設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)設(shè)備故障診斷的技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)用教案

1、第一節(jié) 設(shè)備(shbi)故障診斷技術(shù)的內(nèi)容設(shè)備故障診斷的內(nèi)容包括狀態(tài)(zhungti)監(jiān)測(cè)、分析診斷和故障預(yù)測(cè)三個(gè)方面。 設(shè)備故障診斷的具體實(shí)施過(guò)程可以歸納為如下4個(gè)方面:(1)信息采集：設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中必然會(huì)有力、熱、振動(dòng)及能量等各種量的變化，由此會(huì)產(chǎn)生各種不同信息。根據(jù)不同的診斷需要，選擇能表征設(shè)備工作狀態(tài)的不同信號(hào)(xnho)，如振動(dòng)、壓力、溫度等，這些信號(hào)(xnho)一般是用不同的傳感器來(lái)獲取的，我們簡(jiǎn)稱為數(shù)采。 (2)信號(hào)(xnho)處理：這是將采集到的信號(hào)(xnho)進(jìn)行分類處理、加工，獲得能表征機(jī)器特征的過(guò)程，也稱特征提取過(guò)程，如對(duì)振動(dòng)信號(hào)(xnho)從時(shí)域變換到頻域進(jìn)行頻譜分析

2、即是這個(gè)過(guò)程。2021-12-141第1頁(yè)/共41頁(yè)第一頁(yè)，共41頁(yè)。第一節(jié) 設(shè)備故障診斷技術(shù)(jsh)的內(nèi)容(3)狀態(tài)識(shí)別：將經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后獲得的設(shè)備特征參數(shù)與規(guī)定的允許參數(shù)或判別(pnbi)參數(shù)進(jìn)行比較、對(duì)此以確定設(shè)備所處的狀態(tài)，即是否存在故障、故障的類型和性質(zhì)等。為此應(yīng)正確制定相應(yīng)的判別(pnbi)準(zhǔn)則和診斷策略。(4)診斷決策：根據(jù)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的判斷，決定應(yīng)采取的對(duì)策和措施，同時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)前信號(hào)預(yù)測(cè)設(shè)備狀態(tài)可能發(fā)展的趨勢(shì)，進(jìn)行趨勢(shì)分析。圖3-1 設(shè)備診斷過(guò)程(guchng)框圖 被測(cè)設(shè)備獲取檢測(cè)信號(hào)設(shè)備特征信息診斷決策診斷決策設(shè)備允許參數(shù)故障確定趨勢(shì)分析對(duì)比信號(hào)信號(hào)采集采集信號(hào)信號(hào)處理處理

3、狀態(tài)狀態(tài)識(shí)別識(shí)別2021-12-142第2頁(yè)/共41頁(yè)第二頁(yè)，共41頁(yè)。第二節(jié) 設(shè)備故障的信息(xnx)獲取和檢測(cè)方法一、設(shè)備故障信息(xnx)的獲取方法：直接觀察法、量化管理1直接觀測(cè)法（感性認(rèn)知）判斷主要靠人的經(jīng)驗(yàn)和感官來(lái)感受、獲取設(shè)備的狀態(tài)信息(xnx)，且限于能觀測(cè)到的或接觸到的機(jī)器零部件。被更多地用在靜止的設(shè)備中。在觀測(cè)中有時(shí)使用一些輔助的工具和儀器，如傾聽機(jī)器內(nèi)部聲音的聽棒，檢查零件內(nèi)孔有無(wú)表面缺陷的光學(xué)窺鏡，檢查零件表面有無(wú)裂紋的磁性涂料及著色滲透劑等，來(lái)擴(kuò)大和延伸人的觀測(cè)能力。主要包括以下工具和儀器： 用耳朵聽（聽覺(jué)）采取聽棒、螺絲刀等工具； 用眼睛看（視覺(jué)）有無(wú)缺件、變形、磨

