故障診斷問(wèn)答分析

1、第一章1.什么是故障模式、故障機(jī)理?故障模式：故障模式是指由外因和內(nèi)因?qū)C(jī)械系統(tǒng)共同作用結(jié)果所顯現(xiàn)出來(lái)的故障形態(tài)故障機(jī)理：故障機(jī)理是指引起機(jī)械系統(tǒng)故障的物理、化學(xué)變化等的內(nèi)在原因、規(guī)律及其原理。2.什么是故障？判斷故障的準(zhǔn)則是什么？故障：故障是指可修復(fù)產(chǎn)品“喪失了其規(guī)定功能”，可修復(fù)產(chǎn)品是指零、部件經(jīng)故障再經(jīng)修理后能繼續(xù)使用； 判斷故障的準(zhǔn)則：在給定的工作狀態(tài)下，機(jī)械系統(tǒng)的功能與約束條件下不能滿足正常運(yùn)行或原設(shè)計(jì)期望的要求。3.請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明可靠度的含義，并舉例說(shuō)明。可靠度是指一批產(chǎn)品從開(kāi)始使用至某一規(guī)定時(shí)刻時(shí)尚有多少個(gè)產(chǎn)品沒(méi)有發(fā)生故障的剩余概率。例如某型號(hào)產(chǎn)品（如燈泡）5000h的可靠度為98%

2、，即該產(chǎn)品在規(guī)定條件下工作到規(guī)定時(shí)間5000h時(shí)，平均每100個(gè)產(chǎn)品中，只有98個(gè)產(chǎn)品具有規(guī)定功能。4.故障診斷是如何定義的？從系統(tǒng)分析觀點(diǎn)出發(fā)，工況監(jiān)視與故障診斷可以理解為識(shí)別機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué)。即利用前述檢測(cè)方法和監(jiān)視診斷手段(包括不斷發(fā)展的信息科學(xué)與系統(tǒng)辨識(shí)的新方法)，從所檢測(cè)的信息特征判別系統(tǒng)的工況狀態(tài)，分析故障形成原因和發(fā)展趨勢(shì)，以防患于未然。5.簡(jiǎn)述選擇監(jiān)測(cè)參數(shù)的基本要求？具有足夠的信息量，并有典型意義； 監(jiān)測(cè)參數(shù)與故障形式之間應(yīng)具有較高的靈敏度和較好的對(duì)應(yīng)性； 盡可能利用被監(jiān)測(cè)對(duì)象的現(xiàn)有測(cè)量元件，若要重新配置，應(yīng)在測(cè)量裝置造價(jià)低的前提下，保證有一定的測(cè)量精度，并能實(shí)現(xiàn)參數(shù)的獲

3、得。6.設(shè)備工況監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的區(qū)別與聯(lián)系？聯(lián)系：診斷是目的，監(jiān)測(cè)是手段，監(jiān)測(cè)是診斷的前提 區(qū)別：工況監(jiān)測(cè)通常是指通過(guò)檢測(cè)手段，采集和測(cè)量機(jī)械系統(tǒng)或部件在運(yùn)行狀態(tài)下的有關(guān)信息和特征參數(shù)，以此來(lái)檢查機(jī)械系統(tǒng)或部件的狀態(tài)是否正常 機(jī)械系統(tǒng)或部件的故障診斷，不僅要檢查出機(jī)械系統(tǒng)或部件是否正常，還要對(duì)機(jī)械系統(tǒng)或部件發(fā)生故障的部位、產(chǎn)生故障的原因、故障的性質(zhì)和程度、給出正確的深入的判斷，即要求作出精密診斷。7.簡(jiǎn)述大型機(jī)電裝備工況監(jiān)視與故障診斷的發(fā)展趨勢(shì)。遠(yuǎn)程分布式工況監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)；基于行為和基于知識(shí)的智能診斷方法研究；面向機(jī)器監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)；機(jī)器的智能監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)。8.故障診斷技術(shù)的

4、研究發(fā)展概況。目前監(jiān)視診斷技術(shù)主要用于連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)或與產(chǎn)品質(zhì)量有直接關(guān)系的關(guān)鍵設(shè)備。在這一領(lǐng)域監(jiān)視診斷技術(shù)的發(fā)展情況，大致可從以下兩方面說(shuō)明：（1）以檢測(cè)儀表為主體的監(jiān)視裝置：其主要構(gòu)成部件是傳感器和知識(shí)儀表箱，有用于測(cè)溫度的，但大多數(shù)是用于測(cè)振動(dòng)的。（2）檢測(cè)儀表配備軟件分析裝置：主要裝置是頻譜分析儀。（3）計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)視與診斷系統(tǒng)：這種系統(tǒng)主要是由傳感器、接口裝置及計(jì)算機(jī)組成，使工況監(jiān)視與故障診斷技術(shù)的主要發(fā)展領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)視與診斷系統(tǒng)今后發(fā)展方向主要是減少人工干預(yù)，提高自動(dòng)化及自適應(yīng)能力的多層次的人工智能診斷系統(tǒng)。 9.機(jī)械振動(dòng)的種類和特征?；?0.工況狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)的主要環(huán)

5、節(jié)。用文字答出以上5個(gè)主要環(huán)節(jié)（在線檢測(cè)、特征分析、特征量選擇、工況狀態(tài)分類、故障診斷）也可六、分析題（4）1.轉(zhuǎn)子彎曲的種類？振動(dòng)機(jī)理及故障特性？種類：永久性彎曲和臨時(shí)性彎曲振動(dòng)機(jī)理：轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時(shí)性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機(jī)理相同，都與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都會(huì)產(chǎn)生于質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。與質(zhì)心偏離不同之處在于軸彎曲會(huì)使軸兩端產(chǎn)生錐形運(yùn)動(dòng)，因而在軸向還會(huì)產(chǎn)生較大的工頻振動(dòng) 故障特性：轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時(shí)性彎曲與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心基本相同，其不同之處是，具有轉(zhuǎn)子永久性彎曲故障的機(jī)器，開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)震動(dòng)就較大；而轉(zhuǎn)子臨時(shí)性彎曲的機(jī)器，則是隨著開(kāi)機(jī)升速過(guò)程振幅增大到某一值后有所減小。2

6、.系統(tǒng)分析在工況監(jiān)測(cè)與故障診斷中的作用及工作過(guò)程？作用：確定設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的目標(biāo)和系統(tǒng)的功能 提出監(jiān)測(cè)與診斷系的初步技術(shù)方案 提出監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體實(shí)施計(jì)劃 提出監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，并進(jìn)行分析研究。 工作過(guò)程： 主要分三步，第一，確定任務(wù)；第二，提出初步技術(shù)方案；第三，可行性分析。3.齒輪故障的常見(jiàn)形式和齒輪振動(dòng)的類型？常見(jiàn)形式：齒面磨損；齒面劃痕膠合；齒面點(diǎn)蝕和剝落；彎曲疲勞和斷齒 齒輪振動(dòng)類型： 嚙合過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng) 轉(zhuǎn)子不平衡或不對(duì)中產(chǎn)生的振動(dòng) 齒輪的自由振動(dòng)與自激振動(dòng)4.機(jī)械振動(dòng)按照動(dòng)力學(xué)特征分為幾種類型，各有什么特征？自由振動(dòng)與固有頻率：這種振動(dòng)靠初始激勵(lì)一次性

7、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)備診斷必須考慮的因素。這種振動(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。 強(qiáng)迫振動(dòng)和共振：強(qiáng)迫振動(dòng)過(guò)程不僅與激振力的性質(zhì)（激勵(lì)頻率和振幅）有關(guān)，而且與物體自身固有特性（質(zhì)量、彈性剛度、阻尼）有關(guān)。 自激振動(dòng)：特性:a. 隨機(jī)性；b. 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、非線性剛度元件時(shí)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；c. 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。轉(zhuǎn)軸存在異步渦動(dòng)。振動(dòng)波形在暫態(tài)階段有較大的隨機(jī)成分，而穩(wěn)態(tài)時(shí)波形

