設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)第3章-設(shè)備故障診斷的技術(shù)

1、第三章第三章 設(shè)備故障診斷的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)備故障診斷的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：n熟悉熟悉設(shè)備故障診斷技術(shù)的內(nèi)容；n掌握掌握設(shè)備故障信息獲取和檢測方法的框架知識；n了解了解設(shè)備故障常用的3種評定標(biāo)準(zhǔn)及相對判斷標(biāo)準(zhǔn)的制定方法；n熟悉熟悉故障診斷中的信號處理，傅里葉變換傅里葉變換在故障診斷的信號處理中占有核心的地位，須理解這一重要理論基礎(chǔ)。2021-12-241 機(jī)械振動振動狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在理論上和方法上都很成熟，它涉及很多學(xué)科知識。本章介紹設(shè)備故障診斷特別特別是振動診斷的技術(shù)基礎(chǔ)，第一節(jié)第一節(jié) 設(shè)備故障診斷技術(shù)的內(nèi)容設(shè)備故障診斷技術(shù)的內(nèi)容設(shè)備故障診斷的內(nèi)容內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷和故障預(yù)

2、測三個方面。 n設(shè)備故障診斷的具體實(shí)施過程具體實(shí)施過程可以歸納為如下4個方面:(1)信息采集信息采集：設(shè)備在運(yùn)行過程中必然會有力、熱、振動及能量等各種量的變化，由此會產(chǎn)生各種不同信息。根據(jù)根據(jù)不同的診斷需要，選擇選擇能表征設(shè)備工作狀態(tài)的不同信號，如振動、壓力、溫度等，這些信號一般是用不同的傳感器來獲取的，我們簡稱為數(shù)采。 (2)信號處理信號處理：這是將采集到的信號信號進(jìn)行分類處理、加工，獲得能表征機(jī)器特征的過程，也稱特征提取過程，如對振動信號從時域時域變換到頻域頻域進(jìn)行頻譜分析即是這個過程。2021-12-242第一節(jié)第一節(jié) 設(shè)備故障診斷技術(shù)的內(nèi)容設(shè)備故障診斷技術(shù)的內(nèi)容(3)狀態(tài)識別狀態(tài)識別：

3、將經(jīng)過信號處理后獲得獲得的設(shè)備特征參數(shù)與規(guī)定的允許參數(shù)或判別參數(shù)進(jìn)行比較比較、對此以確定設(shè)備所處的狀態(tài)狀態(tài)，即即是否存在故障、故障的類型和性質(zhì)等。為此應(yīng)正確制定相應(yīng)的判別準(zhǔn)則判別準(zhǔn)則和診斷策略診斷策略。(4)診斷決策診斷決策：根據(jù)對設(shè)備狀態(tài)的判斷判斷，決定應(yīng)采取的對策和措施，同時應(yīng)根據(jù)當(dāng)前信號預(yù)測設(shè)備狀態(tài)可能發(fā)展的趨勢趨勢，進(jìn)行趨勢分析。圖3-1 設(shè)備診斷過程框圖 被測設(shè)備獲取檢測信號設(shè)備特征信息診斷決策診斷決策設(shè)備允許參數(shù)故障確定趨勢分析對比信號信號采集采集信號信號處理處理狀態(tài)狀態(tài)識別識別2021-12-243第二節(jié)第二節(jié) 設(shè)備故障的信息獲取和檢測方法設(shè)備故障的信息獲取和檢測方法一、設(shè)備故障

4、信息的獲取方法：一、設(shè)備故障信息的獲取方法：直接觀察法、量化管理1直接觀測法（感性認(rèn)知）直接觀測法（感性認(rèn)知）n判斷主要靠人靠人的經(jīng)驗(yàn)和感官來感受、獲取設(shè)備的狀態(tài)信息，且限于限于能觀測到的或接觸到的機(jī)器零部件。被更多地用在靜止靜止的設(shè)備中。n在觀測中有時使用一些輔助的輔助的工具和儀器，如傾聽如傾聽機(jī)器內(nèi)部聲音的聽棒，檢查檢查零件內(nèi)孔有無表面缺陷的光學(xué)窺鏡，檢查檢查零件表面有無裂紋的磁性涂料及著色滲透劑等，來擴(kuò)大和延伸人的觀測能力。n主要包括以下工具和儀器： 用耳朵聽（聽覺）用耳朵聽（聽覺）采取聽棒、螺絲刀等工具； 用眼睛看（視覺）用眼睛看（視覺）有無缺件、變形、磨損、泄漏等情況； 用手摸（觸覺