4、損、泄漏等情況； 用手摸（觸覺(jué)）振動(dòng)、溫度、泄漏點(diǎn)等情況； 用鼻子聞（嗅覺(jué)）有無(wú)膠糊味，如電機(jī)過(guò)熱的絕緣漆味； 當(dāng)然，還有向操作者問(wèn)故障情況； 這與中醫(yī)的“望、聞、問(wèn)、切”有異曲同工之妙。2021-12-143第3頁(yè)/共41頁(yè)第三頁(yè)，共41頁(yè)。第二節(jié) 設(shè)備(shbi)故障的信息獲取和檢測(cè)方法2量化管理 用儀器測(cè)（將人的五官延伸到儀器上） 參數(shù)測(cè)定法 根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的各種參數(shù)的變化來(lái)獲取故障信息是廣泛應(yīng)用的一種方法。因?yàn)闄C(jī)器運(yùn)行時(shí)由于各部件的運(yùn)動(dòng)必然會(huì)有各種信息，這些信息參數(shù)可以是溫度、壓力、振動(dòng)、噪聲等，它們都能反映機(jī)器的工作狀態(tài)。脹差、阻值等參數(shù)也是故障信息的重要來(lái)源。P23 磨損殘?jiān)鼫y(cè)定法

5、測(cè)定機(jī)器零部件如軸承、齒輪、活塞環(huán)等的磨損殘?jiān)跐?rùn)滑油中的含量，即潤(rùn)滑油液分析，也是一種有效(yuxio)的獲取故障信息的方法。 設(shè)備性能指標(biāo)的測(cè)定 通過(guò)測(cè)量機(jī)器性能及輸入、輸出量的變化信息來(lái)判斷機(jī)器的工作狀態(tài)。設(shè)備性能包括整機(jī)及零部件性能。P232021-12-144第4頁(yè)/共41頁(yè)第四頁(yè)，共41頁(yè)。第二節(jié) 設(shè)備(shbi)故障的信息獲取和檢測(cè)方法二、設(shè)備故障的檢測(cè)方法：1振動(dòng)和噪聲的故障檢測(cè) 大部分機(jī)器共有的表現(xiàn)形式，約占60%，可有如下診斷方法： 振動(dòng)法：對(duì)機(jī)器主要部位的振動(dòng)值如位移、速度、加速度、轉(zhuǎn)速及相位(xingwi)值等進(jìn)行測(cè)定，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，據(jù)此可以宏觀地對(duì)機(jī)器的運(yùn)行狀況

6、進(jìn)行評(píng)定，最常用的方法之一。 特征分析法 ：對(duì)測(cè)得的上述振動(dòng)量在時(shí)域、頻域、時(shí)頻域進(jìn)行特征分析，確定機(jī)器各種故障的內(nèi)容和性質(zhì)。2021-12-145第5頁(yè)/共41頁(yè)第五頁(yè)，共41頁(yè)。第二節(jié) 設(shè)備故障的信息獲取和檢測(cè)(jin c)方法 模 態(tài) 分 析 與 參 數(shù) 識(shí) 別 法 ： 利 用 測(cè) 得 的 振 動(dòng) 參 數(shù) 對(duì) 機(jī) 器 零 部 件 的 模 態(tài) 參 數(shù) 進(jìn) 行 識(shí) 別 ， 以 確 定 故 障 的 原 因 和 部 位 。 沖 擊 能 量 與 沖 擊 脈 沖 測(cè) 定 ( c d n g ) 法 ： 利 用 共 振 解 調(diào) 技 術(shù) ( I F D ) 測(cè) 定 ( c d n g ) 滾 動(dòng) 軸 承

