振動(dòng)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)

測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)

目錄主要介紹工業(yè)中常見(jiàn)物理量(振動(dòng)、噪聲、壓力、應(yīng)變、溫度等）的傳感器測(cè)量原理、測(cè)試系統(tǒng)原理和基本信號(hào)分析方法。測(cè)試技術(shù)基本概念測(cè)試系統(tǒng)基礎(chǔ)傳感器技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集分析儀數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)常見(jiàn)的信號(hào)分析方法

旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷圖譜定義測(cè)試技術(shù)基本概念試驗(yàn)：對(duì)未知事物探索性的認(rèn)識(shí)過(guò)程測(cè)量：為確定量值而進(jìn)行的試驗(yàn)過(guò)程測(cè)試：具有試驗(yàn)性的測(cè)量測(cè)試技術(shù)基本概念測(cè)試技術(shù)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)的一部分，主要研究各種物理量的測(cè)量原理以及信號(hào)分析處理方法。測(cè)試技術(shù)是進(jìn)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)測(cè)量必不可少的手段，起著人的感官的作用。簡(jiǎn)單的測(cè)試系統(tǒng)可以只有一個(gè)模塊，如玻璃管溫度計(jì)。它直接將被溫度變化轉(zhuǎn)化液面示值。沒(méi)有電量轉(zhuǎn)換和分析電路，很簡(jiǎn)單，但精度底，無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化。

為提高測(cè)量精度和自動(dòng)化程度，以便于和其它環(huán)節(jié)一起構(gòu)成自動(dòng)化裝置，通常先將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量，再對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理和輸出。如圖所示的測(cè)振儀。

測(cè)試技術(shù)工程應(yīng)用在工程領(lǐng)域，科學(xué)實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制等，都離不開(kāi)測(cè)試技術(shù)。測(cè)試技術(shù)應(yīng)用涉及到土木建筑、航空航天、汽車、機(jī)械、電力、石化和海洋運(yùn)輸?shù)让恳粋€(gè)工程領(lǐng)域。土木工程中的應(yīng)用橋梁房屋建筑等土木工程中，涉及使用者的安全性，因此經(jīng)常需要檢測(cè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度（承載力）、抗振性能等試驗(yàn)。航空航天工程應(yīng)用神州飛船飛機(jī)整機(jī)強(qiáng)度試驗(yàn)、模態(tài)試驗(yàn)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)、整機(jī)測(cè)試、動(dòng)部件測(cè)試等火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)衛(wèi)星地面試驗(yàn)航天旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立狀態(tài)（定期或在線）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油罐等壓力容器的破損和泄露檢測(cè)。產(chǎn)品質(zhì)量控制在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件的加工出廠質(zhì)量檢驗(yàn)。為了保證加工精度，需要監(jiān)測(cè)機(jī)床的振動(dòng)等。

機(jī)床加工精度測(cè)量圖示為汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖，測(cè)量參數(shù)包括潤(rùn)滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過(guò)對(duì)抽樣汽車的測(cè)試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。汽車扭距測(cè)量測(cè)試系統(tǒng)基本概念測(cè)試系統(tǒng)是執(zhí)行測(cè)試任務(wù)的傳感器、儀器和設(shè)備的總稱。簡(jiǎn)單測(cè)試系統(tǒng)(光電池)V復(fù)雜測(cè)試系統(tǒng)(軸承缺陷檢測(cè))加速度計(jì)帶通濾波器包絡(luò)檢波器測(cè)試系統(tǒng)分類靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)顧名思義，被測(cè)物理量在測(cè)試過(guò)程中，量值基本不發(fā)生變化，在任何時(shí)候采集一組數(shù)據(jù)得到的數(shù)值都是相同的。例如1節(jié)電池的電壓為1.5V，在測(cè)試過(guò)程中始終是1.5V.如DH3818DH3815N橋梁荷載試驗(yàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)當(dāng)被測(cè)物理量的幅值變化很大，很快時(shí)，必須采用與之相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，方能得到真實(shí)有效的信號(hào)。