8、是規(guī)則的周期振動(dòng)。七、論述題（4）1.設(shè)備維修制度有哪幾種？試對(duì)各種制度進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。事后維修 特點(diǎn)是“不壞不修，壞了才修”，現(xiàn)仍用于大批量的非重要設(shè)備。 預(yù)防維修（定期維修） 在規(guī)定時(shí)間基礎(chǔ)上執(zhí)行的周期性維修,對(duì)于保障人身和設(shè)備安全，充分發(fā)揮設(shè)備的完好率起到了積極作用。 預(yù)知維修 在狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行實(shí)際劣化的程度決定維修時(shí)間和規(guī)模。預(yù)知維修既避免了“過(guò)剩維修”，又防止了“維修不足”；既減少了材料消耗和維修工作量，又避免了因修理不當(dāng)而引起的人為故障，從而保證了設(shè)備的可靠性和使用。2.機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因有哪些？環(huán)境因素：a. 機(jī)械能 機(jī)械能不但能沿著各個(gè)零件傳遞，而且還和外部介

9、質(zhì)發(fā)生相互作用，以靜載荷和動(dòng)載荷的形式對(duì)機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生作用；b. 熱能 由于周圍介質(zhì)溫度發(fā)生變化以及機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的發(fā)熱作用，會(huì)產(chǎn)生一定的熱能；c. 化學(xué)能 化學(xué)能也會(huì)對(duì)零件產(chǎn)生影響，如含有水分和侵蝕成分的空氣會(huì)使零件產(chǎn)生腐蝕破壞；d. 其他能量 除上述幾種主要能量外，還有核能、電磁能以及生物因素等同樣會(huì)對(duì)零件產(chǎn)生破壞作用，影響機(jī)械系統(tǒng)的工作能力；人為因素：a. 設(shè)計(jì)不良 即使設(shè)計(jì)者認(rèn)為是完美的機(jī)械系統(tǒng)，實(shí)際上總是存在者薄弱環(huán)節(jié);b. 質(zhì)量偏差 制造過(guò)程中的過(guò)失誤差和明顯缺陷，在機(jī)械系統(tǒng)檢驗(yàn)時(shí)一般都會(huì)暴露出來(lái)，可以在制造范圍內(nèi)予以消除；c. 使用不當(dāng) 質(zhì)量合格的機(jī)械系統(tǒng)，在其整個(gè)生命周期內(nèi)的運(yùn)

10、輸和保管技術(shù)要求、使用條件和使用方法、維護(hù)保養(yǎng)和修理制度以及操作人員的技術(shù)水平等，對(duì)實(shí)際故障率將產(chǎn)生很大影響。時(shí)間因素3.工況監(jiān)測(cè)與故障診斷具體包括哪幾個(gè)階段？其基本內(nèi)容有哪些？階段：信號(hào)采集及其處理；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；故障識(shí)別 基本內(nèi)容： 在機(jī)械系統(tǒng)合適的部位，測(cè)取其有關(guān)狀態(tài)的特征信號(hào)，這需要選擇合適的傳感器和測(cè)量方法； 采用合適的征兆提取方法與裝置，從特征信號(hào)中提取機(jī)械系統(tǒng)有關(guān)狀態(tài)的征兆；采用合適的狀態(tài)識(shí)別方法與裝置，依據(jù)征兆進(jìn)行推理而識(shí)別出機(jī)械系統(tǒng)的有關(guān)狀態(tài)；采用合適的狀態(tài)趨勢(shì)分析方法與裝置，依據(jù)征兆與狀態(tài)進(jìn)行推理而識(shí)別出有關(guān)狀態(tài)的發(fā) 展趨勢(shì)，這里包括故障的早期診斷與預(yù)測(cè)； 采用合適的決策形成方

11、法與裝置，從有關(guān)狀態(tài)及其趨勢(shì)形成正確的干預(yù)決策；或者深入系統(tǒng)的下一層次，繼續(xù)診斷；或者已達(dá)指定的系統(tǒng)層次，做出調(diào)整、控制、自診治、維修等有關(guān)決策。4.畫(huà)圖表示工況狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，并闡述工況狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)的各個(gè)主要環(huán)節(jié)的功能。工況狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)如下圖：a.信號(hào)的在線檢測(cè) 監(jiān)視與診斷過(guò)程中的信號(hào)檢測(cè)必須滿足以下兩方面的要求。在線和實(shí)時(shí)性?！霸诰€”(On-line)檢測(cè)是針對(duì)系統(tǒng)而言，對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備是指在運(yùn)行中進(jìn)行檢測(cè)；有些機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，既有連續(xù)，又有中斷，例如在機(jī)床上加工一個(gè)零件時(shí)，切削、換刀、上下料和測(cè)量等都是該加工系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)。有時(shí)機(jī)床并

12、不運(yùn)動(dòng)，刀具也不加工，但其他環(huán)節(jié)如測(cè)量、上下料等的動(dòng)作都在進(jìn)行，而這些環(huán)節(jié)都屬于系統(tǒng)的組成部分，故仍屬在線。至于“實(shí)時(shí)”(Real time)檢測(cè)，則是針對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程而言，即“在過(guò)程中”(In process)檢測(cè)，如振動(dòng)參數(shù)、壓力參數(shù)、切削力、磨削溫度等都是在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中檢測(cè)，故既是“在線”也是“實(shí)時(shí)”。敏感性(Sensitivity)。系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過(guò)程含有豐富的多方面的信息，所選擇的檢測(cè)信號(hào)及其在機(jī)器上的檢測(cè)部位都要能敏感地反映工況特征信息的變化。b.信號(hào)的特征分析 直接檢測(cè)得到的信號(hào)大多是隨機(jī)信號(hào)，其中包括了大量的噪聲，一般不宜于直接用作判別量。因此，需要用現(xiàn)代信號(hào)分析和數(shù)據(jù)處理方

13、法把信號(hào)轉(zhuǎn)換為能表達(dá)工況狀態(tài)的特征量；對(duì)于某些具有規(guī)律性的信號(hào)，也可從波形結(jié)構(gòu)上提取特征量。 特征分析的目的是運(yùn)用各種信號(hào)分析和數(shù)據(jù)處理方法，找尋工況狀態(tài)與特征量之間的關(guān)系，把能反映故障的特征信息和與故障無(wú)關(guān)的特征信息分離開(kāi)來(lái)，達(dá)到“去偽存真”的目的。因此，信號(hào)處理是特征分析的重要工具之一。c.特征量的選擇常用的特征分析方法有頻域分析、時(shí)域分析、統(tǒng)計(jì)分析、時(shí)頻分析及波形結(jié)構(gòu)分析等。用這些特征分析方法可以得到很多能夠表達(dá)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的特征量，但既無(wú)必要也沒(méi)有可能利用所有特征量來(lái)判別工況狀態(tài)。在實(shí)際生產(chǎn)中，各個(gè)特征量對(duì)工況狀態(tài)變化的敏感程度不同，應(yīng)當(dāng)選擇敏感性強(qiáng)、規(guī)律性好的特征量，達(dá)到“去粗取精”

14、的目的。 因此，應(yīng)該結(jié)合機(jī)械設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行做試驗(yàn)，進(jìn)行特征分析，同時(shí)參考實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)所得到的一般規(guī)律進(jìn)行特征量選擇，提取出對(duì)具體機(jī)器狀態(tài)反應(yīng)最敏感的特征量，才能提高監(jiān)視與診斷的針對(duì)性，保證診斷的準(zhǔn)確性。特征量的選擇還要考慮在線判別的實(shí)時(shí)性，要求計(jì)算簡(jiǎn)單快速；如能在一定程度上表達(dá)工況狀態(tài)的物理含義，則更有利于工況狀態(tài)變化原因的分析。d.工況狀態(tài)識(shí)別工況狀態(tài)識(shí)別的實(shí)質(zhì)是狀態(tài)分類問(wèn)題，分類與診斷在概念上是一致的，但從機(jī)械設(shè)備監(jiān)視與診斷過(guò)程中不同的側(cè)重點(diǎn)考慮，往往把“分類”問(wèn)題分成監(jiān)視與診斷兩個(gè)問(wèn)題。工況監(jiān)視的目的是區(qū)分工況狀態(tài)正常還是異常(或者哪一部分不正常)，以便于進(jìn)行運(yùn)行管理，強(qiáng)調(diào)在線和實(shí)時(shí)性。對(duì)