7、 的 故 障 。 聲 學(xué) 法 ： 對(duì) 機(jī) 器 噪 聲 的 測(cè) 量 ， 了 解 機(jī) 器 運(yùn) 行 情 況 并 尋 找 振 動(dòng) 源 。2021-12-146第6頁(yè)/共41頁(yè)第六頁(yè)，共41頁(yè)。2材料裂紋及缺陷損傷的故障檢測(cè) 材料裂紋包括應(yīng)力腐蝕裂紋及疲勞裂紋，一般可采用下述方法進(jìn)行檢測(cè)： 超聲波探傷法 射線(shxin)探傷法 滲透探傷法 磁粉探傷法 渦流探傷法 激光全息檢測(cè)法 微波檢測(cè)技術(shù) 聲發(fā)射技術(shù)第二節(jié) 設(shè)備(shbi)故障的信息獲取和檢測(cè)方法2021-12-147第7頁(yè)/共41頁(yè)第七頁(yè)，共41頁(yè)。3設(shè)備零部件材料的磨損及腐蝕故障檢測(cè) 這類故障除采用上述無(wú)損檢測(cè)中的超聲探傷法外尚可應(yīng)用下列方法：

8、 光纖內(nèi)窺技術(shù) 油液分析技術(shù)4工藝參數(shù)（溫度、壓力、流量等）變化引起的故障檢測(cè) 機(jī)器設(shè)備系統(tǒng)的有些故障往往反映(fnyng)在一些工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量等的變化中。如在溫度測(cè)量中，常規(guī)的接觸式測(cè)溫儀：裝在機(jī)器上的熱電阻、熱電偶等；特殊場(chǎng)合中的非接觸式測(cè)溫儀：紅外測(cè)溫儀、紅外熱像儀等。 它們依靠物體的熱輻射進(jìn)行測(cè)量。第二節(jié) 設(shè)備(shbi)故障的信息獲取和檢測(cè)方法2021-12-148第8頁(yè)/共41頁(yè)第八頁(yè)，共41頁(yè)。一、判斷標(biāo)準(zhǔn)(絕對(duì)、相對(duì)(xingdu)、類比) 為了(wi le)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)作出判斷，判斷是否存在故障及故障的程度如何，必須對(duì)表征機(jī)器狀態(tài)的測(cè)量值與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。

9、常用的有三種判斷標(biāo)準(zhǔn)，即絕對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)、相對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)以及類比判斷標(biāo)準(zhǔn)。1絕對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn) 它要求在設(shè)備的同一部位或按一定的要求測(cè)得的表征機(jī)器設(shè)備狀態(tài)的值與某種相應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)相比較，以評(píng)定設(shè)備的狀態(tài)。第三節(jié) 設(shè)備故障(gzhng)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)2021-12-149第9頁(yè)/共41頁(yè)第九頁(yè)，共41頁(yè)。2021-12-1410第10頁(yè)/共41頁(yè)第十頁(yè)，共41頁(yè)。2021-12-1411第11頁(yè)/共41頁(yè)第十一頁(yè)，共41頁(yè)。2021-12-1412第12頁(yè)/共41頁(yè)第十二頁(yè)，共41頁(yè)。2相對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn) 它要求對(duì)設(shè)備(shbi)的同一部位（同一工況）同一種量值進(jìn)行測(cè)定，將設(shè)備(shbi)正常工作情況的值定為初始值，

10、按時(shí)間先后將實(shí)測(cè)值與初始值進(jìn)行比較來(lái)判斷設(shè)備(shbi)狀態(tài)。第三節(jié) 設(shè)備故障的評(píng)定(pngdng)標(biāo)準(zhǔn) 相對(duì)判斷(pndun)標(biāo)準(zhǔn)的制定方法：在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)比較良好的時(shí)候（新安裝好或大修后能夠確認(rèn)工作狀態(tài)良好時(shí)），用數(shù)據(jù)采集器（測(cè)振儀）連續(xù)對(duì)確定的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行多次測(cè)量（最好能測(cè)20次以上，每次測(cè)量最好能間隔一段時(shí)間，傳感器也應(yīng)取下后再放上）。然后計(jì)算其平均值。2021-12-1413第13頁(yè)/共41頁(yè)第十三頁(yè)，共41頁(yè)。常用的平均(pngjn)方法 首先，求出N次測(cè)量的算術(shù)平均值 Vm = (V1 +V2+ +VN)N 然后，報(bào)警(bo jng)限VT為算術(shù)平均值 Vm的310倍，即 Vt=K

