《10典型测试系统设计实例总结》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10典型测试系统设计实例总结（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十章第十章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内容内容1.2.3.4.5.6.塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度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高速机车轴温测试系统高速机车轴温测试系统润滑油膜厚度检测润滑油膜厚度检测缝纫机噪声源测试分析缝纫机噪声源测试分析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概念，学会分析方法与概念，学会分析方法与设计设计思路思路希望同学们希望同学们“知行合一知行合一”重点重点：掌握一些具体的掌握一些具体的测试测试技技术术，对对一个一个测试测试系系统统的的设计设计有一个基本的有一个基本的内容内容?一
2、个测试系统的设计涉及：一个测试系统的设计涉及：明确明确测试测试任任务务制定制定测试测试方案方案选择传选择传感器感器设计设计后后续测试续测试系系统统测试测试系系统统效能分析效能分析?回顾：回顾：测试测试系系统统的的组组成：成：1、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：对对新新设计设计的某型号塔式起重机的某型号塔式起重机样样机机进进行行强强度度检测检测? 测试目的：测试目的：通通过测试过测试来来验证验证理理论计论计算算，为为产产品的品的进进一步改一步改进进提供依据提供依据对样对样机机提出提出评评价意价意见见，作，作为为新新产产品品鉴鉴定的依据定的依据强强度度检测检测归
3、结于归结于正、切正、切应应力力测测量量判断最大判断最大应应力是否大于力是否大于许许用用应应力力注意参考相关行注意参考相关行业业的国的国标标、行、行标标，规规范范检测检测1、塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试? 测试方案：测试方案：问题问题最最终归结终归结于于测测量量最危最危险险截面截面的静的静态态与与动态应动态应力力应变应变测测量方法：量方法：应变应变片片+电桥电桥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静静态测态测量量时时由于有多个由于有多个测测点，通常配用点，通常配用预调预调平衡箱，利用外加平衡箱，利用外加电电阻阻对对电桥调电桥调平衡，以便
4、于与平衡，以便于与应变仪连应变仪连接接动态测动态测量量由于由于测测点少不需要配用点少不需要配用预调预调平衡箱，直接平衡箱，直接调应变仪调应变仪即可，使即可，使用光用光线线示波器作示波器作为动态应变记录为动态应变记录装臵装臵1、塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试? 测试方案：测试方案：测测点布臵：点布臵：测测点位臵和点位臵和测测点方向是影响点方向是影响结结构构强强度度试验试验是否可靠的两个是否可靠的两个重要因素重要因素测测点方向：点方向：找出最大找出最大应变应变方向方向测测点位臵：点位臵：断面正断面正应应力布点：采用力布点：采用角点法角点法，在角点在角点处处沿棱沿棱线线方向布臵方向布臵
5、应变应变片片平面平面应应力布点：一般力布点：一般应应用用应变应变花花测测量主量主应应力力1、塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试? 测试方案：测试方案：测试测试条件：条件：1）载载荷不包括吊荷不包括吊钩钩重量，重量，载载荷荷误误差差应应小于小于1% ；各工况皆是；各工况皆是处处于空于空钩钩离地状离地状态时进态时进行行仪仪器器调调零；零；测试测试数据均数据均为为吊重引起的吊重引起的应应力，不力，不应应包括包括自重和自重和风风阻阻应应力；力；（假（假设设条件）条件）2）测试测试温度温度1025，湿度，湿度50% 70% ，风风力力1级级；（环环境条件）境条件）3）给给出出测试测试工况工况说
6、说明，即：明，即：测试测试中中选选取了五种不同起重重量、三种取了五种不同起重重量、三种变变幅幅度、两种方位角幅幅度、两种方位角进进行行组组合合变变化，分化，分别测试别测试各种工况下最大各种工况下最大应应力。力。（测试测试工况）工况）?1、塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试? 测试方案：测试方案：测试测试步步骤骤：1）检查检查和和调调整整试验样试验样机；机；2）粘）粘贴应变贴应变片并干燥、密封、片并干燥、密封、检查绝缘检查绝缘；接好；接好应变测试应变测试系系统统，调试调试仪仪器，合理器，合理选择选择灵敏度，消除不正常灵敏度，消除不正常现现象；象；3）取空）取空载载状状态态作作为为初始状
7、初始状态态，将，将应变仪调应变仪调零；零；4）按照）按照测试测试工况，分工况，分别测试别测试各种情况下的最大各种情况下的最大应应力。力。?1、塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试?数据处理与结果分析：数据处理与结果分析：静静态态：相同：相同试验试验条件下多次条件下多次测测量取平均量取平均值值动态动态：用光：用光线线示波器示波器记录记录下下动态应变动态应变曲曲线线单单向向应应力状力状态态的的应应力力计计算：算：?i? E?i静态静态?max? E?max? E?iK ?max?动态动态?max：测测点在点在动态应变测试动态应变测试曲曲线线中的中的：各：各测测点点实际应变值实际应变值最大最
8、大应变应变?：测测点在点在动态应变测试动态应变测试中的平均中的平均应变应变1、塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试? 数据处理与结果分析：数据处理与结果分析：由于塔机由于塔机结结构受力的主构受力的主应应力方向已知，如果沿主力方向已知，如果沿主应应力方向力方向测测得的主得的主应应变为变为?1和和?2，则则主主应应力力为为E?1?(?1?2)21?E?2?(?2?1)21?平面应力状态的应力计算平面应力状态的应力计算判断判断计计要求要求？若若满满足且有足且有较较大余量大余量则说则说明安全系数明安全系数较较大，符合大，符合设设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
