典型测试系统设计实例

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1、测试技术测试技术 典型测试系统设计实例典型测试系统设计实例(4)第十章第十章内容内容 1.塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试2.无心磨削的工件棱圆度精密检测无心磨削的工件棱圆度精密检测3.高速机车轴温测试系统高速机车轴温测试系统4.润滑油膜厚度检测润滑油膜厚度检测5.缝纫机噪声源测试分析缝纫机噪声源测试分析6.旋转机械故障监测诊断网络化系统旋转机械故障监测诊断网络化系统重点重点：掌握一些具体的测试技术，对一个测试系统的设计有一个基本掌握一些具体的测试技术，对一个测试系统的设计有一个基本的概念，学会分析方法与设计思路的概念，学会分析方法与设计思路 测试系统的设计涉及测试系统的设计涉及p

2、明确测试任务明确测试任务p制定测试方案制定测试方案p选择传感器选择传感器p设计后续测试系统设计后续测试系统p测试系统效能分析测试系统效能分析回顾回顾回顾回顾测试对象测试对象 塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试测试任务测试任务对新设计的某型号塔式起重机样机进行对新设计的某型号塔式起重机样机进行强度检测强度检测 测试目的测试目的F通过测试来通过测试来验证理论计算验证理论计算，为产品的进一步改进，为产品的进一步改进提供依据提供依据F对样机对样机提出评价意见提出评价意见，作为新产品鉴定的依据，作为新产品鉴定的依据测试参考测试参考F根据原始设计资料，选择在应力应变最大处粘贴根据原始设计资料，选

3、择在应力应变最大处粘贴应变片进行测量应变片进行测量F根据两种不同破坏情况，按照根据两种不同破坏情况，按照JJ30-85JJ30-85塔式起重塔式起重机结构试验方法机结构试验方法测试静态、动态应力应变测试静态、动态应力应变 塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试强度检测强度检测正、切应力测量正、切应力测量 判断最大应力是否大于许用应力判断最大应力是否大于许用应力测试方案测试方案 问题最终归结于问题最终归结于测量测量最危险截面最危险截面的静态与动态应力应变的静态与动态应力应变 测量方法：测量方法：应变片应变片+ +电桥电桥静态测量静态测量时由于有多个测点，通常配用预调平衡箱，利用外时由于有多

4、个测点，通常配用预调平衡箱，利用外加电阻对电桥调平衡，以便于与应变仪连接加电阻对电桥调平衡，以便于与应变仪连接 动态测量动态测量由于测点少不需要配用预调平衡箱，直接与应变仪由于测点少不需要配用预调平衡箱，直接与应变仪连接，使用光线示波器作为动态应变记录装置连接，使用光线示波器作为动态应变记录装置 塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试静态应力测试系统框图静态应力测试系统框图 动态应力测试系统框图动态应力测试系统框图 测点布置：测点布置：测点测点位置位置和测点和测点方向方向是影响结构强度试验是否可靠的两个是影响结构强度试验是否可靠的两个 重要因素重要因素塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构

5、强度测试断面正应力分布断面正应力分布各种断面的应力分布规律：各种断面的应力分布规律：a a断面上通常只有两种力：正应断面上通常只有两种力：正应 力、剪应力力、剪应力b b断面断面角点处只有正应力，而无角点处只有正应力，而无 剪应力。剪应力。正应力的最大值出现正应力的最大值出现 在角点处在角点处, ,即为主应力。即为主应力。c c剪应力的分布形式根据其断面剪应力的分布形式根据其断面 形状不同而不同，一般来说，形状不同而不同，一般来说， 最大剪应力产生在中性轴处。最大剪应力产生在中性轴处。塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试测点位置：测点位置：最大正应力法最大正应力法角点法角点法箱形梁断面

6、在外力拉（压）、弯曲、箱形梁断面在外力拉（压）、弯曲、扭（转）矩作用下的正应力分布扭（转）矩作用下的正应力分布贴片方法：在箱形断面贴片方法：在箱形断面角点处贴应变片。角点处贴应变片。测试方案测试方案 塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试测量系统共布置了测量系统共布置了20个测点个测点 测试条件测试条件 假设条件：假设条件：载荷不包括吊钩重量，载荷误差应小于载荷不包括吊钩重量，载荷误差应小于1%1%；各工况皆是处于各工况皆是处于空钩离地状态时进行仪器调零空钩离地状态时进行仪器调零；测试数据；测试数据均为吊重引起的应力，不应包括自重和风阻应力均为吊重引起的应力，不应包括自重和风阻应力环境条

7、件：环境条件：测试温度测试温度10102525，湿度，湿度50%50%70%70%，风力，风力1 1级级测试工况：测试工况：测试中选取了五种不同起重重量、三种变幅测试中选取了五种不同起重重量、三种变幅幅度、两种方位角进行组合变化，分别测试各种工况下最幅度、两种方位角进行组合变化，分别测试各种工况下最大应力大应力塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试测试步骤测试步骤 检查和调整试验样机检查和调整试验样机粘贴应变片并干燥、密封、检查绝缘粘贴应变片并干燥、密封、检查绝缘接好应变测试系统，调试仪器，合理选择灵敏度，消除不正常现象接好应变测试系统，调试仪器，合理选择灵敏度，消除不正常现象取空载状态

8、作为初始状态，将应变仪调零取空载状态作为初始状态，将应变仪调零按照测试工况，分别测试各种情况下的最大应力按照测试工况，分别测试各种情况下的最大应力塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试工况序号工况序号R距离距离Q吊重吊重测试点测试点备注备注110m29.4kN0 120额定载荷额定载荷210m29.4kN45 120额定载荷额定载荷310m36.75kN0 120超载超载25%410m36.75kN45 120超载超载25%518m17.15kN0 120额定载荷额定载荷618m17.15kN45 120额定载荷额定载荷718m21.4kN0 120超载超载25%818m21.4kN45

9、 120超载超载25%nQ起重量起重量nR幅度幅度吊点到吊点到塔机回转塔机回转中心的距中心的距离离n起重臂起重臂与塔身之与塔身之间的方位间的方位角角。数据处理与结果分析数据处理与结果分析静态：相同试验条件下多次测量取平均值静态：相同试验条件下多次测量取平均值动态：用光线示波器记录下动态应变曲线动态：用光线示波器记录下动态应变曲线, ,确定最大应力、确定最大应力、平均应力、动载系数。平均应力、动载系数。1 1）单向应力状态下的平面应力计算）单向应力状态下的平面应力计算 2）平面应力状态的主应力计算）平面应力状态的主应力计算3）与设计指标比较）与设计指标比较塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度

10、测试无心磨削的工件棱圆度精密检测无心磨削的工件棱圆度精密检测 测试对象测试对象特点：加工自动定位特点：加工自动定位3点定位点定位导轮的摩擦力带动工件旋转导轮的摩擦力带动工件旋转导轮导轮的摩擦力和的摩擦力和砂轮砂轮的切削力使工件支撑在的切削力使工件支撑在托架托架上进行上进行自动定心自动定心，实现砂轮对工件外圆，实现砂轮对工件外圆的连续加工的连续加工等直径加工等直径加工n问题问题：回转中心动态不稳定性回转中心动态不稳定性造成工件外圆造成工件外圆 形状为棱圆问题形状为棱圆问题 一般为低次的一般为低次的3 3、5 5、7 7次奇数棱圆和高次的次奇数棱圆和高次的1212、1414、1616次偶数棱圆（次