11、Vm , K=310 其中，V1，V2，VN表示第1,2,N次測(cè)量的測(cè)量值； K表示報(bào)警(bo jng)因子，一般去310第三節(jié) 設(shè)備故障的評(píng)定(pngdng)標(biāo)準(zhǔn)2021-12-1414第14頁(yè)/共41頁(yè)第十四頁(yè)，共41頁(yè)。首先(shuxin)，計(jì)算N次測(cè)量的算術(shù)平均值Vm和均方根值Vs: Vm = (V1 +V2+VN)N Vs = (V1-Vm)2+(V2-Vm)2+ . . . +(Vn-Vm)2 N 另一種平均(pngjn)方法 然后，設(shè)定測(cè)量報(bào)警(bo jng)限 Vt= Vm + kVs , k=25 k 根據(jù)設(shè)備的使用環(huán)境、工況變化范圍、對(duì)設(shè)備振動(dòng)的要求嚴(yán)格程度、設(shè)備的價(jià)格等來(lái)

12、確定。 每次測(cè)量的工況（如負(fù)載、轉(zhuǎn)速等）應(yīng)盡可能一致，并在以后的檢測(cè)中也盡可能在該工況下測(cè)量。第三節(jié) 設(shè)備故障的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)2021-12-1415第15頁(yè)/共41頁(yè)第十五頁(yè)，共41頁(yè)。3類比(lib)判斷標(biāo)準(zhǔn)定義：若有數(shù)臺(tái)機(jī)型、規(guī)格均相同的設(shè)備，在相同工況和使用環(huán)境下對(duì)它們進(jìn)行測(cè)定，經(jīng)過(guò)相互比較作出判斷，用這種方法對(duì)機(jī)器設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)定而制訂的標(biāo)準(zhǔn)稱作類比判斷標(biāo)準(zhǔn)。需要指出(zh ch)的是，在實(shí)踐中，常將相對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)與類比判斷標(biāo)準(zhǔn)兩者結(jié)合制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而上述相對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)的制定方法也僅供參考，在實(shí)踐中亦可以具體情況具體分析，后續(xù)會(huì)介紹。第三節(jié) 設(shè)備故障(gzhng)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)2021-12-

13、1416第16頁(yè)/共41頁(yè)第十六頁(yè)，共41頁(yè)。二、旋轉(zhuǎn)(xunzhun)機(jī)械的絕對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn) 振動(dòng)量是衡量旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的重要參數(shù)。評(píng)定機(jī)器振動(dòng)狀態(tài)的物理量可以是： 振動(dòng)加速度在航空工業(yè)上習(xí)慣用振動(dòng)加速度來(lái)評(píng)定，因航空結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率較高，且通過(guò)加速度測(cè)量可以了解構(gòu)件所受力的情況。 振動(dòng)速度對(duì)于軸承座，國(guó)際上規(guī)定用振動(dòng)烈度（振動(dòng)速度的有效值）作為評(píng)定的物理量，因?yàn)檎駝?dòng)烈度反映了振動(dòng)能量的大小，用振動(dòng)烈度表示可以從能量觀點(diǎn)直接反映振動(dòng)物體(wt)的動(dòng)強(qiáng)度。 振動(dòng)位移對(duì)于地面的旋轉(zhuǎn)機(jī)械如汽輪發(fā)電機(jī)組、壓縮機(jī)組等則以振動(dòng)位移作為評(píng)定的物理量，因用位移量可以更直觀、更直接地了解轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)情況。第三節(jié) 設(shè)備

14、故障的評(píng)定(pngdng)標(biāo)準(zhǔn)2021-12-1417第17頁(yè)/共41頁(yè)第十七頁(yè)，共41頁(yè)。一、測(cè)量(cling)信號(hào) 第四節(jié) 故障診斷中的信號(hào)處理(xn ho ch l)信號(hào)或動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的處理與分析，是設(shè)備故障診斷的前提和基礎(chǔ)。這里所說(shuō)的信號(hào)是指測(cè)量信號(hào)，它是對(duì)系統(tǒng)的某物理量，如位移、速度、加速度、應(yīng)力、應(yīng)變等進(jìn)行觀測(cè)獲得的數(shù)據(jù)。這些物理量的共同特點(diǎn)是隨時(shí)間(shjin)、空間而變化，它們代表了系統(tǒng)的狀態(tài)和特征。2021-12-1418第18頁(yè)/共41頁(yè)第十八頁(yè)，共41頁(yè)。1測(cè)量信號(hào)分類 根據(jù)測(cè)量信號(hào)在時(shí)間歷程內(nèi)的變化特征分類如下，這 里“時(shí)間”是泛指(fn zh)概念，可以表示空間坐標(biāo)或時(shí)、