9、试任务：测试任务：特点：特点：加工中并不需要加工中并不需要顶顶尖等尖等夹夹具具夹夹持，而是依靠砂持，而是依靠砂轮轮、导轮导轮和托和托架的相互作用来自架的相互作用来自动动定位，由定位，由导轮导轮的摩擦力的摩擦力带动带动工件旋工件旋转转，同，同时时由由导轮导轮的摩擦力和砂的摩擦力和砂轮轮的切削力使工件的切削力使工件稳稳定地支撑在托架上定地支撑在托架上进进行自行自动动定心，从而定心，从而实现实现砂砂轮对轮对工件外工件外圆圆的的连续连续加工加工问题问题：利用外利用外圆圆表面三点定位保表面三点定位保证证直径尺寸以形成外直径尺寸以形成外圆圆形状，却会形状，却会造成回造成回转转的的动态动态不不稳稳定和工件外
10、定和工件外圆圆形状形状为为棱棱圆圆的的问题问题，一般，一般为为低次低次的的3、5、7次奇数棱次奇数棱圆圆和高次的和高次的12、14、16次偶数棱次偶数棱圆圆，尤其以三尤其以三棱棱圆圆最最为为常常见见砂轮工件导轮三棱三棱圆圆：托架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：为为了保障无心磨加工的工件了保障无心磨加工的工件质质量，需要量，需要对对棱棱圆圆的棱数和棱的棱数和棱圆圆度度进进行行精密地精密地检测检测，并，并实现实现量化分析和量化分析和评评估，要求估，要求测测量精度达到微米量精度达到微米级级，以以满满足磨削加工的要求足磨削加工的要求2、无心磨削的工件
11、棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测?测试方案：测试方案：直接直接测测量外量外圆圆外径的方法：外径的方法：将棱将棱圆圆进进行角度等分，再行角度等分，再测测量出相量出相应应的直的直径数径数值值，经经数据数据处处理即可理即可获获得棱得棱圆圆的棱数和的棱数和圆圆度度误误差差从无心磨加工特点可知，棱从无心磨加工特点可知，棱圆圆的各的各个方向直径在加工个方向直径在加工过过程中是被保程中是被保证证的，因而的，因而对对直径直径测测量是无法反映棱量是无法反映棱圆圆形状形状测测量的量的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?测试方案：测试方案：由于工件的回由于工件的回转转中心有中
12、心有时时是是变动变动的，的，虽虽然保然保证证了直径尺寸精度，但了直径尺寸精度，但加工出来的工件外加工出来的工件外圆圆仍然不是一个仍然不是一个圆圆，工件工件圆圆度不能保度不能保证证棱棱圆圆圆圆度度获获取取体体现现棱棱圆圆各个方向的外各个方向的外圆圆表面到表面到圆圆心的距离不同心的距离不同使用位移使用位移传传感器感器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?测试方案：测试方案：测测量系量系统统需要包含需要包含四个部分：四个部分：回回转转工作台：工作台：以以实现实现工件的回工件的回转转位移位移测测量量传传感器：感器：测测量外量外圆圆位移的位移的动态动态数数值值位移位移传传感器的
13、感器的调调理装臵理装臵信号信号处处理和理和显显示装臵示装臵传感器工件回转台信号调理信号处理及显示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：传传感器感器选择应选择应考考虑虑的要求：的要求：为满为满足棱足棱圆圆的位移的位移测测量，保量，保证证磨削加工的工件磨削加工的工件测测量精度量精度为为微米微米级级，就必就必须选须选用用高精度的位移高精度的位移传传感器感器；由于是磨削加工，外由于是磨削加工，外圆圆形状形状误误差不会很大，差不会很大，小量程小量程即可即可满满足足测测量要量要求；求；本本测测量系量系统统作作为为研究所构建，因此研究所构建，因此对对工件的棱
14、工件的棱圆圆度度测测量确定量确定为为 非在非在线线方式方式，低速回低速回转转下下测测量即可，量即可，传传感器的感器的频频响特性不需要很高响特性不需要很高；同同时测时测量方式量方式可可选选用接触或非接触方式用接触或非接触方式，但要，但要考考虑传虑传感器成本感器成本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：备选传备选传感器：感器：1）变间变间距距电电容容传传感器感器优优点：点：测测量精度高，灵敏度高，响量精度高，灵敏度高，响应应速度快，能抵抗高温、振速度快，能抵抗高温、振动动和潮和潮湿，特湿，特别别适适用于用于恶恶劣劣环环境中作非接触境中作非接触测测量
15、，适量，适应应于于测测位移小量程位移小量程缺点：缺点：测测量量电电路路较为较为复复杂杂，一般采用，一般采用调调幅幅电电路或路或调频电调频电路，后路，后续调续调理理电电路相路相对对复复杂杂，增加了系，增加了系统统复复杂杂性，所以性，所以不作考不作考虑虑2）电涡电涡流流传传感器感器优优点：点：具有灵敏度高、响具有灵敏度高、响应应快速、非接触快速、非接触测测量的特点量的特点缺点：缺点：常常规类规类型量程型量程12，从，从实际应实际应用来用来讲讲，其精度不足；如，其精度不足；如选选用高精用高精度型，其量程度型，其量程为为250，分辨率，分辨率0.01，但，但这这种种类类型型成本成本较较高高，而且，而且
16、易受工件残易受工件残余磁余磁场场干干扰扰，所以，所以不作考不作考虑虑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：备选传备选传感器：感器：3）差）差动变压动变压器位移器位移传传感器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，尽管尽管为为接触式接触式测测量，但考量，但考虑虑作作为为研究研究使用，棱使用，棱圆测圆测量的工作量不大，而且量的工作量不大，而且该测该测量量传传感器已成功感器已成功应应用于用于圆圆度度仪仪作作为测为测量量头头，因此考，因此考虑选虑选用它用它差差动变压动变压器位移器位移传传感器感器圆圆度度仪仪2、无心磨削的工
17、件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测?信号处理方法的选择：信号处理方法的选择：由由位移数据波位移数据波动动的的频频率率与与工件回工件回转频转频率率的倍数即可确定棱的倍数即可确定棱圆圆的棱数的棱数谱谱分析法：分析法：时时域域AR 谱谱分析方法：分析方法：不易确定参数不易确定参数的的阶阶数（即数（即k值值），），长长数据数据计计算量大算量大?频频域傅氏域傅氏谱谱分析方法分析方法：长长数据采集方便，亦可数据采集方便，亦可获获得高的得高的频频率分辨率率分辨率x(n) ? ?akx(n? k) ? u(n)k?1p?Px(?) ?21?ake? j?kk?1p2获获得得参参数数Gx(?) ?