15、于正常與異常兩類狀態(tài)的識(shí)別問(wèn)題，運(yùn)用模式識(shí)別及模型參數(shù)判別等方法都很有效。e.故障診斷故障診斷首先需要根據(jù)監(jiān)視系統(tǒng)提供的信息，對(duì)當(dāng)前工況狀態(tài)及其發(fā)展趨勢(shì)做出確切的判斷。故障診斷的主要任務(wù)是針對(duì)異常工況，查明故障部位、性質(zhì)、程度和原因，“對(duì)癥下藥”，給出排除故障的對(duì)策和措施。這就不僅需要根據(jù)當(dāng)前機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行工況，而且還需要考慮機(jī)組的歷史資料，并參考相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行綜合分析，作出精確診斷。第二章第一節(jié)1.檢測(cè)的概念是什么？檢測(cè)是人們借助于專門(mén)設(shè)備，通過(guò)一定的技術(shù)手段和方法，對(duì)被測(cè)對(duì)象收集信息、取得數(shù)量概念的過(guò)程。它是一個(gè)比較過(guò)程，即將被檢測(cè)對(duì)象與它同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，獲得被檢測(cè)

16、量為標(biāo)準(zhǔn)量的若干倍的數(shù)量概念。 2.檢測(cè)系統(tǒng)由哪幾部分組成，各部分的作用是什么？檢測(cè)系統(tǒng)主要由敏感元件、信號(hào)的轉(zhuǎn)換與處理電路、顯示電路和信號(hào)傳輸電路組成。敏感元件：將非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；信號(hào)處理電路：將代表被測(cè)量特征的信號(hào)變換成能進(jìn)行顯示或輸出的信號(hào)；顯示電路：將被測(cè)對(duì)象以人能感知的形式表現(xiàn)出來(lái)；信號(hào)傳輸電路：將信（數(shù)據(jù)）從一點(diǎn)（或一個(gè)地方）送另一點(diǎn)（或地方）。3.信號(hào)濾波的作用。為了消除檢測(cè)到的特征信號(hào)中的噪聲及其對(duì)各種后續(xù)分析帶來(lái)的負(fù)面影響，常采用特定的濾波器對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波。濾波器一般可分為低通、高通、帶通和帶阻四類，每一種濾波器相當(dāng)于對(duì)信號(hào)進(jìn)行不同的頻域加窗處理。因此合理選擇濾波器的

17、類型及其參數(shù)，對(duì)于保留和提取對(duì)故障診斷有用的頻率成分是極其重要的。4.簡(jiǎn)述有哪幾種機(jī)械振動(dòng)測(cè)試方法、機(jī)械方法：利用杠桿原理將振動(dòng)量放大后直接記錄下來(lái)；常用于振動(dòng)頻率低、振幅大、精度要求不高的場(chǎng)合。光學(xué)方法：利用光杠桿原理、讀數(shù)顯微鏡、光波干涉原理和激光多普勒效應(yīng)等進(jìn)行測(cè)量；主要用于精密測(cè)量和振動(dòng)傳感器的標(biāo)定。 電測(cè)法：將被測(cè)物的振動(dòng)量轉(zhuǎn)換成電量，然后用電量測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量；應(yīng)用范圍最廣，被工業(yè)界廣泛采用。5.簡(jiǎn)述拾振器的作用。拾取振動(dòng)信息的裝置通常稱拾振器，傳感器是其核心組成部分。表達(dá)振動(dòng)信號(hào)特性的基本參數(shù)是位移、速度、加速度、頻率和相位，它們都可以用作為監(jiān)視診斷的特征信號(hào)。拾振器的作用是在要

18、求的頻率范圍內(nèi)正確地檢測(cè)被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)參數(shù)，并將此機(jī)械量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。6.在濾波電路中為什么普遍采用RC有源濾波器？ RC有源濾波器是目前普遍采用的一種濾波器，在RC無(wú)源濾波器的基礎(chǔ)上引入晶體管、運(yùn)算放大器等具有能量放大作用的有源器件，補(bǔ)償電阻R上損失的能量，具有良好的選頻特性。7.傳感器輸入與輸出之間的耦合方式有哪些？各有什么特點(diǎn)？輸入與輸出之間的隔離方式主要有：變壓器耦合(亦稱電磁耦合)、光電耦合等。變壓器耦合的線性度高、隔離性好、共模抑制能力強(qiáng)，但其工作頻帶窄、體積大、成本高，應(yīng)用起來(lái)不方便。光電耦合的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、重量輕、轉(zhuǎn)換速度快、工作頻帶寬，但其線性度不如變壓器耦

19、合。光電耦合目前主要用于開(kāi)關(guān)量控制電路。8.在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)中，當(dāng)你發(fā)現(xiàn)檢測(cè)到的信號(hào)出現(xiàn)了許多我們不感興趣的噪聲干擾信號(hào)，你用什么辦法把它消除掉，以提高測(cè)試精度？采用相關(guān)濾波分析方法來(lái)濾波，因?yàn)橥l相關(guān)不同頻不相關(guān)。濾波器有篩選頻率的特性，選用不同頻帶的濾波器來(lái)消除不感興趣的噪聲信號(hào)，可提高測(cè)試精度。9.特征信息獲取和分析處理的基本方法。特征信息獲取和分析處理方法包括特征信號(hào)的檢測(cè)、信號(hào)的特征分析與特征量選擇等內(nèi)容。在特征信號(hào)的檢測(cè)中，關(guān)鍵是正確選擇拾振傳感器，實(shí)現(xiàn)特征信號(hào)的采集。在信號(hào)的特征分析與特征量選擇中，常涉及時(shí)域分析、頻域分析和時(shí)頻域分析，其中：時(shí)域分析的主要分析內(nèi)容：內(nèi)容包括隨即過(guò)程

20、時(shí)間序列的相關(guān)概念和性質(zhì)，基于時(shí)間序列平穩(wěn)性和遍歷性假設(shè)的時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)分析，以及ARMA(p,q)、AR(p)、MA(q)等經(jīng)典時(shí)間序列模型在故障診斷中的應(yīng)用。 頻域分析的主要分析內(nèi)容：內(nèi)容包括譜分析的重要手段傅里葉變換，針對(duì)不具備絕對(duì)科技條件的功率譜，以及檢測(cè)復(fù)雜譜圖中周期分量的有力工具倒譜分析。時(shí)頻域分析的主要分析內(nèi)容：即小波分析。正是適應(yīng)于低頻時(shí)寬時(shí)窗、高頻時(shí)窄時(shí)窗要求，采用時(shí)窗寬度可調(diào)的小波函數(shù)。10.常用的測(cè)振傳感器種類及其合理選擇。以被測(cè)參數(shù)分，有：位移傳感器，其中包括接觸式（電阻式、應(yīng)變式）和非接觸式（電容式、電渦流式）；速度傳感器，也有接觸式（動(dòng)圈式、動(dòng)磁式）和非接觸式（變間距

21、式）；加速度傳感器，常用的有壓電式加速度計(jì)和應(yīng)變式加速度計(jì)。按所測(cè)的振動(dòng)性質(zhì)分有絕對(duì)式和相對(duì)式。測(cè)振傳感器的選擇應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）直接測(cè)量參數(shù)的選擇：低頻時(shí)用位移拾振器比較合理，而高頻時(shí)用加速度拾振器。傳感器選擇時(shí)還應(yīng)力圖使重要的參數(shù)以最直接最合理的方式測(cè)得。（2）傳感器的頻率范圍、量程、靈敏度等指標(biāo)：對(duì)于慣性式拾振器，一般質(zhì)量大的拾振器上限頻率低、靈敏度高；反之亦然。（3）使用的環(huán)境要求、價(jià)格、壽命、可靠性、維修、校準(zhǔn)等。激光測(cè)振只適用于實(shí)驗(yàn)室作精密測(cè)量或校準(zhǔn)，電渦流和電容傳感器均屬非接觸式，但前者對(duì)環(huán)境要求低。六、分析題（4）1.在設(shè)備故障診斷中，用得最廣泛的信號(hào)分析方法之一，就是

