《振動測量》課件

《振動測量》課程目標(biāo)本課程旨在幫助學(xué)生掌握振動測量的基本原理、方法和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生獨立解決工程實際問題的能力。課程內(nèi)容包括振動信號的采集、處理和分析，以及振動測試和故障診斷等。振動測量的基本概念振動定義振動是指物體圍繞其平衡位置的周期性運動，表現(xiàn)為物體位移、速度和加速度的變化。振動類型振動可分為周期性振動和非周期性振動，周期性振動可進(jìn)一步細(xì)分為簡諧振動、阻尼振動和受迫振動等。振動參數(shù)描述振動特性的參數(shù)包括振幅、頻率、周期、相位等，這些參數(shù)可以用來分析和診斷機(jī)械設(shè)備的運行狀態(tài)。振動測量振動測量是通過儀器設(shè)備來采集和分析振動信號，以了解機(jī)械設(shè)備的運行狀態(tài)，并進(jìn)行故障診斷和預(yù)測維護(hù)。振動信號的特性分析振動信號通常是復(fù)雜的非平穩(wěn)信號，需要進(jìn)行特性分析才能更好地理解和解釋。特征分析包括時間域分析、頻域分析和功率譜密度分析等。測量系統(tǒng)的組成傳感器將振動信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將信號傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。信號調(diào)理電路對傳感器輸出信號進(jìn)行放大、濾波、轉(zhuǎn)換等處理，使其適應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并記錄振動信號，并進(jìn)行初步分析和處理。數(shù)據(jù)分析軟件對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取振動信號的特征，判斷設(shè)備運行狀態(tài)。傳感器的選擇與安裝傳感器類型選擇合適的傳感器類型以滿足特定應(yīng)用需求?？紤]測量范圍、精度、頻率響應(yīng)等因素。安裝位置傳感器安裝位置至關(guān)重要，應(yīng)選擇振動信號最顯著的位置，避免干擾因素。安裝方法傳感器安裝方法應(yīng)牢固可靠，避免松動或脫落，并使用適當(dāng)?shù)墓ぞ吆筒牧线M(jìn)行安裝。校準(zhǔn)驗證安裝完成后，應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)驗證，確保傳感器正常工作，并與參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。信號調(diào)理電路1放大信號傳感器輸出的信號通常很弱，需要放大才能被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)識別。2濾除噪聲振動信號中常常混雜著各種噪聲，需要通過濾波器進(jìn)行處理。3轉(zhuǎn)換信號傳感器輸出的信號可能不是數(shù)字信號，需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換才能被計算機(jī)處理。4隔離干擾信號調(diào)理電路可以有效地隔離外界干擾，保證測量信號的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡是一種將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電子設(shè)備，并將其傳輸?shù)接嬎銠C(jī)系統(tǒng)。例如，NI-USB-6211數(shù)據(jù)采集卡支持模擬輸入/輸出、數(shù)字輸入/輸出、計數(shù)器/定時器等功能。傳感器連接器傳感器連接器是連接傳感器和數(shù)據(jù)采集卡的接口，確保數(shù)據(jù)采集卡的信號接收和數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)采集軟件數(shù)據(jù)采集軟件用于配置采集參數(shù)，例如采樣率、分辨率、通道數(shù)、觸發(fā)模式等，并控制數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲和處理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)存儲在計算機(jī)中，并進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理。時域分析方法1波形觀察觀察振動信號波形，識別瞬態(tài)沖擊、周期性振動等特征，判斷設(shè)備運行狀態(tài)。2幅值統(tǒng)計計算振動信號的峰值、均值、方差等統(tǒng)計量，分析振動幅值變化規(guī)律，識別故障趨勢。3特征參數(shù)提取提取振動信號的特征參數(shù)，如振動峰值、振動頻率、振動能量等，用于故障診斷和狀態(tài)評估。頻域分析方法1傅里葉變換將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號2頻譜分析識別信號頻率成分3功率譜分析分析信號能量分布4相位譜分析分析信號相位變化頻域分析方法將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，通過分析頻率成分、能量分布和相位變化，識別振動信號特征，進(jìn)而診斷設(shè)備故障。功率譜密度分析功率譜密度分析是一種常用的振動信號分析方法。