18、2Sx(?) ? 2?Rx(?)e? j?d?(? 0)单边谱单边谱密度密度Gx(?)AR谱谱分析法分析法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?测试系统的设计与分析：测试系统的设计与分析：传传感器感器电电感式感式测测微微仪仪数据采集卡数据采集卡PC 主机主机虚虚拟仪拟仪器器实现实现信号采集、数据分析和信号采集、数据分析和处处理、理、结结果果输输出及出及图图形用形用户户操操作界面等，虚作界面等，虚拟仪拟仪器形式器形式进进行构建非常方便，可大大行构建非常方便，可大大缩缩短系短系统统的开的开发发周期，易于周期，易于实现实现3、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统?测试
19、任务：测试任务：问题问题描述：描述：由于机由于机车车速度提高和速度提高和牵牵引功率增大，使得机引功率增大，使得机车车与与钢钢轨轨的冲的冲击击、动动力效力效应应和振和振动动增大，增大，导导致机致机车车走行部分的走行部分的轴轴箱箱轴轴承承、牵牵引引电动电动机机轴轴承、抱承、抱轴轴承及空心承及空心轴轴承的承的发热发热增多。当增多。当轴轴承磨承磨损损和和产产生缺陷生缺陷时时，这这些些轴轴承的不正常承的不正常发热发热增大，增大，轻则热轴轻则热轴、固死造、固死造成机成机损损，影响机，影响机车车正常运正常运转转；重；重则则造成疲造成疲劳劳破坏和破坏和热热切切轴轴，车车毁毁人亡，人亡，严严重影响重影响铁铁路运
20、路运输输安全，造成巨大的生命和安全，造成巨大的生命和财产损财产损失失测试测试目的：目的：1、对对高速机高速机车车的的轴轴箱箱轴轴承、承、牵牵引引电电机机轴轴承、抱承、抱轴轴承及空心承及空心轴轴承承处处的温度的温度进进行在行在线监测线监测，确保机，确保机车车运行的安全运行的安全2、在司机室向司机、在司机室向司机实时显实时显示各示各测测点的点的实际实际温度，温度超温度，温度超标时发标时发出声音出声音报报警并用指示灯警并用指示灯显显示示该该点点轴轴位和存位和存储报储报警信息警信息3、存、存储储各各测测点的最大温升率和点的最大温升率和对应对应的的时间时间，供分析故障，供分析故障时查询时查询，以作参考，
21、以作参考3、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统?测试任务：测试任务：主要技术参数：主要技术参数：测温范围：测温范围：-55+125测温精度：测温精度：1 （ 085）测温点数：测温点数：38点（可根据不同点（可根据不同车车型而增减）型而增减）报警温度：报警温度：按绝对温度（按绝对温度（75）和相对温度（环境温度）和相对温度（环境温度+55）报警）报警供供电电压电电压：110VDC ( 波波动动范范围围：65140VDC) ；功耗小于；功耗小于15W其他要求：其他要求：抗干扰能力强抗干扰能力强适应恶劣的工作环境适应恶劣的工作环境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
22、自动存储和查询数据自动存储和查询3、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：传传感器的感器的选择选择：半半导导体体PN 结结温度温度传传感器：感器：1）测测量量误误差大差大。PN 结结温度温度传传感器容易老化、失效；感器容易老化、失效；测测点到点到仪仪表表的引的引线较长线较长，引，引线误线误差差较较大。大。2）连线连线多，多，环节环节多，多，结结构复构复杂杂。3）需定期）需定期标标定，工作量大，定，工作量大，传传感器的感器的互互换换性差性差。4）传输传输弱小的模弱小的模拟拟信号，信号，抗干抗干扰扰能力弱能力弱，测测量量结结果的果的稳稳定性和定性和可靠性差可靠性差，因此，
23、因此对对于本于本测试测试任任务难务难以以胜胜任任地面地面红红外外线线机机车轴车轴温温检测仪检测仪：只能在机只能在机车车通通过监测过监测点点时监测时监测，不能，不能对对行行车车区区间间内的内的轴轴温温变变化化进进行行监测监测，也不能，也不能监测牵监测牵引引电电机机轴轴承和抱承和抱轴轴承温度承温度?3、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：传传感器的感器的选择选择：? 数字式温度数字式温度传传感器（感器（DS1820 温度温度传传感器芯片）感器芯片）：1) 无需外无需外围围器件器件2) 温度温度测测量范量范围围：-55- 125，分辨率为，分辨率为0.5。3) 将温度将温
24、度转换为转换为数字量的数字量的时间时间小于小于200ms 。4) 采用串行采用串行单总线结单总线结构构传输传输数据，即数据，即仅仅用一根数据用一根数据线线接收命令接收命令和和传传送数据。送数据。5) 测温误差：测温误差：1。6) 用用户户可自定可自定义义永久的永久的报报警温度警温度设设臵。臵。7) 可用于恒温控制、工可用于恒温控制、工业业系系统统、消、消费费品、温度表和其他品、温度表和其他热热敏系敏系统统。尤其适合于工。尤其适合于工业现场业现场的温度的温度监测监测和控制，和控制，抗干抗干扰扰能力能力强强，能，能适适应恶应恶劣的工劣的工业环业环境，境，工作工作稳稳定可靠定可靠。3、高速机车轴温测
25、试系统、高速机车轴温测试系统?测试方案：测试方案：检测计检测计算机系算机系统统的的选择选择：工工业业控制控制计计算机：功能算机：功能强强大、运算速度快、大、运算速度快、编编程方便（采用高程方便（采用高级计级计算机算机语语言）、通用性言）、通用性强强，但其，但其体体积较积较大，价格也大，价格也较较高高，所以常，所以常用于参量用于参量类类型和数目型和数目较较多、要求运算速度快、多、要求运算速度快、显显示界面复示界面复杂杂的的监测监测和控制任和控制任务务ARM 板板计计算机：功能和运算速度算机：功能和运算速度介于工介于工业业控制控制计计算机与算机与单单片片计计算机之算机之间间，比工，比工业业控制控制
