機(jī)械故障診斷技術(shù) 第3版 課件全套 張鍵 1-緒論；2-機(jī)械振動(dòng)及信號(hào)-11-其他故障診斷技術(shù)

機(jī)械故障診斷技術(shù)

第3版張鍵湯赫男等編著第一章緒論在連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)中，如果某臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備因故障而不能繼續(xù)運(yùn)行，往往會(huì)涉及全廠生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行，而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)，例如電力系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)組、冶金過(guò)程及化工過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備等，故障診斷具有極為重要的意義。對(duì)于某些關(guān)鍵機(jī)床設(shè)備，因故障存在而導(dǎo)致加工質(zhì)量降低，使整個(gè)機(jī)器產(chǎn)品質(zhì)量不能保證，這時(shí)故障診斷技術(shù)也不容忽視。

故障診斷的基礎(chǔ)是建立在能量耗散原理上的。所有設(shè)備的作用都是能量轉(zhuǎn)換與傳遞，設(shè)備狀態(tài)愈好，轉(zhuǎn)換與傳遞過(guò)程中的附加能量損耗愈小。例如機(jī)械設(shè)備，其傳遞的能量是以力、速度兩個(gè)主要物理參數(shù)來(lái)表征，附加能量損耗主要通過(guò)溫度及振動(dòng)參數(shù)表現(xiàn)。隨著設(shè)備劣化程度加大，附加能量損耗也增大。因此，監(jiān)測(cè)附加能量損耗的變化，可以了解設(shè)備劣化程度。設(shè)備的壽命曲線Ⅰ——磨合期Ⅱ——正常使用期Ⅲ——耗損期故障率%ⅠⅡⅢ圖1—1浴盆曲線設(shè)備的劣化曲線綠區(qū)(G)——包括浴盆曲線的正常使用階段，即故障率最低的階段黃區(qū)(Y)——包括浴盆曲線Ⅲ區(qū)的初始階段，故障率已有抬高的趨勢(shì)紅區(qū)(R)——包括浴盆曲線Ⅲ區(qū)故障率已大幅度上升的階段GYR圖1-2劣化曲線故障診斷的內(nèi)容1）運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)——根據(jù)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的信息判斷設(shè)備是否運(yùn)行正常，其目的是為了早期（盡早）發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障的苗頭。2）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的趨勢(shì)預(yù)報(bào)——在狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，其目的是為了預(yù)知設(shè)備劣化的速度以便為生產(chǎn)安排和維修計(jì)劃提前作好準(zhǔn)備。3）故障類型、程度、部位、原因的確定——最重要的是故障類型的確定，它是在狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，當(dāng)確認(rèn)機(jī)器已處于異常狀態(tài)時(shí)所需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題，其目的是為最后的診斷決策提供依據(jù)。故障診斷的基本方法難易程度分類，可分為簡(jiǎn)易診斷法和精密診斷法。按機(jī)械故障診斷的測(cè)試手段來(lái)分類，主要分為直接觀察法、振動(dòng)噪聲測(cè)試法、無(wú)損檢測(cè)法、磨損物測(cè)定法、機(jī)器性能參數(shù)測(cè)定法。簡(jiǎn)易診斷法簡(jiǎn)易診斷法指主要采用便攜式的簡(jiǎn)易診斷儀器，如測(cè)振儀、聲級(jí)計(jì)、工業(yè)內(nèi)窺鏡、紅外點(diǎn)溫儀對(duì)設(shè)備進(jìn)行人工巡回監(jiān)測(cè)，根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)或人的經(jīng)驗(yàn)分析，了解設(shè)備是否處于正常狀態(tài)。若發(fā)現(xiàn)異常，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步了解其發(fā)展的趨勢(shì)。因此，簡(jiǎn)易診斷法主要解決的是狀態(tài)監(jiān)測(cè)和一般的趨勢(shì)預(yù)報(bào)問(wèn)題。精密診斷法精密診斷法指對(duì)已產(chǎn)生異常狀態(tài)的原因采用精密診斷儀器和各種分析手段(包括計(jì)算機(jī)輔助分析方法、診斷專家系統(tǒng)等)進(jìn)行綜合分析，以期了解故障的類型、程度、部位和產(chǎn)生的原因及故障發(fā)展的趨勢(shì)等問(wèn)題。精密診斷法主要解決的問(wèn)題是分析故障部位、程度、原因和較準(zhǔn)確地確定發(fā)展趨勢(shì)。直接觀察法傳統(tǒng)的直接觀察法，如“聽(tīng)、摸、看、聞．”是早已存在的古老方法，并一直沿用到現(xiàn)在，在一些情況下仍然十分有效。但因其主要依靠人的感覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)，故有較大的局限性。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，目前出現(xiàn)的便攜式測(cè)振儀、泄漏聽(tīng)診儀、光纖內(nèi)窺鏡、紅外熱像儀、激光全息攝影等現(xiàn)代手段，大大延長(zhǎng)了人的感觀器官，使這種傳統(tǒng)方法又恢復(fù)了青春活力，成為一種有效的診斷方法。振動(dòng)噪聲測(cè)定法機(jī)械設(shè)備在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下(包括正常和異常狀態(tài))都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。進(jìn)一步的研究還表明，振動(dòng)和噪聲的強(qiáng)弱及其包含的主要頻率成分和故障的類型、程度、部位和原因等有著密切的聯(lián)系。大多數(shù)機(jī)械設(shè)備是定速運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，各零部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定了它的振動(dòng)頻率。由于是定速運(yùn)轉(zhuǎn)，其振動(dòng)頻率即為該零件的特征頻率，觀測(cè)特征頻率的振動(dòng)幅值變化，可以了解該零部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和劣化程度。無(wú)損檢驗(yàn)無(wú)損檢驗(yàn)是一種從材料和產(chǎn)品的無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)中發(fā)展起來(lái)的方法，它是在不破壞材料表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下檢驗(yàn)機(jī)械零部件缺陷的方法。它使用的手段包括超聲、紅外、x射線、γ射線、聲發(fā)射、磁粉探傷、滲透染色等。磨損殘余物測(cè)定法機(jī)器的潤(rùn)滑系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)的循環(huán)油路中攜帶著大量的磨損殘余物(磨粒)。它們的數(shù)量、大小、幾何形狀及成分反映了機(jī)器的磨損部位、程度和性質(zhì)，根據(jù)這些信息可以有效地診斷設(shè)備的磨損狀態(tài)。機(jī)器性能參數(shù)測(cè)定法機(jī)器的性能參數(shù)主要包括顯示機(jī)器主要功能的一些數(shù)據(jù)，如泵的揚(yáng)程，機(jī)床的精度，壓縮機(jī)的壓力，流量，內(nèi)燃機(jī)的功率、耗油量，破碎機(jī)的粒度等。一般這些數(shù)據(jù)可以直接從機(jī)器的儀表上讀出，由此可以判定機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)是否離開(kāi)正常范圍。

當(dāng)診斷一臺(tái)設(shè)備的故障部位和原因時(shí)，往往需要綜合的運(yùn)用多種檢測(cè)方法。在判定前，要列舉各種可能及該可能的特征參數(shù)值，再與檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，將對(duì)比不相符合的可能排除，剩下相符的可能，即為設(shè)備的故障部位和原因。這就是故障診斷中所普遍使用的——排除法。

小結(jié)第二章機(jī)械振動(dòng)及信號(hào)

在冶金、化工、機(jī)械等企業(yè)中旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備約占80％，這些旋轉(zhuǎn)設(shè)備主要包括發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、透平制氧機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、大型軋鋼機(jī)等，在眾多的診斷技術(shù)中，沒(méi)有任何技術(shù)能比振動(dòng)信號(hào)分析對(duì)機(jī)器設(shè)備狀況提供更深刻的了解。另外，由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行中易出現(xiàn)不對(duì)中或受外力作用而產(chǎn)生振動(dòng)的現(xiàn)象，其大小與安裝質(zhì)量和使用中的故障有直接關(guān)系。由此可見(jiàn)，振動(dòng)分析及測(cè)量在診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械中有著重要的地位。一般所進(jìn)行的振動(dòng)測(cè)量大致有以下兩方面的內(nèi)容：

1．振動(dòng)基本參數(shù)的測(cè)量，測(cè)量振動(dòng)構(gòu)件上某點(diǎn)的位移、速度、加速度、頻率和相位，用于識(shí)別該構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否正常。

2．結(jié)構(gòu)和部件的動(dòng)態(tài)特性測(cè)量，這種測(cè)量方式以某種激振力作用在被測(cè)體上，使被測(cè)件產(chǎn)生受迫振動(dòng)，測(cè)量輸入(激振力)和輸出(被測(cè)體振動(dòng)響應(yīng))，從而確定被測(cè)體的固有頻率、振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)。

圖2-1按振動(dòng)規(guī)律分類按振動(dòng)規(guī)律分類這種分類，主要是根據(jù)振動(dòng)在時(shí)間歷程內(nèi)的變化特征來(lái)劃分的。按振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征分類（1）自由振動(dòng)與固有頻率這種振動(dòng)靠初始激勵(lì)一次性獲得振動(dòng)能量，歷程有限，一般不會(huì)對(duì)設(shè)備造成破壞，不是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備診斷所需考慮的目標(biāo)。描寫(xiě)單自由度線性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為：通過(guò)對(duì)自由振動(dòng)方程的求解，我們導(dǎo)出了一個(gè)很有用的關(guān)系式：無(wú)阻尼自由振動(dòng)的振動(dòng)頻率為:式中：m—物體的質(zhì)量、k—物體的剛度

這個(gè)振動(dòng)頻率與物體的初始情況無(wú)關(guān)，完全由物體的力學(xué)性質(zhì)決定是物體自身固有的稱為固有頻率，這個(gè)結(jié)論對(duì)復(fù)雜振動(dòng)體系同樣成立。它揭示了振動(dòng)體的一個(gè)非常重要的特性。許多設(shè)備強(qiáng)振問(wèn)題，如強(qiáng)迫共振、失穩(wěn)自激、非線性諧波共振等均與此有關(guān)。

(2)強(qiáng)迫振動(dòng)和共振物體在持續(xù)的周期變化的外力作用下產(chǎn)生的振動(dòng)叫強(qiáng)迫振動(dòng)，如不平衡、不對(duì)中所引起的振動(dòng)。（慣性力）（阻尼力）（彈性力）（激振力）圖2－2強(qiáng)迫振動(dòng)力學(xué)模型圖2－3強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)過(guò)程a)強(qiáng)迫振動(dòng)b)衰減振動(dòng)c)合成振動(dòng)由圖2—3所見(jiàn)，衰減自由振動(dòng)隨時(shí)間推移迅速消失，而強(qiáng)迫振動(dòng)則不受阻尼影響，是一種振動(dòng)頻率和激振力同頻的振動(dòng)。從而可見(jiàn)，強(qiáng)迫振動(dòng)過(guò)程不僅與激振力的性質(zhì)（激勵(lì)頻率和幅值）有關(guān)，而且，與物體自身固有的特性（質(zhì)量、彈性剛度、阻尼）有關(guān)，這就是強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)。(3)自激振動(dòng)自激振動(dòng)是在沒(méi)有外力作用下，只是由于系統(tǒng)自身的原因所產(chǎn)生的激勵(lì)而引起的振動(dòng)，如油膜振蕩、喘振等。自激振動(dòng)是一種比較危險(xiǎn)的振動(dòng)。設(shè)備一旦發(fā)生自激振動(dòng)，常常使設(shè)備運(yùn)行失去穩(wěn)定性。比較規(guī)范的定義是：在非線性機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)，由非振蕩能量轉(zhuǎn)變?yōu)檎袷幖?lì)所產(chǎn)生的振動(dòng)稱為自激振動(dòng)。自激振動(dòng)有如下特點(diǎn)：1）隨機(jī)性。因?yàn)槟芤l(fā)自激振動(dòng)的激勵(lì)（大于阻尼力的失穩(wěn)力）一般都是偶然因素引起的，沒(méi)有一定規(guī)律可循。2）振動(dòng)系統(tǒng)非線性特征較強(qiáng)，即系統(tǒng)存在非線性阻尼、元件（如油膜的粘溫特

