第章振動信號測取技術(shù)

第三章振動信號測取技術(shù)主講：王林鴻教授、博士機械與汽車工程學(xué)院振動信號測取技術(shù)設(shè)備狀態(tài)的檢測信號是反映設(shè)備正常與否的信息載體；（檢測信號）適當(dāng)?shù)臋z測方法是發(fā)現(xiàn)故障信息的重要條件；（檢測方法）能否真實、充分地檢測到足夠數(shù)量并能客觀反映設(shè)備運行狀態(tài)的信號，是診斷是否可信的前提；（檢測結(jié)果）機械工程測試技術(shù)是前續(xù)課程，這里僅作簡單回顧。3．1加速度傳感器

圖3—1加速度計壓電效應(yīng)與電致伸縮效應(yīng)某些物質(zhì)如石英晶體，在受到?jīng)_擊性外力作用后，不僅幾何尺寸發(fā)生變化，而且其內(nèi)部發(fā)生極化，相對的表面出現(xiàn)電荷，形成電場。外力消失后，又恢復(fù)原狀。這種現(xiàn)象叫做壓電效應(yīng)。將這種物質(zhì)置于電場中，其幾何尺寸也會發(fā)生變化，叫做電致伸縮效應(yīng)。

壓電式加速度計

利用壓電效應(yīng)，制成壓電式加速度傳感器，可用于檢測機械運轉(zhuǎn)中的加速度振動信號；利用電致伸縮效應(yīng)，制成超聲波探頭，可用于探測構(gòu)件內(nèi)部缺陷。壓電式加速度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3—2壓電式加速度計a)中心壓縮型b)環(huán)形剪切型c)三角剪切型壓電式加速度傳感器的測量電路由于電荷是非常微弱的量，因此需要在被測設(shè)備附近布置前置放大器，將電荷量放大數(shù)千倍后，再傳輸給顯示計量儀表。前置放大器電路有兩種形式：其一是電阻反饋的電壓放大器，另一種是電容反饋的電荷放大器。電荷放大器是工業(yè)測量現(xiàn)場使用最多的前置放大器。壓電式加速度傳感器的工作頻率范圍

圖3—4的左邊是幅頻特性曲線，它反映信號的頻率在1Hz到3KHz這一段，加速度計能比較好的復(fù)現(xiàn)信號的波形。為了測得的電信號波形能真實地復(fù)現(xiàn)振動波形，就必需使所測信號中最高的頻率位于幅頻特性曲線上的水平段。圖3—4加速度計的幅頻特性壓電式加速度傳感器的安裝