15、空坐標(biāo)。 第四節(jié) 故障診斷中的信號(hào)處理(xn ho ch l) 動(dòng)態(tài)信號(hào) 確定性信號(hào) 隨機(jī)信號(hào) 周期信號(hào) 非周期信號(hào) 平穩(wěn)信號(hào) 非平穩(wěn)信號(hào)簡(jiǎn)諧 復(fù)雜(fz)周 準(zhǔn)周期 瞬態(tài) 各態(tài)歷 非各態(tài)歷 調(diào)制型非 一般非平穩(wěn)信號(hào) 期信號(hào) 信號(hào) 信號(hào) 經(jīng)信號(hào) 經(jīng)信號(hào) 平穩(wěn)信號(hào) 隨機(jī)信號(hào) 2021-12-1419第19頁(yè)/共41頁(yè)第十九頁(yè)，共41頁(yè)。 周期信號(hào)：包括簡(jiǎn)諧信號(hào)和復(fù)雜周期信號(hào)。 表述簡(jiǎn)諧信號(hào)的基本物理量是頻率、振幅和初相位； 復(fù)雜周期信號(hào)可借助傅里葉級(jí)數(shù)展成一系列離散的簡(jiǎn)諧分量之和，其中任兩個(gè)分量的頻率比都是有理數(shù)。 非周期信號(hào)：包括準(zhǔn)周期信號(hào)和瞬態(tài)信號(hào)。 準(zhǔn)周期信號(hào)也是由一些不同(b tn)離散

16、頻率的簡(jiǎn)諧信號(hào)合成的信號(hào)，但它不具有周期性，組成它的簡(jiǎn)諧分量中總有一個(gè)分量與另一個(gè)分量的頻率比為無(wú)理數(shù)； 瞬態(tài)信號(hào)的時(shí)間函數(shù)為各種脈沖函數(shù)或衰減函數(shù)，如有阻尼自由振動(dòng)的時(shí)間歷程就是瞬態(tài)信號(hào)。瞬態(tài)信號(hào)可借助傅里葉變換而得到確定的連續(xù)頻譜函數(shù)。 若隨機(jī)信號(hào)的概率密度不隨時(shí)間原點(diǎn)的選取而變化，則稱其為平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)；反之，稱為非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)。第四節(jié) 故障診斷中的信號(hào)處理(xn ho ch l)2021-12-1420第20頁(yè)/共41頁(yè)第二十頁(yè)，共41頁(yè)。大多數(shù)機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)類型是周期信號(hào)、準(zhǔn)周期信號(hào)和平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)以及幾種不同類型信號(hào)的組合。一般在啟動(dòng)或停機(jī)過(guò)程中的振動(dòng)信號(hào)是平穩(wěn)的。設(shè)備在正常運(yùn)行中

17、，其表現(xiàn)的周期信號(hào)往往淹沒(méi)在隨機(jī)信號(hào)之中。若設(shè)備故障(gzhng)程度加劇，則振動(dòng)信號(hào)中的周期成分加強(qiáng)，從而整臺(tái)設(shè)備振動(dòng)增大。因此，從某種意義上講，設(shè)備振動(dòng)診斷的過(guò)程，就是從信號(hào)中提取周期成分的過(guò)程。第四節(jié) 故障診斷中的信號(hào)處理(xn ho ch l)2021-12-1421第21頁(yè)/共41頁(yè)第二十一頁(yè)，共41頁(yè)。2簡(jiǎn)諧信號(hào)(xnho) 振動(dòng)加速度尖峰( jin fn) 振動(dòng)速度尖峰( jin fn) 上限平衡位置 時(shí)間 下限 物體 周期 振動(dòng)位移 峰峰值圖3-3 彈簧振動(dòng) 例 機(jī)械振動(dòng)是物體（或其一部分）沿直線或曲線(qxin)并經(jīng)過(guò)其平衡位置所作的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 圖3-3所示的彈簧振動(dòng)是簡(jiǎn)單機(jī)