測(cè)試系統(tǒng)組成一般說(shuō)來(lái)，測(cè)試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。傳感器（耳朵、眼睛、皮膚等）將被測(cè)物理量(如噪聲,溫度、振動(dòng)等)檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對(duì)接收到的電信號(hào)用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進(jìn)行信號(hào)分析，顯示記錄裝置則測(cè)量結(jié)果分析處理后顯示出來(lái)，提供給觀察者去做判斷分析。傳感器基礎(chǔ)---被測(cè)物理量應(yīng)力應(yīng)變：材料或構(gòu)件在單位截面上所承受的垂直作用力稱為應(yīng)力。在外力作用下，單位長(zhǎng)度材料的伸長(zhǎng)量或縮短量，稱為應(yīng)變量。在一定的應(yīng)力范圍（彈性形變）內(nèi)，材料的應(yīng)力與應(yīng)變量成正比，它們的比例常數(shù)稱為彈性模量或彈性系數(shù)。胡克定律（彈性定律）傳感器基礎(chǔ)—被測(cè)物理量振動(dòng)位移：就是質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)的總的距離，也就是說(shuō)當(dāng)質(zhì)量塊振動(dòng)時(shí)，位移就是質(zhì)量塊上、下運(yùn)動(dòng)有多遠(yuǎn)。位移的單位可以用μm表示。進(jìn)一步可以從振動(dòng)位移的時(shí)間波形推出振動(dòng)的速度和加速度值。傳感器—被測(cè)物量振動(dòng)相位：是一個(gè)振動(dòng)部件相對(duì)于機(jī)器的另一個(gè)振動(dòng)部件在某一固定參考點(diǎn)處的相對(duì)移動(dòng)。也就是說(shuō)振動(dòng)相位是某一位置處的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)相對(duì)于另一位置處的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，對(duì)所發(fā)生位置變化程度的度量。振動(dòng)相位是一個(gè)很有用的設(shè)備故障診斷工具。如下圖所示，給出了兩個(gè)彼此同相位振動(dòng)的系統(tǒng)，即兩個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)以零度相位差運(yùn)動(dòng)。傳感器技術(shù)基礎(chǔ)傳感器是借助檢測(cè)元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。

物理量電量

目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。傳感器技術(shù)傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測(cè)物理量，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對(duì)敏感器件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀器接入。

dV傳感器技術(shù)---傳感器種類自發(fā)電型:直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作.磁電速度傳感器、壓電加速度計(jì)、熱電偶溫度計(jì).非自發(fā)電型:從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部供給能量的變化.例如:電阻應(yīng)變片.橋式傳感器等dV傳感器技術(shù)—傳感器分類傳感器根據(jù)被測(cè)物量的不同分為：溫度傳感器、壓力傳感器、力傳感器、應(yīng)變計(jì)、振動(dòng)傳感器（位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器）、轉(zhuǎn)速傳感器以及噪聲傳感器等；常常用磁電式速度傳感器、壓電式加速度傳感器、應(yīng)變式位移傳感器來(lái)表示描述傳感器，即說(shuō)明了傳感器的工作原理，又說(shuō)明了傳感器測(cè)量的物理量類型。

電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變片工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著所受機(jī)械變形(伸長(zhǎng)或縮短)的變化而發(fā)生變化象。

1)工作原理上述任何一個(gè)參數(shù)變換均會(huì)引起電阻變化,求導(dǎo)數(shù)金屬應(yīng)變片的電阻R為代入有金屬絲：金屬絲體積不變：有：對(duì)金屬材料，導(dǎo)電率不變：金屬絲應(yīng)變片：應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù)

1.目測(cè)電阻應(yīng)變片有無(wú)折痕.斷絲等缺陷，有缺陷的應(yīng)變片不能粘貼。2.用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量應(yīng)變片電阻值大小。同一電橋中各應(yīng)變片之間阻值相差不得大于0.5歐姆.3.試件表面處理：貼片處置用細(xì)紗紙打磨干凈，用酒精棉球反復(fù)擦洗貼處，直到棉球無(wú)黑跡為止。4.應(yīng)變片粘貼:在應(yīng)變片基底上擠一小滴502膠水，輕輕涂抹均勻，立即放在應(yīng)變貼片位置。5.焊線:用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到導(dǎo)引線上。6.用兆歐表檢查應(yīng)變片與試件之間的絕緣組織。7.應(yīng)變片保護(hù)：用704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止受潮。3)應(yīng)變片測(cè)量電路VER1R2R3R4令：金屬絲應(yīng)變片：V與應(yīng)變成線性關(guān)系，可以用電橋測(cè)量電壓測(cè)量應(yīng)變電橋的接法：?jiǎn)伪?/p>