安裝要求：要使安裝后的加速度計特性具有足夠高的共振頻率。3．2速度釋傳感頂器工作形原理解：速系度傳呼感器域又稱儉為磁疤電式南變換買器，稀它利捧用電麗磁感吐應(yīng)原桑理，腎將運避動速成度轉(zhuǎn)富換成周線圈仔中的矮感應(yīng)吵電勢夢輸出兩。它的片工作突不需須要電唉源，炮而是揀直接杜從被乓測物肌體吸嚇取機重械能椅量并聯(lián)轉(zhuǎn)換矮成電景信號屯輸出父。由于究它的叛輸出淚功率亦較大甩，因僵而大循大簡衛(wèi)化了炸后續(xù)莫電路茅，且廣性能踏穩(wěn)定價，又轟具有源一定種的工優(yōu)作帶夫?qū)?一般靠為10～10冬00亦Hz搖)，所府以獲垮得了員較普午遍的得應(yīng)用牧。磁電佳式速匆度傳律感器宇有絕郵對式蠶和相串對式還兩種么。圖3—6磁電式絕對速度傳感器1—彈簧片、2—殼體、3—阻尼環(huán)、4—永磁鐵、5—線圈、6—心軸、7—彈簧1．磁貼電式頑絕對廳速度奔傳感淹器2．磁康電式猶相對屬速度克傳感際器圖3—7磁電式絕對速度傳感器1—殼體、2—心軸殼體、3—彈簧片、4—永磁鐵、5—線圈、6—彈簧片、7—引出線磁電叉式速箭度傳競感器箱的選夾用最低鳳工作短頻率礙：被故測設(shè)交備的慈頻譜湊圖中相低于程這個叢頻率駁的信略號是目失真橡的，趨可信撒度低何。靈敏將度：向這個補參數(shù)爺用于誤將測管得的塞電壓摧值換束算成搞速度編值，同也是封估計編傳感握器最珠大輸昌出電唉壓的造重要快參數(shù)王。垂直訴安裝原的速轟度傳詳感器秧與水涉平安窄裝的落速度騰傳感炒器內(nèi)施部機淚械結(jié)毀構(gòu)參巷數(shù)是褲不同輕的，佛不能泊混用粥。3．3位移端傳感務(wù)器電渦蠻流傳虧感器般能靜溝態(tài)和袍動態(tài)盟地非甲接觸藝、高堪線性陽度、剛高分浴辨力漢地測叉量被劇測金旱屬導(dǎo)己體距畏探頭偽表面迅的距娘離。電渦岡流傳學(xué)感器征以其購長期遙工作曠可靠閃性好哄、測棄量范幕圍寬鍬、靈丙敏度懲高、記分辨獸率高汪、響管應(yīng)速日度快求、抗黃干擾懶力強獻、不委受油諷污等拴介質(zhì)越的影塌響、淚結(jié)構(gòu)竊簡單單等優(yōu)雕點，缸在大琴型旋饞轉(zhuǎn)機憶械狀翻態(tài)的覆在線剩監(jiān)測印與故異障診革斷中繞得到直廣泛敲應(yīng)用帥。渦流效傳感搖器工昌作原蓋理當(dāng)被求測金鉤屬與輝探頭歸之間肺的距昨離發(fā)孤生變示化時者，探泄頭中蒙線圈沾的Q值也華發(fā)生超變化遭，Q值的膀變化要引起惕振蕩磨電壓輔幅度彈的變廢化，濃而這伐個隨步距離抓變化鐵的振勺蕩電慘壓經(jīng)蓮過檢浩波、菠濾波筐、線鬼性補呈償、勸放大桑歸一絲式等處邁理轉(zhuǎn)切化成息電壓鴉（電焰流）淹變化輩，最肉終完舉成機惠械位猛移(間隙)轉(zhuǎn)換覽成電貧壓（藝電流裙）。振蕩器檢波電路放大器渦電流探頭線圈前置放大器電纜圖3—9渦流傳感器工作原理圖渦流映傳感替器與考前置酸放大橋器圖3—歡10是目杜前工牙業(yè)上凈常見堆的渦比流傳欺感器肯與前僻置放神大器性。探狀頭電紛纜與局前置祥放大奪器是勤配套順的，悼沒有薄互換遺性。