性，材料內(nèi)摩擦）、非線性剛度元件（柔性轉(zhuǎn)子、結(jié)構(gòu)松動(dòng)等）才足以引發(fā)自激振動(dòng)，使振動(dòng)系統(tǒng)所具有的非周期能量轉(zhuǎn)為系統(tǒng)振動(dòng)能量。3）自激振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速不成比例，一般低于轉(zhuǎn)子工作頻率，與轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)

速相符合。只是需要注意，由于系統(tǒng)的非線性，系統(tǒng)固有頻率會(huì)有一些變化。4）轉(zhuǎn)軸存在異步渦動(dòng)。5）振動(dòng)波形在暫態(tài)階段有較大的隨機(jī)振動(dòng)成分，而穩(wěn)態(tài)時(shí)，波形是規(guī)則的周期振動(dòng)，這是由于共振頻率的振值遠(yuǎn)大于非線性影響因素所致；與一般強(qiáng)迫振

動(dòng)近似的正弦波（與強(qiáng)迫振動(dòng)激勵(lì)源的頻率相同）有區(qū)別。自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)、自激振動(dòng)這三種振動(dòng)在設(shè)備故障診斷中有各自的主要使用領(lǐng)域。對(duì)于結(jié)構(gòu)件，因局部裂紋、緊固松動(dòng)等原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)件的特性參數(shù)發(fā)生改變的故障，多利用脈沖力所激勵(lì)的自由振動(dòng)來(lái)檢測(cè)，測(cè)定構(gòu)件的固有頻率、阻尼系數(shù)等參數(shù)的變化。對(duì)于減速箱、電動(dòng)機(jī)、低速旋轉(zhuǎn)設(shè)備等機(jī)械故障，主要以強(qiáng)迫振動(dòng)為特征，通過(guò)對(duì)強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率成分、振幅變化等特征參數(shù)分析，來(lái)鑒別故障。對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備以及能被工藝流體所激勵(lì)的設(shè)備，除了需要監(jiān)測(cè)強(qiáng)迫振動(dòng)的特征參數(shù)外，還需監(jiān)測(cè)自激振動(dòng)的特征參數(shù)。按振動(dòng)頻率分類

在低頻范圍，主要測(cè)量的振幅是位移量。這是因?yàn)樵诘皖l范圍造成破壞的主要因素是應(yīng)力的強(qiáng)度，位移量是與應(yīng)變、應(yīng)力直接相關(guān)的參數(shù)。在中頻范圍，主要測(cè)量的振幅是速度量。這是因?yàn)檎駝?dòng)部件的疲勞進(jìn)程與振動(dòng)速度成正比，振動(dòng)能量與振動(dòng)速度的平方成正比。在這個(gè)范圍內(nèi)，零件的疲勞破壞為主要表現(xiàn)，如點(diǎn)蝕、剝落等。

在高頻范圍，主要測(cè)量的振幅是加速度。它表征振動(dòng)部件所受沖擊力的強(qiáng)度。沖擊力的大小與沖擊的頻率與加速度值正相關(guān)。低頻振動(dòng)：f<10Hz中頻振動(dòng)：f=10～1000Hz高頻振動(dòng)：f>1000Hz機(jī)械振動(dòng)（按頻率分類）機(jī)械系統(tǒng)力學(xué)模型

研究機(jī)械系統(tǒng)力學(xué)模型有助于獲得系統(tǒng)振動(dòng)的基本規(guī)律,便于判斷振動(dòng)原因,有效控制或利用振動(dòng)。機(jī)械系統(tǒng)都是由若干裝置、構(gòu)件和零件組成的,是由具有確定的質(zhì)量、剛度和阻尼的物體所構(gòu)成,并能完成特定功能的一個(gè)系統(tǒng)。組成機(jī)械系統(tǒng)的裝置、構(gòu)件、零件都是影響機(jī)械系統(tǒng)的要素,它們按一定的結(jié)構(gòu)形式相互聯(lián)系和作用,而機(jī)械系統(tǒng)本身又是人-機(jī)-環(huán)境這個(gè)更大系統(tǒng)的組成部分。

機(jī)械系統(tǒng)的力學(xué)模型是由所研究對(duì)象本身和外界作用組成的簡(jiǎn)化的力學(xué)模型,該力學(xué)模型在動(dòng)態(tài)特性方面要與實(shí)際研究機(jī)械系統(tǒng)等效或接近。振動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模型三要素及自由度

機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)的原因是其本身具有質(zhì)量(或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)和彈性,而阻尼會(huì)使系統(tǒng)振動(dòng)受到抑制。彈性(剛度)、阻尼和質(zhì)量是振動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模型的三要素。(1)彈性(剛度)(2)阻尼1)黏性阻尼。2)干摩擦阻尼。3)內(nèi)摩擦阻尼。(3)質(zhì)量(4)自由度振動(dòng)信號(hào)的描述構(gòu)成一個(gè)確定性振動(dòng)有3個(gè)基本要素，即振幅s，頻率f（或ω）和相位φ。即使在非確定性振動(dòng)中，有時(shí)也包含有確定性振動(dòng)。振幅、頻率、相位，這是振動(dòng)診斷中經(jīng)常用到的三個(gè)最基本的概念。簡(jiǎn)諧振動(dòng)可以用下面函數(shù)式表示：

速度比位移的相位超前90o，加速度比位移的相位超前180o。比速度超前90o。

圖2—4

簡(jiǎn)諧振動(dòng)的時(shí)域圖像

必須特別說(shuō)明一個(gè)與振動(dòng)幅值有關(guān)的物理量即速度有效值Vrms，亦稱速度均方根值。這是一個(gè)經(jīng)常用到的振動(dòng)測(cè)量參數(shù)。因?yàn)樗钅芊从痴駝?dòng)的烈度，所以又稱振動(dòng)烈度指標(biāo)。

頻率f：振動(dòng)物體（或質(zhì)點(diǎn)）每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)稱為頻率，用f表示，單位為Hz。振動(dòng)頻率在數(shù)值上等于周期T的倒數(shù)，即：式中T——周期，即質(zhì)點(diǎn)再現(xiàn)相同振動(dòng)的最小時(shí)間間隔(s或ms)。頻率還可以用角頻率ω來(lái)表示，即：相位

：相位

由轉(zhuǎn)角ωt與初相角φ兩部分組成振動(dòng)信號(hào)的相位，表示振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位置。不同振動(dòng)源產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)都有各自的相位。由幾個(gè)諧波分量疊加而成的復(fù)雜波形，即使各諧波分量的振幅不變，僅改變相位角，也會(huì)使波形發(fā)生很大變化，甚至變得面目全非。

相位測(cè)量分析在故障診斷中亦有相當(dāng)重要的地位，一般用于諧波分析，動(dòng)平衡測(cè)量，識(shí)別振動(dòng)類型和共振點(diǎn)等許多方面。

單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)

實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜而多樣，研究時(shí)必須建立其力學(xué)模型，以便利用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行分析，抓住基本的規(guī)律。單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)力學(xué)模型如圖所示。如圖所示為幾種常見(jiàn)的單自由度系統(tǒng)的分析案例。設(shè)備狀態(tài)信號(hào)的物理表現(xiàn)從根本上講，所有設(shè)備的作用都是能量轉(zhuǎn)換與傳遞，設(shè)備狀態(tài)愈好，轉(zhuǎn)換與傳遞過(guò)程中的附加能量損耗愈小。隨著設(shè)備的劣化，附加能量損耗快速地增大。附加能量損耗中包括的各種物理量構(gòu)成設(shè)備的狀態(tài)信息中的重要部分。以傳遞力和運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，如齒輪箱、軋鋼機(jī)、切削、擠壓設(shè)備等，附加能量損耗的初始形式也以力和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出來(lái)，這就是振動(dòng)、摩擦。附加能量損耗的二次形式是發(fā)熱，由此將損耗的能量散發(fā)出去。設(shè)備狀態(tài)信息中主要的物理量是力和運(yùn)動(dòng)，它也有多種形式，包含作功的力、作功的運(yùn)動(dòng)（位移、速度等）、損耗的力和運(yùn)動(dòng)，以振動(dòng)及摩擦熱的形式表現(xiàn)。第三章振動(dòng)信號(hào)測(cè)取技術(shù)機(jī)械設(shè)備故障診斷與醫(yī)學(xué)診斷有許多相似之處，機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障（隱患）時(shí)，會(huì)反映出各種征兆，諸如振動(dòng)、溫度、壓力等信號(hào)的變化。但不是所有信號(hào)對(duì)任何故障隱患都很敏感，如對(duì)齒輪箱來(lái)說(shuō)，若是軸承出現(xiàn)破損，振動(dòng)信號(hào)的變化要比溫度信號(hào)敏感；若是潤(rùn)滑不足，則溫度信號(hào)就比振動(dòng)信號(hào)敏感。這就是說(shuō)設(shè)備在不同的運(yùn)行狀態(tài)下（故障也是一類運(yùn)行狀態(tài)），其特征信息的敏感程度是不同的。特征信息的獲取，不僅與所選擇的信號(hào)內(nèi)容有關(guān)，而且與傳感器的類型、傳感器的精度和測(cè)點(diǎn)位置有關(guān)。3．1加速度傳感器某些物質(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(duì)的表面出現(xiàn)電荷，形成電場(chǎng)。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(chǎng)中，其幾何尺寸也會(huì)發(fā)生變化，叫做電致伸縮效應(yīng)。多數(shù)人工壓電陶瓷的壓電常數(shù)比石英晶體大數(shù)百倍，也就是說(shuō)靈敏度要高得多。利用壓電效應(yīng)，制成壓電式加速度傳感器，可用于檢測(cè)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中的加速度振動(dòng)信號(hào)；利用電致伸縮效應(yīng)，制成超聲波探頭，可用于探測(cè)構(gòu)件內(nèi)部缺陷。圖3—1加速度計(jì)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(jì)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(cè)量電路由于電荷是非常微弱的量，且因?yàn)槁╇娮璧拇嬖?，使之不能傳輸較長(zhǎng)的距離。通常廠家提供的專用低噪聲電纜只有3～5米，最長(zhǎng)不過(guò)10米。因此需要在被測(cè)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(jì)量?jī)x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(cè)量現(xiàn)場(chǎng)使用最多的前置放大器。但電路復(fù)雜，數(shù)千倍的放大倍數(shù)，對(duì)各級(jí)放大器的性能穩(wěn)定性提出了極高的要求，因而價(jià)格較貴。目前，新型的壓電式加速度傳感器采用了內(nèi)置IC電路的方案，由于內(nèi)部空間極小，內(nèi)置IC電路實(shí)際完成阻抗變換的功能，需一個(gè)20mA的恒流源對(duì)其供電。測(cè)量電路如圖3—3所示。

