復(fù)性、精確度和相位漂移方面的問(wèn)題備注：在應(yīng)用沖擊脈沖法（SPM）時(shí)，利用的是傳感器固有頻率附近測(cè)量的上限頻率通常取為傳感器固有頻率的1/3第29頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的動(dòng)態(tài)特性

SPM----ShockPulseMethod，專(zhuān)門(mén)針對(duì)滾動(dòng)軸承的檢測(cè)方法由于滾動(dòng)軸承在故障早期，沖擊信號(hào)能量弱，故障特征被淹沒(méi)在背景噪聲中，采用普通振動(dòng)傳感器提取沖擊脈沖信號(hào)困難SPM傳感器經(jīng)過(guò)特殊機(jī)械和電氣方面的處理，使系統(tǒng)在40KHz的傳感器固有頻率處發(fā)生共振，即通過(guò)機(jī)械及電子調(diào)諧的共同作用，將所獲得的軸承沖擊信號(hào)放大5—7倍第30頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的選用原則選用原則除了前面的技術(shù)指標(biāo)外，還應(yīng)該考慮如下原則：傳感器的體積：被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求測(cè)量方式：接觸式、非接觸式工作溫度：常溫、高溫電源供電方式：有源、無(wú)源信號(hào)引出方式：有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)傳感器的來(lái)源：國(guó)產(chǎn)、進(jìn)口（價(jià)格因素）

工業(yè)傳感器第31頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的分類(lèi)傳感器的選用原則傳感器的安裝靈敏度精確度非線(xiàn)性度回程誤差分辯力測(cè)量范圍頻響范圍體積供電方式信號(hào)引出方式……工業(yè)傳感器靜態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性工程應(yīng)用第32頁(yè)/共54頁(yè)傳感器選擇與狀態(tài)監(jiān)測(cè)的關(guān)系不同監(jiān)測(cè)方法在設(shè)備狀態(tài)劣化過(guò)程中的靈敏度振動(dòng)溫度鉄譜設(shè)備的磨損曲線(xiàn)時(shí)間幅值隨設(shè)備劣化，不同技術(shù)對(duì)設(shè)備診斷的有效性第33頁(yè)/共54頁(yè)工業(yè)傳感器—振動(dòng)監(jiān)測(cè)

位移是質(zhì)量塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中離開(kāi)平衡位置的距離振動(dòng)速度是質(zhì)量塊在振蕩過(guò)程中運(yùn)動(dòng)快慢的度量振動(dòng)加速度是振動(dòng)速度的變化率第34頁(yè)/共54頁(yè)振動(dòng)位移(Displacement)速度(Velocity)加速度(Acceleration)

工業(yè)傳感器振動(dòng)位移、速度、加速度之間的關(guān)系

位移、速度、加速度都是同頻率的簡(jiǎn)諧波。三者的幅值相應(yīng)為A、A、A2。相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90o;速度領(lǐng)先位移90o。第35頁(yè)/共54頁(yè)工業(yè)傳感器—振動(dòng)相位電機(jī)兩側(cè)的傳感器同相位松動(dòng)電機(jī)兩側(cè)的傳感器反相位不對(duì)中第36頁(yè)/共54頁(yè)工業(yè)傳感器不同轉(zhuǎn)速下，位移/速度/加速度的靈敏度速度位移加速度變形量作用力疲勞度需要根據(jù)設(shè)備工況的不同，選擇合適的傳感器第37頁(yè)/共54頁(yè)工業(yè)傳感器轉(zhuǎn)速確定，位移/速度/加速度與設(shè)備狀態(tài)的關(guān)系位移轉(zhuǎn)速速度轉(zhuǎn)速加速度無(wú)論選擇何種監(jiān)測(cè)方式，測(cè)量值越大，故障就越嚴(yán)重第38頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的安裝概述正確安裝傳感器，對(duì)于獲取正確的測(cè)量結(jié)果是非常重要的永久式傳感器的安裝便攜式傳感器的安裝振動(dòng)傳感器安裝注意事項(xiàng)選擇的安裝位置必須能夠保證使用數(shù)據(jù)采集器時(shí)的工作安全在振源和傳感器之間必須要有一個(gè)良好的機(jī)械傳輸路徑，傳感器安裝時(shí)應(yīng)選擇振源和傳感器間的最短路徑確保沒(méi)有將傳感器安裝到自身會(huì)受到機(jī)器振動(dòng)激勵(lì)的部件上，如：風(fēng)扇罩、聯(lián)軸器防護(hù)蓋等不宜放置傳感器的部件