26、计计算机低，但比算机低，但比单单片片计计算机高出算机高出许许多；其体多；其体积积比工比工业业控制控制计计算机小算机小许许多，但比多，但比单单片片计计算机大；其价格比工算机大；其价格比工业业控控制制计计算机低算机低许许多，但比多，但比单单片片计计算机高算机高3、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：检测计检测计算机系算机系统统的的选择选择：单单片机：片机：单单片机具有片机具有结结构构简单简单、价格低廉、功能相、价格低廉、功能相对简单对简单等特等特点，但其运行速度点，但其运行速度较较慢和数据慢和数据处处理能力理能力较较弱，所以常用于参量弱，所以常用于参量类类型型和数目和数
27、目较较少、要求运算速度不高、少、要求运算速度不高、显显示界面示界面简单简单的小型的小型监测监测和控制和控制任任务务，其最典型的，其最典型的应应用是自用是自动动（智能）（智能）监测仪监测仪表表从成本、体从成本、体积积、计计算性能要求等方面考算性能要求等方面考虑虑，选择选择单单片机片机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：系系统统硬件构成硬件构成图图数据数据传输传输：采用串行采用串行单总线结单总线结构，提高数据构，提高数据传输传输的可靠性和的可靠性和节节省省连线连线单总线单总线接口原理接口原理图图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
28、计：测试系统的设计：软软件件设计设计：程序核心是主机与程序核心是主机与传传感器的感器的单总线单总线串行通信串行通信?抗干扰设计抗干扰设计系系统电统电源：源：磁磁环环吸收，吸收，滤滤波器波器系系统统主板：主板：加粗加粗电电源源线线和地和地线线地地线线有效接地有效接地加屏蔽加屏蔽钢钢板板三极管改三极管改为为小小继电继电器器软软件：件：自自动动复位能力复位能力对对未未测测到数据的点多次到数据的点多次测测量量主程序流程主程序流程图图4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?测试任务：测试任务：重要性：重要性：在高速、重在高速、重载载、高温条件下、高温条件下工作的机器，摩擦、磨工作的机器，摩擦、磨损损又是
29、其又是其发发生生故障的最主要原因，而故障的最主要原因，而润润滑滑则则是减少是减少摩擦与磨摩擦与磨损损的的简简便而有效的方法。便而有效的方法。对对于一些重要于一些重要场场合，合，对轴对轴承的承的润润滑状滑状态态常有非常常有非常严严格的要求，否格的要求，否则则将将严严重影重影响响轴轴承的工作性能和使用寿命承的工作性能和使用寿命。为为保保证轴证轴承承处处于液体于液体动动力力润润滑状滑状态态，必，必须须满满足足最小油膜厚度最小油膜厚度处轴处轴承两表面不直承两表面不直接接触接接触的条件的条件任任务务：对对摩擦副摩擦副间间微小区域内的油膜微小区域内的油膜厚度厚度进进行直接行直接测测量，量，监测监测油膜的工
30、作油膜的工作状状态态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：检测检测油膜厚度可以有多种手段：油膜厚度可以有多种手段：电电阻法：阻法：通通过测过测量油膜的量油膜的电电阻大小来判断其厚度，然而由于油膜的阻大小来判断其厚度，然而由于油膜的电电学性能极不学性能极不稳稳定，在定，在电电阻的阻的标标定上存在很大的困定上存在很大的困难难，不能定量地，不能定量地反映油膜厚度的数反映油膜厚度的数值值一般采用一般采用电电阻法阻法进进行行定性定性测测量量，仅仅用它来用它来鉴别润鉴别润滑油膜存在与否滑油膜存在与否放放电电压电电压法：法：利用利用电压击电压击穿的原理，根据穿的原理，根据电压电压与与电
31、电流的关系来推算流的关系来推算出代表油膜厚度的放出代表油膜厚度的放电电压电电压。然而，由于。然而，由于润润滑滑剂剂的性的性质质和和纯洁纯洁程度程度对对放放电电压电电压的影响，的影响，测测量量结结果的果的 稳稳定性定性较较差差，所以此法也不能，所以此法也不能满满意意地用作油膜厚度的定量地用作油膜厚度的定量测测定定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：电电容法：容法：当当润润滑油的介滑油的介电电常数已知后，根据常数已知后，根据电电容容值值随油膜的厚度增随油膜的厚度增大而降低的大而降低的变变化关系化关系测测得油膜厚度得油膜厚度主要困主要困难难在于建立在于建立电电容容值值和油膜厚
32、度的关系和油膜厚度的关系时时油膜油膜间间隙形状不明确隙形状不明确X光透射法：光透射法：金属能金属能够够吸收吸收X光而不能使光而不能使X光穿光穿过过，而，而润润滑油却允滑油却允许许X光穿光穿过过，并且在一定条件下透，并且在一定条件下透过过油膜的油膜的X光光强强度与油膜厚度成正比度与油膜厚度成正比困困难难是必是必须对须对射向油膜的光束以及它与油膜的相射向油膜的光束以及它与油膜的相对对位臵位臵进进行精确的行精确的调调整整激光衍射法：激光衍射法：当激光束通当激光束通过过无油的无油的缝缝隙隙时时，由于衍射，由于衍射现现象将在屏幕上出象将在屏幕上出现现条条纹纹。测测量衍射条量衍射条纹纹的的宽宽度即可算出度