可以將內(nèi)置IC電路看成一個(gè)隨加速度值變動(dòng)的電阻，加速度值升高，電阻值也線性升高，由于恒電流供電，20mA電流不能通過(guò)儀表端的隔直電容，通過(guò)變電阻的電流是常數(shù)，因此在變電阻的兩端產(chǎn)生電壓變化，這個(gè)電壓因此也隨加速度變化。變化的電壓可以通過(guò)隔直電容輸入給放大器A，最后輸出測(cè)量電壓。需要注意的是，隔直電容與后面的電阻構(gòu)成一個(gè)高通濾波器，因此電容C與電阻R的值決定了該測(cè)量系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性曲線的最低信號(hào)頻率。圖3—3ICP型加速度計(jì)測(cè)量電路壓電式加速度傳感器的安裝要求

圖3—4的左邊是幅頻特性曲線，它反映信號(hào)的頻率在1Hz到3KHz這一段，加速度計(jì)能比較好的復(fù)現(xiàn)信號(hào)的波形。幅頻特性曲線告訴我們，測(cè)量裝置對(duì)信號(hào)中不同的頻率波形有不同的放大倍數(shù)。為了測(cè)得的電信號(hào)波形能真實(shí)地復(fù)現(xiàn)振動(dòng)波形，就必需使所測(cè)信號(hào)中最高的頻率位于幅頻特性曲線上的水平段。為此，要使安裝后的加速度計(jì)特性具有足夠高的共振頻率。圖3—4加速度計(jì)的幅頻特性壓電式加速度傳感器的安裝

此外，低噪聲專用電纜的敷設(shè)也要注意。對(duì)于內(nèi)置IC的集成加速度傳感器，由于恒流供電阻抗變換方式，對(duì)電纜的敷設(shè)要求不高。但非集成式加速度傳感器，因電纜與機(jī)殼構(gòu)成耦合電容，是電壓干擾的進(jìn)入通道，所以要求該電容不隨機(jī)殼的振動(dòng)而變化。因此電纜必需緊貼機(jī)殼固定，使耦合電容值最小且不變。3．2速度傳感器

速度傳感器又稱為磁電式變換器，有時(shí)也叫作“電動(dòng)力式變換器”或“感應(yīng)式變換器”，它利用電磁感應(yīng)原理，將運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電勢(shì)輸出。它的工作不需要電源，而是直接從被測(cè)物體吸取機(jī)械能量并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，是一種典型的發(fā)生器型變換器。由于它的輸出功率較大，因而大大簡(jiǎn)化了后續(xù)電路，且性能穩(wěn)定，又具有一定的工作帶寬(一般為10～1000Hz)，所以獲得了較普遍的應(yīng)用。磁電式速度傳感器有絕對(duì)式和相對(duì)式兩種，前者測(cè)量被測(cè)對(duì)象的絕對(duì)振動(dòng)速度，后者測(cè)量?jī)蓚€(gè)運(yùn)動(dòng)部件之間的相對(duì)振動(dòng)速度。圖3—6磁電式絕對(duì)速度傳感器1—彈簧片、2—?dú)んw、3—阻尼環(huán)、4—永磁鐵、5—線圈、6—心軸、7—彈簧1．磁電式絕對(duì)速度傳感器

銅制的阻尼環(huán)一方面可增加慣性系統(tǒng)的質(zhì)量，降低固有頻率；另一方面又利用閉合銅環(huán)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的磁阻尼力，使振動(dòng)系統(tǒng)具有合理的阻尼，從而減小共振對(duì)測(cè)量精度的影響。2．磁電式相對(duì)速度傳感器圖3—7磁電式絕對(duì)速度傳感器1—?dú)んw、2—心軸殼體、3—彈簧片、4—永磁鐵、5—線圈、6—彈簧片、7—引出線磁電式速度傳感器的選用

在選擇速度傳感器時(shí)首先要注意傳感器的最低工作頻率，它告訴我們被測(cè)設(shè)備的頻譜圖中低于這個(gè)頻率的信號(hào)是失真的，可信度低。其次是傳感器的靈敏度，例如20mv/mm/s（美國(guó)本特利公司）、100mv/mm/s（德國(guó)申克公司），這個(gè)參數(shù)用于將測(cè)得的電壓值換算成速度值，也是估計(jì)傳感器最大輸出電壓的重要參數(shù)。由于要克服自重的影響，速度傳感器分為水平安裝（H型）與垂直安裝（V型）兩種。垂直安裝的速度傳感器與水平安裝的速度傳感器內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)是不同的，在使用時(shí)必須注意，不能混用。3．3位移傳感器電渦流傳感器能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離。它是一種非接觸的線性化測(cè)量傳感器。用于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械和往復(fù)式運(yùn)動(dòng)機(jī)械的狀態(tài)分析，電渦流傳感器以其長(zhǎng)期工作可靠性好、測(cè)量范圍寬、靈敏度高、分辨率高、響應(yīng)速度快、抗干擾力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)的影響、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷中得到廣泛應(yīng)用。渦流傳感器工作原理

當(dāng)被測(cè)金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時(shí)，探頭中線圈的Q值也發(fā)生變化，Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個(gè)隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過(guò)檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一等處理轉(zhuǎn)化成電壓（電流）變化，最終完成機(jī)械位移(間隙)轉(zhuǎn)換成電壓（電流）。由上所述，電渦流傳感器工作系統(tǒng)中被測(cè)體可看作傳感器系統(tǒng)的一半，即一個(gè)電渦流位移傳感器的性能與被測(cè)體有關(guān)。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

圖3—10是目前工業(yè)上常見(jiàn)的渦流傳感器與前置放大器。由于前置放大器與探頭線圈分離，連接兩者之間的電纜構(gòu)成振蕩電路的電容元件，電纜長(zhǎng)度變化導(dǎo)致電氣參數(shù)的變化。因此，探頭電纜與前置放大器是配套的，沒(méi)有互換性。一旦電纜損壞，全套報(bào)廢，而電纜又是最易損壞的部件。圖3—11是新型的集成一體化渦流傳感器，它將前置放大電路集成到探頭內(nèi)部，這樣電纜的作用就僅僅是傳輸信號(hào)，損壞后可以重新接起來(lái)，繼續(xù)使用。所以這種新型的渦流傳感器是應(yīng)用的方向。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傳感器的輸入（mm）輸出（V）特性曲線

圖3—12是某渦流傳感器的輸入（mm）輸出（V）特性曲線。因?yàn)楣╇婋妷菏牵?4V，所以輸出電壓也是負(fù)電壓。這樣做的目的是抗干擾。從圖上看，0.4～4.8mm是特性曲線的直線段，也是使用的測(cè)量區(qū)間。這個(gè)特性曲線通常是生產(chǎn)廠提供。也可在現(xiàn)場(chǎng)用特制的標(biāo)定器測(cè)出，特別是長(zhǎng)期使用后的靈敏度——此曲線的斜率，線性度及測(cè)量范圍的重新標(biāo)定。圖3—12某渦流傳感器的輸入（mm）輸出（V）特性曲線電渦流傳感器探頭的正確安裝電渦流傳感器探頭的正確安裝是保證傳感器系統(tǒng)可靠工作的先決條件，安裝時(shí)應(yīng)該注意以下幾個(gè)環(huán)節(jié)?！筋^的安裝間隙（探頭端面到被測(cè)端面的距離）▲各探頭間的最小間距?！筋^頭部與安裝面的安全間距▲探頭安裝支架的選擇（牢固性）▲電纜轉(zhuǎn)接頭的密封與絕緣?！筋^所帶電纜、延伸電纜的安裝▲探頭抗腐蝕性▲探頭的高溫、高壓環(huán)境電渦流傳感器探頭安裝圖例1圖3—13電渦流傳感器探頭的安裝電渦流傳感器探頭安裝圖例2圖3—14軸的徑向振動(dòng)測(cè)量當(dāng)需要測(cè)量軸的徑向振動(dòng)時(shí)，要求軸的直徑大于探頭直徑的三倍以上。每個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)同時(shí)安裝兩個(gè)傳感器探頭，兩個(gè)探頭應(yīng)分別安裝在軸承兩邊的同一平面上相隔90o±5o。由于軸承蓋一般是水平分割的，因此通常將兩個(gè)探頭分別安裝在垂直中心線每一側(cè)45o，從原動(dòng)機(jī)端看，分別定義為X探頭（水平方向）和Y探頭（垂直方向），X方向在垂直中心線的右側(cè)，Y方向在垂直中心線的左側(cè)。圖3—15鑒相測(cè)量的安裝某些情況下，我們需要測(cè)量最大振幅在軸的哪個(gè)方向上。例如在現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡測(cè)量時(shí)，這時(shí)就需要鑒相測(cè)量。鑒相測(cè)量就是通過(guò)在被測(cè)軸上設(shè)置一個(gè)凹槽或凸鍵，稱鑒相標(biāo)記。這就是軸的相對(duì)0度。凹槽或凸鍵要足夠大，以使產(chǎn)生的脈沖信號(hào)峰峰值不小于5V(AP1670標(biāo)準(zhǔn)要求不小于7V)。一般若采用φ5探頭，則這一凹槽或凸鍵寬度應(yīng)大于7.6mm、深度或高度應(yīng)大于1.5mm（推薦采用2.5mm以上）、凹槽或凸鍵應(yīng)平行于軸中心線，其長(zhǎng)度盡量長(zhǎng)，以防當(dāng)軸產(chǎn)生軸向竄動(dòng)時(shí)，探頭還能對(duì)著凹槽或凸鍵。當(dāng)采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)量時(shí)，鑒相標(biāo)記的寬度決定了鑒相脈沖的最低采樣頻率。最低采樣頻率=INV（圓周長(zhǎng)度÷鑒相標(biāo)記的寬度＋0.5）×軸的轉(zhuǎn)頻。3．4結(jié)構(gòu)的激振方法在機(jī)械工程中常用的激振方法有以下幾種：1．穩(wěn)態(tài)正弦激振

穩(wěn)態(tài)正弦激振又稱簡(jiǎn)諧激振。它是借助激振器對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一個(gè)頻率與幅值均可控制的正弦激振力。它的優(yōu)點(diǎn)是激振功率大，信噪比高，測(cè)試精度高；缺點(diǎn)是測(cè)試周期長(zhǎng)，特別是對(duì)小阻尼的測(cè)試對(duì)象，每次激振頻率的改變均需要較長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間。2．瞬態(tài)激振瞬態(tài)激振時(shí)，施加在被測(cè)對(duì)象上的力是瞬態(tài)變化力，它屬于寬帶激振方法。常用的瞬態(tài)激振方法有以下幾種。1)快速正弦掃描激振