半橋全橋動(dòng)手做：自己動(dòng)手在等強(qiáng)度梁上粘貼應(yīng)變片。使用應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試等強(qiáng)度梁應(yīng)變值。電渦流位移傳感器原理:渦流效應(yīng)產(chǎn)品：電渦流轉(zhuǎn)速傳感器磁電式速度傳感器

1.變換原理:

磁電式傳感器是把被測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種轉(zhuǎn)換器。感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

磁電式速度傳感器DH610傳感器線速度型角速度型測(cè)速電機(jī)磁電速度傳感器應(yīng)用橋梁等大型結(jié)構(gòu)的動(dòng)特性測(cè)試，模態(tài)試驗(yàn)；旋轉(zhuǎn)機(jī)械低轉(zhuǎn)速設(shè)備的振動(dòng)測(cè)試。

加速度計(jì)力傳感器壓電式傳感器

加速度傳感器安裝方式模態(tài)試驗(yàn)壓電式傳感器應(yīng)用旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷DH186DH187等光電轉(zhuǎn)速傳感器

光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的器件。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應(yīng)。

內(nèi)光電效應(yīng)

半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì),使其導(dǎo)電性能增強(qiáng),光線愈強(qiáng)，阻值愈低，這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象,稱為內(nèi)光電效應(yīng)

。傳感器指標(biāo)與選用原則選擇傳感器主要考慮的幾個(gè)指標(biāo)：靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測(cè)量方式、安裝方式等方面的問(wèn)題。1、靈敏度傳感器將物理量轉(zhuǎn)換成電量后，我們測(cè)到的是電壓，如何知道真實(shí)物理量變化了多少呢？這就是傳感器的靈敏度指標(biāo)要告訴我們的。靈敏度就是單位物理量變化產(chǎn)生的電量大小。如位移傳感器靈敏度指標(biāo)：7.87mv/um。單位：V/EU一般說(shuō)來(lái)，傳感器靈敏度越高越好，但在確定靈敏度時(shí)，要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題。靈敏度過(guò)高引起的干擾問(wèn)題；量程范圍。、交叉靈敏度問(wèn)題。2響應(yīng)特性

傳感器的響應(yīng)特性是指在所測(cè)頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測(cè)量條件。實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲的時(shí)間越短越好。3線性范圍

任何傳感器都有一定線性工作范圍。在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測(cè)量精度的基本條件。4穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是表示傳感器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。5精確度

傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。

6測(cè)量方式

傳感器工作方式，也是選擇傳感器時(shí)應(yīng)考慮的重要因素。例如，接觸與非接觸測(cè)量、破壞與非破壞性測(cè)量、在線與非在線測(cè)量等。7現(xiàn)場(chǎng)安裝在一些特殊場(chǎng)合，傳感器的安裝收到限制，必須考慮實(shí)際情況選擇合適的安裝方式。數(shù)據(jù)采集分析儀熟悉動(dòng)態(tài)信號(hào)的基本概念了解數(shù)據(jù)采集分析儀構(gòu)成了解各部分作用熟悉儀器的技術(shù)指標(biāo)測(cè)試信號(hào)數(shù)字化處理的基本步驟物理信號(hào)對(duì)象傳感器電信號(hào)信號(hào)調(diào)理電信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)計(jì)算機(jī)顯示數(shù)采儀器組成靜態(tài)測(cè)試儀組成：信號(hào)調(diào)理器+電壓放大器+低通濾波器+A/D采樣+數(shù)據(jù)通訊+計(jì)算機(jī)（采樣控制軟件）動(dòng)態(tài)測(cè)試分析儀組成：信號(hào)調(diào)理器+電壓放大器+抗混濾波器+A/D采樣++DSP處理器+數(shù)據(jù)通訊+計(jì)算機(jī)（采樣控制+信號(hào)分析軟件）DH動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)便攜式動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀：將信號(hào)適調(diào)器+電壓放大器++抗混濾波器+A/D采樣+DSP處理器集中在一個(gè)采集系統(tǒng)中，外接計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和顯示。例如DH5920等便攜式動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀；手持式儀器：還有一些系統(tǒng)將信號(hào)適調(diào)器+電壓放大器++抗混濾波器+A/D采樣+DSP處理器+數(shù)據(jù)通訊+計(jì)算顯示+應(yīng)用分析軟件集中在一個(gè)系統(tǒng)中，無(wú)需外接計(jì)算機(jī)。如手持式儀器DH5901\DH5903\DH5904\DH5925等；集成度更高的動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)：傳感器+信號(hào)適調(diào)器+電壓放大器+抗混濾波器+A/D采樣+DSP處理器+計(jì)算機(jī)DH5907A橋梁模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：傳感器+信號(hào)適調(diào)器+電壓放大器+抗混濾波器+A/D采樣+DSP處理器+工控機(jī)+服務(wù)器。DH5971DH5926傳感器與測(cè)試系統(tǒng)之間的連接方式不同類型的傳感器與數(shù)據(jù)采集器之間的連接方式不同：發(fā)電型傳感器，如壓電傳感器、磁電式傳感器由于其原理是自發(fā)電型傳感器，因此不需要外供電，傳感器輸出經(jīng)過(guò)放大器后直接輸入采集系統(tǒng)；非自發(fā)電型傳感器，例如：應(yīng)變計(jì)、電阻或電容式傳感器，以及各種橋式傳感器、電渦流傳感器、ICP加速度傳感器等，這種傳感器在接入采集系統(tǒng)之前需要采集系統(tǒng)的信號(hào)適調(diào)器提供電源（電壓或電流）。信號(hào)調(diào)理的的目的是便于信號(hào)的傳輸與處理。