11、偶数棱圆（常见为三棱圆）常见为三棱圆）砂轮导轮工件托架三棱圆三棱圆传动轴无心复合磨削传动轴无心复合磨削 2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测 测试任务测试任务棱圆的棱圆的棱数棱数和和棱圆度棱圆度检测检测测量精度达到微米级测量精度达到微米级实现量化分析和评估实现量化分析和评估测试方案测试方案1）测量外圆）测量外圆直径直径工件外圆测量常规方法工件外圆测量常规方法等分棱圆角度，测量出相应的直径数值等分棱圆角度，测量出相应的直径数值希望经数据处理获得棱圆的棱数和圆度误差希望经数据处理获得棱圆的棱数和圆度误差 由于由于棱圆的各个方向直径在加工过程中是被保证的，因此，棱圆的各个方

12、向直径在加工过程中是被保证的，因此，直直径测量无法反映棱圆形状。径测量无法反映棱圆形状。2）测量棱圆）测量棱圆半径半径 由于外圆表面到圆心的距离不同，所以使用位移传感器测量棱由于外圆表面到圆心的距离不同，所以使用位移传感器测量棱圆各个方向的外圆表面到圆心的距离圆各个方向的外圆表面到圆心的距离 2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测 采取测量棱圆半径采取测量棱圆半径测试方案测试方案 测量系统组成测量系统组成回转工作台：以实现工件的回转，中心不变回转工作台：以实现工件的回转，中心不变位移测量传感器：测量外圆位移的动态数值位移测量传感器：测量外圆位移的动态数值位移传感器的调理

13、装置位移传感器的调理装置信号处理和显示装置信号处理和显示装置 传感器传感器工件工件信号信号调理调理信号处理信号处理显示显示回转台回转台2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测 选择传感器考虑问题选择传感器考虑问题精度：精度： 为了保证磨削加工的工件测量精度为为了保证磨削加工的工件测量精度为微米级微米级，必须选用，必须选用高精度的位高精度的位移传感器移传感器量程：量程： 由于是磨削加工，外圆形状误差不会很大，由于是磨削加工，外圆形状误差不会很大，小量程小量程可满足测量要求可满足测量要求测量方式：测量方式： 工件的棱圆度测量确定为工件的棱圆度测量确定为离线方式离线方式，工作台

14、，工作台低速回转低速回转下测量即可，下测量即可，传感器的频响特性不需要很高传感器的频响特性不需要很高接触方式：接触方式： 测量方式测量方式可选用接触或非接触方式可选用接触或非接触方式成本问题：成本问题： 尽可能减小尽可能减小2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测 传感器选择传感器选择 变间距电容传感器？电涡流传感器？电感传感器？变间距电容传感器？电涡流传感器？电感传感器？ 变间距电容传感器变间距电容传感器 优点：优点：测量精度高，灵敏度高，响应速度快，能抵抗测量精度高，灵敏度高，响应速度快，能抵抗高温、振动和潮湿，特别适用于恶劣环境中作非接触高温、振动和潮湿，特别适用于

15、恶劣环境中作非接触测量，适应于测位移小量程测量，适应于测位移小量程 缺点：缺点：测量电路较为测量电路较为复杂复杂，一般采用调幅电路或调频，一般采用调幅电路或调频电路，后续调理电路相对复杂，电路，后续调理电路相对复杂，增加了系统复杂性增加了系统复杂性电涡流传感器电涡流传感器 优点：优点：具有灵敏度高、响应快速、非接触测量的特点具有灵敏度高、响应快速、非接触测量的特点 缺点：缺点：常规类型量程常规类型量程1 12mm2mm，从实际应用来讲，其精，从实际应用来讲，其精度不足；如选用高精度型，其量程为度不足；如选用高精度型，其量程为250um250um，分辨率，分辨率，但这种类型但这种类型成本较高成本

16、较高。2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测 传感器选择传感器选择差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器 能提供所需的准确度、精度和可靠性能提供所需的准确度、精度和可靠性，尽管为接触式测量，尽管为接触式测量，但考虑作为研究使用，棱圆测量的工作量不大，而且该测量传感但考虑作为研究使用，棱圆测量的工作量不大，而且该测量传感器已成功应用于圆度仪作为测量头器已成功应用于圆度仪作为测量头. .圆度仪圆度仪差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器因此，选用差动变压器位移传感器因此，选用差动变压器位移传感器2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测 信号处理方法

17、的选择信号处理方法的选择 棱圆的棱数为工件回转一周位移波动的周期数，棱圆度为波动的幅棱圆的棱数为工件回转一周位移波动的周期数，棱圆度为波动的幅度。由度。由位移数据波动的频率位移数据波动的频率与与工件回转频率工件回转频率的倍数可确定棱圆的棱数。的倍数可确定棱圆的棱数。 数据处理可采取数据处理可采取频域谱分析方法频域谱分析方法：数据采集方便，频率分辨率：数据采集方便，频率分辨率高，应用方便。高，应用方便。1X为工件回转频率，为工件回转频率，3X的频率为棱圆为的频率为棱圆为三棱圆、其幅值的大小表现了棱圆度三棱圆、其幅值的大小表现了棱圆度 典型棱圆典型棱圆幅值谱幅值谱2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、

18、无心磨削的工件棱圆度精密检测 测试系统的设计与分析测试系统的设计与分析 棱圆测量系统基本框图棱圆测量系统基本框图 采用虚拟仪器采用虚拟仪器 信号采集信号采集 数据分析和处理数据分析和处理 结果输出结果输出 图形用户操作界面图形用户操作界面 所有软硬件均为市售产所有软硬件均为市售产品，此方案简单易行。品，此方案简单易行。变压器传感器变压器传感器电感式测微仪电感式测微仪数据采集卡数据采集卡PCPC主机主机任务描述任务描述温度测试温度测试 背景背景高速、重载发展高速、重载发展支承轴承发热增多支承轴承发热增多轴承磨损和产生缺陷轴承磨损和产生缺陷不正常发热增大不正常发热增大重要性重要性 轴承温度升高，轻

19、则热轴、固死造成机损，轴承温度升高，轻则热轴、固死造成机损，影响机车正常运转；重则造成疲劳破坏和影响机车正常运转；重则造成疲劳破坏和热切轴，车毁人亡热切轴，车毁人亡 测试任务测试任务在线监测在线监测高速机车的轴箱轴承、牵引电机高速机车的轴箱轴承、牵引电机轴承、抱轴承及空心轴承处的温度轴承、抱轴承及空心轴承处的温度在控制室实时显示各测点的实际温度，进在控制室实时显示各测点的实际温度，进行声光报警和定位指示行声光报警和定位指示数据存储，随时调用数据存储，随时调用3、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统 测试要求测试要求主要技术参数主要技术参数测温范围：测温范围：-55-55+125+125测

20、温精度：测温精度：1 1 （0 08585）测温点数：测温点数：3838点（可根据不同车型而增减）点（可根据不同车型而增减） 报警温度：报警温度：绝对温度（绝对温度（7575）和相对温度（环境温度）和相对温度（环境温度+55+55） 供电电压：供电电压：110VDC (110VDC (波动范围：波动范围：65140VDC)65140VDC)；功耗小于；功耗小于15W15W 其他要求其他要求抗干扰能力强、适应恶劣的工作环境、防尘防水、稳定可靠工作抗干扰能力强、适应恶劣的工作环境、防尘防水、稳定可靠工作系统可靠性高系统可靠性高有完善的自检功能有完善的自检功能数据自动存储和查询数据自动存储和查询3、