快速正弦掃描激振的激振信號(hào)由振蕩頻率變化可控韻信號(hào)發(fā)生器供給，激振力的大小仍按正弦規(guī)律變化。常采用線性正弦掃描——激振信號(hào)頻率在掃描周期內(nèi)線性增加，但最大幅值不變。掃描周期和激振的上、下限頻率可根據(jù)試驗(yàn)要求選定，掃描周期僅為1s～2s，可快速測(cè)試被測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。2)脈沖激振

脈沖激振又稱錘擊法。通常用一個(gè)帶有力傳感器的脈沖錘敲擊被激對(duì)象。同時(shí)測(cè)量激勵(lì)和響應(yīng)。這種方法具有試驗(yàn)時(shí)間短，現(xiàn)場(chǎng)使用的設(shè)備簡(jiǎn)單，在試驗(yàn)對(duì)象上沒(méi)有附加質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是：力的大小不易控制，過(guò)小會(huì)降低信噪比，過(guò)大會(huì)引起非線性；試驗(yàn)結(jié)果誤差較大，準(zhǔn)確度差。3)階躍激振

階躍激振是指被測(cè)對(duì)象突然受到或消除一恒作用力而產(chǎn)生自由振動(dòng)的激振方法。例如在被測(cè)對(duì)象選定點(diǎn)處，用一重量輕、受拉方向剛度大的鋼索對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一恒張力，然后突然切斷或松脫鋼索，就相當(dāng)于對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一負(fù)的階躍激振力，激起被測(cè)對(duì)象的寬帶自由振動(dòng)。對(duì)于大型結(jié)構(gòu)件，如建筑物、橋梁等的激振，就可采用類似的辦法。3．隨機(jī)激振隨機(jī)激振也是一種寬帶激振方式，一般采用白噪聲或偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器作為激振的信號(hào)源。市場(chǎng)上所售的白噪聲發(fā)生器能產(chǎn)生連續(xù)的隨機(jī)信號(hào)，它可激起被測(cè)對(duì)象在一定頻率范圍內(nèi)的隨機(jī)振動(dòng)。利用頻譜分析儀可得到被測(cè)對(duì)象的頻率響應(yīng)。許多干擾力和動(dòng)載荷(如切削力等)也具有隨機(jī)性質(zhì)，也可作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的隨機(jī)激振源。隨機(jī)激振方式的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試速度快、效率高，但所用儀器設(shè)備復(fù)雜而昂貴。圖3—17脈沖力激振器

激振器是對(duì)被測(cè)對(duì)象施加某種預(yù)定要求的激振力，使其產(chǎn)生預(yù)期振動(dòng)的裝置。激振器應(yīng)能在所要求的頻率范圍內(nèi)，提供波形良好、足夠穩(wěn)定的激振力。激振器的形式有脈沖的、正弦的和隨機(jī)的三種。目前國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用的是脈沖力激振器和正弦力激振器。1)．脈沖力激振器

脈沖力激振器為一個(gè)內(nèi)部裝有壓電式力傳感器的測(cè)力榔頭，又稱脈沖錘。圖3－17給出脈沖錘的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及裝在錘中的力傳感器測(cè)得的敲擊力的波形圖和頻譜圖。從波形圖和頻譜圖可以看出：錘帽材料越硬，其敲擊力波形圖的峰值越高，持續(xù)時(shí)間越短，越接近于理想的脈沖函數(shù)；而且，錘帽材料越硬，其敲擊力的譜特性圖中平坦段的頻率范圍越寬。

圖3—18電動(dòng)式激振器2)．正弦力激振器正弦激振器按安裝方式不同，分為絕對(duì)式和相對(duì)式兩種。①電動(dòng)式激振器——絕對(duì)式電動(dòng)式激振器是利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能對(duì)被測(cè)對(duì)象提供激振力的裝置。磁場(chǎng)形成方式不同，電動(dòng)式激振器分為永磁式和勵(lì)磁式兩類，前者多用于小型激振器，后者多用于大型激振器——振動(dòng)臺(tái)。其結(jié)構(gòu)原理如圖3—18所示

②電磁式激振器——相對(duì)式電磁式激振器是直接利用電磁力作為激振力，它常用于非接觸式激振。其結(jié)構(gòu)如圖3—20所示。

電磁激振器的特點(diǎn)是：可以對(duì)旋轉(zhuǎn)著的被測(cè)對(duì)象進(jìn)行激振，它不受附加質(zhì)量和剛度的影響，其激振頻率上限約為500Hz～800Hz左右。圖3—20電磁式激振器的結(jié)構(gòu)鐵芯、2—激振線圈、3—?jiǎng)?lì)磁線圈4—傳感器、5—檢測(cè)線圈3．5傳感器校準(zhǔn)與選擇1．振動(dòng)傳感器的校準(zhǔn)振動(dòng)傳感器靈敏度的校準(zhǔn)方法很多，常用的有以下幾種。a．比較法(背靠背法)利用精度等級(jí)較高的振動(dòng)傳感器(如壓電式標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器)和被校傳感器盡可能靠近在一起裝到振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上，選擇一定的振動(dòng)頻率及幅值進(jìn)行振動(dòng)，比較兩個(gè)傳感器的輸出信號(hào)，就可算出被校傳感器的靈敏度。這種校準(zhǔn)方法的精度，主要取決于標(biāo)準(zhǔn)傳感器的精度。b．互易法

互易法校準(zhǔn)是基于某些傳感器的輸入和輸出之間存在互易依存性的原理，即輸入與輸出之間是可逆的。這種方法需用兩個(gè)互易傳感器(如一個(gè)壓電式傳感器及一個(gè)速度型動(dòng)圈式傳感器)及一個(gè)激振器。激振器用來(lái)對(duì)兩個(gè)傳感器進(jìn)行振動(dòng)，從而求出兩個(gè)傳感器的靈敏度比R。利用對(duì)兩個(gè)傳感器中的一個(gè)傳感器(如動(dòng)圈式傳感器)給以電能而推動(dòng)另一傳感器振動(dòng)，可以得到兩個(gè)傳感器的靈敏度乘積P。從R=S1／S2：及P=S1S2即能算出兩傳感器的S1及S2。這種校準(zhǔn)方法因不依據(jù)振動(dòng)源的絕對(duì)幅值精度及測(cè)量?jī)x器的絕對(duì)值讀數(shù)精度(但振動(dòng)頻率讀數(shù)需準(zhǔn)確)，故可取得較高的校準(zhǔn)精度，一般精度為±0.5～1％。2．振動(dòng)傳感器的選用a．傳感器裝到被測(cè)物上時(shí)，不能影響其振動(dòng)狀態(tài)，以此來(lái)選定傳感器的尺寸和重量及考慮固定在被測(cè)對(duì)象上的方法。若必須采用非接觸式測(cè)量法時(shí)，應(yīng)考慮傳感器的安裝場(chǎng)所及其周圍的環(huán)境條件。b．根據(jù)振動(dòng)測(cè)定的目的，明確被測(cè)量的量是位移、速度還是加速度，這些量的振幅有多大，以此來(lái)確定傳感器的測(cè)量范圍。對(duì)于小幅值(如0.1g左右)的振動(dòng)，宜采用磁電式、伺服式等傳感器；一般振幅(如10g以下)的振動(dòng)，各種傳感器均可適用；10g到1000g的振動(dòng)可采甩壓電式及應(yīng)變式等加速度傳感器；對(duì)于更大的振動(dòng)或沖擊宜采用壓電式。c．必須充分估計(jì)要測(cè)定的頻率范圍，以此來(lái)核對(duì)傳感器的固有頻率。從靜態(tài)到400Hz，可采用應(yīng)變式、伺服式等；0～3.5kHz范圍，可用應(yīng)變式、渦流式等，2～1000Hz，可采用磁電式等；0.03～20000Hz或更高頻率可采用壓電式。d．掌握傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理方面的各種特點(diǎn)，熟悉測(cè)量電路的性能，如頻率、振幅范圍、濾波器特性、整流方式和指示方式等。3．6信號(hào)預(yù)處理傳感器信號(hào)調(diào)理電路是測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分，也是傳感器和A／D之間以及D／A和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的橋梁。之所以需要信號(hào)調(diào)理，主要原因在于：(1)目前標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)儀表通常采用0～10mA，4～20mA信號(hào)，為了和A／D的輸入形式相適應(yīng)，必須經(jīng)I／V變換成0～5V或1～5V的電壓信號(hào)；同樣，D／A轉(zhuǎn)換器的輸出也應(yīng)經(jīng)V／I變換為電流信號(hào)。(2)某些測(cè)量信號(hào)可能是非電量，如熱電阻等，這些非電壓量信號(hào)必須變換為電壓信號(hào)。還有些信號(hào)是弱電信號(hào)，如熱電偶信號(hào)，它必須經(jīng)放大、濾波。這些處理包括信號(hào)形式的變換、量程調(diào)整、環(huán)境補(bǔ)償、線性化等。（3）在某些惡劣條件下，共模電壓干擾很強(qiáng)，例如，共模電平高達(dá)220V，甚至500V以上，不采用隔離的辦法則無(wú)法完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)，因此必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，考慮共模干擾的抑制，甚至采用隔離措施，包括地線隔離、路間隔離等。圖3—21測(cè)量放大器原理圖放大器電路運(yùn)算放大器由于結(jié)構(gòu)上的不對(duì)稱，抵御共模干擾的能力很差。因此。在微電量，高放大，精密測(cè)量的要求下，測(cè)量放大器（又稱儀用放大器）應(yīng)運(yùn)而生。測(cè)量放大器除了對(duì)低電平信號(hào)進(jìn)行線性放大外，還擔(dān)負(fù)著阻抗匹配和抗共模干擾的任務(wù)，它具有高共模抑制比、高速度、高精度、高頻帶、高穩(wěn)定性、高輸入阻抗、低輸出阻抗、低噪聲等特點(diǎn)。隔離放大器的符號(hào)如圖3—23所示。按原理它分為兩種類型，一種是變壓器耦合的方式，另一種是利用線性光耦合器再加相應(yīng)補(bǔ)償?shù)姆绞健Ｓ捎诠怆婑詈暇€性度較差，現(xiàn)多采用變壓器耦合方式。圖3—23隔離放大器原理圖在檢測(cè)系統(tǒng)中，人們往往需要將現(xiàn)場(chǎng)的傳感器電路與測(cè)量系統(tǒng)電路隔離開(kāi)，既避免相互間的共模干擾，又防止了某些高電壓事件給儀表電路造成損壞。模擬信號(hào)的隔離問(wèn)題要比解決數(shù)字信號(hào)的隔離問(wèn)題困難得多。目前，對(duì)于模擬信號(hào)的隔離廣泛采用隔離放大器。信號(hào)變換電路各種各樣的傳感器都是把非電量轉(zhuǎn)換成電量，但電量的形式卻不盡統(tǒng)一，有電阻、電感、電容、電壓、頻率和相位等多種形式。而在數(shù)據(jù)采集裝置或成套儀器系統(tǒng)中，都要求傳感器和儀表之間以及儀表與儀表之間的信號(hào)傳送采用統(tǒng)—的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。這樣不僅便于使用微機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)可以使指示、記錄儀表通用化。