微一旦榮電纜子損壞售，全推套報耳廢。圖3—播11是新狠型的冊集成抗一體凱化渦羅流傳納感器喜，它宮將前斧置放叨大電炸路集洲成到預(yù)探頭澆內(nèi)部各，這舉樣電們纜的寨作用穗就僅沫僅是初傳輸晌信號膽，損故壞后臨可以載重新狡接起艘來，導(dǎo)繼續(xù)鹿使用催。圖3—10渦流傳感器與前置放大器圖3—11集成一體化渦流傳感器渦流娘傳感憂器的倡輸入沖（mm）輸錄出（V）特焰性曲雜線圖3—12某渦流傳感器的輸入（mm）輸出（V）特性曲線電渦腦流傳悄感器筍探頭工的正倡確安誤裝探頭苦的安遵裝間重隙（錘探頭臂端面輛到被杠測端印面的帝距離皺）各探寶頭間儉的最犁小間肅距。探頭因頭部羽與安劃裝面縮慧的安醬全間占距探頭水安裝穩(wěn)支架殼的選授擇（煤牢固格性）電纜料轉(zhuǎn)接且頭的發(fā)密封慚與絕救緣。探頭根所帶欠電纜涉、延坡伸電蘋纜的哀安裝探頭獻抗腐刪蝕性探頭飛的高汽溫、蹲高壓慘環(huán)境電渦銹流傳披感器掌探頭屈安裝盒圖例1圖3—13電渦流傳感器探頭的安裝電渦僚流傳巧感器蛙探頭椒安裝燦圖例2圖3—14軸的徑向振動測量圖3—15鑒相測量的安裝電渦停流傳故感器施探頭堂安裝預(yù)圖例3鑒相丘測量師就是末通過糞在被性測軸鎖上設(shè)順置一起個凹宏槽或軍凸鍵蚊，稱弓鑒相己標記皺。這測就是學(xué)軸的辯相對0度。3．4結(jié)構(gòu)雙的激梯振方葉法穩(wěn)態(tài)蓮正弦絕激振竟；瞬態(tài)唉激振購；快速仍正弦蘇掃描漠激振自；脈沖騙激振援；階躍重激振秩；隨機做激振戀。1．穩(wěn)寄態(tài)正手弦激她振穩(wěn)態(tài)徹正弦梨激振宜又稱權(quán)簡諧竹激振禮。它間是借互助激石振器根對被深測對皆象施斑加一景個頻素率與婦幅值月均可如控制脾的正削弦激法振力的。優(yōu)點謀是激季振功催率大偵，信認噪比祥高，響測試及精度附高；缺點草是測愿試周惹期長辮，特盟別是姓對小淚阻尼裁的測解試對倉象，正每次篇激振紀頻率尚的改湯變均撫需要畝較長拒的穩(wěn)良定時脖間。2．瞬蘆態(tài)激獵振瞬態(tài)哀激振唉時，華施加插在被燃測對奴象上貸的力么是瞬韻態(tài)變栽化力卻，它嫌屬于勻?qū)拵窦ふ窈鄯椒ㄊ凇３＠镉玫恼矐B(tài)張激振罵方法舒有以稠下幾刪種：1)快速胖正弦洽掃描統(tǒng)激振鞠；2)脈沖批激振礎(chǔ)；3）階海躍激懼振。1)快速歉正弦短掃描例激振快速纖正弦減掃描五激振抗的激加振信記號由潔振蕩味頻率紗變化吉可控躬的信返號發(fā)廚生器珍供給醒，激愧振力嬸的大泳小仍悶按正慰弦規(guī)房誠律變后化。常采族用線洲性正升弦掃加描——激振肌信號剛頻率姐在掃鮮描周王期內(nèi)青線性爬增加掛，但頸最大疲幅值窮不變哲。掃描眼周期材和激腫振的雷上、鎖下限哀頻率盒可根癢據(jù)試感驗要撕求選腳定，識掃描卸周期額僅為1微s～2醒s，可賤快速段測試臣被測脅對象騾的動再態(tài)特唯性。2)脈沖貿(mào)激振脈沖牧激振轎又稱撓錘擊失法。曉通常貫用一秒個帶等有力慮傳感仁器的迷脈沖脹錘敲漲擊被恭激對尼象。累同時亦測量杠激勵呀和響滋應(yīng)。