21、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统 测试方案测试方案p传感器的选择传感器的选择 半导体温度传感器？红外监测仪？数字温度传感器？半导体温度传感器？红外监测仪？数字温度传感器？1 1）半导体）半导体PNPN结温度传感器结温度传感器测量误差大测量误差大。PNPN结温度传感器容易老化、失效；结温度传感器容易老化、失效；两线制使测点到仪表的引线较长，引线误差较大两线制使测点到仪表的引线较长，引线误差较大连线多，环节多，每个测点到仪表均需连线、均需放大调理，连线多，环节多，每个测点到仪表均需连线、均需放大调理，使使结构复杂结构复杂需定期标定，工作量大，传感器的需定期标定，工作量大，传感器的互换性差

22、互换性差传输弱小的模拟信号，传输弱小的模拟信号，抗干扰能力弱抗干扰能力弱，测量结果的，测量结果的稳定性和稳定性和可靠性差可靠性差2 2）地面）地面红外线红外线机车轴温检测仪机车轴温检测仪只能在机车通过监测点时监测轴箱轴承只能在机车通过监测点时监测轴箱轴承无法全程监测无法全程监测不能监测牵引电机轴承和抱轴承温度不能监测牵引电机轴承和抱轴承温度3、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统 可见，传统的模拟型温度传感器精度低、抗干扰能力差、多点可见，传统的模拟型温度传感器精度低、抗干扰能力差、多点测量不能穿行通信等。测量不能穿行通信等。3 3）数字式温度传感器（数字式温度传感器（DS1820DS1

23、820温度传感器芯片）温度传感器芯片） 优势：优势：外围电路简单、精度高、对电源要求不高、抗干扰能力强。外围电路简单、精度高、对电源要求不高、抗干扰能力强。原理：原理：内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数。内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数。特征：特征：无需外围器件，用无需外围器件，用9 9位二进制数字量形式输出温度值位二进制数字量形式输出温度值 温度测量范围：温度测量范围：-55-125-55-125，分辨率为，分辨率为0.50.5将温度转换为数字量的时间小于将温度转换为数字量的时间小于200ms200ms采用串行单总线结构传输数据，即仅用一根数据线接收命令和传送数据采用串

24、行单总线结构传输数据，即仅用一根数据线接收命令和传送数据测温误差：测温误差：11用户可自定义永久的报警温度设置用户可自定义永久的报警温度设置适合于工业现场的温度监测和控制，适合于工业现场的温度监测和控制，抗干扰能力强抗干扰能力强，能适应恶劣的工业，能适应恶劣的工业环境，环境，工作稳定可靠工作稳定可靠 3、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统 因此，选用数字式温度传感器因此，选用数字式温度传感器测试方案测试方案 p检测计算机系统的检测计算机系统的选择选择n工业控制计算机工业控制计算机优点：优点：功能强大、运算速度快、编程方便（采用高级计算机语言）、通用性强功能强大、运算速度快、编程方便（采

25、用高级计算机语言）、通用性强缺点：缺点：体积较大，价格也较高体积较大，价格也较高，常用于参量类型和数目较多、要求运算速度快、，常用于参量类型和数目较多、要求运算速度快、显示界面复杂的监测和控制任务显示界面复杂的监测和控制任务 nARMARM板的嵌入式计算机板的嵌入式计算机优点：优点：功能和运算速度功能和运算速度介于工业控制计算机与单片计算机之间介于工业控制计算机与单片计算机之间，比工业控制计算，比工业控制计算机低，但比单片计算机高出许多机低，但比单片计算机高出许多缺点：缺点：体积比工业控制计算机小许多，但比单片计算机大；其价格比工业控制计体积比工业控制计算机小许多，但比单片计算机大；其价格比工

26、业控制计算机低许多，但比单片计算机高算机低许多，但比单片计算机高n单片计算机单片计算机优点：优点：结构简单、价格低廉、功能相对简单结构简单、价格低廉、功能相对简单缺点：缺点：运行速度较慢和数据处理能力较弱，常用于参量类型和数目较少、要求运运行速度较慢和数据处理能力较弱，常用于参量类型和数目较少、要求运算速度不高、显示界面简单的小型监测和控制任务，其最典型的应用是自动算速度不高、显示界面简单的小型监测和控制任务，其最典型的应用是自动（智能）监测仪表。（智能）监测仪表。从成本、体积、计算性能要求等方面考虑，选择从成本、体积、计算性能要求等方面考虑，选择单片机。单片机。3、高速机车轴温测试系统、高速

27、机车轴温测试系统 测试系统的设计测试系统的设计n系统硬件构成图系统硬件构成图n数据传输：数据传输：串行串行单总线结构单总线结构，为了提高数据传输的可靠性和节省，为了提高数据传输的可靠性和节省连线，将两根单总线连接成环形，所有传感器连接在环形总线上；连线，将两根单总线连接成环形，所有传感器连接在环形总线上；只有一根单总线处于工作状态。只有一根单总线处于工作状态。3、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统 测试系统的设计测试系统的设计n软件设计软件设计程序核心是主机与传感器的单程序核心是主机与传感器的单总线串行通信总线串行通信n抗干扰设计抗干扰设计 强干扰源多、电磁辐射严重强干扰源多、电磁辐射

28、严重系统电源抗干扰：系统电源抗干扰： 输入端加滤波器输入端加滤波器 磁环吸收（拟制高频）磁环吸收（拟制高频）系统主板抗干扰：系统主板抗干扰：F加粗电源线和地线加粗电源线和地线F地线有效接地地线有效接地F机壳屏蔽机壳屏蔽F主电路板与电源间加屏蔽主电路板与电源间加屏蔽钢板钢板软件抗干扰：软件抗干扰： 自动复位能力自动复位能力 对于受到干扰的数据多次测量对于受到干扰的数据多次测量3、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统 主程序流程图主程序流程图测试任务：测试任务：背景背景对对于于在在高高速速、重重载载、高高温温条条件件下下工工作作的的机机器器，摩摩擦擦、磨磨损损是是其其发发生故障的最主要原因生

29、故障的最主要原因润润滑滑是是减减少少摩摩擦擦与与磨磨损损的的简简便便而而有效的方法有效的方法轴轴承承的的有有效效润润滑滑必必须须满满足足最最小小油油膜厚度处轴承两表面不直接接触膜厚度处轴承两表面不直接接触任务任务对对摩摩擦擦副副间间微微小小区区域域内内的的油油膜膜厚厚度进行直接测量度进行直接测量监测油膜的工作状态监测油膜的工作状态4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测测试方案测试方案p传感器选择传感器选择1 1）电阻法）电阻法定性测量定性测量 通过测量油膜的电阻大小来判断其厚度通过测量油膜的电阻大小来判断其厚度 油膜的电学性能极不稳定油膜的电学性能极不稳定电阻标定困难，难以定量电阻标定困难，难