18、械振動(dòng)的例子。 第四節(jié) 故障診斷中的信號(hào)處理2021-12-1422第22頁(yè)/共41頁(yè)第二十二頁(yè)，共41頁(yè)。 振幅A（Amplitude） 偏離平衡位置的最大距離，有時(shí)也稱峰值或單峰值，2A則稱為峰峰值、雙峰值或簡(jiǎn)稱雙幅。（位移、速度和加速度三者都可以這樣表達(dá)。） 頻率f（frequency） 為每秒鐘的振動(dòng)次數(shù)，描述振動(dòng)的快慢，單位為次/秒，即赫茲（Hz）。 f=1/T 圓頻率（Angular frequency） 亦可用于描述振動(dòng)的快慢，也稱角頻率，單位為弧度/秒（rad/s）。 =2f=2/T 周期T 為每振動(dòng)一次所需的時(shí)間，單位為秒（s）或毫秒（ms）。 初相角（Initial pha

19、se） 描述振動(dòng)在起始瞬間的狀態(tài)，單位為弧度（rad）。 相位（phase） 表示(biosh)振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位置，是時(shí)間的函數(shù)，單位為弧度(rad）。 =t+ 式中：t時(shí)間，s或ms。簡(jiǎn)諧振動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng)(zhndng)的的三要素三要素2021-12-1423第23頁(yè)/共41頁(yè)第二十三頁(yè)，共41頁(yè)。振動(dòng)位移(wiy)、速度、加速度之間的關(guān)系 sin(+)2vxAt2sin(+)axAtsin (+)xAtl 位移、速度、加速度都是同頻率的簡(jiǎn)諧波。l 三者的幅值依次為A、A、A 2。l 相位(xingwi)關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90; 速度領(lǐng)先位移90。xvaxva2021-12-1424 振動(dòng)位移

20、(wiy) (Displacement) : 速度 (Velocity) : 加速度 (Acceleration): 第24頁(yè)/共41頁(yè)第二十四頁(yè)，共41頁(yè)。常用(chn yn)的振動(dòng)時(shí)域參數(shù) 位移(wiy)信號(hào) 峰峰值。單位為微米（m） 速度信號(hào) 有效值。單位為毫米/秒（mm/s） 加速度信號(hào) 峰值。單位為米/秒平方（m/s2）2021-12-1425第四節(jié) 故障診斷中的信號(hào)處理(xn ho ch l)第25頁(yè)/共41頁(yè)第二十五頁(yè)，共41頁(yè)。二、試驗(yàn)(shyn)數(shù)據(jù)處理方法 去偽存真、去粗取精、由表及里、由此及彼 1按任務(wù)可分為： 預(yù)處理 二次處理 最終處理 2按方式可分為： 在線(zi x

21、in)處理（On-Line Processing） 離線處理（Off-Line Processing） 3按手段可分為： 模擬式分析 數(shù)字式分析在現(xiàn)代故障診斷系統(tǒng)中廣泛采用 2021-12-1426第四節(jié) 故障診斷中的信號(hào)處理(xn ho ch l)第26頁(yè)/共41頁(yè)第二十六頁(yè)，共41頁(yè)。三、振動(dòng)信號(hào)在頻率(pnl)域中的描述 1傅里葉變換(binhun)（FT） 數(shù)學(xué)算法把一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)分解成一系列（有限或無(wú)限個(gè)）簡(jiǎn)單的正弦和余弦波，時(shí)域變換(binhun)成頻域，也就是將一個(gè)組合振動(dòng)分解為它的各個(gè)頻率分量，把各次諧波按其頻率大小從低到高排列起來(lái)就成了頻譜，這就是傅里葉變換(binhun)。