22、頻譜分析，為什么？舉例說(shuō)明。設(shè)備故障的發(fā)生，發(fā)展往往會(huì)引起其他頻率結(jié)構(gòu)的變化。例如，滾動(dòng)軸承滾道上的疲勞剝落可引起周期性的沖擊，在信號(hào)中就會(huì)有相應(yīng)的頻率成分出現(xiàn)。這些有用的信息可以幫助我們隊(duì)軸承故障進(jìn)行分析診斷。2.特征信號(hào)是如何采集的？由傳感器檢測(cè)到的各種特征信號(hào)(如振動(dòng)、位移、溫度、壓力等）均為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)放大后，可以采用如下方法進(jìn)行處理: 磁帶記錄儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)記錄，再回放至信號(hào)分析儀處理或經(jīng)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換后由計(jì)算機(jī)處理； 直接送信號(hào)分析儀進(jìn)行處理，還可將處理結(jié)果通過(guò)接口送計(jì)算機(jī)做二次處理； 通過(guò)二次儀表顯示并記錄; 直接通過(guò)模數(shù)( A/D)轉(zhuǎn)換，將所得的數(shù)字信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行

23、在線分析和處理。機(jī)械設(shè)備工況監(jiān)測(cè)與故障診斷中的動(dòng)態(tài)信號(hào)可以通過(guò)調(diào)理電路由儀表顯示，但隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)在動(dòng)態(tài)信號(hào)基本上多通過(guò)采集裝置進(jìn)行計(jì)算機(jī)顯示和控制。3.轉(zhuǎn)子軸系不對(duì)中故障可分為哪幾類？其主要故障特征有哪些？ 類型：理想對(duì)中、平行不對(duì)中、角度不對(duì)中、組合不對(duì)中 特征：改變了軸承中的油膜壓力； 軸承的振動(dòng)幅值隨轉(zhuǎn)子負(fù)荷的增大而增高； 平行不對(duì)中主要引起徑向振動(dòng)； 不對(duì)中使剛性聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)的轉(zhuǎn)子和振動(dòng)產(chǎn)生相位差； 從振動(dòng)頻率上分析，不同類型的轉(zhuǎn)子和不同形式的不對(duì)中情況引起的振動(dòng)的 頻率是不相同的； 大型渦輪機(jī)械上多跨轉(zhuǎn)子的不對(duì)中，一般因?yàn)榘殡S其他故障因素，因而振動(dòng)情況更為復(fù)雜。 轉(zhuǎn)子之間的惡補(bǔ)對(duì)

24、中，由于在軸承不對(duì)中方向上產(chǎn)生了一個(gè)預(yù)加載荷，軸頸運(yùn)動(dòng)的軸心軌跡形狀為橢圓形。4.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障分析常用方法有哪些？旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障分析除常用的特征信號(hào)檢測(cè)與動(dòng)態(tài)系統(tǒng)特性分析的基本方法外，還針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的特點(diǎn)，采用圖形分析方法，如時(shí)域波形圖、波特圖、極坐標(biāo)圖、軸心位置圖、軸心軌跡圖、頻譜圖、瀑布圖、坎貝爾圖和趨勢(shì)分析圖等。七、論述題（3）1.在振動(dòng)判定標(biāo)準(zhǔn)中，為什么國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大多以速度有效值為參量。而在低頻以及高頻處卻常用位移和加速度測(cè)量？速度有效值反映的是一種能量的概念。振動(dòng)速度參量在寬頻帶中的動(dòng)態(tài)特性相對(duì)平穩(wěn)。標(biāo)準(zhǔn)中振動(dòng)速度有效值選用的頻帶，涵蓋了大部分設(shè)備的轉(zhuǎn)頻及其頻率。位移參量在低頻處反應(yīng)

25、比較敏感，而加速度參量在高頻處反應(yīng)比較敏感。故低頻信號(hào)多采用位移計(jì)測(cè)量，而高頻信號(hào)多采用加速度計(jì)測(cè)量。2.簡(jiǎn)述傳感器的組成及其各部分的功能？ 通常，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分。由于傳感器輸出信號(hào)一般都很微弱，需要有信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等，此外信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及傳感器的工作必須有輔助的電源， 因此信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及所需的電源都應(yīng)作為傳感器組成的一部分。隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路與敏感元件一起集

26、成在同一芯片上，安裝在傳感器的殼體里。3.何為傳感器的靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定?試述傳感器的靜態(tài)標(biāo)定過(guò)程。靜態(tài)標(biāo)定:確定傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo),如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。動(dòng)態(tài)標(biāo)定:確定傳感器的動(dòng)態(tài)特性參數(shù),如頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。靜態(tài)標(biāo)定過(guò)程:將傳感器全量程分成如干等間距點(diǎn)。根據(jù)傳感器量程分點(diǎn)情況,由小到大一點(diǎn)一點(diǎn)地輸入標(biāo)準(zhǔn)量值,并記錄與各輸入值相應(yīng)的輸出值。將輸入值由大到小一點(diǎn)一點(diǎn)減小,同時(shí)記錄與各輸入值相對(duì)應(yīng)的輸出值按、所述過(guò)程,對(duì)傳感器進(jìn)行正反行程往復(fù)循環(huán)多次測(cè)試,將得到的輸出-輸入測(cè)試數(shù)據(jù)用表格列出或作出曲線。對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理,根據(jù)處理結(jié)果就可以確定傳感器的線

27、性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性等靜態(tài)特性指標(biāo)。第二章第二節(jié)1. 時(shí)域分析的主要內(nèi)容：主要包括隨機(jī)過(guò)程時(shí)間序列的相關(guān)概念和性質(zhì)，基于時(shí)間序列平穩(wěn)性和遍歷性假設(shè)的時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)分析，以及ARMA(p，q)、AR（p）、MA（q）等經(jīng)典時(shí)間序列模型在故障診斷中的應(yīng)用。2. 隨機(jī)變量的均值、方差、協(xié)方差函數(shù)和自相關(guān)函數(shù)是如何刻畫(huà)隨機(jī)變量的？隨機(jī)變量X的均值反映了X的隨機(jī)變化中心，方差則反映了不同的樣本函數(shù)對(duì)均值的平均偏離程度。自協(xié)方差函數(shù)和自相關(guān)函數(shù)表示隨機(jī)變量的線性相關(guān)關(guān)系。3. 隨機(jī)過(guò)程的嚴(yán)平穩(wěn)性和寬平穩(wěn)性之間是否有確定的因果關(guān)系？嚴(yán)平穩(wěn)過(guò)程不一定是寬平穩(wěn)過(guò)程，因?yàn)閲?yán)平穩(wěn)過(guò)程不一定存在二階矩。寬平穩(wěn)過(guò)程

28、也不一定是嚴(yán)平穩(wěn)過(guò)程，因?yàn)閷捚椒€(wěn)過(guò)程只保證的一階矩和二階矩不隨時(shí)間推移而改變，這當(dāng)然不能保證其有限維分布函數(shù)不隨時(shí)間的推移而改變。4. 正態(tài)隨機(jī)過(guò)程是寬平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程還是嚴(yán)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程？對(duì)于正態(tài)隨機(jī)過(guò)程。嚴(yán)平穩(wěn)與寬平穩(wěn)相互等價(jià)，因?yàn)檎龖B(tài)過(guò)程的有限緯分布函數(shù)完全由其均值函數(shù)和協(xié)方差函數(shù)所確定。5. 自相關(guān)函數(shù)有何作用？首先可以在信號(hào)中找出周期信號(hào)和瞬時(shí)信號(hào)；用自相關(guān)函數(shù)的幅值或波動(dòng)頻率查找機(jī)器缺陷；用自相關(guān)函數(shù)求自譜。6. 信號(hào)預(yù)處理的目的是什么？提高信號(hào)中所包含信息的可靠性和數(shù)據(jù)分析精度，使故障診斷的可靠性和靈敏度提高。預(yù)處理的核心是采用各類濾波技術(shù)提高信噪比。7. 簡(jiǎn)述卷積信號(hào)的同態(tài)濾波過(guò)程。