30、以定量 2 2）放电电压法）放电电压法 利用电压击穿原理，根据电压与电流的关系来推算出代表油膜厚利用电压击穿原理，根据电压与电流的关系来推算出代表油膜厚度的放电电压度的放电电压 润滑膜的性质和纯洁程度对放电电压的影响润滑膜的性质和纯洁程度对放电电压的影响测量结果稳定性测量结果稳定性差，难以定量测定差，难以定量测定3 3）电容法）电容法 当润滑油的当润滑油的介电常数介电常数已知，根据电容值随油膜的厚度增大而降已知，根据电容值随油膜的厚度增大而降低的变化关系测得油膜厚度低的变化关系测得油膜厚度 建立电容值与油膜厚度关系时油膜间隙形状不明确建立电容值与油膜厚度关系时油膜间隙形状不明确 4 4）X X

31、光透射法光透射法 利用利用X X光穿过润滑油光穿过润滑油, ,光强度与油膜厚度成正比进行测量光强度与油膜厚度成正比进行测量 困难是光束位置精确的调整困难是光束位置精确的调整4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测5)5)激光衍射法：激光衍射法： 激激光光束束通通过过缝缝隙隙时时，由由于于衍衍射射现现象象将将在在屏屏幕幕上上出出现现条条纹纹, ,测测量量衍衍射条纹的宽度即可算出缝隙的宽度射条纹的宽度即可算出缝隙的宽度. . 主主要要困困难难是是所所测测缝缝隙隙的的下下限限值值较较大大。例例如如对对于于功功率率为为1mW1mW的的激激光光器器，若若缝缝隙隙小小于于时时，屏屏幕幕上上的的条条纹纹就就模

32、模糊糊。因因此此要要测测量量较较窄窄的的缝缝隙隙得采用更大功率的激光器得采用更大功率的激光器 6 6）光纤检测法）光纤检测法光纤位移传感器光纤位移传感器 光光纤纤传传感感器器具具有有灵灵敏敏度度高高、频频带带宽宽、测测量量范范围围大大、抗抗干干扰扰性性强强、体体积积小小、可可弯弯曲曲、极极易易接接近近被被测测对对象象、灵灵敏敏度度高高、耐耐高高压压、耐耐腐腐蚀蚀、可非接触测量。可非接触测量。 4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测因此，选择光纤传感器。因此，选择光纤传感器。n光纤传感器设计：光纤传感器设计： 采采用用反反射射式式强强度度调调制制光光纤纤位位移移传传感感器器（非功能型）（非功能型

33、） 输输出出光光纤纤的的光光功功率率取取决决于于光光纤纤端端部部与与反反射部件之间的距离射部件之间的距离d d。 假设假设:T=tan:T=tan 根据几何光学可知：根据几何光学可知：4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测当当da/(2T),d2dT a2dT 时，耦合进输出光纤的时，耦合进输出光纤的光功率为零光功率为零；当当d(a+2r)/d(a+2r)/（2T2T）时，输出光纤与输入光纤的像发出的光锥底端相）时，输出光纤与输入光纤的像发出的光锥底端相交，其相交的截面积恒为交，其相交的截面积恒为rr，此光锥的底面积为，此光锥的底面积为(2dT),(2dT),故故在此在此范围内间隙的传光系数恒

34、定范围内间隙的传光系数恒定（一般定义为相交截面积与光锥底面积之（一般定义为相交截面积与光锥底面积之比）为（比）为（r/2dTr/2dT） ；当当a/2Td(a+2r)/2Ta/2Td(a+2r)/2T时，耦合到输出光纤的光通量时，耦合到输出光纤的光通量由输入光纤的像由输入光纤的像发出的光锥底面与输出光纤相重叠部分的面积所决定。发出的光锥底面与输出光纤相重叠部分的面积所决定。 根据几何关系易得根据几何关系易得 故输出光纤接受的光功率故输出光纤接受的光功率P PO O与入射光功率与入射光功率P Pi i之比为之比为 因此，我们可以根据检测到的光强信号推演出被测距离的大小。因此，我们可以根据检测到的

35、光强信号推演出被测距离的大小。 4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测n 利利用用线线性性近近似似法法进进行行计计算算，几几何何分分析析即即可可给给出出输输出出光光纤纤端端面面受受光光锥照射的锥照射的表面所占的百分比表面所占的百分比为为n光纤位移传感器的性能分析光纤位移传感器的性能分析 1 1）当）当0da/2T0d(a+2r)/2Td(a+2r)/2T时：时： 光电二极管输出的电压为光电二极管输出的电压为V=VV=V0 0+S(r/2dT)+S(r/2dT)，可见输出可见输出V V随随d d的增大而的增大而单调减小。单调减小。 因此，因此，当当d=(a+2r)/2Td=(a+2r)/2T时，

36、输出电压时，输出电压V V达到最大。达到最大。 4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测n光纤位移传感器的安装光纤位移传感器的安装 在在滑滑动动轴轴承承的的轴轴颈颈上上贴贴一一块块反反射射纸纸，在在轴轴瓦瓦上上安安装装两两根根光光纤纤。两两根根光光纤纤测测量量端的端面对齐固定在轴瓦上。端的端面对齐固定在轴瓦上。 输输入入光光纤纤的的另另一一端端对对准准激激光光光光源源，输出光纤的另一端则对准光电二极管。输出光纤的另一端则对准光电二极管。 光光电电二二极极管管（PINPIN管管）输输出出的的信信号号进进入后续处理装置入后续处理装置 4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测安装示意图安装示意图p光源及

37、后续测量系统选择光源及后续测量系统选择光源光源激光光源为氦氖激光灯激光光源为氦氖激光灯光电信号采集系统电路板组成：光电信号采集系统电路板组成：光电二极管光电二极管(PIN(PIN管管) )运算放大器运算放大器芯片芯片直接输出电压，输出电压与芯片接受到的光功率成正比直接输出电压，输出电压与芯片接受到的光功率成正比p系统分析系统分析 解解决决了了其其他他方方法法无无法法消消除除的的电电磁磁干干扰扰、使使用用寿寿命命短短、不不耐耐高高温温、不耐腐蚀不耐腐蚀等问题等问题, ,可实现油膜厚度的精密检测。可实现油膜厚度的精密检测。 4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测1 1）噪声测量基础）噪声测量基础噪

38、声定义：噪声定义：物理定义：物理定义：大量频率和相位各异的声音大量频率和相位各异的声音复合复合而成的无序合声。而成的无序合声。 实际定义实际定义：不需要的声音。：不需要的声音。噪声测量专用环境：噪声测量专用环境： 全消声室全消声室：六个面全有吸声材料。吸声本领特：六个面全有吸声材料。吸声本领特别强、室内声音主要是直达声而反射声极小的房别强、室内声音主要是直达声而反射声极小的房间。提供自由声场。间。提供自由声场。 半消声室半消声室：五个面有吸声材料，地面没有。提：五个面有吸声材料，地面没有。提供半自由声场。供半自由声场。 混响室混响室：吸声本领尽量低，室内声音经过多次：吸声本领尽量低，室内声音经

39、过多次反射形成声能分布均匀的房间。提供扩散声场。反射形成声能分布均匀的房间。提供扩散声场。5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析（1）声压）声压P及声压级及声压级LP n声压声压P：声波作用于物体上的压力，单位是帕（声波作用于物体上的压力，单位是帕（PaPa）听阈声压听阈声压：人耳可听到的最弱声压，：人耳可听到的最弱声压，2 105 PaPa痛阈声压痛阈声压：人耳感觉疼痛的声压，：人耳感觉疼痛的声压，20Pa (100万倍万倍 )n声压级声压级LP 单位是单位是分贝分贝（dB）定义为：定义为： 式中：式中：P表示测量声压，表示测量声压，P0表示基准声压（其值为听阈声压）。表示基准声压（