33、即可算出缝缝隙的隙的宽宽度，度，测测量精度相当高。量精度相当高。但当但当缝缝隙中充隙中充满润满润滑油滑油时时，衍射，衍射宽宽度将受到油的密度、粘度和折射率等度将受到油的密度、粘度和折射率等因素的影响，因素的影响，对对于于给给定的定的润润滑油品种，能滑油品种，能够够确定衍射条确定衍射条纹宽纹宽度和油膜厚度和油膜厚度的关系度的关系主要困主要困难难是所是所测缝测缝隙的下限隙的下限值较值较大。大。 例如例如对对于功率于功率为为 1mW的激光器，若的激光器，若缝缝隙小于隙小于7.62m时，屏幕上的条纹就模糊。时，屏幕上的条纹就模糊。 因此要因此要测测量量较较窄的窄的缝缝隙得隙得采用更大功率的激光器采用更
34、大功率的激光器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：? 光光纤检测纤检测法：法：利用光利用光纤纤作作为传为传感器感器进进行行测测量。量。特点：特点：光光纤传纤传感器具有灵敏度高、感器具有灵敏度高、频频带宽带宽、测测量范量范围围大、抗大、抗电电磁干磁干扰扰、耐、耐高高压压、耐腐、耐腐蚀蚀、保密性好、在易燃易、保密性好、在易燃易爆爆环环境下安全可靠、便于与境下安全可靠、便于与计计算机等算机等智能智能设备设备相相连连接、在接、在线测线测量和自量和自动动控控制等制等优优点。点。选择选择光光纤传纤传感器感器实现润实现润滑油膜厚度的滑油膜厚度的精密精密检测检测有很大的有很大的优优越性
35、，是一个比越性，是一个比较较理想的解决方案理想的解决方案4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?传感器选择：传感器选择：反射式反射式强强度度调调制光制光纤纤位移位移传传感器（非功能型）感器（非功能型）距光距光纤纤端面端面d的位臵放有反光物体的位臵放有反光物体平面反射平面反射镜镜，它垂直于，它垂直于输输入入和和输输出光出光纤轴纤轴移移动动，故在平面反射，故在平面反射镜镜之后相距之后相距d处处形成一个形成一个输输入光入光纤纤的虚像。的虚像。这这里平面反射里平面反射镜镜就是一种就是一种调调制器，确定制器，确定调调制器的响制器的响应应等效于等效于计计算虚光算虚光纤纤与与输输出光出光纤纤之之间间的耦的耦
36、合。合。设输设输出光出光纤纤与与输输入光入光纤间纤间的的间间距距为为 a，芯径，芯径为为2r，r是光是光纤纤半径，半径，输输入与入与输输出光出光纤纤端部与反射器的距离端部与反射器的距离为为d , 数数值值孔径孔径为为 NA ，并令，并令T=tan=tanarcsin(NA)， R是是输输入光入光纤纤的像在的像在输输出光出光纤纤端部位臵端部位臵的光的光锥锥底面半径，底面半径，R=r+2dT4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?传感器选择：传感器选择：反射式反射式强强度度调调制光制光纤纤位移位移传传感器感器当当d2dT 时时，耦合，耦合进输进输出光出光纤纤的的光功率光功率为为零零；当当d(a+2
37、r)/ （2T）时时，输输出光出光纤纤与与输输入光入光纤纤的像的像发发出的光出的光锥锥底端相底端相交，其相交的截面积恒为交，其相交的截面积恒为r 2 ，此光锥的底面积为，此光锥的底面积为(2dT) 2 , 故故在此在此范范围围内内间间隙的隙的传传光系数恒定光系数恒定（一般定（一般定义为义为相交截面相交截面积积与光与光锥锥底面底面积积之比），之比），为为（r/2dT）2 ；当当a/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由输输入光入光纤纤的的像像发发出的光出的光锥锥底面与底面与输输出光出光纤纤相重叠部分的面相重叠部分的面积积所决定所决定利用利用线线性近似法性
38、近似法来来进进行行计计算算 ，几何分析即可，几何分析即可给给出出输输出光出光纤纤端面受光端面受光锥锥照射的表面所占的百分比照射的表面所占的百分比为为?4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?传感器选择：传感器选择：反射式反射式强强度度调调制光制光纤纤位移位移传传感器感器根据几何关系易得根据几何关系易得故故输输出光出光纤纤接受的光功率接受的光功率PO与入射光功率与入射光功率Pi之比之比为为若若设设光敏二极管光敏二极管输输入的光入的光强强为为E。显显然有然有E F 4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?传感器选择：传感器选择：反射式反射式强强度度调调制光制光纤纤位移位移传传感器的安装感器的安装设
39、计设计思路是在滑思路是在滑动轴动轴承的承的轴颈轴颈上上贴贴一一块块反射反射纸纸，并在，并在轴轴瓦上安装两根光瓦上安装两根光纤纤。两。两根光根光纤测纤测量端的端面量端的端面对齐对齐固定在固定在轴轴瓦上，瓦上，输输入光入光纤纤的另一端的另一端对对准激光光源，准激光光源，输输出出光光纤纤的另一端的另一端则对则对准光准光电电二极管。光二极管。光电电二极管（二极管（PIN管）管）输输出的信号出的信号进进入后入后续处续处理装臵理装臵安装示意安装示意图图4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?传感器选择：传感器选择：反射式反射式强强度度调调制光制光纤纤位移位移传传感器的性能分析感器的性能分析本装臵采用的激光
40、光源本装臵采用的激光光源为为氦氦氖氖激光灯，激光灯，设设其其输输出的光功率出的光功率为为 Pi。考。考虑传虑传输输中光的中光的损损耗（耗（设设比例系数比例系数为为u0）以及油膜所吸收的光功率（）以及油膜所吸收的光功率（设设比例系比例系数数为为w ），），则则接受光接受光纤输纤输入的光功率入的光功率P0为为P0=u0wFPi。所以光。所以光电电二极管接受二极管接受到的光功率到的光功率为为E=u1P0式中式中u1为为从光从光纤输纤输入到光敏二极管入到光敏二极管时时，由于，由于损损耗而耗而产产生的耦合效率系数生的耦合效率系数则总则总的耦合系数的耦合系数u为为u=u1u0本装臵所用的光本装臵所用的光电