信號(hào)調(diào)理器的作用

1.傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要進(jìn)一步放大，有的還要進(jìn)行阻抗變換。

2.有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。3、為傳感器提供符合要求的供電電源：電荷調(diào)理器、應(yīng)變調(diào)理器等電荷調(diào)理器F+將壓電傳感器輸出的電荷量轉(zhuǎn)換成電壓量。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)1.了解信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）

2.掌握信號(hào)采樣定理，能正確選擇采樣頻率

3.了解數(shù)字信號(hào)處理中信號(hào)截?cái)?、能量泄露等現(xiàn)象

4.掌握常用的數(shù)字信號(hào)處理方法模數(shù)(A/D)

采樣――利用采樣脈沖序列，從信號(hào)中抽取一系列離散值，使之成為采樣信號(hào)x(nTs)的過(guò)程．編碼――將經(jīng)過(guò)量化的值變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字的過(guò)程。

量化――把采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)舍入變?yōu)橹挥杏邢迋€(gè)有效數(shù)字的數(shù)，這一過(guò)程稱為量化．A/D轉(zhuǎn)換

6.3采樣定理

采樣是將采樣脈沖序列p(t)與信號(hào)x(t)相乘，取離散點(diǎn)x(nt)的值的過(guò)程。X(0),X(1),X(2),……,X(n)

每周期應(yīng)該有多少采樣點(diǎn)？最少2點(diǎn):采樣定理

為保證采樣后信號(hào)能真實(shí)地保留原始模擬信號(hào)信息，信號(hào)采樣頻率必須至少為原信號(hào)中最高頻率成分的2倍。這是采樣的基本法則，稱為采樣定理。Fs＞2Fmax

需注意，滿足采樣定理，只保證不發(fā)生頻率混疊，而不能保證此時(shí)的采樣信號(hào)能真實(shí)地反映原信號(hào)x(t)。工程實(shí)際中采樣頻率通常大于信號(hào)中最高頻率成分的3到5倍。頻混現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)：

A/D采樣前的抗混迭濾波：

物理信號(hào)對(duì)象傳感器電信號(hào)調(diào)理放大電信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)展開(kāi)抗混濾波(0-Fs/2)放大動(dòng)手做：測(cè)量1kHz的動(dòng)態(tài)信號(hào)，采樣率設(shè)置為1kHz，觀察測(cè)到的信號(hào)是否失真。思考題：1.A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有那些？2.信號(hào)量化誤差與A/D，D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)的關(guān)系？3.采樣定理的含義，當(dāng)不滿足采樣定理時(shí)如何計(jì)算混迭頻率？4.A/D采樣為何要加抗混迭濾波器，其作用是什麼？