這種稀方法桿具有襲試驗形時間方短，綢現(xiàn)場票使用匯的設(shè)虧備簡逝單，趣在試古驗對么象上績沒有浪附加遣質(zhì)量輩等優(yōu)短點。其主斯要缺體點是躍：力咬的大抹小不端易控余制，區(qū)過小勤會降爆低信爭噪比拍，過暗大會鑄引起峽非線折性；企試驗鋪結(jié)果完誤差邪較大碌，準街確度恥差。3)階躍漠激振階躍險激振渣是指突被測郵對象東突然米受到撒或消棚除一容恒作擱用力誼而產(chǎn)貍生自涉由振狹動的兄激振頭方法諷。例如族在被獅測對憲象選盤定點乘處，粒用一澤鋼索攪對被礎(chǔ)測對身象施蚊加一瓣恒張皂力，績?nèi)缓舐锻蝗粡角袛鄵砘蛩删徝撲摻∷?，疫就相東當(dāng)于士對被吊測對斥象施遭加一差負的井階躍融激振柿力，思激起壓被測桃對象癥的寬嫂帶自析由振瓦動。對于敏大型遍結(jié)構(gòu)寧件，鳳如建蜜筑物針、橋板梁等炭的激監(jiān)振，誰就可盟采用芽類似槳的辦獻法。3．隨慚機激禍振隨機理激振字也是恥一種暈寬帶斬激振鵲方式懲，一汪般采乞用白漫噪聲伏或偽忠隨機往信號月發(fā)生楚器作托為激術(shù)振的素信號動源。狐市場賣上所企售的船白噪正聲發(fā)臘生器暑能產(chǎn)仿生連蔽續(xù)的瀉隨機吃信號勁，它鑄可激拌起被除測對歲象在出一定蚊頻率牽范圍吃內(nèi)的拔隨機姐振動螞。許多顧干擾俱力和帝動載哭荷(如切壘削力施等)也具組有隨暮機性魯質(zhì)，羊也可挺作為傭現(xiàn)場扁測試船的隨岔機激贈振源京。隨機贊激振逢方式蝴的優(yōu)麻點是拌測試布速度搖快、溜效率摔高，突但所渣用儀釘器設(shè)誕備復(fù)蝦雜而搖昂貴斯。激振插器的限種類激振勿器是上對被磁測對漆象施雹加某常種預(yù)額定要僻求的名激振禮力，押使其燭產(chǎn)生拖預(yù)期濕振動予的裝子置。激振討器的緊形式拖有脈黃沖的啊、正攀弦的仍和隨污機的視三種麗。目前匆國內(nèi)盞普遍幅應(yīng)用廊的是骨脈沖泛力激餐振器芹和正義弦力自激振怒器。圖3—17脈沖力激振器1)．脈盾沖力束激振約器脈沖還力激及振器御為一靠個內(nèi)灰部裝償有壓舅電式客力傳瓦感器落的測斧力榔賀頭，做又稱儉脈沖醉錘。督圖3－17給出陡脈沖季錘的桿結(jié)構(gòu)廳簡圖絞及裝揭在錘查中的初力傳裂感器釋測得波的敲貨擊力圖的波鑒形圖剩和頻險譜圖洞。從波任形圖釀和頻兆譜圖壟可以長看出天：錘癥帽材經(jīng)料越謎硬，泥其敲損擊力繪波形口圖的誓峰值玻越高筍，持礎(chǔ)續(xù)時疫間越寄短，控越接壯近于型理想枝的脈梯沖函差數(shù)；艘而且抽，錘趣帽材幫料越屑硬，做其敲覽擊力順的譜看特性踐圖中柄平坦超段的斃頻率凈范圍朱越寬媽。2)．正荷弦力對激振弓器圖3—18電動式激振器正弦豈激振吧器按防安裝假方式升不同遼，分屋為絕志對式遇和相年對式邀兩種衛(wèi)。①電動圖式激壟振器——絕對朽式電動達式激唉振器煩是利智用電許磁感婆應(yīng)原葡理將辦電能勸轉(zhuǎn)變岡為機蛇械能串對被捏測對杜象提贊供激怒振力秧的裝杠置。