41、电二极管是一个集成了一个光二极管是一个集成了一个光电电二极管二极管(PIN管管) 和一个和一个运算放大器的芯片。它直接运算放大器的芯片。它直接输输出出电压电压，输输出出电压电压与芯片接受到的光功率与芯片接受到的光功率成正比；而且具有很高的灵敏度成正比；而且具有很高的灵敏度S和和线线性度。因此，光性度。因此，光电电二极管二极管输输出出电压电压为为V=SE=SuwFP0由于有暗由于有暗电电流，所以流，所以实际输实际输出出V=V+SuwFP0式中，式中，V为为暗暗电压电压（即没有光（即没有光输输入入时时光敏二极管所光敏二极管所输输出的出的电压电压）4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?传感器选择：
42、传感器选择：反射式反射式强强度度调调制光制光纤纤位移位移传传感器的性能分析感器的性能分析根据以上分析可知：根据以上分析可知：1）当）当0d(a+2r)/2T 时时，V=V+Kuw(r/2dT) 2 ，则则输输出出V随随d的增大而的增大而单调单调减减小小。为为此，此，当当d=(a+2r)/2T时时，输输出出电压电压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?后续测量系统：后续测量系统：后后续测续测量系量系统统框框图图?系统分析：系统分析：解决了其他方法无法消除的解决了其他方法无法消除的电电磁干磁干扰扰、使用寿命短、不耐高温、不、使用寿命短、不耐高温、不耐腐耐腐蚀蚀等等问题问题, 实
43、现实现了油膜厚度的精密了油膜厚度的精密检测检测。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：对对某型号某型号缝纫缝纫机噪声机噪声进进行行测试测试，目的是，目的是寻寻找噪声源，从而找噪声源，从而为为降低其降低其噪声水平、提高噪声水平、提高产产品品质质量提供依据量提供依据?噪声测量基础：噪声测量基础：声声压级压级Lp ：衡量声音的：衡量声音的强强弱弱pp：声：声压压Lp? 20 lgp0p ：基准声：基准声压压0噪声噪声频频率率：查查明噪声主要明噪声主要频频率率成分，成分，查处查处噪声噪声产产生原因生原因噪声噪声测测量可以通量可以通过频谱过频谱分析分析仪进仪进行行连续谱测连
44、续谱测量，也可以量，也可以测测量各个量各个频频率率带宽带宽内的声内的声压级压级5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析?测试方案：测试方案：不不仅仅要要测测量噪声大小，而且要找出噪声源量噪声大小，而且要找出噪声源缝纫缝纫机噪声主要是由机噪声主要是由结结构振构振动产动产生的生的噪声噪声级测级测量量+振振动测动测量量测测量内容包括：量内容包括：不同不同转转速下的噪声水平及振速下的噪声水平及振动动水平（水平（了解噪声源大小了解噪声源大小）同同时测时测量噪声与各部件的振量噪声与各部件的振动动（判断噪声由那部分振判断噪声由那部分振动动引起引起）采取分步运采取分步运转转方法方法测测量各部件的振量各部
45、件的振动动（找出振找出振动动的主要原因的主要原因）?测量仪器与方法：测量仪器与方法：噪声噪声测测量量仪仪器与器与测测量方法：量方法：声声级计级计：电电容容传传声器、放大器、衰减器、声器、放大器、衰减器、计权计权网网络络、检检波波电电路、指路、指示示电电表、表、电电源源5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析?测量仪器与方法：测量仪器与方法：噪声噪声测测量量仪仪器与器与测测量方法：量方法：测测量条件：必量条件：必须处须处于于半自由半自由场场，一般在半消声室或开，一般在半消声室或开阔阔空空间间测测量量时传时传声器声器轴线对轴线对准准缝纫缝纫机机针针板孔并和板孔并和针针板平面成板平面成 45角
46、，且通角，且通过针过针杆中心所在平面并垂直于杆中心所在平面并垂直于缝纫缝纫机主机主轴轴线轴轴线振振动测动测量量仪仪器与器与测测量方法：量方法：选选用加速度用加速度传传感器，通感器，通过过振振动动位移的峰峰位移的峰峰值值来衡量振来衡量振动动大小大小加速度加速度传传感器安装于感器安装于缝纫缝纫机机针针板上送布牙的右板上送布牙的右侧侧，测试测试方向方向为为垂直垂直于底板的方向于底板的方向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：振振动动有起伏有起伏现现象象振振动动随随转转速升高呈增大速升高呈增大趋势趋势9085700600噪声级/dB(A)振动峰峰值/um807
47、57065605550107412451420160017911966214923252677296032303462374339604191444747494875500400300200100107412451420160017911966214923252677296032303462374339604191444747494852转速/rpm缝纫缝纫机在不同机在不同转转速下的振速下的振动动位移位移转速/rpm缝纫缝纫机在不同机在不同转转速下的噪声速下的噪声级级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：146.5Hz146.5Hz73.3Hz517.