22、這一理論基礎(chǔ)早在19世紀(jì)早期/18世紀(jì)晚期由法國(guó)著名數(shù)學(xué)家傅里葉研究出來(lái)。2021-12-1427第四節(jié) 故障診斷中的信號(hào)處理(xn ho ch l)第27頁(yè)/共41頁(yè)第二十七頁(yè)，共41頁(yè)。 按照傅里葉變換的原理，任何一個(gè)平穩(wěn)信號(hào)（不管如何復(fù)雜），都可以分解成若干個(gè)諧波分量(fn ling)之和，即式中：A0直流分量(fn ling)，mm； Akcos(2kf0t+k)諧波分量(fn ling)，mm； k=1、2，每個(gè)諧波稱為k次諧波； Ak諧波分量(fn ling)振幅，mm； f0基波頻率，即一次諧波頻率，Hz； t時(shí)間，s； k諧波分量(fn ling)初相角，rad。100)2co

23、s(Ax(t)kkktkfA2021-12-1428第四節(jié) 故障診斷中的信號(hào)處理(xn ho ch l)第28頁(yè)/共41頁(yè)第二十八頁(yè)，共41頁(yè)。 如圖3-7所示，如果測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)x(t)由4個(gè)諧波分量組成，那么，通過(guò)(tnggu)信號(hào)分析可將其分解成1、2、3、4這4個(gè)簡(jiǎn)諧信號(hào)，并把時(shí)域信號(hào)變換至頻域信號(hào)。 a x(t) a1 a2 1 O t a3 1 2 f1 t a4 2 3 f2 t 3 4 f3 t 4 f4 t f圖3-7 傅里葉變換原理圖示x(t)綜合(zngh)信號(hào)；14諧波分量；14頻率分量；f1f4諧波分量的頻率；a綜合(zngh)信號(hào)幅值；a1a4諧波分量幅值2021-

24、12-1429第29頁(yè)/共41頁(yè)第二十九頁(yè)，共41頁(yè)。2有限傅里葉變換 在工程上只能研究某一有限時(shí)間間隔（-T，T）上的平均能量（功率），也就是(jish)僅在（-T，T）上進(jìn)行傅里葉變換，稱為有限傅里葉變換。3離散傅里葉變換（DFT） 設(shè)有一單位脈沖采樣函數(shù)0(t)，采樣間隔為t，則對(duì)x(t)的離散采樣就意味著拿x(t)乘0(t)，然后再對(duì)兩者的積函數(shù)x(nt)進(jìn)行傅里葉變換，即稱為離散傅里葉變換。2021-12-1430第四節(jié) 故障診斷中的信號(hào)處理(xn ho ch l)第30頁(yè)/共41頁(yè)第三十頁(yè)，共41頁(yè)。4快速傅里葉變換（FFT） 在進(jìn)行離散傅里葉變換計(jì)算時(shí)，常省略t和f，進(jìn)而(jn

25、r)得到快速傅里葉變換的計(jì)算公式。這里需要指出的是，在工程實(shí)踐中，正是運(yùn)用它把信號(hào)中所包含的各種頻率成分分別分解出來(lái)，結(jié)果得到各種頻譜圖，這是故障診斷的有力工具?，F(xiàn)在FFT算法的各種典型程序和集成芯片已很成熟，頻率分析可用頻率分析儀來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可在計(jì)算機(jī)上用軟件來(lái)完成，用時(shí)只需選用就可以了。2021-12-1431第四節(jié) 故障診斷中的信號(hào)處理(xn ho ch l)第31頁(yè)/共41頁(yè)第三十一頁(yè)，共41頁(yè)。各種振動(dòng)(zhndng)波形的頻譜 名稱 波 形 頻 譜 名稱 波 形 頻 譜2021-12-1432第四節(jié) 故障診斷中的信號(hào)處理(xn ho ch l)第32頁(yè)/共41頁(yè)第三十二頁(yè)，共41頁(yè)。