5、）用手摸（觸覺）振動、溫度、泄漏點(diǎn)等情況； 用鼻子聞（嗅覺）用鼻子聞（嗅覺）有無膠糊味，如電機(jī)過熱的絕緣漆味； 當(dāng)然，還有向操作者問向操作者問故障情況； 這與中醫(yī)的“望、聞、問、切望、聞、問、切”有異曲同工之妙。2021-12-244第二節(jié)第二節(jié) 設(shè)備故障的信息獲取和檢測方法設(shè)備故障的信息獲取和檢測方法2量化管理量化管理 用儀器測用儀器測（將人的五官延伸到儀器上） 參數(shù)測定法參數(shù)測定法 根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的各種參數(shù)的變化來獲取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)行運(yùn)行時由于各部件的運(yùn)動必然會有各種信息，這些信息參數(shù)可以是溫度、壓力、振動、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

6、是故障信息的重要來重要來源源。P23 磨損殘?jiān)鼫y定法磨損殘?jiān)鼫y定法 測定機(jī)器零部件如軸承、齒輪、活塞環(huán)等的磨損殘?jiān)跐櫥椭械暮浚礉櫥鸵悍治?，也是一種有效的獲取故障信息的方法。 設(shè)備性能指標(biāo)的測定設(shè)備性能指標(biāo)的測定 通過測量測量機(jī)器性能及輸入、輸出量的變化信息來判斷機(jī)器的工作狀態(tài)。設(shè)備性能包括包括整機(jī)及零部件性能。P232021-12-245第二節(jié)第二節(jié) 設(shè)備故障的信息獲取和檢測方法設(shè)備故障的信息獲取和檢測方法二、設(shè)備故障的檢測方法：二、設(shè)備故障的檢測方法：1振動和噪聲的故障檢測振動和噪聲的故障檢測 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： 振動法：振動法：對機(jī)器主要部位

7、的振動值如位移、速度、加速度、轉(zhuǎn)速及相位值等進(jìn)行測定，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較比較，據(jù)此可以宏觀地對機(jī)器的運(yùn)行狀況進(jìn)行評定評定，最常用的方法之一。 特征分析法特征分析法 ：對測得的上述振動量在時域、頻域、時頻域進(jìn)行特征分析，確定確定機(jī)器各種故障的內(nèi)容和性質(zhì)。2021-12-246第二節(jié)第二節(jié) 設(shè)備故障的信息獲取和檢測方法設(shè)備故障的信息獲取和檢測方法 模態(tài)分析與參數(shù)識別法：模態(tài)分析與參數(shù)識別法：利用測得的振動參數(shù)對機(jī)器零部件的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行識別識別，以確定確定故障的原因和部位。 沖擊能量與沖擊脈沖測定法：沖擊能量與沖擊脈沖測定法：利用共振解調(diào)技術(shù)(IFD)測定滾動軸承的故障。 聲學(xué)法：聲學(xué)法：對機(jī)器噪聲

8、的測量，了解了解機(jī)器運(yùn)行情況并尋找振動源。2021-12-2472材料裂紋及缺陷損傷的故障檢測材料裂紋及缺陷損傷的故障檢測 材料裂紋包括包括應(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： 超聲波探傷法超聲波探傷法 射線探傷法射線探傷法 滲透探傷法滲透探傷法 磁粉探傷法磁粉探傷法 渦流探傷法渦流探傷法 激光全息檢測法激光全息檢測法 微波檢測技術(shù)微波檢測技術(shù) 聲發(fā)射技術(shù)聲發(fā)射技術(shù)第二節(jié)第二節(jié) 設(shè)備故障的信息獲取和檢測方法設(shè)備故障的信息獲取和檢測方法2021-12-2483設(shè)備零部件材料的磨損及腐蝕故障檢測設(shè)備零部件材料的磨損及腐蝕故障檢測 這類故障除采用上述無損檢測中的超聲探傷法超聲探傷法外