由于電流信號(hào)與電壓信號(hào)比較有以下優(yōu)點(diǎn)；在信號(hào)傳輸線中，電流不受交流感應(yīng)的影響，干擾問(wèn)題易予解決電流信號(hào)不受傳輸線中的電感、電容等參數(shù)變化的影響，使傳輸接線簡(jiǎn)單。直流信號(hào)便于A／D轉(zhuǎn)換。因而檢測(cè)系統(tǒng)大多數(shù)都是以直流信號(hào)作為輸入信號(hào)。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)將電流信號(hào)為4～20mA（DC）和電壓1～20V（DC）確定為過(guò)程控制系統(tǒng)電模擬信號(hào)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。有了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論什么儀表或裝置，只要有同樣標(biāo)準(zhǔn)的輸入電路或接口，就可以從各種測(cè)量變送器中獲得被測(cè)變量的信號(hào)。這樣兼容性和互換性大為提高，儀表配套也很方便。電壓轉(zhuǎn)換為電流（V/I轉(zhuǎn)換）由于微電子技術(shù)的發(fā)展，在實(shí)現(xiàn)0～5V、0～10V、4～20mA、0～20mA轉(zhuǎn)換時(shí)，可采用集成電壓/電流轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。如AD693、AD694、XTR110、ZF2B20等。圖3—25應(yīng)用AD693作電阻應(yīng)變電橋的信號(hào)變換電路電流轉(zhuǎn)換為電壓（I/V轉(zhuǎn)換）

當(dāng)需要將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)時(shí)，最簡(jiǎn)單的I/V轉(zhuǎn)換可以利用一個(gè)精密電阻。圖3—26就是一個(gè)I/V轉(zhuǎn)換電路，其中RC構(gòu)成低通濾波網(wǎng)絡(luò)，可調(diào)電租Rw用于調(diào)整輸出電壓值。圖3—26電阻式I/V轉(zhuǎn)換電壓與頻率互換（V/F、F/V轉(zhuǎn)換）

有些傳感器敏感元件輸出的信號(hào)為頻率信號(hào)，如測(cè)量轉(zhuǎn)速的光電編碼器，每轉(zhuǎn)發(fā)出幾百或幾千個(gè)脈沖，為了與其他帶有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入電路或接口的A/D卡或顯示儀表配套，需要把頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)。另一方面，頻率信號(hào)抗干擾性好，便于遠(yuǎn)距離傳輸，可以調(diào)制在射頻信號(hào)上進(jìn)行無(wú)線傳輸，也可調(diào)制成光脈沖用光纖傳送，不受電磁場(chǎng)影響。由于這些優(yōu)點(diǎn)，在一些非快速而又遠(yuǎn)距離的測(cè)量中，如果傳感器輸出的是電壓或電流信號(hào)，愈來(lái)愈趨向于使用電壓，頻率轉(zhuǎn)換器(V／F)，把傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。圖3—27LM331作V/F轉(zhuǎn)換圖3—28LM331作F/V轉(zhuǎn)換濾波器電路濾波器是一種選頻裝置，它可以允許信號(hào)中某種頻率成分通過(guò)而對(duì)其它頻率成分進(jìn)行極大地抑制或衰減，起到“篩選頻率”的作用。濾波器在抑制干擾噪聲、數(shù)字信號(hào)分析的預(yù)處理等場(chǎng)合具有重要的作用。一、濾波器的分類根據(jù)濾波器的選頻作用可將濾波器分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器，其幅頻特性如圖3—29所示。圖3—29四類濾波器的幅頻特性a)低通b)高通c)帶通d)帶阻1．截止頻率設(shè)幅頻特性的均值為A0。當(dāng)幅頻特性值下降為

時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率，稱為實(shí)際濾波器的截止頻率。帶通或帶阻濾波器的截止頻率有兩個(gè)(圖3—30)，一個(gè)是上截止頻率fc1，另一個(gè)是下截止頻率fc2。圖3—30帶通濾波器幅頻特性實(shí)際濾波器的幅頻特性與理想濾波器有很大的差異，以圖3—29所示的帶通濾波器為例：理想濾波器的通帶和阻帶之間是直角轉(zhuǎn)折，沒(méi)有過(guò)渡帶；實(shí)際上通帶和阻帶之間不可避免地存在過(guò)渡帶，沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；通帶中幅頻特性也不是常數(shù)：因此，對(duì)于實(shí)際濾波器需要用更多的參數(shù)來(lái)描述其特性。2．紋波幅度d實(shí)際濾波器的幅頻特性在截止頻率之間不是常數(shù)，在一定頻率范圍內(nèi)呈波紋變化。紋波幅度值d與幅頻特性的平均值A(chǔ)0相比，越小越好，即：d《

3．帶寬B上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器的帶寬B。4．中心頻率f0中心頻率為上下截止頻率的幾何平均值，即：5．品質(zhì)因素Q對(duì)于帶通濾波器，通常把中心頻率f0和帶寬B之比稱為品質(zhì)因素，即：6．倍頻程選擇性在上下截止頻率以外有一段過(guò)渡帶。在過(guò)渡帶頻段內(nèi)，幅頻曲線的傾斜程度，反映了濾波器對(duì)通帶頻段以外其它頻率成分的衰減快慢。所謂倍頻程選擇性是指：在兩截止頻率以外頻率變化一倍（從fc2到2fc2?；驈膄c1到fc1／2）時(shí)，幅頻特性的衰減量，以dB為單位。倍頻程選擇性越好的濾波器過(guò)渡帶越陡，對(duì)通帶以外的頻率成分衰減越快。

1．一階RC低通無(wú)源濾波器

當(dāng)待濾波信號(hào)的頻率

時(shí)，與f的關(guān)系近似為一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，信號(hào)幾乎不受衰減通過(guò)濾波器。RC低通濾波器是一個(gè)不失真的信號(hào)傳輸系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)，，即。調(diào)整電路參數(shù)RC，可以改變低通濾波器的截止頻率。當(dāng)時(shí)，濾波器起著積分器的作用，輸出ey為圖3—31RC低通濾波器幅頻特性2．一階RC高通無(wú)源濾波器

圖3—32為高通濾波器典型電路及其幅頻、相頻特性。當(dāng)信號(hào)頻率時(shí)，說(shuō)明高頻成分幾乎可以不受衰減地通過(guò)，這時(shí)的RC高通濾波器可視為不失真信號(hào)傳輸系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)，，即時(shí)，是高通濾波器的截止頻率。當(dāng)時(shí)，，RC高通濾波器將起到微分器的作用圖3—32RC高通濾波器幅頻特性3．有源低通濾波器

圖3—33一階有源低通濾波器圖3—33（a）將一階低通濾波網(wǎng)絡(luò)直接接到運(yùn)算放大器的輸入端，運(yùn)算放大器的主要作用是放大低頻信號(hào)，使其帶負(fù)載的能力提高。圖3—33(b)中，將高通網(wǎng)絡(luò)作為運(yùn)算放大器的負(fù)反饋，起到低通濾波器的作用。該濾波器的頻率響應(yīng)特性主要由與Cf并聯(lián)的負(fù)反饋電阻Rf決定，其時(shí)間常數(shù)τ=RfCf，截止頻率4．開(kāi)關(guān)電容濾波器開(kāi)關(guān)電容濾波器是20世紀(jì)70年代末期出現(xiàn)的新型單片濾波器，具有體積小，濾波階次高，濾波通帶可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。這種濾波器是由MOS開(kāi)關(guān)、MOS電容和運(yùn)算放大器構(gòu)成的集成電路，以開(kāi)關(guān)電容替代RC濾波器中的電阻R，這樣濾波器的特性取決于開(kāi)關(guān)頻率和電路中有關(guān)電容的比值。例如MAX29X系列開(kāi)關(guān)電容低通濾波器的截止頻率是開(kāi)關(guān)頻率的1/100，通過(guò)程控改變開(kāi)關(guān)頻率就可以獲得需要的濾波器特性。3．7傳輸中的抗干擾技術(shù)3.7.1噪聲干擾的形成形成噪聲干擾必須具備三個(gè)要素：噪聲源、對(duì)噪聲敏感的接收電路及噪聲源接收電路間的耦合通道。因此，抑制噪聲干擾的方法也相應(yīng)有三個(gè)：降低噪聲源的強(qiáng)度、使接收電路對(duì)噪聲不敏感、抑制或切斷噪聲源與接收電路間的耦合通道。多數(shù)情況下，需在這三個(gè)方面同時(shí)采取措施。3.7.2噪聲源1．內(nèi)部噪聲源

內(nèi)部噪聲源是由檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部和各種元器件引起的，主要有：(1)電路元器件產(chǎn)生的固有噪聲。電路或系統(tǒng)內(nèi)部一般都含有電阻、晶體管、運(yùn)算放大器等元器件，這些元器件都會(huì)產(chǎn)生噪聲，例如電阻的熱噪聲、晶體管的閃爍噪聲和電子管內(nèi)載流子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)引起的散粒噪聲等。(2)感性負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的噪聲干擾。在檢測(cè)和控制系統(tǒng)中常常包含有許多感性負(fù)載，如交、直流繼電器、接觸器、電磁鐵和電機(jī)等，它們都具有較大的自感。當(dāng)切換這些設(shè)備時(shí)，由于電磁感應(yīng)的作用，線圈兩端會(huì)出現(xiàn)很高的瞬態(tài)電壓，由此會(huì)帶來(lái)一系列的干擾問(wèn)題。感性負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的噪聲干擾十分強(qiáng)烈，單從接收電路的耦合介質(zhì)方面采取被動(dòng)的(3)接觸噪聲。接觸噪聲是由于兩種材料之間的不完全接觸而引起導(dǎo)電率起伏所產(chǎn)生的噪聲。例如：晶體管焊接處接觸不良(如虛焊或漏焊)，繼電器觸點(diǎn)之間、插頭與插座之間、電位器滑臂與電阻絲之間的不良接觸等都會(huì)產(chǎn)生接觸噪聲。這三種噪聲引起的干擾通常叫做固定干擾。另外內(nèi)部噪聲干擾中還有一種過(guò)渡干擾，它是電路在動(dòng)態(tài)工作時(shí)引起的干擾。固定干擾是引起測(cè)量隨機(jī)誤差的主要原因，一般很難消除，主要靠改進(jìn)工藝和元器件質(zhì)量來(lái)抑制。2．外部噪聲源外部噪聲源主要來(lái)自自然界以及檢測(cè)系統(tǒng)周圍的電氣設(shè)備，是由使用條件和外界環(huán)境決定的，與系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，主要有：(1)天體和天電干擾。天體干擾是由太陽(yáng)或其他恒星輻射電磁波產(chǎn)生的干擾。天電干擾是由雷電、大氣的電離作用、火山爆發(fā)及地震等自然現(xiàn)象所產(chǎn)生的電磁波和空間電位變化所引起的干擾。(2)放電干擾。放電干擾是指電動(dòng)機(jī)的電刷和整流子間的周期性瞬間放電，。電焊、電火花加工機(jī)床、電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備中的開(kāi)關(guān)通斷，電氣機(jī)車和電車導(dǎo)電線與電刷間的放電等對(duì)鄰近檢測(cè)系統(tǒng)的干擾。(3)射頻干擾。電視廣播、雷達(dá)及無(wú)線電收發(fā)機(jī)等對(duì)鄰近檢測(cè)系統(tǒng)的干擾，稱為射頻干擾。