29、對(duì)于非線性信號(hào)，要用同態(tài)濾波的方法，把卷積信號(hào)通過(guò)某種變換變成相加關(guān)系，再用濾波方法去掉不需要的成分將卷積信號(hào)進(jìn)行傅氏變換，然后做對(duì)數(shù)變換，隨后進(jìn)行逆傅氏變換，下來(lái)進(jìn)行線性濾波和傅氏變換，然后進(jìn)行指數(shù)變換，再進(jìn)行逆傅氏變換。8. 信號(hào)的時(shí)域分析的時(shí)域是什么？一個(gè)信號(hào)或多個(gè)信號(hào)其取值大小，相互關(guān)系可定義為很多不同的時(shí)間函數(shù)或參數(shù)，這些時(shí)間函數(shù)或參數(shù)的集合就是時(shí)域9.什么是平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)？概率分布不隨時(shí)間推移而變化的信號(hào)，即平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性與起始時(shí)間無(wú)關(guān)，只與時(shí)間間隔有關(guān)。10. 判斷隨機(jī)信號(hào)是廣義平穩(wěn)的條件是什么？x（t）的均值是與時(shí)間無(wú)關(guān)的常數(shù)：m（x（t）=C，C為常數(shù) x（t）的自相關(guān)

30、函數(shù)與起始時(shí)間無(wú)關(guān)；信號(hào)的瞬時(shí)功率有限分析題（4）1. 有量綱指標(biāo)與無(wú)量綱指標(biāo)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？試舉例說(shuō)明。有量綱參數(shù)指標(biāo)：平均幅值、方根幅值、均方幅值、峰值四種。優(yōu)缺點(diǎn)：不但與機(jī)器的狀態(tài)有關(guān)，且與機(jī)器的運(yùn)動(dòng)參數(shù)如轉(zhuǎn)速、載荷等有關(guān)。無(wú)量綱參數(shù)指標(biāo)：波形指標(biāo)、峰值指標(biāo)、脈沖指標(biāo)、裕度指標(biāo)、偏斜度指標(biāo)、峭度指標(biāo)。優(yōu)缺點(diǎn)：具有對(duì)信號(hào)幅值和變化率均不敏感的特點(diǎn)，它們與機(jī)械的運(yùn)動(dòng)條件無(wú)關(guān)，只依賴與概率密度函數(shù)的形狀，是一種較好的機(jī)械狀態(tài)檢測(cè)診斷參數(shù)。例如，偏斜度指標(biāo)表示信號(hào)概率密度函數(shù)的中心偏離正態(tài)分布的程度，反映信號(hào)的幅值分布和相對(duì)其均值的不對(duì)稱性。峭度指標(biāo)，表示信號(hào)概率密度函數(shù)封頂?shù)亩盖统潭龋磻?yīng)信號(hào)波

31、形中沖擊分量的大小。2. 時(shí)域平均和譜分析方法的差異？答：譜分析只需要攝取一個(gè)輸入信號(hào)，時(shí)域平均法除輸入信號(hào)外，還要攝取時(shí)標(biāo)信號(hào)。譜分析提供了各個(gè)頻帶內(nèi)的頻率，不能略去任何輸入信號(hào)分量，因而，待檢機(jī)器的信號(hào)完全可能淹沒(méi)在噪聲之中；時(shí)域平均法可以消除與給定周期無(wú)關(guān)的全部信號(hào)分量，因此可以在噪聲環(huán)境下工作。3. 如何判斷一個(gè)線性時(shí)不變系統(tǒng)是穩(wěn)定的？答：一個(gè)線性時(shí)不變系統(tǒng)是穩(wěn)定的充要條件為：（1） 充分性：如果成立，對(duì)有界的輸入、輸出也是有界的；（2） 必要性：如果系統(tǒng)穩(wěn)定，成立。4.為什么在高階信號(hào)處理中，常常采用高階累積量，而不采用高階矩？答：因?yàn)楦唠A累積量具有如下性質(zhì)：1） 半不變性，若隨機(jī)變

32、量和 統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，則累積量具有半不變性，即，但高階矩一般沒(méi)有半不變性。2） 如果個(gè)隨機(jī)變量的一個(gè)子集同其他部分獨(dú)立，則，論述題（4）1. 結(jié)合自己的研究方向，談?wù)勅绾螒?yīng)用自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)。相關(guān)是指變量之間的線性關(guān)系或相互依賴關(guān)系。通過(guò)反應(yīng)信號(hào)之間的內(nèi)積或投影大小來(lái)刻畫(huà)。自相關(guān)函數(shù)反應(yīng)了信號(hào)自身取值隨自變量時(shí)間前后變化的相似性?？蓮谋辉肼暩蓴_的信號(hào)中找出周期成分。正常機(jī)械噪聲是由大量無(wú)序、大小近似相等的隨機(jī)成分疊加的結(jié)果，因此正常機(jī)器噪聲具有較寬而均勻的頻譜。當(dāng)機(jī)器狀態(tài)異常時(shí)，機(jī)器噪聲中將出現(xiàn)有規(guī)則、周期性的信號(hào)，其幅值要大得多。特別對(duì)于早期故障，周期信號(hào)不明顯尤為重要。互相關(guān)函數(shù)完整的描述

33、了兩信號(hào)之間的相關(guān)情況或取值依賴關(guān)系。2. 為何要對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)特性進(jìn)行時(shí)域分析？時(shí)域分析作為信號(hào)處理中最為基礎(chǔ)的一個(gè)部分，原理簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)，主要包括時(shí)域波形、概率密度、相關(guān)分析、濾波處理等待。時(shí)域分析具有廣泛的應(yīng)用，尤其對(duì)于一些低速、變速、重載的設(shè)備，由于其振動(dòng)信號(hào)包含的頻率成分較低，所以受震動(dòng)診斷分析儀器下限、分辨率及分析軟件功能的限制，頻譜分析的方法效果不太理想，而通過(guò)時(shí)域分析容易提取信號(hào)的特征，是其最有效、最直接的故障診斷方法之一。3. 現(xiàn)代信號(hào)處理中，對(duì)信號(hào)的處理通常是給出一個(gè)算法，對(duì)一個(gè)算法性能的評(píng)價(jià)，應(yīng)從哪些方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。答：評(píng)價(jià)的方面主要有算法的復(fù)雜程度，同時(shí)必須要校驗(yàn)算法的穩(wěn)定

34、性與現(xiàn)有算法的比較，算法的運(yùn)算速度，可靠性以及算法的收斂速度。4.簡(jiǎn)述自適應(yīng)信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用。答：自適應(yīng)濾波處理技術(shù)可以用來(lái)檢測(cè)平穩(wěn)和非平穩(wěn)的隨機(jī)信號(hào)。常應(yīng)用于：（1） 自適應(yīng)濾波與逆濾波（2） 系統(tǒng)辨識(shí)（3） 自適應(yīng)均衡（4） 自適應(yīng)回波抵消（5） 自適應(yīng)噪聲抵消與譜線增強(qiáng)（6） 自適應(yīng)譜估計(jì)（7） 自適應(yīng)波束形式（8） 自適應(yīng)神經(jīng)智能信息處理盲自適應(yīng)信號(hào)處理第二章第三節(jié)簡(jiǎn)答題：（10）1、 何謂采樣定理了，為什么在進(jìn)行時(shí)域分析時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)采樣要滿足采樣定理？采樣定理：采樣頻率最小必須大于或等于信號(hào)中最高頻率的兩倍。原因：當(dāng)采樣頻率max大于信號(hào)中最高頻率的兩倍時(shí)，則采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整的

35、保留了原始信號(hào)中的信息，一般取2.564倍的信號(hào)最大頻率；進(jìn)行頻率分析時(shí)，為了避免混疊，所以對(duì)數(shù)據(jù)采樣要滿足采樣定理。2、什么是倒頻譜？倒頻譜分析是一種二次分析技術(shù)，是對(duì)功率譜的對(duì)數(shù)值進(jìn)行傅里葉逆變換的結(jié)果。也稱二次頻譜分析，包括功率倒頻譜和復(fù)倒頻譜。該分析方法受傳感器的測(cè)點(diǎn)位置及傳輸途徑的影響小，能將原來(lái)頻譜圖上成族的邊頻帶譜線簡(jiǎn)化為單根譜線，以便提取、分析原頻譜圖上肉眼難以識(shí)別的周期性信號(hào)。但是進(jìn)行多段平均的功率譜取對(duì)數(shù)后，功率譜中調(diào)制邊頻帶無(wú)關(guān)的噪聲和其他信號(hào)得到較大的權(quán)系數(shù)而放大，降低了信噪比。3、畫(huà)出傅里葉變換的四種典型形式圖，并寫(xiě)出每種典型形式對(duì)應(yīng)的傅里葉變換對(duì)公式。傅里葉變換的四