40、其值为听阈声压）。 则：人耳可听声范围是则：人耳可听声范围是0120dB。0dB是否是否表示无表示无声音？声音？2 2） 噪声测量基本参数噪声测量基本参数5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析（2）声强）声强I及声强级及声强级LIn声强声强I：单位时间内垂直于声波传播方向上单位面积内所通过：单位时间内垂直于声波传播方向上单位面积内所通过的能量，单位是的能量，单位是Wm2 n声强级声强级LIn定义：定义： nI表示测量声强，表示测量声强，I0表示基准声强，取为表示基准声强，取为1012 Wm2 可见：声强为矢量。可见：声强为矢量。5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析（3）声功率

41、）声功率W及声功率级及声功率级LW n声功率声功率：声源在：声源在单位时间单位时间内发射出的内发射出的总能量。总能量。n定义：定义：n声功率级声功率级：n定义：定义：式中，式中，W W0 0表示基准声功率，取为表示基准声功率，取为10101212 W W n声功率级是反映声源发射总能量的物理量，且声功率级是反映声源发射总能量的物理量，且与测量位置无关与测量位置无关，因此，因此它是声源特性的重要指标之一它是声源特性的重要指标之一 。声功率为标量。声功率为标量。5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析几种物理量的比较：几种物理量的比较：n声压或声压级测量声压或声压级测量 优点：测量容易优点：

42、测量容易 缺点：缺点：测量结果受测量环境的影响和限制测量结果受测量环境的影响和限制n声功率测量声功率测量 优点：测量结果反应被测物实际发出的能量优点：测量结果反应被测物实际发出的能量 缺点：不能直接测得，只能通过声压级计算获得缺点：不能直接测得，只能通过声压级计算获得n声强测量声强测量 优点：优点：能反映噪声的方向性能反映噪声的方向性 缺点：测量比较困难缺点：测量比较困难5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析问题：问题：如果已知声场中两个声源的声压级均为如果已知声场中两个声源的声压级均为8080分贝，分贝，则总声压级为多少？则总声压级为多少？=niLwtotwiL110/10lg10则

43、：声场中总声压级与总声功率级合成方法为：则：声场中总声压级与总声功率级合成方法为： 当噪声源是由两个或当噪声源是由两个或n个组成，总声压级应该是两个或个组成，总声压级应该是两个或n个噪声个噪声源声压源声压能量的叠加能量的叠加。所以，。所以，声压合成方声压合成方法为：法为： 3 3） 噪声级的合成噪声级的合成5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析背景噪声的扣除背景噪声的扣除n本底噪声本底噪声：在噪声测量时，即使所测量的声源停止发声，环境也存在着：在噪声测量时，即使所测量的声源停止发声，环境也存在着一定的噪声，称之为本底噪声。一定的噪声，称之为本底噪声。n工程意义工程意义：只有从测量结果中

44、扣除本底噪声后，才能得到所考察噪声的：只有从测量结果中扣除本底噪声后，才能得到所考察噪声的正确声压级值。正确声压级值。n扣除值：扣除值： 注意：注意： 若被测噪声源的声级高于本底噪声的声级若被测噪声源的声级高于本底噪声的声级10dB10dB，则可忽略本底噪声的，则可忽略本底噪声的影响；影响； 若被测噪声源的声级与本底噪声相差若被测噪声源的声级与本底噪声相差3 310dB10dB，则按上表进行修正；，则按上表进行修正； 若两者相差小于若两者相差小于dBdB，则测量结果无效。，则测量结果无效。 两声两声压级算算术差差345678910扣除扣除值L3.002.301.701.250.950.750.

45、600.455、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析4） 声功率的测量与计算声功率的测量与计算 声功率无法直接测量声功率无法直接测量，只能通过测量声压级经计算而得到。，只能通过测量声压级经计算而得到。（1）在自由声场中）在自由声场中(如果测量面是球面如果测量面是球面)，则有：，则有： 式中，式中， 是在测试球面半径是在测试球面半径上所测的多点声压级的平均值。设有上所测的多点声压级的平均值。设有n 个测个测点，求法如下：点，求法如下：（2）若在半球方向上传播，相当于开阔地面或半消声室，则：）若在半球方向上传播，相当于开阔地面或半消声室，则：注意：球面半径要求足够大，通常约大于整个被测物尺度

46、的注意：球面半径要求足够大，通常约大于整个被测物尺度的2倍。倍。5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析 （3）在混响声场中测量）在混响声场中测量 (a) 用传声器在房间中几个位置上测量声级，取平均值；用传声器在房间中几个位置上测量声级，取平均值； (b) 被测声源声功率如下：被测声源声功率如下： 式中：式中： V为混响室房间体积，为混响室房间体积，T为混响时间。为混响时间。 混响时间定义为混响时间定义为:在一定频带在一定频带,房间内发一声音房间内发一声音,等声音稳定后等声音稳定后, 突然切断声源突然切断声源,其声强衰减其声强衰减60dB时所需要的时间时所需要的时间,其值为：其值为： 式

47、中：式中： S为房间总面积，为房间总面积， 为各表面平均吸声系数，为各表面平均吸声系数，m为空气中声波传播的强度衰为空气中声波传播的强度衰减常数。减常数。 混响室是测量机器声功率的理想环境混响室是测量机器声功率的理想环境,只要测量较少的点就能求得声功率只要测量较少的点就能求得声功率,但在但在混响室中不能测量声源的指向性混响室中不能测量声源的指向性.5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析n噪声频谱测量的目的：噪声频谱测量的目的： 找出噪声产生的原因找出噪声产生的原因n噪声频谱的测量技术噪声频谱的测量技术 频谱分析仪频谱分析仪 恒定频率带宽分析仪恒定频率带宽分析仪 恒定频率百分比分析仪（噪

48、声测量常用）恒定频率百分比分析仪（噪声测量常用）n测量各个频带的声压级测量各个频带的声压级 在某一频带中，声音的声压级称为该频带声压级在某一频带中，声音的声压级称为该频带声压级 讨论频带声压级时应该指明频带的宽度讨论频带声压级时应该指明频带的宽度 5 5） 噪声的频谱测量噪声的频谱测量5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析中心中心频率率频率范率范围中心中心频率率频率范率范围31.522.44510007101400634590200014002800125901804000280056002501803558000560011200500355710160001120022400中心中

49、心频率率频率范率范围中心中心频率率频率范率范围2522.42880071090031.52835.5100090011204035.545125011201400504556160014001800635671200018002240807190250022402800100901123150280035501251121404000355045001601401805000450056002001802246300560071002502242808000710090003102803551000090001120040035545012500112001400050045056016000

50、1400018000630560710倍频程倍频程中心频中心频率与频率范围率与频率范围1/3倍频程倍频程中心频中心频率与频率范围率与频率范围5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析某电容器某电容器45A工频电流下工频电流下噪声频谱图噪声频谱图 5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析6） 噪声的主观评价噪声的主观评价n人耳对声音所感觉的强度取决于：人耳对声音所感觉的强度取决于： (1)(1)声压大小声压大小 (2) (2)声音的频率特征声音的频率特征 人耳对高频声敏感人耳对高频声敏感, ,对低频声不敏感对低频声不敏感n根据人耳的这种特性，引入一个把频率和声压统一起来的、可以根据人耳