5.數(shù)字信號(hào)處理中采樣信號(hào)的頻譜為何一定會(huì)產(chǎn)生能量泄漏，如何解決？6.用FFT計(jì)算的頻譜為何一定會(huì)存在柵欄效應(yīng)誤差？7.窗函數(shù)的作用是什麼？信號(hào)分析基礎(chǔ)1.了解信號(hào)分類方法2.掌握信號(hào)時(shí)域波形分析方法3.掌握信號(hào)時(shí)差域相關(guān)分析方法4.掌握信號(hào)頻域頻譜分析方法5.了解其它信號(hào)分析方法信號(hào)的分類與描述

信號(hào)的分類主要是依據(jù)信號(hào)波形特征來(lái)劃分的，在介紹信號(hào)分類前，先建立信號(hào)波形的概念。信號(hào)波形：被測(cè)信號(hào)信號(hào)幅度隨時(shí)間的變化歷程稱為信號(hào)的波形。0At信號(hào)波形圖：用被測(cè)物理量的強(qiáng)度作為縱坐標(biāo)，用時(shí)間做橫坐標(biāo)，記錄被測(cè)物理量隨時(shí)間的變化情況。信號(hào)的時(shí)域波形分析

信號(hào)的時(shí)域波形分析是最常用的信號(hào)分析手段，用測(cè)試系統(tǒng)可以直接顯示信號(hào)波形，讀取特征參數(shù)（統(tǒng)計(jì)信息）。1、信號(hào)波形圖

周期T，頻率f=1/T峰值PAtT

PPp-p峰峰值Pp-p4、均值

均值E[x(t)]表示集合平均值或數(shù)學(xué)期望值。均值：反映了信號(hào)變化的中心趨勢(shì)，也稱之為直流分量。5、均方值（標(biāo)準(zhǔn)差）信號(hào)的均方值E[x2(t)]，表達(dá)了信號(hào)的強(qiáng)度；其正平方根值，又稱為有效值(RMS)，也是信號(hào)平均能量的一種表達(dá)。

波形分析的應(yīng)用超標(biāo)報(bào)警信號(hào)類型識(shí)別

基本參數(shù)識(shí)別Pp-p案例：汽車速度測(cè)量:波形分析應(yīng)用超標(biāo)報(bào)警：在線監(jiān)測(cè)和離線巡檢系統(tǒng)中，用于判斷設(shè)備振動(dòng)是否超標(biāo)的振動(dòng)值，就是從波形分析中計(jì)算出來(lái)的特征參數(shù)。位移：峰峰值等效峰峰值振動(dòng)速度：有效值加速度：峰值等效峰值通過(guò)積分得到的位移的峰峰值都是計(jì)算峰峰值，不能和電渦流傳感器測(cè)得峰峰值進(jìn)行比較。信號(hào)的幅值域分析

1概率密度函數(shù)

以幅值大小為橫坐標(biāo)，以每個(gè)幅值間隔內(nèi)出現(xiàn)的概率為縱坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法。它反映了信號(hào)落在不同幅值強(qiáng)度區(qū)域內(nèi)的概率情況。

p(x)的計(jì)算方法：2直方圖

以幅值大小為橫坐標(biāo)，以每個(gè)幅值間隔內(nèi)出現(xiàn)的頻次為縱坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的一種方法。直方圖概率密度函數(shù)歸一化3、概率分布函數(shù)

概率分布函數(shù)是信號(hào)幅值小于或等于某值R的概率，其定義為：概率分布函數(shù)又稱之為累積概率，表示了落在某一區(qū)間的概率。實(shí)驗(yàn)圖譜

波形相關(guān)分析（相關(guān)函數(shù)）如果所研究的變量x,y是與時(shí)間有關(guān)的函數(shù)，即x(t)與y(t)：x(t)y(t)這時(shí)可以引入一個(gè)與時(shí)間τ有關(guān)的量，稱為函數(shù)的相關(guān)系數(shù)，簡(jiǎn)稱相關(guān)函數(shù)，并有：相關(guān)函數(shù)反映了二個(gè)信號(hào)在時(shí)移中的相關(guān)性。x(t)y(t)y(t)y(t)y(t)相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)

相關(guān)函數(shù)描述了兩個(gè)信號(hào)間或信號(hào)自身不同時(shí)刻的相似程度，通過(guò)相關(guān)分析可以發(fā)現(xiàn)信號(hào)中許多有規(guī)律的東西。