36、種典型形式圖如下：在上圖中，圖a)是連續(xù)時(shí)間函數(shù)變換為連續(xù)頻率函數(shù)的情況，其傅里葉變換對(duì)公式如下： 圖b)是周期性連續(xù)時(shí)間函數(shù)變換為離散頻率函數(shù)的情況，其傅里葉變換對(duì)公式如下：圖c)是離散時(shí)間函數(shù)變換為周期性連續(xù)頻率函數(shù)的情況，其傅里葉變換對(duì)公式如下： 圖d)是周期性離散時(shí)間函數(shù)變換為周期性離散頻率函數(shù)的情況，其傅里葉變換對(duì)公式如下：4、時(shí)域卷積定理的描述。設(shè)有兩個(gè)函數(shù)和，推得：其中 : 5、頻域卷積定理的描述。設(shè)有兩個(gè)函數(shù)和，推得：其中：6、在進(jìn)行信號(hào)頻譜分析時(shí)，為何要加窗函數(shù)？如果要求頻譜分析結(jié)果的幅值精度高，泄漏量小，應(yīng)該選擇什么窗函數(shù)？為什么？理論上信號(hào)的長(zhǎng)度是無(wú)限的，但是任何觀測(cè)信號(hào)

37、都是在有限時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行觀測(cè)的。因此，信號(hào)采樣過(guò)程中須使用窗函數(shù)，將無(wú)限長(zhǎng)信號(hào)截?cái)酁橛芯€長(zhǎng)度的信號(hào)。如果要求幅值精度高，泄漏量小，應(yīng)選擇漢寧窗函數(shù)。因?yàn)?，漢寧窗函數(shù)的旁瓣小，因而相應(yīng)的泄漏量也較小，采樣過(guò)程中導(dǎo)致的能量泄露小，能獲得較高幅值精度。要求精確獲得主瓣的頻率則應(yīng)選擇矩形窗函數(shù)。7、什么是譜泄露？由于窗函數(shù)w(t)在頻譜中是連續(xù)無(wú)限的的函數(shù)，它與x(t) 信號(hào)在頻域的卷積，必然造成X(t)信號(hào)的能量分散到w(t)的譜線上，這就是所謂的譜泄露。8、談?wù)勀銓?duì)信號(hào)頻譜的物理本質(zhì)是如何理解的？結(jié)合傅里葉變換的性質(zhì)，試舉例說(shuō)明其重要作用。在整個(gè)時(shí)間軸上的非周期信號(hào)是由頻率為的諧波沿頻率從

38、到，通過(guò)積分疊加得到的。由于對(duì)不同的，是一樣的，所以只需就能真實(shí)地反映不同高頻率諧波的振幅和位移變化。 頻譜是信號(hào)在頻域上的重要特征，反映了信號(hào)的頻率成分以及分布情況。9、特征信息獲取和分析處理的基本方法。特征信息獲取和分析處理方法包括特征信號(hào)的檢測(cè)、信號(hào)的特征分析與特征量選擇等內(nèi)容。在特征信號(hào)的檢測(cè)中，關(guān)鍵是正確選擇拾振傳感器，實(shí)現(xiàn)特征信號(hào)的采集。在信號(hào)的特征分析與特征量選擇中，常涉及時(shí)域分析、頻域分析和時(shí)頻域分析，其中：時(shí)域分析的主要分析內(nèi)容：內(nèi)容包括隨即過(guò)程時(shí)間序列的相關(guān)概念和性質(zhì)，基于時(shí)間序列平穩(wěn)性和遍歷性假設(shè)的時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)分析，以及ARMA(p,q)、AR(p)、MA(q)

39、等經(jīng)典時(shí)間序列模型在故障診斷中的應(yīng)用。 頻域分析的主要分析內(nèi)容：內(nèi)容包括譜分析的重要手段傅里葉變換，針對(duì)不具備絕對(duì)科技條件的功率譜，以及檢測(cè)復(fù)雜譜圖中周期分量的有力工具倒譜分析。時(shí)頻域分析的主要分析內(nèi)容：即小波分析。正是適應(yīng)于低頻時(shí)寬時(shí)窗、高頻時(shí)窄時(shí)窗要求，采用時(shí)窗寬度可調(diào)的小波函數(shù)。10、ARMA模型。ARMA（n,m）模型可有如下的隨機(jī)差分方程描述：，其中n,m分別稱為模型的自回歸部分（AR）和滑動(dòng)平均部分（MA）的階次；（i=1,n）, (j=1,m)為模型參數(shù)，為零均值白噪聲序列。分析題：（5）1、已知信道頻率特性造成的信息熵的變化關(guān)系為：式中h(y)、h(x)分別表示輸出與輸入信號(hào)的

40、熵；積分項(xiàng)是由于信道頻率特性產(chǎn)生的熵的變化量試求信號(hào)通過(guò)具有如圖所示特性的信道時(shí)熵的損失量，并討論輸入頻率限制在以內(nèi)和以內(nèi)的情況。解： （1）在以內(nèi)時(shí)，故損失的信息量為： (2) 在以內(nèi)時(shí)：可以得出，損失的熵決定于的大小，其值越大，損失的熵也越大。2、用微處理器對(duì)實(shí)數(shù)序列作譜分析，要求譜分辨率，信號(hào)最高頻率,確定以下各參數(shù)：（1） 最小記錄時(shí)間（2） 最大取樣時(shí)間（3） 最少采樣點(diǎn)數(shù)（4） 在頻帶寬度不變的情況下將頻率分辨率提高一倍的N值（1） 已知 (2) (3) （4） 頻帶寬度不變就意味著采樣間隔不變，應(yīng)該使記錄時(shí)間擴(kuò)大一倍為。實(shí)頻率分辨率提高1倍（F變成原來(lái)的1/2） 3、BT譜估計(jì)的

41、理論根據(jù)是什么？請(qǐng)寫(xiě)出此方法的具體步驟。（1）BT譜估計(jì)的理論根據(jù)是：通過(guò)改善對(duì)相關(guān)函數(shù)的估計(jì)方法，來(lái)對(duì)周期圖進(jìn)行平滑處理以改善周期圖譜估計(jì)的方差性能。（2）此方法的具體步驟是：給出觀察序列估計(jì)出自相關(guān)函數(shù)：對(duì)自相關(guān)函數(shù)在（-M，M）內(nèi)作Fourier變換，得到功率譜：式中，一般取，為一個(gè)窗函數(shù)，通?？扇【匦未啊？梢?jiàn)，該窗函數(shù)的選擇會(huì)影響到譜估計(jì)的分辨率。4、 AR譜估計(jì)的基本原理是什么？與經(jīng)典譜估計(jì)方法相比，其有什么特點(diǎn)？（1）AR譜估計(jì)的基本原理是：p階的AR模型表示為：其自相關(guān)函數(shù)滿足以下YW方稱：取可得到如下矩形方程：在實(shí)際計(jì)算中，已知長(zhǎng)度為N的序列，可以估計(jì)其自相關(guān)函數(shù)，再利用以上矩

42、陣方程，直接求出參數(shù)及，于是可求出的功率譜的估計(jì)值5、已知平穩(wěn)過(guò)程的功率譜密度求它的相關(guān)函數(shù) 。 解 由于 是 的傅里葉逆變換，而 是有理分式。通常先把 化成部分分式后，再求原函數(shù) 。 可以表示成部分分式利用恒等關(guān)系可以確定常數(shù) 。因?yàn)?的傅里葉逆變換為 ，故 論述題：（4）1、倒頻譜和一般的功率譜相比有什么優(yōu)點(diǎn)？倒頻譜有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）倒頻譜是頻域函數(shù)的傅里葉逆變換，對(duì)功率譜函數(shù)取對(duì)數(shù)的目的，是使變換后的信號(hào)能量格外集中，突出幅值比較小的信號(hào)的周期，可以有效地提取和識(shí)別頻譜上的周期成分，便于對(duì)原信號(hào)的識(shí)別。（2）利用倒頻譜分析方法可解卷積，易于分離源信號(hào)和傳遞系統(tǒng)，利于對(duì)原信號(hào)的識(shí)別。（3）