素其結(jié)念構(gòu)原質(zhì)理如的圖3—愿18所示②電遵磁式筑激振遮器——相對幟式爽電磁厲式激影振器搬是直火接利傅用電里磁力南作為具激振搏力，筑它常場用于抱非接符觸式鍵激振平。其伍結(jié)構(gòu)襪如圖3—扭20所示蜓。電磁續(xù)激振餡器的平特點悄是：招可以汪對旋遠轉(zhuǎn)著匆的被雷測對遠象進翠行激障振，翻它不阿受附怠加質(zhì)犁量和角剛度準的影臥響，唯其激至振頻悶率上再限約鼠為50膠0摟Hz～80竹0非Hz左右批。圖3—20電磁式激振器的結(jié)構(gòu)鐵芯、2—激振線圈、3—勵磁線圈4—傳感器、5—檢測線圈3．9監(jiān)測月與診咽斷系擺統(tǒng)的堆組成織與工抹作程菊序硬件患部分耳的任汗務(wù)是常獲取豆包含纖設(shè)備詳各種戶信息同的物市理信攜號。減工作即程序冶為：芽分析既應(yīng)測擁量的祖物理劈燕信號違，選勺用合猜適的高傳感若器和端系統(tǒng)治，將翁物理弦信號輪轉(zhuǎn)換器成符伶合標碼準規(guī)多范的通電信團號。絨為后男面的積信號柿分析腥做好粥準備夕。軟件席部分拔的任緩務(wù)是阻對信販號進君行提跑取特午征的供分析細和數(shù)虹據(jù)解冶釋。味其工眾作程長序為妖：采晶用信棉號分翼析技愉術(shù)，妹將信沫號中餃反映第設(shè)備譜狀況作的特灣征信憂息提勾取出斷來，薪與過慮去值墻進行想比較繭，找繩出其獨中的夢差別糞，以媽此判抓定設(shè)妖備是月否有膠故障喝，故咳障的怠類型灣以及江故障纖的部叼位。一．釀監(jiān)測均與診源斷系炊統(tǒng)的研任務(wù)能反蛛映被熄監(jiān)測崖系統(tǒng)警運行斬狀態(tài)準并對鑼異常盡狀況城發(fā)出難警告兆。（材報警織）能提熄供設(shè)扶備狀報態(tài)的娃準確堪描述恭。（走定位梯）能預(yù)值測設(shè)佛備狀蚊態(tài)的革發(fā)展厚趨勢慰。（瓣預(yù)測肅）二．罪監(jiān)測啟與診厘斷系飾統(tǒng)的嗓組成監(jiān)測按與診抵斷系茫統(tǒng)分妻為簡卡易診派斷系壓統(tǒng)和枕精密跌診斷下系統(tǒng)您兩種俗。點巡崇檢系碌統(tǒng)屬治于簡參易診撐斷系肥統(tǒng)，在線紫監(jiān)測詳與診劉斷系蛾統(tǒng)屬精于精菌密診予斷系腹統(tǒng)。簡易隆診斷碌系統(tǒng)簡易瓜診斷只系統(tǒng)叮由便李攜式子測量妹儀表嫌（如杠振動處參數(shù)拘測試相儀、蝴軸承面故障凳測試劑儀等街）和醬一些齊統(tǒng)計番圖表撇所組忙成。圖3—瞧55是一重個點啊檢數(shù)巾據(jù)記格錄統(tǒng)改計表宅的例棟子，語統(tǒng)計塵表由春示意金圖、懇設(shè)備崇名稱默、結(jié)逐構(gòu)參董數(shù)、窩測量杯部位異、測蔽量參流數(shù)、播判別籌標準壺、點鑰檢數(shù)種據(jù)及租測點震趨勢找圖等效所組辨成。池是簡改易診武斷系思統(tǒng)的滿重要杠組成萄部分倚。名稱：初軋7架減速機電機轉(zhuǎn)速：1450RPM齒數(shù)：Z1=31；Z2=56；Z3=43；Z4=72測點號測量參數(shù)正常判定條件標準值a1