（1）自相關(guān)函數(shù)是的偶函數(shù)，RX()=Rx(-)；（2）當(dāng)=0時(shí)，自相關(guān)函數(shù)具有最大值。（3）周期信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)仍然是同頻率的周期信號(hào)，但不保留原信號(hào)的相位信息。（4）隨機(jī)噪聲信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)將隨的增大快速衰減。（5）兩周期信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)仍然是同頻率的周期信號(hào)，且保留原了信號(hào)的相位信息。（6）兩個(gè)非同頻率的周期信號(hào)互不相關(guān)。相關(guān)分析----工程應(yīng)用

案例1：機(jī)械加工表面粗糙度自相關(guān)分析被測(cè)工件相關(guān)分析性質(zhì)3,性質(zhì)4:提取出回轉(zhuǎn)誤差等周期性的故障源。相關(guān)分析---案例2：自相關(guān)測(cè)轉(zhuǎn)速理想信號(hào)干擾信號(hào)實(shí)測(cè)信號(hào)自相關(guān)系數(shù)性質(zhì)3，性質(zhì)4：提取周期性轉(zhuǎn)速成分。相關(guān)分析---案例3：地下輸油管道漏損位置的探測(cè)tX1X2相關(guān)分析--案例4：地震位置測(cè)量頻域分析

信號(hào)頻域分析是采用傅立葉變換FFT將時(shí)域信號(hào)x(t)變換為頻域信號(hào)X(f)，從而幫助人們從另一個(gè)角度來(lái)了解信號(hào)的特征。

傅里葉變換X(t)=

sin(2πnft)0t0f信號(hào)頻譜X(f)代表了信號(hào)在不同頻率分量成分的大小，能夠提供比時(shí)域信號(hào)波形更直觀，豐富的信息。

時(shí)域分析與頻域分析的關(guān)系時(shí)間幅值頻率時(shí)域分析頻域分析時(shí)域分析只能反映信號(hào)的幅值隨時(shí)間的變化情況，除單頻率分量的簡(jiǎn)諧波外，很難明確揭示信號(hào)的頻率組成和各頻率分量大小。

圖例：受噪聲干擾的多頻率成分信號(hào)

頻譜分析在頻譜分析模塊中，時(shí)域數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)FFT變換后得到其傅里葉譜的幅值譜。幅值譜也叫做線性譜，分為：實(shí)時(shí)譜：每一塊數(shù)據(jù)的傅里葉譜的幅值譜。平均譜：將所有塊數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)譜按一定的平均方式平均后得到的幅值譜。大型空氣壓縮機(jī)傳動(dòng)裝置故障診斷1時(shí)域和頻域的對(duì)應(yīng)關(guān)系131Hz147Hz165Hz175Hz頻域參數(shù)對(duì)應(yīng)于設(shè)備轉(zhuǎn)速、固有頻率等參數(shù)，物理意義更明確。頻譜圖的概念

工程上習(xí)慣將計(jì)算結(jié)果用圖形方式表示，以fn(ω0)為橫坐標(biāo)，bn、an為縱坐標(biāo)畫圖，稱為實(shí)頻－虛頻譜圖。圖例以fn為橫坐標(biāo)，An、為縱坐標(biāo)畫圖，則稱為幅值－相位譜；以fn為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)畫圖，則稱為功率譜。幅值－相位譜實(shí)驗(yàn)：典型信號(hào)的頻譜分析

頻譜分析—工程應(yīng)用

頻譜分析主要用于識(shí)別信號(hào)中的周期分量，是信號(hào)分析中最常用的一種手段。案例：在齒輪箱故障診斷通過(guò)齒輪箱振動(dòng)信號(hào)頻譜分析，確定最大頻率分量，然后根據(jù)機(jī)床轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)鏈，找出故障齒輪。案例：螺旋漿設(shè)計(jì)可以通過(guò)頻譜分析確定螺旋漿的固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速，確定螺旋漿轉(zhuǎn)速工作范圍。

譜陣分析：設(shè)備啟/停車變速過(guò)程分析

思考：從下面的功率譜中讀出信號(hào)的主要頻率成分。500Hz010V思考2：從下面的信號(hào)波形圖中讀出其主要參數(shù)。5V-5V0.1秒0模態(tài)試驗(yàn)與分析