51、的这种特性，引入一个把频率和声压统一起来的、可以反映主观感觉反映主观感觉的量的量，即，即响度及响度级响度及响度级： 响度是响度是人耳人耳判别声音强度大小的量，单位是判别声音强度大小的量，单位是“宋宋”。 响度级响度级L LS S的单位是方（的单位是方（phonphon）, ,即：即：以以1kHz1kHz纯音作为基准，纯音作为基准，任何频率的声音听起来与该任何频率的声音听起来与该1kHz1kHz纯音一样响，那么这个声音的纯音一样响，那么这个声音的响度级就是这个响度级就是这个1kHz1kHz纯音声压级分贝值。纯音声压级分贝值。5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析等响度曲线等响度曲线5、缝

52、纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析n计权声压级：计权声压级： 从等响度曲线出发，从等响度曲线出发，在声测量仪器中添在声测量仪器中添加频率计权网络，加频率计权网络，使得仪器的输出能近似地使得仪器的输出能近似地表达人耳对声音响度的感觉。表达人耳对声音响度的感觉。n通常设置通常设置A、C两种计权网络两种计权网络 A计权计权可较好地模仿人耳对低频段可较好地模仿人耳对低频段(500Hz以下以下)不敏感、对不敏感、对10005000Hz敏敏感的特点。感的特点。 C计权计权接近水平，有时表示总声压级。接近水平，有时表示总声压级。 在噪声测量中，在噪声测量中，使用最广泛的是使用最广泛的是A声级，声级，国

53、际上已把国际上已把A声级作为评价噪声的主要指标声级作为评价噪声的主要指标。 表示方法：表示方法：dB(A)或或 dB(C) 若一个噪声源分若一个噪声源分别采用别采用A计权与计权与C计权测量，测计权测量，测量结果相差较大，量结果相差较大，表明该声源频谱表明该声源频谱具有什么特点？具有什么特点？5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析一般常用声级计：一般常用声级计：功能：功能：声级计不仅能直接测量声级计不仅能直接测量声级声级，还能与多种辅助仪器配，还能与多种辅助仪器配合进行合进行频谱分析频谱分析、记录噪声的时间特性等。、记录噪声的时间特性等。特点：特点：体积小，重量轻、操作简单等特点，适用于

54、现场测量。体积小，重量轻、操作简单等特点，适用于现场测量。组成：组成：电容传声器、计权网络、检波电路放大器、衰减器、电容传声器、计权网络、检波电路放大器、衰减器、指示电表、电源等指示电表、电源等7） 噪声测量仪器噪声测量仪器5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析电容传声器电容传声器声传感器：声传感器：组成：组成：由一个非常薄的金属膜和与它相距很近的一个后极板组成，膜片和由一个非常薄的金属膜和与它相距很近的一个后极板组成，膜片和后极板相互绝缘，构成一个电容器。后极板相互绝缘，构成一个电容器。特点：特点：电容传声器的灵敏度与膜片面积成正比，面积越大，灵敏度越高，电容传声器的灵敏度与膜片面积

55、成正比，面积越大，灵敏度越高，但固有频率越低。但固有频率越低。优点：优点：灵敏度高，频率响应平直，受电磁场和外界振动影响较小等，常用灵敏度高，频率响应平直，受电磁场和外界振动影响较小等，常用来进行精密声学测量；来进行精密声学测量；缺点：缺点：在较大湿度下，电容传声器两极板间容易放电并产生电噪声，严重在较大湿度下，电容传声器两极板间容易放电并产生电噪声，严重时甚至无法使用、结构复杂、成本高；膜片又薄又脆，容易破损。时甚至无法使用、结构复杂、成本高；膜片又薄又脆，容易破损。 声级计（声级计（噪声计噪声计）工作方框图）工作方框图声压级声压级计权声压级计权声压级（声级）（声级）声级计校准器：声级计校准

56、器：n活塞发声器活塞发声器n活塞发声器是一种活塞发声器是一种标准声源标准声源： 产生频率为产生频率为250Hz2%250Hz2% 声压级为声压级为124dB124dB的声音的声音 声压级精度为声压级精度为% % n声级校准器声级校准器n声级校准器也是一种声级校准器也是一种标准声源标准声源： 精度较活塞发声器低精度较活塞发声器低 产生频率为产生频率为1000Hz2%1000Hz2% 声压级为声压级为94dB94dB的声音的声音 声压级精度为声压级精度为 5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析噪声精密测量必须经常校准。噪声精密测量必须经常校准。声学照相机声学照相机声阵列传声器声阵列传声器

57、是一类小巧的、非常灵活的是一类小巧的、非常灵活的噪声源定位和分析系统噪声源定位和分析系统。通过精确的。通过精确的噪声源定位和标记，可对声音生动、精确和快速的可视化呈现。噪声源定位和标记，可对声音生动、精确和快速的可视化呈现。用于声学实验室用于声学实验室的环型话筒阵列的环型话筒阵列 用于远距离测试和低用于远距离测试和低频分析的星型阵列频分析的星型阵列用于车内测量的球用于车内测量的球型话筒阵列系统型话筒阵列系统 5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析8）噪声测量实例）噪声测量实例缝纫机噪声测量缝纫机噪声测量 5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析测试任务测试任务测试目的测试目的 对

58、对某某型型号号缝缝纫纫机机噪噪声声进进行行测测试试，目目的的是是寻寻找找噪噪声声源源，从从而而为为降降低其噪声水平、提高产品质量提供依据低其噪声水平、提高产品质量提供依据噪声大小、噪声源噪声大小、噪声源 缝纫机噪声主要是由结构振动产生，因此，需进行：缝纫机噪声主要是由结构振动产生，因此，需进行： 噪声级测量噪声级测量+ +振动测量振动测量测量内容测量内容不同转速下的噪声水平及振动水平（不同转速下的噪声水平及振动水平（了解噪声源大小了解噪声源大小）同时测量噪声与各部件的振动（同时测量噪声与各部件的振动（判断噪声由哪部分振动引起判断噪声由哪部分振动引起）采取分步运转方法测量各部件的振动（采取分步运

59、转方法测量各部件的振动（找出振动的主要原因找出振动的主要原因）5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析测量方案测量方案噪声噪声测量仪器与测量方法测量仪器与测量方法采用声级计测采用声级计测声压级声压级测量条件：在半消声室或开阔空间测量条件：在半消声室或开阔空间测量方法：依据行业标准测量测量方法：依据行业标准测量振动振动测量仪器与测量方法测量仪器与测量方法采用加速度传感器采用加速度传感器两次积分后获得位移两次积分后获得位移测量方法：依据行业标准测量测量方法：依据行业标准测量测量部位：测量部位：缝纫机针板上送布牙的右侧、垂直于底板缝纫机针板上送布牙的右侧、垂直于底板 5、缝纫机噪声源测试分析、

60、缝纫机噪声源测试分析测量结果及分析测量结果及分析1 1）噪声与振动与转速的关系）噪声与振动与转速的关系因此，工作频率有可能激起结构固有频率发生共振。因此，工作频率有可能激起结构固有频率发生共振。5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析缝纫机在不同转速下的缝纫机在不同转速下的振动振动位移位移缝纫机在不同转速下的缝纫机在不同转速下的噪声噪声级级测量结果及分析测量结果及分析2 2）噪声与振动的频谱分析（给定转速：最高转速）噪声与振动的频谱分析（给定转速：最高转速90%90%）振振动动表表现现出出明明显显的的谐谐波波特特性性，峰峰值值主主要要出出现现在在主主轴轴回回转转频频率率及及二二倍倍频频上