(4)工頻干擾。大功率輸、配電線與鄰近測(cè)試系統(tǒng)的傳輸通過(guò)耦合產(chǎn)生的干擾，稱為工頻干擾。3.7.3噪聲的耦合方式1．靜電耦合(電容性耦合)圖3—38靜電耦合靜電耦合產(chǎn)生的干擾主要是指由于兩個(gè)電路之間存在寄生電容，產(chǎn)生靜電效應(yīng)而引起的干擾，如圖3—38所示。圖中，導(dǎo)線1是干擾源，導(dǎo)線2為檢測(cè)系統(tǒng)傳輸出線，Cl、C2為導(dǎo)線1、2的寄生電容，C12是導(dǎo)線1和2之間的寄生電容，R為導(dǎo)線2被干擾電路的等效輸入阻抗。2．電磁耦合(電感性耦合)

電磁耦合又稱互感耦合，是由于兩個(gè)電路間存在互感，如圖3—39所示。圖中導(dǎo)線l為干擾源，導(dǎo)線2為檢測(cè)系統(tǒng)的一段電路，設(shè)導(dǎo)線1、2間的互感為M。當(dāng)導(dǎo)線l中有電流，1變化時(shí)，根據(jù)電路理論，則通過(guò)電磁耦合產(chǎn)生一個(gè)互感干擾電壓，干擾耦合方式主要為這種電感性耦合。圖3—39電磁耦合3．阻抗耦合InZcZLUnc圖3—40阻抗耦合共阻抗耦合干擾是由于兩個(gè)或兩個(gè)以上電路有公共阻抗，當(dāng)一個(gè)電路中的電流流經(jīng)公共阻抗產(chǎn)生壓降時(shí)，就形成對(duì)其他電路的干擾電壓，如圖3—40所示，共阻抗耦合干擾主要有電源內(nèi)阻抗的耦合干擾、公共地線耦合干擾和輸出阻抗耦合干擾三種方式。其在測(cè)量裝置的放大器中是很常見(jiàn)的干擾，由于它的影響，使放大器工作不穩(wěn)定，很容易產(chǎn)生自激振蕩，破壞正常工作。4．漏電流耦合EnZcRn圖3—41漏電流耦合Unc由于絕緣不良，流經(jīng)絕緣電阻R的漏電流對(duì)檢測(cè)裝置引起的干擾叫做漏電流耦合。圖3—41表示了漏電流引起干擾的等效電路。漏電流耦合經(jīng)常發(fā)生在用儀表測(cè)量較高的直流電壓的場(chǎng)合，或在檢測(cè)裝置附近有較高的直流電壓源時(shí)，或在高輸入阻抗的直流放大器中。3.7.4噪聲的干擾模式1．差模干擾差模干擾是指干擾電壓與有效信號(hào)串聯(lián)疊加后作用到檢測(cè)裝置的輸入端，又稱串模干擾、正態(tài)干擾、常態(tài)干擾或橫向干擾等，如圖圖3—42所示。差模干擾通常來(lái)自高壓輸電線、與信號(hào)線平行鋪設(shè)的電源線及大電流控制線所產(chǎn)生的空向電磁場(chǎng)。Un圖3—42差模干擾Um2．共模干擾圖3—43共模干擾共模干擾是指檢測(cè)裝置兩個(gè)輸入端對(duì)地共有的干擾電壓，又稱縱向干擾、對(duì)地干擾、同相干擾、共態(tài)干擾等。造成共模干擾的主要原因是被測(cè)信號(hào)的參考接地點(diǎn)和檢測(cè)裝置輸入信號(hào)的參考接地點(diǎn)不同，因此就會(huì)產(chǎn)生一定的電壓差值。3.7.5硬件抗干擾技術(shù)根據(jù)噪聲干擾必須具備的三個(gè)要素，檢測(cè)裝置的干擾控制方式主要是消除或抑制干擾源；阻斷或減弱干擾的耦合通道或傳輸途徑；削弱接收電路對(duì)干擾的靈敏度。檢測(cè)裝置的干擾噪聲控制方法常采用的有屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、隔離技術(shù)、濾波器等硬件抗干擾措施，以及冗余技術(shù)、陷阱技術(shù)等微機(jī)軟件抗干擾措施。一．接地技術(shù)

“地”是電路或系統(tǒng)中為各個(gè)信號(hào)提供參考電位的一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面，所謂“接地”就是將某點(diǎn)與一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面之間用低電阻導(dǎo)體連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)電位。

檢測(cè)系統(tǒng)中的地線有以下幾種：(1)信號(hào)地。在測(cè)試系統(tǒng)中。原始信號(hào)是用傳感器從被測(cè)對(duì)象獲取的，信號(hào)(源)地是指?jìng)鞲衅鞅旧淼牧汶娢换鶞?zhǔn)線。(2)模擬地，模擬地是模擬信號(hào)的參考點(diǎn)，所有組件或電路的模擬地最終都?xì)w結(jié)到供給模擬電路電流的直流電源的參考點(diǎn)上。(3)數(shù)字地。數(shù)字地是數(shù)字信號(hào)的參考點(diǎn)，所有組件或電路的數(shù)字地最終都與供給數(shù)字電路電流的直流電源的參考總相連。(4)負(fù)載地。負(fù)載地是指大功率負(fù)載或感生負(fù)載的地線。當(dāng)這類負(fù)載被切換時(shí)，它的地電流中會(huì)出現(xiàn)很大的瞬態(tài)分量，對(duì)電平的模擬電路乃至數(shù)字電路都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，通常把這類負(fù)載的地線稱為噪聲地。(5)系統(tǒng)地。為避免地線公共阻抗的有害耦合，模擬地、數(shù)字地、負(fù)載地應(yīng)嚴(yán)格分開(kāi)，并且要最后匯合在一點(diǎn)，以建立整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)一參考電位，該點(diǎn)稱為系統(tǒng)地。

以上5種類型的地線，其接地方式有兩種：?jiǎn)吸c(diǎn)接地與多點(diǎn)接地。單點(diǎn)接地又有串聯(lián)接地和并聯(lián)接地兩種，主要用于低頻系統(tǒng)。串聯(lián)單點(diǎn)接地在串聯(lián)接地方式中，任一電路的地電位都受到別的電路對(duì)地電流變化的調(diào)制，使電路的輸出信號(hào)受到干擾，這種干擾是由地線公共阻抗耦合作用產(chǎn)生的。離接地點(diǎn)越遠(yuǎn)，電路中出現(xiàn)的噪聲干擾越大，但與其他接地方式相比較，它布線最簡(jiǎn)單，費(fèi)用最省。正確地做法是：測(cè)量系統(tǒng)電路（信號(hào)地）距公共地（系統(tǒng)地）最近，其次是控制系統(tǒng)電路（模擬地、數(shù)字地），然后是負(fù)載電路的地。電路1電路2電路3R1R2R3I1I2I3圖3—44串聯(lián)單點(diǎn)接地方式并聯(lián)單點(diǎn)接地

各個(gè)電路的地線只在一點(diǎn)(系統(tǒng)地)匯合的接地方式為并聯(lián)單點(diǎn)接地，如圖3—45所示。各電路的對(duì)地電位只與本電路的地電流和地線阻抗有關(guān)，因而沒(méi)有公共阻抗耦合噪聲。但是因?yàn)檫@種接地系統(tǒng)中地線一般都比較長(zhǎng)，在高頻情況下，地線的等效電感和各個(gè)地線之間雜散電容耦合的影響是不容忽視的。電路1R1I1電路2R2I2電路3R3I3圖3—45并聯(lián)單點(diǎn)接地方式多點(diǎn)接地方式多點(diǎn)接地方式在高頻系統(tǒng)中，通常采用多點(diǎn)接地方式，各個(gè)電路或元件的地線以最短的距離就近連到地線匯流排(GroundPlane通常是金屬底板)上，如圖3—46所示。多點(diǎn)接地不能用在低頻系統(tǒng)中，因?yàn)楦鱾€(gè)電路的地電流流過(guò)地線匯流排的電阻會(huì)產(chǎn)生阻抗耦合噪聲。電路1R1I1電路2R2I2電路3R3I3圖3—46多點(diǎn)接地方式一般的選擇標(biāo)準(zhǔn)是，在信號(hào)頻率低于lMHz時(shí)，應(yīng)采用單點(diǎn)接地方式，而當(dāng)頻率高于10MHz時(shí)，選用多點(diǎn)接地系統(tǒng)。對(duì)于頻率處于1～10MHz之間的系統(tǒng)，可采用單點(diǎn)接地方式，對(duì)于機(jī)械故障診斷系統(tǒng)信號(hào)頻率與機(jī)械轉(zhuǎn)速相關(guān)，都再lMHz以下，因此采用單點(diǎn)接地方式。具體在進(jìn)行系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注意兩個(gè)基本要求，一是消除各電路電流流經(jīng)一個(gè)公共地線阻抗時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓，另一是避免形成接地環(huán)路，引起共模干擾。二．屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù)主要是抑制電磁感應(yīng)對(duì)檢測(cè)裝置的干擾，這是利用銅或鋁等低阻材料或磁性材料把元件、電路、組合件或傳輸出線等包圍起來(lái)以隔離內(nèi)外電磁的相互干擾，屏蔽包括靜電屏蔽、電磁屏蔽、低頻屏蔽和驅(qū)動(dòng)屏蔽等。1．靜電屏蔽

在靜電場(chǎng)作用下，導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)電力線，即各點(diǎn)等電位，因此采用導(dǎo)電性能良好的金屬做屏蔽盒，并將它接地，可使其內(nèi)部的電力線不傳，同時(shí)也使外部的電力線不影響其內(nèi)部。靜電屏蔽能防止靜電場(chǎng)的影響，用它可以消除或削弱兩電路之間由于寄生分布電容耦合而產(chǎn)生的干擾。常見(jiàn)于信號(hào)電纜中的銅網(wǎng)屏蔽層。2．電磁屏蔽

電磁屏蔽是采用導(dǎo)電性能良好的金屬材料做成屏蔽層，利用高頻干擾電磁場(chǎng)在屏蔽體內(nèi)產(chǎn)生渦流，再利用渦流消耗高頻干擾磁場(chǎng)的能量，從而削弱高頻電磁場(chǎng)的影響。若將電磁屏蔽層接地，同時(shí)兼有靜電屏蔽的作用。也就是說(shuō)，用導(dǎo)電良好的金屬材料做成的接地電磁屏蔽層，可同時(shí)起到電磁屏蔽和靜電屏蔽兩種作用。如工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的金屬電纜管、金屬軟管就起了這樣的作用。3．低頻磁屏蔽