ModalTest&Analyse什么叫“模態(tài)”？“ModalTest”利用振動(dòng)測(cè)試、信號(hào)處理、參數(shù)識(shí)別的方法，確定結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性一種試驗(yàn)分析技術(shù)。

結(jié)構(gòu)動(dòng)特性結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性是結(jié)構(gòu)固有的特性，包括哪些模態(tài)參數(shù)？模態(tài)頻率（固有頻率）模態(tài)阻尼模態(tài)振型模態(tài)剛度模態(tài)質(zhì)量模態(tài)分析方法如何獲得結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)？有限元計(jì)算法：通?？梢詮慕Y(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和阻尼計(jì)算出結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)參數(shù)，例如固有頻率、阻尼和振型等，這個(gè)過(guò)程是有限元分析法。這個(gè)過(guò)程可以在結(jié)構(gòu)加工或建成之前進(jìn)行計(jì)算，但是計(jì)算精度受到各種簡(jiǎn)化約束的限制，精度不夠。模態(tài)試驗(yàn)法：通過(guò)對(duì)已有試件進(jìn)行激勵(lì)，激起結(jié)構(gòu)的共振頻率，從測(cè)量結(jié)構(gòu)的輸入激勵(lì)信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)計(jì)算得到其頻響函數(shù)。然后對(duì)從頻響函數(shù)或傳遞率進(jìn)行模態(tài)識(shí)別，識(shí)別出結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率、阻尼和振型，在已知輸入力的情況下，還可以識(shí)別結(jié)構(gòu)的模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度.模態(tài)實(shí)驗(yàn)過(guò)程旋轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)測(cè)與故障診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷通常是通過(guò)振動(dòng)來(lái)分析其故障，因?yàn)樾D(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)信號(hào)與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)?；靖拍?-通頻值

通頻振動(dòng)不同于頻譜圖中特定頻率下的振動(dòng)，不管頻率是多少，它是所有振動(dòng)成分的總和—通頻值。通頻值類型：加速度峰值、速度有效值、位移峰峰值等.對(duì)于位移峰峰值，有的測(cè)試系統(tǒng)采用的是真峰峰值（實(shí)際測(cè)量的最大值與最小值之差絕對(duì)值），有的測(cè)試系統(tǒng)采用的峰峰值（通過(guò)計(jì)算有效值，然后乘上2.828的來(lái)）。同樣加速度峰值也有真峰值和峰值之分，國(guó)外產(chǎn)品除直接測(cè)量位移值外，大都采用計(jì)算得到的峰值或峰峰值。

倍頻

振動(dòng)頻率也可以用轉(zhuǎn)速頻率的倍數(shù)來(lái)表示。倍頻就是用轉(zhuǎn)速頻率的倍數(shù)來(lái)表示的振動(dòng)頻率。一倍頻——又稱基頻、工頻，為轉(zhuǎn)子實(shí)際工作轉(zhuǎn)速的頻率，f=n/60