9、尚可應(yīng)用下列方法： 光纖內(nèi)窺技術(shù)光纖內(nèi)窺技術(shù) 油液分析技術(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工藝參數(shù)（溫度、壓力、流量等）變化引起的故障檢測 機(jī)器設(shè)備系統(tǒng)的有些故障往往反映在一些工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量等的變化中。n如在溫度測量中，n常規(guī)常規(guī)的接觸式測溫儀：裝在機(jī)器上的熱電阻、熱電偶等；n特殊特殊場合中的非接觸式測溫儀：紅外測溫溫儀、紅外熱像像儀等。 它們依靠物體的熱輻射熱輻射進(jìn)行測量。第二節(jié)第二節(jié) 設(shè)備故障的信息獲取和檢測方法設(shè)備故障的信息獲取和檢測方法2021-12-249一、判斷標(biāo)準(zhǔn)一、判斷標(biāo)準(zhǔn)(絕對、相對、類比) 為了對設(shè)備的狀態(tài)作出判斷，判斷是否存在故

10、障及故障的程度如何，必須對表征機(jī)器狀態(tài)的測量值與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較比較。常用的有三種判斷標(biāo)準(zhǔn)三種判斷標(biāo)準(zhǔn)，即絕對判斷標(biāo)準(zhǔn)、相對判斷標(biāo)準(zhǔn)以及類比判斷標(biāo)準(zhǔn)。1絕對判斷標(biāo)準(zhǔn)絕對判斷標(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)相比較比較，以評定設(shè)備的狀態(tài)。第三節(jié)第三節(jié) 設(shè)備故障的評定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備故障的評定標(biāo)準(zhǔn)2021-12-24102021-12-2411設(shè)備狀態(tài)的另一種振動評價標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備狀態(tài)的另一種振動評價標(biāo)準(zhǔn)2021-12-24122021-12-24132相對判斷標(biāo)準(zhǔn)相對判斷標(biāo)準(zhǔn) n 它要求對設(shè)備的同同一部位（同同一工況）同同一種量值進(jìn)行測定，將設(shè)備正常工

11、作情況的值定為初始值，按時間先后將實(shí)測值與初始值進(jìn)行比較比較來判斷設(shè)備狀態(tài)。第三節(jié)第三節(jié) 設(shè)備故障的評定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備故障的評定標(biāo)準(zhǔn)n 相對判斷標(biāo)準(zhǔn)的制定方法相對判斷標(biāo)準(zhǔn)的制定方法：在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)比較良好的時候（新安裝好或大修后能夠確認(rèn)工作狀態(tài)良好時），用數(shù)據(jù)采集器（測振儀）連續(xù)連續(xù)對確定的測點(diǎn)進(jìn)行多次測量多次測量（最好能測20次以上，每次測量最好能間隔一段時間，傳感器也應(yīng)取下后再放上）。然后計(jì)算其平均值平均值。2021-12-2414常用的平均方法常用的平均方法n首先，求出N次測量的算術(shù)平均值 Vm = (V1 +V2+ +VN)Nn然后，報警限VT為算術(shù)平均值 Vm的310倍，即 Vt=K Vm

12、 , K=310其中，V1，V2，VN表示第1,2,N次測量的測量值； K表示報警因子，一般去310第三節(jié)第三節(jié) 設(shè)備故障的評定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備故障的評定標(biāo)準(zhǔn)2021-12-2415n首先，計(jì)算N次測量的算術(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 另一種平均方法另一種平均方法n 然后，設(shè)定測量報警限 Vt= Vm + kVs , k=25n k 根據(jù)設(shè)備的使用環(huán)境、工況變化范圍、對設(shè)備振動的要求嚴(yán)格程度、設(shè)備的價格等來確定。n 每次測量的工況（如負(fù)載、轉(zhuǎn)速等）應(yīng)盡可能一致，并在以后的檢測中也盡可