電磁屏蔽的措施對(duì)低頻磁場(chǎng)干擾的屏蔽效果是很差的，因此對(duì)低頻磁場(chǎng)的屏蔽，要用導(dǎo)磁材料做屏蔽層，以便將干擾磁通限制在磁阻很小的磁屏蔽體的內(nèi)部，防止其干擾。通常采用坡莫合金等對(duì)低頻磁通有高磁導(dǎo)率的材料做成磁環(huán)使用。三．濾波技術(shù)有時(shí)盡管采用了良好的電、磁屏蔽和接地技術(shù)，但在傳感器輸出到下一環(huán)節(jié)的過(guò)程中仍不可避免地含有各種噪聲，這時(shí)就必須用濾波器有效地抑制無(wú)用信號(hào)的影響。3．8模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量為了便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)常需要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一方面，為了推動(dòng)執(zhí)行元件調(diào)整被控對(duì)象，或輸入儀表進(jìn)行模擬顯示和記錄，往往也需要將數(shù)字處理系統(tǒng)輸出的離散數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬信號(hào)。能實(shí)現(xiàn)這種功能的裝置稱為模／數(shù)(A／D)和數(shù)／模(D／A)轉(zhuǎn)換器。一、數(shù)／模(D／A)轉(zhuǎn)換器

D／A轉(zhuǎn)換器是將離散的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的轉(zhuǎn)換器。D／A轉(zhuǎn)換電路主要有電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開(kāi)關(guān)、運(yùn)算放大器和電源組成。實(shí)質(zhì)上是一種譯碼電路。圖3—50是一種常用的D／A轉(zhuǎn)換電路。模擬開(kāi)關(guān)決定支路中是否有電流通過(guò)：bi=1，有電流流過(guò)該支路；bi=0，無(wú)電流通過(guò)。運(yùn)算放大器的作用是對(duì)各支路的電流求和，并為后續(xù)電路提供低的輸出阻抗和較高的帶負(fù)載能力。圖3—50梯形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器二、模／數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換器A／D轉(zhuǎn)換器是將時(shí)域內(nèi)連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量的裝置。測(cè)試過(guò)程中的模擬量大多是電壓量，所以模擬轉(zhuǎn)換，主要是模擬電壓與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。1．雙積分式A／D轉(zhuǎn)換這種轉(zhuǎn)換器利用的是電壓一時(shí)間轉(zhuǎn)換原理，它是一種轉(zhuǎn)換精度高，但轉(zhuǎn)換速度較低的一種A／D轉(zhuǎn)換器。這種A／D轉(zhuǎn)換電路由于轉(zhuǎn)換速度低，常用于數(shù)字式萬(wàn)用表、工藝參數(shù)（壓力、流量、溫度等）的數(shù)字式采集模塊中。2．逐次比較逼近式A／D轉(zhuǎn)換器這種A／D轉(zhuǎn)換器的工作過(guò)程為：轉(zhuǎn)換開(kāi)始，第一個(gè)時(shí)鐘脈沖使逐次逼近寄存器的最高位b7置“1”，此狀態(tài)送給D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓e。后與瞬時(shí)模擬信號(hào)電壓er進(jìn)行比較。如果e0小于er那么比較器輸出高電平，使逐次逼近寄存器的最高位b7保持置“1”狀態(tài)；如果e。大于er,則最高位置“0”。圖3—52逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換原理圖第二個(gè)時(shí)鐘到達(dá)逐次逼近寄存器，使其第二位又置“1”，即b6=1，同理，又經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換器、比較器來(lái)決定b6位是保持“1”態(tài)還是變?yōu)椤?”態(tài)。照此循環(huán)下去，逐次比較，直到最后一位然后由逐次逼近寄存器發(fā)出溢位信號(hào)，這一瞬時(shí)的模擬信號(hào)電壓值的轉(zhuǎn)換結(jié)束，又轉(zhuǎn)入下一個(gè)循環(huán)。所得的二進(jìn)制數(shù)送入鎖存寄存器。這種A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度主要取決于D／A轉(zhuǎn)換器和電壓比較器的精度。三、模／數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)1．轉(zhuǎn)換時(shí)間

轉(zhuǎn)換時(shí)間是指完成一次完整的A／D或D／A轉(zhuǎn)換工作所需要的時(shí)間。對(duì)A／D轉(zhuǎn)換器而言轉(zhuǎn)換時(shí)間越短意味著可以用更高的采樣頻率采樣。還要注意，轉(zhuǎn)換時(shí)間不等于采樣時(shí)間。在大多數(shù)生產(chǎn)廠家提供的采樣頻率參數(shù)都是按轉(zhuǎn)換時(shí)間來(lái)計(jì)算的，它指的是單通道連續(xù)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，每秒種可以完成的最高次數(shù)。實(shí)際信號(hào)分析系統(tǒng)的采樣時(shí)間=通道切換時(shí)間+信號(hào)穩(wěn)定時(shí)間+轉(zhuǎn)換時(shí)間+數(shù)據(jù)傳送時(shí)間。由于數(shù)據(jù)傳送時(shí)間則與驅(qū)動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換軟件的控制策略相關(guān)。因此實(shí)際系統(tǒng)的采樣頻率是達(dá)不到廠家所提供的采樣頻率的。2．轉(zhuǎn)換位數(shù)和分辨率

對(duì)D／A轉(zhuǎn)換器，分辨率反映了輸出模擬電壓的最小變化量；對(duì)A／D轉(zhuǎn)換器，分辨率表示輸出量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需要輸入模擬電壓的變化量。例如：具有12位分辨率為A／D轉(zhuǎn)換器能夠分辨出滿刻度的

(12位二進(jìn)制數(shù)的最低有效位值)。一個(gè)10V滿刻度的12位A／D轉(zhuǎn)換器能夠分辨出輸入電壓變化的最小值為

=2.4mV。實(shí)際上，不論A／D或D／A，當(dāng)轉(zhuǎn)換位數(shù)確定以后，它的分辨率就已經(jīng)確定。轉(zhuǎn)換器的位數(shù)增多，分辨率提高，但另一方面又會(huì)使電路復(fù)雜，轉(zhuǎn)換時(shí)間拖長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換器的價(jià)格也相應(yīng)提高。3．通道數(shù)

能同時(shí)輸入或者輸出模擬信號(hào)的路數(shù)稱為通道數(shù)。在考察一個(gè)A／D或D／A轉(zhuǎn)換器的通道數(shù)時(shí)，還需要注意一個(gè)情況，通道是并行的輸入(出)、還是順序輸入(出)的。并行輸入(出)每個(gè)通道都有一個(gè)轉(zhuǎn)換器工作，而順序輸入(出)是用一個(gè)轉(zhuǎn)換器交替切換工作。在多通道工作時(shí)的容許采樣頻率就比單通道工作時(shí)要低，若單通道工作時(shí)容許最高采樣頻率為20MHz，則雙通道工作時(shí)容許最高采樣頻率將為10MHz。4．同步采樣與偽同步采樣

設(shè)備故障診斷系統(tǒng)是一種多通道信號(hào)分析系統(tǒng)，它與工業(yè)控制系統(tǒng)在信號(hào)采集方面的要求是不一樣的。工業(yè)控制系統(tǒng)中工藝參數(shù)往往是緩變量，但數(shù)據(jù)采集點(diǎn)多，在數(shù)據(jù)采集策略上基本都是對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)取多個(gè)樣，取平均值作為該采樣的采集值，然后切換到下一個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。也就是說(shuō)：各個(gè)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)實(shí)際上都是在不同時(shí)間采集的。多通道信號(hào)分析系統(tǒng)則要求各通道的采樣值都是同一時(shí)刻的（A1、B1、C1、…F1是同一時(shí)間的信號(hào)樣本，Ai、Bi、Ci、…Fi也是同一時(shí)間的信號(hào)樣本），即要求同步采樣。因此多通道信號(hào)分析系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換裝置有兩種硬件策略，一是每通道一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)同步采樣，這種方案的同步性最好，也是成本最高的，通常用于少通道（如2通道、4通道）采樣；另一種是帶有多通道同步保持器的單A/D轉(zhuǎn)換電路，同步保持器類似照相機(jī)的快門，將各通道的信號(hào)電壓拍攝進(jìn)來(lái)并保持，再等待A/D電路依次進(jìn)行轉(zhuǎn)換采樣。另外還有一種偽同步采樣，它使用普通的高速A/D卡，從控制軟件上實(shí)現(xiàn)偽同步采樣。其基本思路是這樣的：由于設(shè)備診斷所需的采樣頻率在10KHz以下，采用100KHz～300KHz檔次的A/D卡（通道數(shù)愈多，采頻檔次愈高），在控制軟件的采樣策略方面采取以最高速度依次對(duì)各通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換傳輸，然后空循環(huán)等待下一次采樣指令?？刂瓶昭h(huán)等待時(shí)間以實(shí)現(xiàn)所需要的采樣頻率。A1…F1多通道轉(zhuǎn)換傳輸時(shí)間A2…F2多通道轉(zhuǎn)換傳輸時(shí)間由采樣頻率規(guī)定的采樣周期時(shí)間空循環(huán)等待時(shí)間圖3—54偽同步采樣原理示意圖

作為信號(hào)測(cè)取技術(shù)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)——A/D變換，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要確定的以下參數(shù)：①采樣通道數(shù)——由所需要的信號(hào)路數(shù)，即傳感器數(shù)決定。②采樣頻率——對(duì)于振動(dòng)類信號(hào)，按采樣定律的概念，每通道的采樣頻率是最高感興趣信號(hào)頻率的3～4倍。在A/D變換前應(yīng)使用低通濾波器將最高感興趣信號(hào)頻率以上的成份濾除。

③樣本長(zhǎng)度——按快速富里葉變換FFT的需要，每路信號(hào)所取的采樣點(diǎn)數(shù)是2N。通常樣本長(zhǎng)度取1024點(diǎn)或2048點(diǎn)。樣本長(zhǎng)度與采樣頻率決定頻譜分析的頻率分辨率Δf