43、倒頻譜受傳輸途徑的影響很小，便于排除因傳感器安裝位置的不同而帶來(lái)的影響。2、周期信號(hào)與非周期信號(hào)的區(qū)別。1.周期信號(hào)（1）離散性，周期信號(hào)的頻譜為離散頻譜（2）諧波性 ，周期信號(hào)的譜線只發(fā)生在基頻0的整數(shù)倍頻率上（3）收斂性 周期信號(hào)的高次諧波的幅值具有隨諧波次數(shù)n增加而衰減的趨勢(shì)。2.非周期信號(hào)：分為準(zhǔn)周期信號(hào)和瞬變信號(hào)。（1）非周期信號(hào)的頻譜為連續(xù)頻譜。 (2)矩形窗的時(shí)間長(zhǎng)度T愈長(zhǎng)，幅頻圖中主瓣愈高而窄。（3）衰減趨勢(shì)同周期信號(hào)一樣。3、機(jī)械振動(dòng)分析檢測(cè)中所用到的常用的分析技術(shù)。常用的具體分析技術(shù)有：周期信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)的頻率域分析概念、功率譜密度的概念、細(xì)化

44、譜和倒頻譜分析技術(shù)等基本知識(shí)。周期信號(hào)譜分析：用傅氏級(jí)數(shù)原理，可將周期函數(shù)y(t)分解成傅氏級(jí)數(shù)，即將信號(hào)分解成許多諧波分量。以頻率為橫坐標(biāo)，以振幅或相位為縱坐標(biāo)，表征頻率域的振動(dòng)特性。隨機(jī)信號(hào)譜分析：對(duì)于隨機(jī)振動(dòng)的頻率成份進(jìn)行分析表明，一般說(shuō)來(lái)，它是由許多的頻率成份構(gòu)成連續(xù)型的頻譜形式，它也有幅值頻譜、相位頻譜和功率頻譜，也可以把它們近似展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)。倒頻譜分析：在故障診斷過(guò)程審，測(cè)得的信號(hào)往往是若干信號(hào)互相調(diào)制而成的復(fù)雜信號(hào)。4、試推導(dǎo)AR (n) 模型的預(yù)報(bào)方程。由ARMA（n,m）模型的預(yù)報(bào)方程推導(dǎo)可知：上式中，令m=0,可得AR(n)最小方差預(yù)報(bào):由條件期望的性質(zhì)可得于是可得:

45、(1)上式也可以寫(xiě)成差分方程 按照式(1)可以遞推計(jì)算任意步長(zhǎng) 的預(yù)報(bào)值，初值為由此可見(jiàn)，用AR(n)模型進(jìn)行預(yù)報(bào)時(shí)，只需知道 , 而無(wú)需知道更多的歷史資料。第三章四、簡(jiǎn)答題（20個(gè)）1.簡(jiǎn)述引起轉(zhuǎn)子不平衡的原因（1）、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，（2）制造和安裝誤，（3）材質(zhì)不均勻，（4）受熱不均勻，（5）運(yùn)行中轉(zhuǎn)子的腐蝕、磨損、結(jié)垢、零件的松動(dòng)和脫落等。2.簡(jiǎn)述轉(zhuǎn)子不平衡故障都包括哪些（1）、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子初始彎矩、轉(zhuǎn)子熱態(tài)不平衡、轉(zhuǎn)子部件脫落、轉(zhuǎn)子部件結(jié)垢、聯(lián)軸器不平衡等。3.簡(jiǎn)述旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障分析常用方法針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的特點(diǎn)，常采用圖形分析方法，如時(shí)域波形圖、波特圖、極坐標(biāo)圖、軸心位置圖、軸

46、心軌跡圖、頻譜圖、瀑布圖、坎貝爾圖和趨勢(shì)分析圖等。4.什么是油膜振蕩? 當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速升到比第一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍稍高以后，由于此時(shí)半速渦動(dòng)的渦動(dòng)速度與轉(zhuǎn)軸的第一階臨界轉(zhuǎn)速相重合即產(chǎn)生共振，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的振動(dòng)現(xiàn)象，稱為油膜振蕩。5.消除油膜振蕩的措施有哪些? （1）增加轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度。轉(zhuǎn)子固有頻率越高。產(chǎn)生油膜振蕩的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速也越高，系統(tǒng)失穩(wěn)轉(zhuǎn)速應(yīng)在工作轉(zhuǎn)速的125以上；（2)選擇合適的軸承形式和軸承參數(shù)。圓柱軸承制造簡(jiǎn)單，但抗振性最差，橢圓軸承、三油楔、多油楔軸承次之，可傾瓦軸承最好；（3)增加外阻尼；（4)增加軸承比壓，改變進(jìn)油溫度或粘度。如切短軸承長(zhǎng)度，在下瓦中部開(kāi)環(huán)形槽等，國(guó)300Mw汽輪發(fā)電機(jī)

47、組的油膜振蕩是通過(guò)將軸瓦長(zhǎng)度從430mm?？s減到320mm以及將原30號(hào)油改用20號(hào)油來(lái)解決的；（5）減小軸承間隙；（6）改變進(jìn)油壓力。6.在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷中如何根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象選取評(píng)定參數(shù)評(píng)定參數(shù)在選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)目的而選擇，如需要關(guān)注的是設(shè)備零部件的位置精度或變形引起的破壞時(shí)，則應(yīng)選擇振動(dòng)位移的峰值（或峰峰值），因?yàn)榉逯捣从车氖俏恢米兓臉O限值；如關(guān)注的是慣性力造成的影響時(shí)，則應(yīng)選擇加速度，因?yàn)榧铀俣扰c慣性力成正比；如關(guān)注的是疲勞破壞，則應(yīng)選擇振動(dòng)速度的均方根值，因?yàn)槠趬勖饕Q于零件的變形能量與載荷的循環(huán)速度，振動(dòng)速度的均方根值是它們的反映。7.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)常用的分析方法中針對(duì)旋轉(zhuǎn)

48、機(jī)械的特點(diǎn)，也常采用圖形分析方法，試介紹一些常見(jiàn)的圖形分析法。一般有：時(shí)域波形圖、波特圖、極坐標(biāo)圖、軸心位置圖、軸心軌跡圖、頻譜圖、瀑布圖、坎貝爾圖和趨勢(shì)分析圖等。8.造成轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障的原因有哪些？一般由于制造、安裝及運(yùn)行中支承軸架不均勻膨脹、管道力作用、機(jī)殼膨脹、地基不均勻下沉等多種原因影響，造成轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障。9.在齒輪箱中齒輪本身的失效比重最大，其損傷形式有哪些？嚙面損傷（粘著磨損、齒面疲勞、塑形變形、燒傷）齒輪折斷（裂紋、過(guò)載折斷、疲勞折斷）組合損傷（化學(xué)腐蝕，激振腐蝕）10、為何說(shuō)任何周期振動(dòng)都可以看作為簡(jiǎn)諧振動(dòng)疊加而形成的？根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)定理，周期函數(shù)可以展開(kāi)為傅立葉級(jí)數(shù)，即

49、：由上式可知.任何周期振動(dòng)都可以看作為簡(jiǎn)諧振動(dòng)疊加而形成的。11、目前最常采用的方法是利用通頻振幅（位移、速度、加速度）來(lái)衡量機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)，請(qǐng)根據(jù)所使用的傳感器的種類進(jìn)行分類。1） 軸承振動(dòng)評(píng)定.利用接觸式傳感器放置在軸承座上進(jìn)行測(cè)量 （2） 軸振動(dòng)值評(píng)定，利用非接觸式傳感囂測(cè)量軸相對(duì)于機(jī)殼的振動(dòng)值或軸的絕對(duì)振動(dòng)值。 12、什么是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸心軌跡？轉(zhuǎn)子在軸承中高速旋轉(zhuǎn)時(shí)不僅只圍繞自身中心旋轉(zhuǎn)，而且還環(huán)繞某一中心作渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)生渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)的原因可能是轉(zhuǎn)子不平衡、對(duì)中不良或動(dòng)靜摩擦等。這種渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)的軌跡之為軸心軌跡。13、請(qǐng)解釋一下頻譜圖？機(jī)械振動(dòng)信號(hào)絕大多數(shù)是由多種激勵(lì)信號(hào)合成的復(fù)雜信號(hào)，按照