13、能在該工況下測量。第三節(jié)第三節(jié) 設(shè)備故障的評定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備故障的評定標(biāo)準(zhǔn)2021-12-24163類比判斷標(biāo)準(zhǔn)類比判斷標(biāo)準(zhǔn)定義定義：若有數(shù)臺機(jī)型、規(guī)格均相同的設(shè)備設(shè)備，在相同工況和使用環(huán)境下對它們進(jìn)行測定，經(jīng)過相互比較相互比較作出判斷，用這種方法對機(jī)器設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行評定而制訂的標(biāo)準(zhǔn)稱作類比判斷標(biāo)準(zhǔn)。需要指出的是，在實(shí)踐中，常將相對判斷標(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)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而上述相對判斷標(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)會介紹。第三節(jié)第三節(jié) 設(shè)備故障的評定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備故障的評定標(biāo)準(zhǔn)2021-12-2417二、旋轉(zhuǎn)機(jī)械的絕對判斷標(biāo)準(zhǔn)二、旋轉(zhuǎn)機(jī)械的絕對判斷標(biāo)準(zhǔn) 振動

14、量振動量是衡量旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的重要參數(shù)。評定機(jī)器振動狀態(tài)的物理量物理量可以是： 振動加速度振動加速度在航空工業(yè)上習(xí)慣用振動加速度來評定，因航空結(jié)構(gòu)振動頻率較高，且通過加速度加速度測量可以了解構(gòu)件所受力的情況。 振動速度振動速度對于軸承座，國際上規(guī)定用振動烈度（振動速度的有效值）作為評定的物理量，因?yàn)檎駝恿叶确从沉苏駝幽芰康拇笮〈笮?，用振動烈度表示表示可以從能量觀點(diǎn)直接反映振動物體的動強(qiáng)度。 振動位移振動位移對于地面的旋轉(zhuǎn)機(jī)械如汽輪發(fā)電機(jī)組、壓縮機(jī)組等則以振動位移作為評定的物理量，因用位移量可以更直觀、更直接地了解轉(zhuǎn)子的運(yùn)動情況。第三節(jié)第三節(jié) 設(shè)備故障的評定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備故障的評定標(biāo)準(zhǔn)2021-12

15、-2418一、測量信號一、測量信號 第四節(jié)第四節(jié) 故障診斷中的信號處理故障診斷中的信號處理信號或動態(tài)數(shù)據(jù)的處理與分析，是設(shè)備故障診斷的前提前提和基礎(chǔ)基礎(chǔ)。這里所說的信號是指測量信號，它是對系統(tǒng)的某物物理量理量，如位移、速度、加速度、應(yīng)力、應(yīng)變等進(jìn)行觀測獲得的數(shù)據(jù)。這些物理量的共同特點(diǎn)共同特點(diǎn)是隨時間、空間而變化，它們代表代表了系統(tǒng)的狀態(tài)和特征。2021-12-24191測量信號分類測量信號分類 n 根據(jù)測量信號在時間歷程內(nèi)的變化特征分類如下，這 里“時間時間”是泛指概念，可以表示空間空間坐標(biāo)或時、空時、空坐標(biāo)。 第四節(jié)第四節(jié) 故障診斷中的信號處理故障診斷中的信號處理 動態(tài)信號動態(tài)信號 確定性確

16、定性信號信號 隨機(jī)隨機(jī)信號信號 周期信號周期信號 非非周期信號周期信號 平穩(wěn)信號平穩(wěn)信號 非非平穩(wěn)信號平穩(wěn)信號簡諧簡諧 復(fù)雜周復(fù)雜周 準(zhǔn)周期準(zhǔn)周期 瞬態(tài)瞬態(tài) 各態(tài)歷各態(tài)歷 非各態(tài)歷非各態(tài)歷 調(diào)制型非調(diào)制型非 一般非平穩(wěn)一般非平穩(wěn)信號信號 期信號期信號 信號信號 信號信號 經(jīng)信號經(jīng)信號 經(jīng)信號經(jīng)信號 平穩(wěn)信號平穩(wěn)信號 隨機(jī)信號隨機(jī)信號 2021-12-2420周期信號：周期信號：包括簡諧信號和復(fù)雜周期信號。表述簡諧信號簡諧信號的基本物理量是頻率、振幅和初相位；復(fù)雜周期信號復(fù)雜周期信號可借助傅里葉級數(shù)展成展成一系列離散的簡諧分量分量之和，其中任兩個分量的頻率比比都是有理數(shù)。非非周期信號：周期信號：