mm/s2

<

a2mm/s2<

a3mm/s2<

a4mm/s2<Z1Z2Z3Z4a1a2a3a4測點號123

45678910111213141516171819202122232425262728293031精密畝診斷鋤系統(tǒng)在線裙監(jiān)測驕與診剝斷系盛統(tǒng)；由三油部分而組成灘：數(shù)據(jù)扁采集逼部分參；狀態(tài)堤識別洲部分葉；數(shù)據(jù)枯庫部哪分。圖3—57監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的信號處理部分圖3—已57中，否左邊售是數(shù)左據(jù)管碧理窗顫口，餐右上愛是頻芬譜分輕析窗詠口，翁右下盛是數(shù)葡據(jù)解幫釋窗槍口。三．澆實施豪故障茫監(jiān)測恨與診紗斷系斤統(tǒng)的順工作濱程序三個剪環(huán)節(jié)枝六個驢步驟制：環(huán)節(jié)1：準臥備工拍作；步驟1：了種解診待斷對邪象；步驟2：確鬼定診島斷方煮案；環(huán)節(jié)2：診棋斷實京施；步驟3：測叔量與舊信號壁分析糞；步驟4：狀伍態(tài)判織別；環(huán)節(jié)3：決刊策與曠驗證競；步驟5：診詞斷決埋策；步驟6：檢器查驗炭證。（1）了集解診兼斷對艦象主要敬手段剩是開厘展設(shè)練備調(diào)步查。作出方一張褲調(diào)查熊表：設(shè)備誦結(jié)構(gòu)喂參數(shù)剩子表憲；設(shè)備尖運行母參數(shù)亞子表足；設(shè)備組狀況倦子表廟。設(shè)備島結(jié)構(gòu)錄參數(shù)叛子表清楚貿(mào)設(shè)備盞的基英本組越成部奶分及鴿其聯(lián)隱接關(guān)瞧系。查明質(zhì)各主振要零邪部件灘（特招別是溫運動意零件甜）的興型號潛、規(guī)肥格、總結(jié)構(gòu)闖參數(shù)見及數(shù)撓量等餅。設(shè)備稿運行攤參數(shù)樸子表各主市要零術(shù)部件寶的運齒動方提式：敵旋轉(zhuǎn)音運動酒還是疤往復(fù)換運動辯；機器祖的運野動特案性：認平穩(wěn)除運動誰還是狐沖擊發(fā)性運穿動；轉(zhuǎn)子填運行思速度況：低航速(<其60季0r／mi獎n)，中濃速(6按00宿—6灣00持0r／mi確n)還是草高速(>蛛60店00局0r／mi房誠n)；勻羊速還龜是變來速；機器域平時徑正常崖運行姓時及青振動悅測量念時的籍工況漂參數(shù)悄值，糧如：靠排出貨壓力嬸、流血量、益轉(zhuǎn)速騰、溫桐度、汁電流刑、電累壓等斷。載荷倦性質(zhì)細：均滴載、浪變載源還是梁沖擊驗負荷哪；工作叢介質(zhì)瞎：有園無塵頁埃、頭顆粒輔性雜匠質(zhì)或泳腐蝕揭性氣(液)體。周圍秧環(huán)境腐：有胡無嚴者重的重干擾(或污愉染)源存要在，遷如強揉電磁廁場、勝振源烏、熱銹源、曉粉塵知等。設(shè)備恨狀況跳子表設(shè)備使基礎(chǔ)針型式看及狀菠況，邊剛性出基礎(chǔ)純還是川柔性越基礎(chǔ)陳；有關(guān)悟設(shè)備通的主峽要設(shè)短計參塔數(shù)，腔質(zhì)量歲檢驗揭標準減和性旱能指丸標，國出廠蝕檢驗揪記錄都，生均產(chǎn)廠妨家；有關(guān)闖設(shè)備技常見怎故障子分析促處理歲的資顯料(一般陰以表賓格形撕式列圍出)，以吩及投抄產(chǎn)日撓期，閣運行釘記錄節(jié)，事棒故分堪析記禾錄，漁大修零記錄欄等。（2）確乎定診模斷方夕案①好選擇紅測點②吐預(yù)估姐頻率坡和振堪幅③折確定核測量洞參數(shù)④棟選擇化診斷竄儀器⑤棉選擇況與安埋裝傳鄰感器⑥鎮(zhèn)做好駛其他惹相關(guān)茅事項抹的準億備①訪選擇耳測點原則顧：對振洽動反號應(yīng)敏撈感；信息舅豐富聽；診斷酷目的非性；適于敬安裝春傳感桐器；安全近。結(jié)論肢：首難選軸鳳承。杯此外摸，地列腳、翁機殼亦、缸佳體、揮進出更口管杏道、證閥門極、基鞋礎(chǔ)等社部位恢。圖3—58測點選擇示意圖③麥確定屯測量床參數(shù)要求宋：最嶺敏感昆因子翻；原則緩：低頻離