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1、江苏机械制造与 自动化第?期? !技术讲座!机械故障诊断学的理论及其应用第二讲故障诊断中的信号检测与处理#%。?!?传感器的合理选择传感器的选择应注意下列几个问题97? 8直接测 量参数的选择侧振传感器 的被测量是位移、速度或加速度,可以通过微积分实现换算!但由于低频时加速度的幅值可小到与测 量噪声相当的程度,因此如用 加速度计测量低频振动的位移,会因低信噪比增大测量误差,不如直接用位移传感器更合理。用位移传感器测高频位移有类似的情况发生。;( #?, #%,1/,.)%3(,33!?一? 传感器选择时 还应力 图使最重要 的参数能以最直接、最合理的方式测得!例如考察惯性力可能导致的破坏或故障
2、时,宜作加速度测量,考察振动环境7振动烈度以振动速度的均方值来描述8时,宜作振动速度的测量:要监测机件的位置变化时,宜选用 电涡流或电容传感器作位移的测量。7? 8传感器的量程、灵敏度等指标各种测振传感器都受其结构的限制而有其自身适用的范 围,如对于惯性 式传感器,一般质量大的传感器上限频率低、灵敏度高:质量轻的传感器上限频率高、灵敏度低。以压 电加速度计为例,作超低振级测量的都是质量超过?鲍灵敏度很高的加速度计,作高振级7如冲击8测量的都是小到几克或零点几克的加速度计。7 8使用的环境要求、价格、寿命、可靠性、维修、校 准等例如激光测振尽管有很高的分辨力和测量精确度,由于对环境7隔振8要求极
3、严、设备又极 昂贵,它只适用于实验室作精密测量或校准。电涡流和 电容传感器均属非接触式,但前者对环境要求低而被广泛应用于 工业现场对机器振动的测量中。如大型汽轮发电机组、压缩机组振动监测 中用的传感器、要能在高温、油污、蒸汽介质 的环境下 长期可靠地工作,常选用 电涡 流传感 器。对相位有严格要求的振动测试项目7如频谱图,波得 图、振型等测量8,除了应注意传感器的相频特性外,还要考虑放大器,特别是带微积分网络放大器 的相频特性。 !信号调理?、“被测量 经传感器转换成的电信号需要进行某些调理和处理,以便提高信噪比,并把信号转换成更便于处 理、接收和显示的形式,最终转换成为仪表表示值、输人计算机
4、、控制装置。由传感器检测到的绝大部分特征信号7振 动、温度、压力等8均为模拟信号,经调理后可以采用如下方法进行处理91 8用磁带记录仪进行现场记录,再回放至信号分析仪处理或 经)转换后由计算机处理:? 8直接送信号分析仪进行处理,还可将处理结果通 过接口送计算机作二 次处理: 8通 过二次仪表显 示并记录:; 8直接通过)采样,将所得的数字信号传送到计算机进行在线分析和处理。在 将 由传感器检测 到 的振动模拟信号 送);转换器之前,必须对信号进行适当的调理,以便满足)转换 的要求,达到要求的精度。信号调理包含以下 几方面的内容9 !?信号滤波为 了观察某一感兴趣的频率成分或消除特征信号 中的
5、噪声,常对检测信号进行滤波。滤 波器一般可分为低通 高通、带通和带阻四类,每一种滤波器相当于对信号进行不同的频域加窗处理。因此合理选择滤波器的类型 及其参数,对于保留对故障诊断有用的频率成分是极其重要的。为了消除频率的混处现象闭,根据0?( 3 采样定理,分析频率应低于采样频率两倍以上7见 下文8。因此,在旋转机械工况监视与故障诊断系统中,经常采用低通滤波器。至于滤波器截止频率的选取,则要综合考虑设备本身的特点以及后续)采样的频率,以保证既不出现频率混 处现象,又不丢失有用信息。 !?信号放大这 主要是为了满足)转换的要求!一般)转换要求输人士0范围内的电压信号,超出该范围则会产生截 波,而信
6、号太小又会降低信号的精度。因此,在经)转换之前,需将信号放大 到该范围内。 !交、直流分 离振动涡流位移传感器测到的振动信号包含交流和直流分量,以旋转机械为例,交流信号反 映振动的瞬变情况,直流分量则反 映 了转子的位置情况。为了使特 征信号 准确、客观地体现设备运行工 况,需采用适当的电路将反映不同工 况特征的交、直流信号分离 开来并分别进行采样。交流信号主要应用于振动 的谱分析、统计分析等:直流信号则用于转子轴心位置的分析等。;!计算机信号采集与处理实际的 三况监视与故障诊断不只是某一个具体问题,而是一个完整的系统。图?是某化工企业透平压缩机组研制的 工况监视与故障诊断系统信号采集装置的示
7、意图,该系统共有三个模块9振动信号采集模块,非振动信号7工艺参数信息8采集模块和开 关量采 集模块。三个模块 设计的方法和步骤基本相同,此处 主要 以振动信号为例说明各个模块的功能。;!)转换江苏机械制造与自动化第?期? !)转换是信号工 况监视与故障诊断系 统中的重要 环节,它将检测到的模拟信号转换成数字信号,以便于计算机分析与处理!)转换将模拟信号7 8按一定的时间间隔逐点取其瞬时值78。7 ?8采样频率0? ( 3采样定理给出了带限信号7信号中的频率镇 !98不丢失信息的最低采样频率 !总钱 拿撇令?寻非 振动信号 采 华棋块开关且采集棋块翻皮?环力 等作报动言号翩入月 吮! 愉入振 动信号偷入图信号采集装呈示惫图率为# %黄长艺、严普强!机械工程刚试技术墓础7第?版8,北京9机械工业出版社,? 年?月杨 位钦、顾岚!时间序列分析与动态数据建模,北京9北京二业学院出版社,? 年一?月