48、6Hz振振动动加速度信号幅加速度信号幅值谱值谱声声压级压级信号幅信号幅值谱值谱振振动动表表现现出明出明显显的的谐谐波特性波特性，峰，峰值值主要出主要出现现在主在主轴轴回回转频转频率率 73.3Hz及二倍及二倍频频上（上（146.5Hz）工工频频及二倍工及二倍工频频振振动实际动实际上就是由上就是由缝纫缝纫机运机运动动部件的部件的动动不平衡引起，不平衡引起，因此，因此，设设法改法改进进运运动动部件的部件的动动平衡是减小振平衡是减小振动动噪声的关噪声的关键键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：相干分析：相干分析：判断不同判断不同频频率下振率下振动动与噪声的
49、与噪声的相关程度相关程度声振相干函数声振相干函数图图（4500rpm ）分析分析结结果：噪声与果：噪声与针针板的振板的振动动有很大的相关程度。而有很大的相关程度。而针针板又是板又是紧紧嵌在嵌在机壳底板上的，与其他部件并无直接接触，故可推知噪声与机壳的振机壳底板上的，与其他部件并无直接接触，故可推知噪声与机壳的振动动也有很大的相关程度，因此，降噪也也有很大的相关程度，因此，降噪也应应从抑制从抑制机壳表面振机壳表面振动动入手入手分步运分步运转试验转试验：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结结果：果：针针刺挑刺挑线线机构是机构是缝纫缝纫机运机运转时转时最主要的最主要的激励源，激励源
50、，应对该应对该机构机构进进行行动动平衡平衡6 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?设计任务：设计任务：基于国内外网基于国内外网络络化化设备设备状状态远态远程程监测监测、故障、故障诊诊断与服断与服务务系系统统的技的技术发术发展展现现状及状及趋势趋势，以大型关，以大型关键设备为对键设备为对象，开象，开发发出先出先进进适用的适用的网网络络化化设备设备状状态远态远程程监测监测与故障与故障诊诊断系断系统统具体目具体目标标：1）充分利用信息网）充分利用信息网络络，实现实现旋旋转设备转设备状状态态信息采集、存信息采集、存储储、传输传输、分析和共享等的、分析和共享等的高度高度协
51、调协调和和统统一一2）系）系统统可靠性高、可靠性高、实时处实时处理理能力能力强强的采集和的采集和监测监测硬件平台硬件平台3）图图形化形化语语言的言的设备设备网网络监络监测诊测诊断分析断分析软软件系件系统统6 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?网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案：从功能上分从功能上分为为三个部分：三个部分：网网络络化的化的CPCI 设备设备状状态监测单态监测单元元网网络络数据数据库库基于网基于网络络的的监测诊监测诊断断软软件平台件平台CPCICPCI采集监测单元采集监测单元?监测监测硬件：硬件：CPCI 主机箱和零槽主机箱和零槽控制器
52、控制器 ，DSP 采集采集处处理模理模块块6 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?网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案：CPCICPCI采集监测单元采集监测单元监测软监测软件：件：功能：功能：主要完成主要完成设备设备信息的可靠、信息的可靠、实时实时、高效的高效的获获取、存取、存储储、传输传输工作；将事件工作；将事件（升降速（升降速过过程、程、报报警运行）的警运行）的过过程数据程数据导导入到企入到企业级业级数据数据库库服服务务器上；通器上；通过过数据广数据广播或播或应应邀邀传传数的方式数的方式为为网上的网上的监测监测系系统统提提监测单监测单元的功能和数据
53、流程元的功能和数据流程供供监测监测、分析所用的、分析所用的实时实时数据；通数据；通过过网网络络，进进行整个行整个监测单监测单元的元的组态组态、维护维护和和设设臵臵整个整个软软件件设计设计分分为为三三层层：数据采集管理存数据采集管理存储储模模块块 （关（关键键部分）部分） 、基于事件基于事件驱动驱动的的设备设备数据管理模数据管理模块块 （中（中间层间层） 、网上系、网上系统组态统组态和和维维护护模模块块（脱离（脱离CPCI 监测单监测单元而运行在网元而运行在网络层络层面面 ）6 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?网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案：网
54、络数据库网络数据库整个企整个企业业数据数据库库的的组织组织采用采用树树状状结结构，构，分分为为以下几个以下几个层层次：次：1）数据）数据库库定定义义包括企包括企业业站点基本信息表站点基本信息表和数据和数据库库表的建立表的建立2）节节点点结结构用于定构用于定义义从工厂、从工厂、车间车间、系、系基于基于CRIS V2.1规规范范统统、机、机组组直至某台机器所涉关系、参直至某台机器所涉关系、参设计设计的企的企业业数据数据库库数、特征的描述数、特征的描述结结构示构示层层次意次意图图3）测测点点结结构描述信息的具体构描述信息的具体测测量位臵及量位臵及类类型、型、传传感器相关参数等感器相关参数等4）测测点