61、上（）工频及二倍工频振动实际上就是由缝纫机运动部件的动不平衡引起工频及二倍工频振动实际上就是由缝纫机运动部件的动不平衡引起 因此，设法改进运动部件的动平衡是减小振动与噪声的关键因此，设法改进运动部件的动平衡是减小振动与噪声的关键5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析73.3Hz146.5Hz振动加速度信号幅值谱振动加速度信号幅值谱声压级信号幅值谱声压级信号幅值谱146.5Hz517.6Hz测量结果及分析测量结果及分析3 3）相干分析）相干分析不同频率下振动与噪声的相关程度不同频率下振动与噪声的相关程度 分析结果分析结果 噪声与针板的振动有很大的相关程度，在噪声与针板的振动有很大的相关程

62、度，在及及处相干系数达到了处相干系数达到了及及，因此，因此，降噪应从抑制机壳表面振动入手降噪应从抑制机壳表面振动入手 5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析声振相干函数图（声振相干函数图（4500rpm4500rpm） 5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析测量结果及分析测量结果及分析4 4）分步运转试验）分步运转试验找出哪一个部件是主要激励源找出哪一个部件是主要激励源分析结果：分析结果：针刺挑线机构是缝纫机运转时最主要的激励源，应对该针刺挑线机构是缝纫机运转时最主要的激励源，应对该机构进行动平衡机构进行动平衡 分部运行状分部运行状态工工频（X）对应加速度幅加速度幅值二倍工二倍

63、工频（2X）对应加速度幅加速度幅值加速度均方根加速度均方根值整机整机164.3213.9278.5单独去旋梭独去旋梭147.9193.4261.6去旋梭，断抬牙、送布去旋梭，断抬牙、送布轴141.7181.6239.4单独去独去针刺挑刺挑线机构机构147.521.4152.0去去针刺挑刺挑线机构、旋梭机构、旋梭148.89.0148.3去去针刺挑刺挑线机构、旋梭，机构、旋梭，断抬牙、送布断抬牙、送布轴141.81.98134.0测试对象测试对象重大设备重大设备 p流程工业的核心流程工业的核心发电机发电机压缩机压缩机风机风机背景背景 p一旦发生事故，损失惨重，直接经济损失至少在几十万元以上一旦发

64、生事故，损失惨重，直接经济损失至少在几十万元以上 秦岭秦岭200MW 5号汽轮发电机组特大事故（号汽轮发电机组特大事故（1988）轴系轴系7 7处、轴体处、轴体5 5处发生断裂，共断为处发生断裂，共断为1313段，主机基本毁坏段，主机基本毁坏由由油膜失稳油膜失稳开始的，突发性、综合性开始的，突发性、综合性强烈振动强烈振动造成的轴系严重破坏造成的轴系严重破坏 没有监测数据没有监测数据整个机组解体，损失惨重整个机组解体，损失惨重乌石化热电厂乌石化热电厂3号汽轮发电机组特大事故（号汽轮发电机组特大事故（1999）汽轮机超速飞车至汽轮机超速飞车至4500rpm 4500rpm 发电机及机组系统着火发电

65、机及机组系统着火设备直接经济损失设备直接经济损失19161916万元万元 p维修成本高维修成本高两种维修模式两种维修模式计划维修计划维修 设备不分状态好坏，一律执行计划预修，对设备大面积拆装设备不分状态好坏，一律执行计划预修，对设备大面积拆装使有些还可以使用的零部件被提前更换使有些还可以使用的零部件被提前更换有些部件在拆卸过程中被损坏有些部件在拆卸过程中被损坏原来磨合得很好的部件又被重新装配原来磨合得很好的部件又被重新装配状态维修状态维修 以设备状态作为维修的出发点，有针对性的纠正设备非正常状态以设备状态作为维修的出发点，有针对性的纠正设备非正常状态 各个部件的使用寿命充分利用各个部件的使用寿

66、命充分利用 依靠对设备进行测试、检查和诊断来掌握其运行状态依靠对设备进行测试、检查和诊断来掌握其运行状态 设计任务：设计任务： 基基于于国国内内外外网网络络化化设设备备状状态态远远程程监监测测、故故障障诊诊断断与与服服务务系系统统的的技技术术发发展展现现状状及及趋趋势势，以以大大型型关关键键设设备备为为对对象象，开开发发出出先先进进适适用用的的网网络络化化设设备备状状态态远远程程监监测测与与故故障障诊断系统诊断系统 设计目的设计目的保障设备的长周期安全、高效运保障设备的长周期安全、高效运 行；及时、准确地反映设备的运行；及时、准确地反映设备的运 行状态、捕捉设备的运行隐患、行状态、捕捉设备的运

67、行隐患、 确诊设备的故障类型与部位，以确诊设备的故障类型与部位，以 消除灾难故障，避免严重故障，消除灾难故障，避免严重故障， 减少一般故障减少一般故障预测设备状态的未来发展变化趋预测设备状态的未来发展变化趋 势、指导机组预知维修势、指导机组预知维修建立完整的设备运行状态信息，建立完整的设备运行状态信息， 支持机组的更新换代支持机组的更新换代具体目标：具体目标： 1 1）充分利用信息网络，实现旋转设备状态信息采集、存储、传输、）充分利用信息网络，实现旋转设备状态信息采集、存储、传输、 分析和共享等的高度协调和统一分析和共享等的高度协调和统一 2 2）系统可靠性高、实时处理能力强的采集和监测硬件平

68、台）系统可靠性高、实时处理能力强的采集和监测硬件平台 3 3）图形化语言的设备网络监测诊断分析软件系统）图形化语言的设备网络监测诊断分析软件系统测试测试内容内容信号检测及调理信号检测及调理实时采集机组关键参数：振动、转速、工艺实时采集机组关键参数：振动、转速、工艺特征提取、进行机组状态监测特征提取、进行机组状态监测提供分析诊断的各种工具提供分析诊断的各种工具评估机组运行的性能状态评估机组运行的性能状态机组数据存储机组数据存储测试方案测试方案 p原则：原则：网络化：网络化：远程、分布式监测；异地托管远程、分布式监测；异地托管专业化：产品厂家参与、专业机构参与专业化：产品厂家参与、专业机构参与标准

69、化：信息标准化、分析模块标准化标准化：信息标准化、分析模块标准化p方案：方案：利用信息网络，实现旋转设备状态信息采集、存储、传输、分析和利用信息网络，实现旋转设备状态信息采集、存储、传输、分析和共享等共享等传感器信号处理测量、分析、传输传感器信号处理测量、分析、传输p指标：指标：振动：快变信号，振动：快变信号，0 0150150m5m5、带宽、带宽0 010kHz10kHz转速：脉冲信号，转速：脉冲信号，0 012000rpm12000rpm工艺：慢变信号，工艺：慢变信号，0 0测试方案框图测试方案框图 网络化的网络化的CPCI设备状态监测单元设备状态监测单元网络数据库网络数据库基于网络的监测