工業(yè)傳感器第39頁(yè)/共54頁(yè)傳感器安裝位置的選擇1234檢測(cè)軸承的振動(dòng)，傳感器安裝在什么位置合適？測(cè)量徑向振動(dòng)，在承載區(qū)最合適測(cè)量軸向振動(dòng)，路徑最短最合適××？第40頁(yè)/共54頁(yè)傳感器的安裝如何正確安裝傳感器傳感器必須直接與機(jī)器的表面相接觸，傳感器與設(shè)備的連接越可靠，測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確機(jī)器表面必須保持光滑和平坦，不能有油漆、鐵銹或粗砂，否則會(huì)嚴(yán)重影響傳感器的頻率響應(yīng)常規(guī)的便攜式安裝時(shí)，傳感器被暫時(shí)安裝在設(shè)備表面；進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控時(shí)，傳感器則是永久式安裝安裝方式螺栓連接焊接磁座粘接

工業(yè)傳感器第41頁(yè)/共54頁(yè)如何正確安裝傳感器暫時(shí)安裝所使用的方法應(yīng)具有良好的可重復(fù)性振動(dòng)探針磁鐵快速連接裝置振動(dòng)探針安裝僅用于難以接近的測(cè)點(diǎn)和鋁制表面，不能測(cè)量低于10HZ的振動(dòng)，共振頻率范圍800-1500HZ工業(yè)傳感器

傳感器的安裝第42頁(yè)/共54頁(yè)如何正確安裝傳感器磁鐵固定可以在有微小曲面的機(jī)器表面安裝機(jī)器表面和磁性必須保持清潔和良好的維護(hù)，所有沙粒、金屬顆粒、毛刺都必須去除黃油、蜂蠟等耦合劑經(jīng)常與有平坦底部的磁體一起使用注意磁鐵安裝座具有很強(qiáng)的磁性，當(dāng)把它安裝到機(jī)器上時(shí)，應(yīng)先放在設(shè)備的邊緣上然后慢慢移動(dòng)到目標(biāo)位置，否則由于巨大的磁性沖擊力作用可能會(huì)導(dǎo)致傳感器的損壞分類(lèi)兩極磁鐵：用于不規(guī)則表面或曲面平面磁鐵：用于平坦表面工業(yè)傳感器

傳感器的安裝？第43頁(yè)/共54頁(yè)如何正確安裝傳感器永久螺栓固定通過(guò)在設(shè)備外殼上鉆螺紋孔，用雙頭螺栓與設(shè)備直接連接，能獲得最高的頻率范圍可以用環(huán)氧樹(shù)脂粘合墊子來(lái)代替鉆孔，將傳感器安裝到墊子上，如果安裝合理的話(huà)，也能達(dá)到接近雙頭螺栓安裝的效果工業(yè)傳感器

傳感器的安裝雙頭螺栓固定粘合墊子第44頁(yè)/共54頁(yè)如何正確安裝傳感器安裝方式目前最好的安裝方式采用雙頭螺栓直接將傳感器與機(jī)器表面連接起來(lái)，其它安裝方式會(huì)引入安裝共振。工業(yè)傳感器

傳感器的安裝第45頁(yè)/共54頁(yè)測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)測(cè)量過(guò)程中，除待測(cè)量信號(hào)外，各種不可見(jiàn)的、隨機(jī)的信號(hào)可能出現(xiàn)在測(cè)量系統(tǒng)中，這些信號(hào)與有用信號(hào)疊加在一起，嚴(yán)重扭曲測(cè)量結(jié)果。測(cè)量系統(tǒng)電磁干擾信道干擾電源干擾第46頁(yè)/共54頁(yè)測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)電磁干擾干擾以電磁波輻射方式經(jīng)空間串入測(cè)量系統(tǒng)良好的屏蔽及正確的接地可去除大部分的電磁波干擾信道干擾測(cè)量電路中的信號(hào)多用電纜進(jìn)行傳輸。當(dāng)電纜抖動(dòng)、彎折時(shí)，若在介質(zhì)中產(chǎn)生機(jī)械力，就會(huì)引起壓電效應(yīng)干擾選用鎧裝電纜，在絕緣層的兩側(cè)涂有石墨，去除感應(yīng)電荷電源干擾這是由于供電電源波動(dòng)對(duì)測(cè)量電路引起的干擾使用交流穩(wěn)壓器、隔離穩(wěn)壓器可減小供電電源波動(dòng)的影響第47頁(yè)/共54頁(yè)測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)屏蔽一種是采用雙絞線(xiàn)，其中一根用做作屏蔽，另一根用做信號(hào)傳輸線(xiàn)。另一種是采用金屬網(wǎng)狀編織的屏蔽線(xiàn)，金屬網(wǎng)做屏蔽層，芯線(xiàn)用于傳輸信號(hào)。一般的原則是：抑制靜電感應(yīng)采用雙絞線(xiàn)，抑制電磁感應(yīng)干擾應(yīng)采用金屬網(wǎng)屏蔽線(xiàn)