它可以將信號分解成不同頻率成分，并量化每個頻率成分的能量。分析方法優(yōu)勢劣勢頻譜分析直觀地顯示信號的頻率成分難以確定每個頻率成分的能量功率譜密度分析量化每個頻率成分的能量分析過程比較復(fù)雜機(jī)械故障診斷基礎(chǔ)早期診斷早期診斷有助于預(yù)防嚴(yán)重故障，提高設(shè)備可用性。故障識別識別故障類型，例如磨損、裂紋、疲勞等，以便采取適當(dāng)措施。預(yù)測性維護(hù)利用數(shù)據(jù)分析預(yù)測潛在問題，避免突發(fā)故障，優(yōu)化設(shè)備運行狀態(tài)。軸承故障診斷振動信號分析軸承故障會產(chǎn)生獨特的振動模式，通過分析振動信號可以識別故障類型。頻譜分析頻譜分析可以識別軸承故障產(chǎn)生的特征頻率，例如滾珠或滾柱與滾道之間的摩擦頻率。時域分析時域分析可以觀察軸承振動信號的幅值、頻率和相位變化，從而識別故障特征。齒輪故障診斷齒輪故障類型齒輪常見的故障類型包括齒面磨損、齒根疲勞、齒輪斷裂、齒輪軸承故障等。齒面磨損齒根疲勞齒輪斷裂齒輪軸承故障診斷方法振動信號分析、聲發(fā)射分析、油液分析等方法可以有效地識別齒輪故障。振動信號分析聲發(fā)射分析油液分析電機(jī)故障診斷常見電機(jī)故障電機(jī)故障通常會導(dǎo)致異常振動、噪音和溫度升高，嚴(yán)重影響設(shè)備運行效率。軸承故障軸承故障會導(dǎo)致振動頻率變化，出現(xiàn)周期性沖擊，并伴隨異響。繞組故障繞組故障會導(dǎo)致電流異常，電機(jī)溫度升高，甚至出現(xiàn)斷路或短路故障。轉(zhuǎn)子故障轉(zhuǎn)子故障會導(dǎo)致電機(jī)振動頻率變化，出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致電機(jī)無法正常運行。泵/風(fēng)機(jī)故障診斷性能下降流量、揚(yáng)程、效率降低，噪音增加，振動加劇，這些都是泵/風(fēng)機(jī)故障的常見表現(xiàn)。軸承故障軸承磨損、損壞會導(dǎo)致振動和噪音增加，甚至可能導(dǎo)致軸承失效，影響設(shè)備正常運行。葉輪故障葉輪損壞、脫落、變形會導(dǎo)致流量、揚(yáng)程下降，噪音增加，甚至可能造成設(shè)備損壞。密封故障密封失效會導(dǎo)致泄漏，影響設(shè)備效率，甚至可能造成環(huán)境污染，因此需要及時維修更換密封。壓縮機(jī)故障診斷壓縮機(jī)故障類型壓縮機(jī)故障類型很多，例如：軸承故障、葉輪故障、閥門故障、油液故障、密封故障、過熱故障等等。診斷方法常用的壓縮機(jī)故障診斷方法包括振動分析、溫度監(jiān)測、壓力監(jiān)測、油液分析、聲學(xué)監(jiān)測、流量監(jiān)測等等。數(shù)據(jù)分析通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以識別出壓縮機(jī)可能出現(xiàn)的故障，并進(jìn)行及時處理。激振力分析頻率分析分析激振力的頻率譜，確定其主要頻率成分。幅值分析確定激振力的幅值大小，并與設(shè)備的共振頻率進(jìn)行比較。方向分析確定激振力的作用方向，判斷其對設(shè)備的影響。振動隔離設(shè)計減振器減振器通過吸收或耗散振動能量，降低振動幅度。彈簧彈簧提供彈性支撐，改變振動頻率，避免共振。隔離材料隔離材料如橡膠或軟木，降低振動傳遞效率。振動監(jiān)測系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采集振動傳感器收集設(shè)備振動信號，并將其傳輸?shù)奖O(jiān)測系統(tǒng)。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)閾值和算法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，識別潛在的故障。報警和報告當(dāng)檢測到異常振動時，系統(tǒng)會發(fā)出警報，并生成相應(yīng)的分析報告。在線監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)在線監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)是整個系統(tǒng)的核心。架構(gòu)設(shè)計直接影響著系統(tǒng)的性能、可靠性和可擴(kuò)展性。1數(shù)據(jù)采集層實時采集振動、溫度、壓力等數(shù)據(jù)。2數(shù)據(jù)傳輸層將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚砥脚_。3數(shù)據(jù)處理層對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、分析和處理。4數(shù)據(jù)存儲層存儲原始數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。5應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)可視化、報警和診斷功能。