26、小 結(jié)（一） 設(shè)備故障診斷的內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)、分析診斷和故障預(yù)測(cè)三個(gè)方面。其具體實(shí)施過(guò)程為信息采集、信號(hào)處理、狀態(tài)識(shí)別、診斷決策(juc)。 設(shè)備故障信息的獲取方法包括直接觀測(cè)法、參數(shù)測(cè)定法、磨損殘?jiān)鼫y(cè)定法及設(shè)備性能指標(biāo)的測(cè)定。 設(shè)備故障的檢測(cè)方法包括振動(dòng)和噪聲的故障檢測(cè)、材料裂紋及缺陷損傷的故障檢測(cè)、設(shè)備零部件材料的磨損及腐蝕故障檢測(cè)及工藝參數(shù)變化引起的故障檢測(cè)。 設(shè)備故障的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)常用的有三種判斷標(biāo)準(zhǔn)，即絕對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)、相對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)以及類比判斷標(biāo)準(zhǔn)?？捎闷骄ㄖ贫ㄏ鄬?duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)。2021-12-1433第33頁(yè)/共41頁(yè)第三十三頁(yè)，共41頁(yè)。小 結(jié)（二） 從某種意義上講，設(shè)備振動(dòng)診斷的過(guò)程，就

27、是從信號(hào)中提取周期成分的過(guò)程。組成周期成分的簡(jiǎn)諧振動(dòng)可用位移、速度和加速度三個(gè)參量來(lái)表征，每個(gè)參量有三個(gè)基本要素：即頻率、振幅和初相位。 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的目的就是去偽存真、去粗取精(q c q jng)、由表及里、由此及彼的加工過(guò)程，提高信噪比，找出客觀事物本身的內(nèi)在規(guī)律和客觀事物之間的相互關(guān)系。 振動(dòng)信號(hào)頻率分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅里葉變換；在工程實(shí)踐中，運(yùn)用快速傅里葉變換的原理制成頻譜儀，這是故障診斷的有力工具。2021-12-1434第34頁(yè)/共41頁(yè)第三十四頁(yè)，共41頁(yè)?；?dòng)(h dn)時(shí)間2021-12-1435第35頁(yè)/共41頁(yè)第三十五頁(yè)，共41頁(yè)。一、單項(xiàng)選擇題（在備選答案中選出一個(gè)正確

28、(zhngqu)答案，并將其號(hào)碼填在題干中的橫線上）1潤(rùn)滑油液分析是一種 。A、直接(zhji)觀測(cè)法 B、參數(shù)測(cè)定法 C、磨損殘?jiān)鼫y(cè)定法 D、設(shè)備性能指標(biāo)測(cè)定2下列情況中能產(chǎn)生振動(dòng)的是 。A、潤(rùn)滑 B、轉(zhuǎn)子與靜止部分碰撞 C、冷卻 D、密封3ISO7919是一種 。A、絕對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn) B、相對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn) C、類比判斷標(biāo)準(zhǔn)4在ISO7919標(biāo)準(zhǔn)中，振動(dòng)在 內(nèi)的機(jī)器通常認(rèn)為是可以接受的，可以無(wú)限制地長(zhǎng)期運(yùn)行。A、區(qū)域A B、區(qū)域B C、區(qū)域C D、區(qū)域D2021-12-1436第36頁(yè)/共41頁(yè)第三十六頁(yè)，共41頁(yè)。5振動(dòng)烈度能反映出振動(dòng) 。A、能量 B、質(zhì)量 C、變量 D、速度6根據(jù)ISO7919和ISO10816標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)則二，若軸承座振動(dòng)或軸振動(dòng)的幅值合格，但變化量超過(guò)(chogu)報(bào)警限值的 ，不論是振動(dòng)變大或者變小都要報(bào)警。A、10 B、15 C、25 D、307下列參數(shù)中，不屬于簡(jiǎn)諧振動(dòng)三要素的是 。A、頻率 B、振幅 C、初相位 D、時(shí)間8若