17、包括準(zhǔn)周期信號和瞬態(tài)信號。準(zhǔn)周期信號準(zhǔn)周期信號也是由一些不同不同離散頻率的簡諧信號合成合成的信號，但它不具有周期性，組成它的簡諧分量中總有一個分量與另一個分量的頻率比為無理數(shù)；瞬態(tài)信號瞬態(tài)信號的時間函數(shù)為各種脈沖函數(shù)或衰減函數(shù)，如有阻尼自由振動的時間歷程就是瞬態(tài)信號。瞬態(tài)信號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)信號隨機(jī)信號的概率密度不隨時不隨時間原點(diǎn)的選取而變化，則稱其為平穩(wěn)隨機(jī)信號平穩(wěn)隨機(jī)信號；反之，稱為非非平穩(wěn)隨機(jī)信號平穩(wěn)隨機(jī)信號。第四節(jié)第四節(jié) 故障診斷中的信號處理故障診斷中的信號處理2021-12-2421n大多數(shù)機(jī)械設(shè)備的振動信號類型信號類型是周期信號、準(zhǔn)周期信號和平穩(wěn)隨機(jī)

18、信號以及幾種不同類型信號的組合。n一般在啟動或停機(jī)過程中的振動信號是平穩(wěn)的。設(shè)備在正常運(yùn)行中，其表現(xiàn)的周期信號往往淹沒淹沒在隨機(jī)信號之中。若設(shè)備故障程度加劇加劇，則振動信號中的周期成分加加強(qiáng)強(qiáng)，從而整臺設(shè)備振動增大。因此，從某種意義上講，從某種意義上講，設(shè)備振動診斷的過程，就是從信號中提取設(shè)備振動診斷的過程，就是從信號中提取周期成分周期成分的過的過程。程。第四節(jié)第四節(jié) 故障診斷中的信號處理故障診斷中的信號處理2021-12-24222簡諧信號簡諧信號 振動加速度尖峰 振動速度尖峰 上限平衡位置 時間 下限 物體 周期 振動位移 峰峰值圖圖3-3 彈簧振動彈簧振動 例 機(jī)械振動機(jī)械振動是物體（或

19、其一部分）沿直線或曲線并經(jīng)過其平平衡位置衡位置所作的往復(fù)運(yùn)動。 圖3-3所示的彈簧振動是簡單機(jī)械振動的例子。 第四節(jié)第四節(jié) 故障診斷中的信號處理故障診斷中的信號處理2021-12-2423振幅振幅A（Amplitude） 偏離平衡位置的最大距離，有時也稱峰值或單峰值，2A則稱為峰峰值、雙峰值或簡稱雙幅。（位移、速度和加速度三者都可以這樣表達(dá)。）頻率頻率f（frequency） 為每秒鐘的振動次數(shù)，描述振動的快慢，單位為次/秒，即赫茲赫茲（Hz）。 f=1/T 圓頻率圓頻率 （Angular frequency） 亦可用于描述振動的快慢，也稱角頻率，單位為弧度/秒（rad/s）。 =2 f=2

20、/T 周期周期T 為每振動一次所需的時間，單位為秒（s）或毫秒（ms）。初相角初相角 （Initial phase） 描述振動在起始瞬間的狀態(tài)，單位為弧度（rad）。 相位相位（phase） 表示振動質(zhì)點(diǎn)的相對位置，是時間的函數(shù)，單位為弧度(rad）。 = t+ 式中：t時間，s或ms。簡諧振動的三要素簡諧振動的三要素2021-12-2424振動位移、速度、加速度之間的關(guān)系振動位移、速度、加速度之間的關(guān)系 sin(+)2vxAt2sin(+)axAtsin (+)xAtn位移、速度、加速度都是同頻率的簡諧波簡諧波。n三者的幅值依次為A、A、A 2。n相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先領(lǐng)先速度90; 速度領(lǐng)先

21、領(lǐng)先位移90。xvaxva2021-12-2425n振動位移振動位移 (Displacement) : n速度速度 (Velocity) : n加速度加速度 (Acceleration): 常用的振動時域參數(shù)常用的振動時域參數(shù) n位移位移信號 峰峰值。峰峰值。單位為微米微米（m） n速度速度信號 有效值。有效值。單位為毫米毫米/秒秒（mm/s） n加速度加速度信號 峰值。峰值。單位為米米/秒平方秒平方（m/s2）2021-12-2426第四節(jié)第四節(jié) 故障診斷中的信號處理故障診斷中的信號處理二、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法二、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法 去偽存真、去粗取精、由表及里、由此及彼去偽存真、去粗取精、由表及