在線監(jiān)測系統(tǒng)實施1系統(tǒng)部署傳感器安裝和布線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配置2人員培訓(xùn)系統(tǒng)操作和維護(hù)數(shù)據(jù)分析和故障診斷3系統(tǒng)調(diào)試驗證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和完整性確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行4系統(tǒng)驗收滿足客戶需求和功能要求確保系統(tǒng)正常運行在線監(jiān)測系統(tǒng)實施需要仔細(xì)規(guī)劃和執(zhí)行，涉及系統(tǒng)部署、人員培訓(xùn)、系統(tǒng)調(diào)試和驗收等多個環(huán)節(jié)。振動信號采集規(guī)范傳感器位置傳感器應(yīng)安裝在能夠準(zhǔn)確反映設(shè)備振動狀態(tài)的位置，例如軸承座、齒輪箱、電機(jī)機(jī)殼等。安裝位置需要考慮振動方向，通常垂直于設(shè)備運行方向。傳感器類型傳感器類型應(yīng)根據(jù)設(shè)備類型和測量目的選擇，例如加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器等。傳感器應(yīng)具有合適的測量范圍和精度，滿足測量需求。振動信號后處理方法11.數(shù)據(jù)濾波去除噪聲和干擾信號，提高信號質(zhì)量。22.信號降噪使用各種降噪算法，例如小波降噪，自適應(yīng)濾波等。33.信號增強(qiáng)放大有用信號，降低噪聲的影響。44.信號特征提取提取振動信號的特征，例如峰值，頻率，幅值等。振動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析振動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析是診斷設(shè)備健康狀況的關(guān)鍵步驟，它可以幫助我們識別潛在故障，并預(yù)測設(shè)備未來的性能趨勢。數(shù)據(jù)分析方法包括時域分析、頻域分析、功率譜密度分析、以及其他高級分析方法，例如趨勢分析、降噪處理等。5步驟從數(shù)據(jù)采集到最終分析，通常需要經(jīng)過5個關(guān)鍵步驟，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)清洗、特征提取、模型訓(xùn)練、以及最終的預(yù)測分析。80%準(zhǔn)確率結(jié)合先進(jìn)的分析方法，我們可以達(dá)到超過80%的故障預(yù)測準(zhǔn)確率，幫助企業(yè)提前進(jìn)行維護(hù)，避免意外停機(jī)事故。10指標(biāo)我們根據(jù)實際需求選擇不同的指標(biāo)，例如振動幅值、頻率、相位、以及其他參數(shù)，來評價設(shè)備的健康狀況。100案例通過對大量歷史數(shù)據(jù)的分析，我們可以構(gòu)建模型預(yù)測未來的性能，并針對不同設(shè)備制定有效的維護(hù)策略。振動監(jiān)測數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)存儲創(chuàng)建數(shù)據(jù)倉庫，存儲歷史數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析利用分析工具挖掘趨勢和模式。數(shù)據(jù)報告生成可視化報告，進(jìn)行結(jié)果展示。案例分享：電廠設(shè)備診斷電廠設(shè)備診斷是振動監(jiān)測應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一。利用振動監(jiān)測技術(shù)，可以對電廠設(shè)備進(jìn)行早期故障診斷，預(yù)防重大設(shè)備事故的發(fā)生。案例分享主要介紹了某電廠鍋爐風(fēng)機(jī)軸承故障診斷的案例。通過振動監(jiān)測技術(shù)，成功地識別了風(fēng)機(jī)軸承的早期磨損，避免了設(shè)備故障的發(fā)生。振動監(jiān)測技術(shù)在電廠設(shè)備診斷中發(fā)揮著重要作用，可以提高設(shè)備運行效率，延長設(shè)備使用壽命，保障電廠安全運行。案例分享：化工廠設(shè)備監(jiān)測化工廠設(shè)備監(jiān)測可以有效預(yù)防設(shè)備故障，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。該案例介紹了某大型化工廠的設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實時監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)，并對異常情況進(jìn)行預(yù)警。系統(tǒng)采用在線監(jiān)測技術(shù)，利用傳感器采集振動、溫度、壓力等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析處理，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在問題，確保設(shè)備安全可靠運行，避免事故發(fā)生。案例分享：制造業(yè)設(shè)備維護(hù)本案例以某大型汽車制造廠為例，介紹振動監(jiān)測技術(shù)在設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用。通過對生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備的實時振動監(jiān)測，提前發(fā)現(xiàn)潛在故障，降低設(shè)備故障率，提高生產(chǎn)效率，減少