70、诊断软件平台基于网络的监测诊断软件平台传感器选择传感器选择 p振动振动转子振动：非接触式转子振动：非接触式 涡流传感器涡流传感器Bently 激光传感器激光传感器米依米依机壳振动：接触式、速度机壳振动：接触式、速度/加速度加速度p转速：转速： 非接触式：涡流式、光电式非接触式：涡流式、光电式推荐传感器推荐传感器振动、转速振动、转速涡流传感器涡流传感器精度、成本适中精度、成本适中非接触测试、可靠稳定非接触测试、可靠稳定安装容易安装容易机壳振动机壳振动加速度传感器加速度传感器使用方便使用方便安装容易安装容易加速度计：加速度计：灵敏度：灵敏度：100mV/g 100mV/g 量程：量程：50g 50

71、g 频率范围：频率范围：（10%) 10%) 安装谐振点安装谐振点:30kHz :30kHz 分辨率：分辨率：0.0002g 0.0002g 重量：重量：8gm 8gm 线性：线性：1% 1% 输出偏压：输出偏压：8-12VDC 8-12VDC 恒定电流：恒定电流：2-20mA2-20mA输出阻抗：输出阻抗：150 150 激励电压：激励电压：18-30VDC18-30VDC涡流传感器：涡流传感器：探头直径（探头直径（mmmm） 88量程（量程（mmmm） 2 2 灵敏度（灵敏度（v/mmv/mm） 8 8频率响应（频率响应（KHzKHz） 0 05 5 温漂（温漂（/ FS/ FS） 0.1

72、 0.1 线性度误差（线性度误差（FSFS） 2.0 2.0 p工艺传感器工艺传感器温度：热电偶温度：热电偶/热电阻热电阻压力：应变式压力：应变式推荐传感器推荐传感器输出标准信号输出标准信号 05V、420mA输出阻抗输出阻抗 200 STWBSTWB系列温度变送器系列温度变送器 STP STP压力变送器压力变送器 MHM-04B MHM-04B信号调理信号调理 测试部位测试部位推荐测点位置推荐测点位置p振动振动每个支承面选择每个支承面选择2个径向振动测点个径向振动测点每段转子选择每段转子选择1个轴向位移点个轴向位移点径向振动传感器互为径向振动传感器互为90布置布置被测表面材质均匀被测表面材质

73、均匀p加速度加速度机壳四角选择测点机壳四角选择测点 （靠近支承面）（靠近支承面）垂直安装、钢柱螺栓连接垂直安装、钢柱螺栓连接p转速转速/鉴相鉴相鉴相槽鉴相槽 槽深槽深1mm、宽、宽l取决于转速、转子直径、探头直径取决于转速、转子直径、探头直径 可选测点可选测点网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案： 从功能上分为三个部分：从功能上分为三个部分： 网络化的网络化的CPCICPCI设备状态监测单元设备状态监测单元 网络数据库网络数据库 基于网络的监测诊断软件平台基于网络的监测诊断软件平台nCPCICPCI采集监测单元采集监测单元检测硬件检测硬件 监测硬件组成：监测硬件组成：CPCICPCI

74、主机箱主机箱 零槽控制器零槽控制器 DSP DSP采集处理模块采集处理模块 p基于基于DSP的采集处理模块的采集处理模块信号调理信号调理并行采集并行采集实时处理实时处理专用专用DSP芯片：芯片：TMS320C6711扩展存储器：扩展存储器：64MB数据缓存数据缓存FIFO嵌入式系统：微型实时内核嵌入式系统：微型实时内核DSP/BIOS多任务、多进程多任务、多进程pCPCICPCI采集监测单元采集监测单元监测软件监测软件n软件环境软件环境nWindows2000nMS SQLn三层结构三层结构n自适应采集模块自适应采集模块n设备数据管理模块设备数据管理模块n网上组态和维护网上组态和维护n多自主数

75、据库多自主数据库nDSP数据库数据库nCPCI数据库数据库n企业数据库企业数据库n多种传输多种传输n数据发布数据发布n存库存库网络化监测网络化监测诊断系统诊断系统方案：方案：n 网络数据库网络数据库 整个企业数据库的组织采用树状结构，整个企业数据库的组织采用树状结构，分为以下几个层次：分为以下几个层次：1 1）数据库定义包括企业站点基本信息表）数据库定义包括企业站点基本信息表 和数据库表的建立和数据库表的建立 2 2）节点结构用于定义从工厂、车间、系）节点结构用于定义从工厂、车间、系 统、机组直至某台机器所涉关系、参统、机组直至某台机器所涉关系、参 数、特征的描述数、特征的描述 3 3）测点结

76、构描述信息的具体测量位置及）测点结构描述信息的具体测量位置及 类型、传感器相关参数等类型、传感器相关参数等 4 4）测点监测说明测点上的报警门限、测）测点监测说明测点上的报警门限、测 量事件和测量数据量事件和测量数据 基于规范设计的企基于规范设计的企业数据库结构示层业数据库结构示层次意图次意图 n网络化监测诊断软件平台网络化监测诊断软件平台 该该设设备备监监测测诊诊断断系系统统面面向向企企业业用用户户，主主要要用用于于企企业业的的监监测测和和诊诊断断。其其中中，采采用用DataSocketDataSocket技技术术实实现现现现场场设设备备状状态态数数据据的的网网络络化化传传输输，而而采采用用

77、ADOADO实实现现访访问问企企业业设设备备信信息息数数据据库库中中的的历历史史监监测测数数据据，从从而而为为监监测测诊诊断断平平台台的的状状态态监监测测、趋趋势势监监测测、故故障障诊诊断断以以及及预预警警等等功功能能提提供支持供支持 设备监测诊断平台的软件结构设备监测诊断平台的软件结构 n基于网络的设备监测系统基于网络的设备监测系统 该该系系统统采采用用客客户户端端/ /服服务务器器模模式式构构建建，即即C/SC/S模模式式。服服务务器器端端设设置置有有CPCICPCI设设备备监监测测单单元元以以及及DataSocketDataSocket服服务务器器，负负责责采采集集数数据据并并且且在在网

78、网上上广广播播数数据据。客客户户端端设设置置了了设设备备远远程程监监测测系系统统，接接收收CPCICPCI监监测测模模块块在在网网络络上上广广播播的的实实时时数数据据，同同时时结结合合企企业业数数据据库库服服务务器器中的相关企业信息，进行设备状态的监测和分析诊断中的相关企业信息，进行设备状态的监测和分析诊断 监测系统总体结构图监测系统总体结构图 CPCI监测单元监测单元设备监测诊断系统设备监测诊断系统监测诊断平台监测诊断平台开发平台开发平台 LabVIEWLabVIEW图形化编程工具图形化编程工具监测数据接收监测数据接收 DataSocketDataSocket数据库访问数据库访问 ADOADO（ActiveXActiveX数据对象）数据对象）功能功能 获取数据获取数据 监测分析诊断监测分析诊断p远程诊断远程诊断以网络数据库为核心，进行以网络数据库为核心，进行历史监测数据历史监测数据的处理分析的处理分析基本组成：数据查询、振动信号分析和报告生成基本组成：数据查询、振动信号分析和报告生成多组数据综合分析多组数据综合分析CPCI设备设备监测监测单元单元企企业业数数据据库服务器库服务器网络化网络化诊断系统诊断系统诊诊断断结结论论访问数据库访问数据库 获取数据获取数据 p远程诊断远程诊断诊断分析诊断分析稳态分析稳态分析（正常和报警）（正常和报警）p远程诊断远程诊断