在樣本長(zhǎng)度不變的條件下，采樣頻率提高，則頻率分辨率下降，Δf變大。所以采樣頻率不可太高。在采樣頻率不變的條件下，樣本長(zhǎng)度增加，則頻率分辨率提高，Δf變小。但樣本長(zhǎng)度只能按2N的規(guī)律增加，即按2048、4096、8192數(shù)字序列增加。樣本長(zhǎng)度的增加，造成FFT計(jì)算量的增加，轉(zhuǎn)換時(shí)間成倍數(shù)的增長(zhǎng)。所以通常樣本長(zhǎng)度取1024點(diǎn)或2048點(diǎn)。3．9監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的組成與工作程序機(jī)械設(shè)備故障診斷系統(tǒng)從技術(shù)上講，可分為兩部分。第一部分由硬件組成，它們的任務(wù)是獲取包含設(shè)備各種信息的物理信號(hào)。這一任務(wù)的工作程序?yàn)椋焊鶕?jù)具體情況分析應(yīng)測(cè)量的物理信號(hào)，選用合適的傳感器，將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。選擇合理的后續(xù)儀器或預(yù)處理電路，將電信號(hào)去偽存真，并調(diào)節(jié)整理轉(zhuǎn)換成符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的電信號(hào)。把符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，為后面的信號(hào)分析做好準(zhǔn)備。機(jī)械設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的第二部分由軟件組成，它們的任務(wù)是對(duì)數(shù)字量表現(xiàn)的信號(hào)進(jìn)行提取特征的分析和數(shù)據(jù)解釋。其工作程序?yàn)椋翰捎谜_的信號(hào)分析技術(shù)，將信號(hào)中反映設(shè)備狀況的特征信息提取出來(lái)，與過(guò)去值進(jìn)行比較，找出其中的差別，以此判定設(shè)備是否有故障，故障的類型以及故障的部位。一．監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的任務(wù)1）能反映被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)異常狀況發(fā)出警告。通過(guò)監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測(cè)，可以在任何時(shí)刻了解設(shè)備的當(dāng)前狀況，并通過(guò)與正常狀態(tài)的特征值的比較，判定現(xiàn)狀是否正常。若發(fā)現(xiàn)或判定異常，及時(shí)發(fā)出故障警告。2）能提供設(shè)備狀態(tài)的準(zhǔn)確描述。在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，能反映設(shè)備主要零部件的劣化程度，為設(shè)備的檢修提供針對(duì)性的依據(jù)。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，能反映故障的位置——造成故障的零部件，及故障的程度。為是堅(jiān)持運(yùn)行還是停機(jī)檢修提供決策依據(jù)。3）能預(yù)測(cè)設(shè)備狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)狀態(tài)特征數(shù)據(jù)的時(shí)間歷程的統(tǒng)計(jì)分析，描繪出狀態(tài)特征數(shù)據(jù)的時(shí)間歷程曲線及趨勢(shì)擬合方程的曲線，對(duì)后續(xù)的設(shè)備狀態(tài)發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)。以提供制定大修工作計(jì)劃內(nèi)容的依據(jù)，避免欠維修或過(guò)維修發(fā)生。二．監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的組成

監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的組成與任務(wù)目標(biāo)是配合協(xié)調(diào)的。它們分為簡(jiǎn)易診斷系統(tǒng)和精密診斷系統(tǒng)兩種。大多數(shù)點(diǎn)巡檢系統(tǒng)屬于簡(jiǎn)易診斷系統(tǒng)，在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)屬于精密診斷系統(tǒng)。簡(jiǎn)易診斷系統(tǒng)由便攜式測(cè)量?jī)x表（如振動(dòng)參數(shù)測(cè)試儀、軸承故障測(cè)試儀等）和一些統(tǒng)計(jì)圖表所組成。圖3—55是一個(gè)點(diǎn)檢數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計(jì)表的例子，統(tǒng)計(jì)表由示意圖、設(shè)備名稱、結(jié)構(gòu)參數(shù)、測(cè)量部位、測(cè)量參數(shù)、判別標(biāo)準(zhǔn)、點(diǎn)檢數(shù)據(jù)及測(cè)點(diǎn)趨勢(shì)圖等所組成。是簡(jiǎn)易診斷系統(tǒng)的重要組成部分。名稱：初軋7架減速機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速：1450RPM齒數(shù)：Z1=31；Z2=56；Z3=43；Z4=72測(cè)點(diǎn)號(hào)測(cè)量參數(shù)正常判定條件標(biāo)準(zhǔn)值a1

mm/s2

<

a2mm/s2<

a3mm/s2<

a4mm/s2<Z1Z2Z3Z4a1a2a3a4測(cè)點(diǎn)號(hào)123

45678910111213141516171819202122232425262728293031精密診斷系統(tǒng)屬于精密診斷系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)由三部分組成：數(shù)據(jù)采集部分；狀態(tài)識(shí)別部分和數(shù)據(jù)庫(kù)部分。數(shù)據(jù)采集部分包含：傳感器、信號(hào)調(diào)理器（放大、濾波等）、A/D轉(zhuǎn)換器及計(jì)算機(jī)，還可以有其他輔助儀器。狀態(tài)識(shí)別部分是計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號(hào)處理軟件。它包含：信號(hào)分析模塊（時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析、頻域分析…）、狀態(tài)識(shí)別模塊、趨勢(shì)分析模塊、圖形顯示模塊、數(shù)據(jù)解釋模塊、故障診斷模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、系統(tǒng)管理模塊。數(shù)據(jù)管理部分主要依托數(shù)據(jù)庫(kù)，最常見(jiàn)的是Access數(shù)據(jù)庫(kù)和SQLServer網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)。分別將設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)、測(cè)點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及周、日數(shù)據(jù)等劃分為多個(gè)既獨(dú)立存在又相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)表。

圖3—57監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的信號(hào)處理部分圖3—57中，左邊是數(shù)據(jù)管理窗口，右上是頻譜分析窗口，右下是數(shù)據(jù)解釋窗口。三．實(shí)施故障監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的工作程序（1）了解診斷對(duì)象了解設(shè)備的主要手段是開(kāi)展設(shè)備調(diào)查。在調(diào)查前應(yīng)作出一張調(diào)查表，它由設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)子表、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)子表、設(shè)備狀況子表組成。1）清楚設(shè)備的基本組成部分及其聯(lián)接關(guān)系。2）必須查明各主要零部件（特別是運(yùn)動(dòng)零件）的型號(hào)、規(guī)格、結(jié)構(gòu)參數(shù)及數(shù)量等。

設(shè)備運(yùn)行參數(shù)子表包括以下內(nèi)容：①各主要零部件的運(yùn)動(dòng)方式：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還是往復(fù)運(yùn)動(dòng)；②機(jī)器的運(yùn)動(dòng)特性：平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)還是沖擊性運(yùn)動(dòng)；③轉(zhuǎn)子運(yùn)行速度：低速(<600r／min)，中速(600—6000r／min)還是高速(>60000r／min)；勻速還是變速；④機(jī)器平時(shí)正常運(yùn)行時(shí)及振動(dòng)測(cè)量時(shí)的工況參數(shù)值，如：排出壓力、流量、轉(zhuǎn)速、溫度、電流、電壓等。⑤載荷性質(zhì)：均載、變載還是沖擊負(fù)荷；⑥工作介質(zhì)：有無(wú)塵埃、顆粒性雜質(zhì)或腐蝕性氣(液)體。⑦周圍環(huán)境：有無(wú)嚴(yán)重的干擾(或污染)源存在，如強(qiáng)電磁場(chǎng)、振源、熱源、粉塵等。設(shè)備狀況子表包括以下內(nèi)容：①設(shè)備基礎(chǔ)型式及狀況，搞清楚是剛性基礎(chǔ)還是彈性基礎(chǔ)。②有關(guān)設(shè)備的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和性能指標(biāo)，出廠檢驗(yàn)記錄，廠家③有關(guān)設(shè)備常見(jiàn)故障分析處理的資料(一般以表格形式列出)，以及投產(chǎn)日期，運(yùn)行記錄，事故分析記錄，大修記錄等。（2）確定診斷方案①選擇測(cè)點(diǎn)②預(yù)估頻率和振幅③確定測(cè)量參數(shù)④選擇診斷儀器⑤選擇與安裝傳感器⑥做好其他相關(guān)事項(xiàng)的準(zhǔn)備圖3—58測(cè)點(diǎn)選擇示意圖（3）進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量與信號(hào)分析對(duì)于初次測(cè)量的信號(hào)，要進(jìn)行信號(hào)重放和直觀分析，檢查測(cè)得的信號(hào)是否真實(shí)。若對(duì)所測(cè)的信號(hào)了解得比較清楚，對(duì)信號(hào)的特性心中有數(shù)，那么在現(xiàn)場(chǎng)可以大致判斷所測(cè)得信號(hào)的幅值及時(shí)域波形的真實(shí)性。如果缺少資料和經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)進(jìn)行多次復(fù)測(cè)和試分析，確認(rèn)測(cè)試無(wú)誤后再作記錄。如果所使用的儀器具有信號(hào)分析功能，那么，在測(cè)量參數(shù)之后，即可對(duì)該點(diǎn)進(jìn)一步作波形觀察、頻率分析等有關(guān)項(xiàng)目，特別對(duì)那些振動(dòng)超常的測(cè)點(diǎn)作這種分析很有必要。測(cè)量后要把信號(hào)儲(chǔ)存起來(lái)，若要長(zhǎng)期存儲(chǔ)，則必須存儲(chǔ)到合適的數(shù)據(jù)庫(kù)中。（4）實(shí)施狀態(tài)判別根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)和信號(hào)分析所得到的信息，對(duì)設(shè)備狀態(tài)作出判別。首先判斷它是否正常，然后對(duì)存在異常的設(shè)備作進(jìn)一步分析，指出故障的原因、部位和程度。對(duì)那些不能用簡(jiǎn)易診斷解決的疑難故障，必須動(dòng)用精密診斷手段去加以確診。（5）作出診斷決策通過(guò)測(cè)量分析、狀態(tài)識(shí)別等幾個(gè)程序，弄清了設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，為處理決策創(chuàng)造了條件。這時(shí)應(yīng)當(dāng)提出處理意見(jiàn)：或是繼續(xù)運(yùn)行，或是停機(jī)修理。對(duì)需要修理的設(shè)備，應(yīng)當(dāng)指出修理的具體內(nèi)容，如待處理的故障部位、所需要更換的零部件等。

（6）檢查驗(yàn)證設(shè)備診斷的全過(guò)程并不是到作出結(jié)論就算結(jié)束了，最后還有重要的一步，必須檢查驗(yàn)證診斷結(jié)論及處理決策的結(jié)果。診斷人員應(yīng)當(dāng)向用戶了解設(shè)備拆機(jī)檢修的詳細(xì)隋況及處理后的效果，如果有條件的話，最好親臨現(xiàn)場(chǎng)察看，檢查診斷結(jié)論與實(shí)際情況是否符合，這是對(duì)整個(gè)診斷過(guò)程最權(quán)威的總結(jié)，也是增長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)的重要步驟。第四章信號(hào)特征提取——信號(hào)分析技術(shù)通過(guò)信號(hào)測(cè)取技術(shù)將機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗械牟ㄐ吻€——A（t）、B（t）等，通過(guò)A/D變換轉(zhuǎn)化成離散的數(shù)字曲線序列——A（i）、B（i）等。由于運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備中存在多個(gè)振動(dòng)源，這些振動(dòng)信號(hào)在傳輸路上又受到傳輸通道特性的影響，當(dāng)它們混雜在一起被傳感器轉(zhuǎn)換成波形曲線時(shí)，呈顯出混亂無(wú)規(guī)律的形態(tài)。因此需要從中進(jìn)行識(shí)別——信號(hào)特征的提取。平穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備，無(wú)論有多少個(gè)振動(dòng)源，其產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)都是與轉(zhuǎn)速相關(guān)的強(qiáng)迫振動(dòng)信號(hào)，也是周期性信號(hào)。站在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以認(rèn)定：凡是與轉(zhuǎn)速相關(guān)的信號(hào)屬于設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信號(hào)，與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的信號(hào)屬于工藝參數(shù)信號(hào)、結(jié)構(gòu)參數(shù)信號(hào)、電氣參數(shù)信號(hào)。結(jié)構(gòu)參數(shù)信號(hào)、電氣參數(shù)信號(hào)仍屬于故障診斷范圍，但不在機(jī)械故障診斷范圍內(nèi)。信號(hào)分析技術(shù)包含了許多種信號(hào)分析方法，各種分析方法都有其適應(yīng)的范