55、点监测说监测说明明测测点上的点上的报报警警门门限、限、测测量事件和量事件和测测量数据量数据6 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?网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断软件平台网络化监测诊断软件平台该设备监测诊该设备监测诊断系断系统统面向企面向企业业用用户户，主要用于企，主要用于企业业的的监测监测和和诊诊断。断。其中，采用其中，采用 DataSocket 技技术实现现场设备术实现现场设备状状态态数据的网数据的网络络化化传输传输，而采用而采用ADO 实现访问实现访问企企业设备业设备信息数据信息数据库库中的中的历历史史监测监测数据，从而数据，
56、从而为监测诊为监测诊断平台的状断平台的状态监测态监测、趋势监测趋势监测、故障、故障诊诊断以及断以及预预警等功警等功能提供支持能提供支持设备监测诊设备监测诊断平台的断平台的软软件件结结构构6 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?网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断软件平台网络化监测诊断软件平台基于网基于网络络的的设备监测设备监测系系统统该该系系统统采用客采用客户户端端 / 服服务务器模式构建，即器模式构建，即 C/S模式。服模式。服务务器端器端设设臵臵有有CPCI 设备监测单设备监测单元以及元以及 DataSocket 服服务务器，器，负
57、责负责采集数据并且采集数据并且在网上广播数据。客在网上广播数据。客户户端端设设臵了臵了设备远设备远程程监测监测系系统统，接收，接收CPCI 监监测测模模块块在网在网络络上广播的上广播的实时实时数据，同数据，同时结时结合企合企业业数据数据库库服服务务器中器中的相关企的相关企业业信息，信息，进进行行设备设备状状态态的的监测监测和分析和分析诊诊断断监测监测系系统总统总体体结结构构图图6 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?网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断软件平台网络化监测诊断软件平台基于网基于网络络的的设备监测设备监测系系统统该该系系统统
58、主要包括接收主要包括接收实时实时信息包、在信息包、在线线监测监测机机组组状状态态和振和振动动信号分析等主要模信号分析等主要模块块。其中最有特色的模。其中最有特色的模块为块为在在线监测线监测机机组组状状态态模模块块，它能，它能够实时监测够实时监测机机组组当前当前运行状运行状态态，帮助用，帮助用户户及及时时了解机了解机组组运行运行监测监测系系统统流程流程图图情况，并情况，并时时刻刻监视监视机机组报组报警情况。在分警情况。在分析方法中，提供了析方法中，提供了测测点分析、截面分析、点分析、截面分析、趋势趋势分析以及启停分析以及启停车车的的瞬瞬态态分析，以分析，以满满足足监测监测中的不同要求中的不同要求
59、6 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?网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断软件平台网络化监测诊断软件平台基于网基于网络络的的设备监测设备监测系系统统6 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?网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断软件平台网络化监测诊断软件平台基于网基于网络络的故障的故障诊诊断系断系统统该该系系统统主要包含数据主要包含数据查询查询、振、振动动信号分析和信号分析和报报告生成三部分。告生成三部分。数数据据库库是本系是本系统统的核心的核心 ，在振，在振动动信号分析中，同信号
60、分析中，同样样要依靠数据要依靠数据库库将将不同的分析方法有机地不同的分析方法有机地联联系起来，系起来，为为各种信号分析方法提供所必各种信号分析方法提供所必须须的数据和信息的数据和信息网网络络化化诊诊断系断系统统整体整体结结构构6 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?网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断软件平台网络化监测诊断软件平台基于网基于网络络的故障的故障诊诊断系断系统统根据大型机根据大型机组组运行状运行状态态的不的不同，将分析方法分成同，将分析方法分成稳态稳态分分析析和和瞬瞬态态分析分析两大两大类类，而每，而每一大一大类类又根据故障
61、又根据故障诊诊断的断的实实际际需要，包含若干的分析方需要，包含若干的分析方法，以法，以满满足足诊诊断分析中的不断分析中的不网网络络化化诊诊断分析断分析结结构关系构关系图图同要求。同要求。稳态稳态分析中有：分析中有：测测点分析、截面分析、点分析、截面分析、趋势趋势分析和三分析和三维谱阵维谱阵分析；瞬分析；瞬态态分析中有：分析中有：瀑布瀑布图图分析和全息瀑布分析和全息瀑布图图分析分析6 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?网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断软件平台网络化监测诊断软件平台基于网基于网络络的故障的故障诊诊断系断系统统7 7、思考题、思考题试试根据本章内容根据本章内容结结合生合生产实际产实际或所或所见见所所闻闻完成一个完整的完成一个完整的测测量系量系统设计统设计