[Hz]思考：某機(jī)器的實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速n為1500r/min，振動(dòng)的1倍頻二倍頻和半頻分別是多少？鍵相在轉(zhuǎn)子上布置鍵相標(biāo)記K，在軸承座上布置鍵相傳感器K（光電式或渦流式），其輸出為相位參考脈沖。參考脈沖是測(cè)量相位的基準(zhǔn)。參考脈沖也可用于測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。故障診斷常用圖譜振動(dòng)趨勢(shì)圖——顯示振幅及相位與時(shí)間的關(guān)系。從振動(dòng)趨勢(shì)圖可以看到異常振動(dòng)的起始時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、終止時(shí)間，波形圖——顯示通頻振動(dòng)位移（總振值）與時(shí)間(周期)的關(guān)系，又稱幅值時(shí)域圖。頻譜圖——顯示了在各振動(dòng)分量的頻率及其振幅值。橫坐標(biāo)可選擇“階比”或“頻率”，一般用階比。軸心軌跡圖——顯示轉(zhuǎn)子軸心相對(duì)于軸承座渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)的軌跡。軸心位置圖——在忽略振動(dòng)的情況下，顯示軸心相對(duì)與軸承中心的穩(wěn)態(tài)位置。故障診斷常見(jiàn)圖譜啟停機(jī)圖譜（又稱瞬態(tài)圖，僅分析啟停機(jī)過(guò)程中的狀況）轉(zhuǎn)速時(shí)間圖——顯示開(kāi)停機(jī)過(guò)程中，轉(zhuǎn)速變化與時(shí)間的關(guān)系。極坐標(biāo)圖——把開(kāi)停機(jī)過(guò)程中振幅與相位隨轉(zhuǎn)速變化關(guān)系用極坐標(biāo)的形式表示出來(lái)，又稱極坐標(biāo)圖，或奈奎斯特圖。波德圖——顯示轉(zhuǎn)子振幅和相位隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線。頻譜瀑布圖(級(jí)聯(lián)圖)——顯示轉(zhuǎn)子在各種轉(zhuǎn)速（或時(shí)間）下的頻譜變化。通常表示：X軸——頻率；Y軸——振幅；Z軸——時(shí)間或轉(zhuǎn)速間隔。如何獲得有效的振動(dòng)數(shù)據(jù)如何獲得有效振動(dòng)數(shù)據(jù)高質(zhì)量的數(shù)據(jù)是振動(dòng)監(jiān)測(cè)計(jì)劃成功的基礎(chǔ)檢測(cè)分析校正驗(yàn)證獲得穩(wěn)定高質(zhì)量數(shù)據(jù)需注意的問(wèn)題選擇測(cè)量位置機(jī)器和測(cè)點(diǎn)識(shí)別測(cè)量參數(shù)儀器選擇、設(shè)置和調(diào)整測(cè)量技巧傳感器安裝

選擇測(cè)量位置1.選擇合適的測(cè)量位置盡量靠近軸承三個(gè)方向設(shè)測(cè)點(diǎn)且必須設(shè)在剛性良好處對(duì)低速重負(fù)荷軸承，在負(fù)載區(qū)域設(shè)測(cè)點(diǎn)

選擇測(cè)量位置（續(xù)）2.不要為了測(cè)量犧牲安全性，必要時(shí)安裝固定傳感器3.水平方向盡量接近水平軸線4.垂直方向盡量接近垂直軸線5.軸向與軸平行，每次在相同位置，如3:00,9:006.對(duì)泵，不要將密封位置誤認(rèn)為軸承7.不要在基座或基礎(chǔ)上測(cè)取軸承數(shù)據(jù)8.不要將測(cè)量位置放在薄鋼板上，如電機(jī)端罩機(jī)器和測(cè)點(diǎn)識(shí)別制定機(jī)器和測(cè)點(diǎn)命名規(guī)則,并保持一致

A.從電動(dòng)機(jī)外端軸承開(kāi)始，到被驅(qū)動(dòng)機(jī)器外端軸承結(jié)束

1,2,3,4 MO,MI,PI,PO MOV,MIV,FIV,FOV

B.使用一致的方向字符：A,H,V C.立式機(jī)器：A,N,E機(jī)器和測(cè)點(diǎn)識(shí)別（續(xù)）2.清洗標(biāo)記機(jī)器名字3.清洗標(biāo)記測(cè)點(diǎn)位置，可焊接一個(gè)盤4.對(duì)每臺(tái)機(jī)器畫一個(gè)圖，注明測(cè)量位置，包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)范圍5.畫一個(gè)工廠機(jī)器分布圖

識(shí)別機(jī)器,確定測(cè)量路徑測(cè)量參數(shù)對(duì)每臺(tái)機(jī)器的每個(gè)測(cè)點(diǎn)設(shè)定最佳頻率范圍了解振源頻率，如：軸承，齒輪，葉片，電源，轉(zhuǎn)子籠條。及這些頻率的諧頻一般如果沒(méi)有齒輪時(shí)，滾動(dòng)軸承機(jī)器Fmax->40X–50XRPM滑動(dòng)軸承機(jī)器Fmax->20X特殊情況下，非常高的頻率范圍SKF22212軸承故障頻率，轉(zhuǎn)速6086RPM齒輪嚙合頻率12000CPM:1X-3X輸入軸，1X輸出軸較高分辨率24000CPM:比上圖增加了1X-3X輸出軸分辨率降低240,000CPM:比上圖增加了5倍小齒輪軸承外 圈故障頻率360,000CPM:比上圖