50、傅里葉分析原理，這種復(fù)雜信號(hào)可以分解為一系列諧波分量(即頻率成分)。每一諧波分量又含有幅值和相位特征量。各個(gè)諧波分量以頻率軸為坐標(biāo)，按轉(zhuǎn)速頻率高低排列起來(lái)的譜圖，叫做頻譜圖。14、振動(dòng)可接受區(qū)域是什么？振動(dòng)可接受區(qū)域是指把振動(dòng)矢量繪制在極坐標(biāo)圖上，并在極坐標(biāo)圖上劃出一定的范圍作為振動(dòng)可接受區(qū)域。15、不平衡振動(dòng)的特征有哪些？1）對(duì)于剛性轉(zhuǎn)子，不平衡產(chǎn)生的離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比。而在軸承座測(cè)得的振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速增加而加大，但不一定與轉(zhuǎn)速的平方成正比，這是由于軸承與轉(zhuǎn)子之間的非線性所致。（2）在臨界轉(zhuǎn)速附近，振幅會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰值，且相位在臨界轉(zhuǎn)速前后相差近1800。（3）振動(dòng)頻率和轉(zhuǎn)速頻率一致，轉(zhuǎn)速頻率

51、的高次諧波幅值很低。在時(shí)域上波形接近于一個(gè)正弦波。16、為何機(jī)器會(huì)產(chǎn)生固有不平衡？由于各轉(zhuǎn)子殘余不平衡的累積、材質(zhì)不良、安裝不當(dāng)?shù)仍?即使機(jī)器在制造過(guò)程中已對(duì)各個(gè)轉(zhuǎn)子作了動(dòng)平衡，但是連接起來(lái)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)還是存在固有不平衡。17、如何消除機(jī)器的固有不平衡？為消除質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的振動(dòng)，應(yīng)在平衡機(jī)上或現(xiàn)場(chǎng)作靜平衡和動(dòng)平衡，加以校正。18、轉(zhuǎn)軸彎曲故障的振動(dòng)信號(hào)特征有哪些？（1） 時(shí)域波形為近似的等幅正弦波； （2） 軸心軌跡為一個(gè)比較穩(wěn)定的圓或偏心率較小的橢圓，由于軸彎曲常陪伴某種程度的軸瓦摩擦，故軌跡有時(shí)會(huì)有摩擦的特征； （3）頻譜成份以1X轉(zhuǎn)頻為主，伴有2X諧波成份。與不平衡故障的區(qū)別在于：彎曲

52、在軸向方向產(chǎn)生較大的振動(dòng)。19、為何說(shuō)齒輪故障診斷的實(shí)質(zhì)是對(duì)邊頻帶的識(shí)別？故障齒輪的振動(dòng)信號(hào)往往表現(xiàn)為回轉(zhuǎn)頻率對(duì)嚙合頻率及其倍頻的調(diào)制，在譜圖上形成以嚙合頻率為中心、兩個(gè)等間隔分布的邊頻帶。由于調(diào)頻和調(diào)幅的共同作用，最后形成的頻譜表現(xiàn)為以嚙合頻率及其各次諧波為中心的一系列邊帶群，邊帶反映了故障信息，邊帶的間隔反映了故障源的頻率，幅值的變化表示了故障的程度。因此，齒輪故障診斷的實(shí)質(zhì)是對(duì)邊頻帶的識(shí)別。20、滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)的特點(diǎn)有哪些？頻率成分豐富，頻帶很寬。不同頻帶包含的故障信息不同。在低頻帶(1kHz以下)，主要包含有軸承故障特征頻率和加工裝配誤差引起的振動(dòng)特征頻率。這一頻帶易受機(jī)械中其它零件

53、及結(jié)構(gòu)的影響，并且在故障初期反映損傷類故障沖擊的特征頻率成分信息的能量很小，信噪比較低。中頻帶（1kHz20kHz），包含有軸承元件表面損傷引起的軸承外圈的固有振動(dòng)頻率等。六、分析題（10個(gè)）1、52萬(wàn)噸年尿素裝置CO2壓縮機(jī)組低壓缸轉(zhuǎn)子，大修后開(kāi)車振動(dòng)值正常，但在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)其振動(dòng)值有逐步增大的趨勢(shì)。其時(shí)域波形為正弦波，分析其頻譜，以1×頻為主，分析其矢量域圖，相位有一個(gè)緩慢的變化。診斷意見(jiàn)：經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的連續(xù)觀測(cè)，根據(jù)其振動(dòng)特征，對(duì)照本節(jié)所述對(duì)幾類不平衡故障的甄別方法，判定其故障原因?yàn)闈u變不平衡，是由于轉(zhuǎn)子流道結(jié)垢或局部腐蝕造成的。處理措施：漸變不平衡短期內(nèi)不會(huì)迅速惡化，同時(shí)正常

54、生產(chǎn)一旦中斷將會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此決定利用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)護(hù)其運(yùn)行，待大修時(shí)再做處理。生產(chǎn)驗(yàn)證：6個(gè)月后工廠年度大修，更換轉(zhuǎn)子后在機(jī)修車間檢查，轉(zhuǎn)子并不彎曲；目測(cè)檢查，無(wú)結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象，一時(shí)對(duì)故障診斷結(jié)論提出了懷疑。但送專業(yè)廠拆卸檢查后發(fā)現(xiàn)，一軸套內(nèi)側(cè)（不拆卸轉(zhuǎn)子時(shí)看不到部分）發(fā)生局部嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量逐漸增大。 2、某鋼鐵公司氧氣廠三車間壓縮機(jī)建成以來(lái)長(zhǎng)期因振動(dòng)過(guò)大，不能投入生產(chǎn)。該機(jī)組由一臺(tái)2500 KW，轉(zhuǎn)速2985 r/min的電動(dòng)機(jī)經(jīng)增速齒輪箱后，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子為9098 r/min?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明：因遲遲不能投產(chǎn)，廠方已分別對(duì)電動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子作過(guò)動(dòng)平衡校正，也對(duì)聯(lián)軸節(jié)進(jìn)行

55、多次找正、找同心。但仍然未能降低振動(dòng)。 根據(jù)調(diào)查情況，采用頻譜分析技術(shù)，期望能從振動(dòng)成分的頻率分布中分析振動(dòng)的原因。（1）測(cè)得廠房大地的基礎(chǔ)振動(dòng)：0.1Hz，振幅5.6 mv。（2）測(cè)得地基的固有頻率：7Hz(10.14mv)；二階頻率：19 Hz；三階頻率：29 Hz；四階頻率：38 Hz；（3）測(cè)得在聯(lián)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，地基的振動(dòng)主頻0.15 Hz；振幅：110151 mv。 試根據(jù)已知條件分析故障并得出結(jié)論。分析與結(jié)論：（1）振動(dòng)以低頻振動(dòng)為主要矛盾，地基是0.15 Hz；電機(jī)是50 Hz。兩者不一致。（2） 地基振動(dòng)的振幅151mv(頻譜圖中）遠(yuǎn)大于電機(jī)的振幅62 mv。說(shuō)明地基的振動(dòng)是主要矛盾。地基偏軟，剛度不足。但與地基固有頻率7 Hz相矛盾，因而問(wèn)題應(yīng)在電機(jī)與地基連接部位。（3） 根據(jù)電修廠方面提供的信息：安裝后電機(jī)垂直振動(dòng)大于水平振動(dòng)。這與通常的狀態(tài)相矛盾，即垂直剛度小于水平剛度，也證明地基存在問(wèn)題。正常狀態(tài)是垂直剛度大于水平剛度。（4）導(dǎo)致地基垂直剛度不足的可能原因：1）安裝墊板與地基的接觸面積不夠，空洞面積大，導(dǎo)致彈性變形大。2）地腳螺絲與地基的聯(lián)結(jié)剛度不足。3