22、里、由此及彼 1按任務(wù)可分為：按任務(wù)可分為： 預(yù)處理預(yù)處理 二次處理二次處理 最終處理最終處理 2按方式可分為：按方式可分為： 在線處理在線處理（On-Line Processing） 離線處理離線處理（Off-Line Processing） 3按手段可分為：按手段可分為： 模擬式分析模擬式分析 數(shù)字式分析數(shù)字式分析在現(xiàn)代故障診斷系統(tǒng)中廣泛采用 2021-12-2427第四節(jié)第四節(jié) 故障診斷中的信號處理故障診斷中的信號處理三、振動信號在頻率域中的描述三、振動信號在頻率域中的描述 1傅里葉變換（傅里葉變換（FT） 數(shù)學(xué)算法把一個復(fù)雜的函數(shù)分解成分解成一系列（有限或無限個）簡單的正弦和余弦波，時

23、域變換成頻域時域變換成頻域，也就是將一個組合組合振動振動分解為它的各個頻率分量頻率分量，把各次諧波按其頻率大小從低到高排列起來就成了頻譜頻譜，這就是傅里葉變換。n這一理論基礎(chǔ)早在19世紀(jì)早期/18世紀(jì)晚期由法國著名數(shù)學(xué)家傅里葉傅里葉研究出來。2021-12-2428第四節(jié)第四節(jié) 故障診斷中的信號處理故障診斷中的信號處理 按照傅里葉變換的原理，任何一個平穩(wěn)信號（不管如何復(fù)雜），都可以分解成若干若干個諧波分量之和和，即式中：A0直流分量，mm； Akcos(2kf0t+k)諧波分量，mm； k=1、2，每個諧波稱為k次諧波； Ak諧波分量振幅，mm； f0基波頻率，即一次諧波頻率，Hz； t時間，

24、s； k諧波分量初相角，rad。100)2cos(Ax(t)kkktkfA2021-12-2429第四節(jié)第四節(jié) 故障診斷中的信號處理故障診斷中的信號處理 如圖3-7所示，如果測得的振動信號x(t)由4個諧波分量組成，那么，通過信號分析可將其分解成1、2、3、4這4個簡諧信號，并把時域信號變換變換至頻域信號。 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圖圖3-7 傅里葉變換原理圖示傅里葉變換原理圖示x(t)綜合信號；14諧波分量；14頻率分量；f1f4諧波分量的頻率；a綜合信號幅值；a1a4諧波分量幅值2021-12-

25、24302有限傅里葉變換有限傅里葉變換 在工程上只能研究某一某一有限時間間隔（-T，T）上的平均能量（功率），也就是僅在（-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（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x(t)的離散采樣就意味著就意味著拿x(t)乘乘0(t)，然后然后再對兩者的積函數(shù)x(nt)進(jìn)行傅里葉變換，即稱為離散傅里葉變換。2021-12-2431第四節(jié)第四節(jié) 故障診斷中的信號處理故障診斷中的信號處理4快速傅里葉變換（快速傅里葉變換（FFT） 在進(jìn)行離散傅里葉變換計(jì)算時，常省略t和和f，進(jìn)而得到快速傅里葉變換的計(jì)算公式。n這里

26、需要指出的是，這里需要指出的是，在工程實(shí)踐中，正是運(yùn)用它把信號中所包含的各種頻率成分分別分解出來分解出來，結(jié)果得到各種頻譜圖，這是故障診斷的有力工具有力工具。n現(xiàn)在FFT算法的各種典型程序和集成芯片已很成熟成熟，頻率分析可用頻率分析儀來實(shí)現(xiàn)，也可在計(jì)算機(jī)上用軟件來完成，用時只需選用就可以了。2021-12-2432第四節(jié)第四節(jié) 故障診斷中的信號處理故障診斷中的信號處理各種振動波形的頻譜各種振動波形的頻譜 名稱 波 形 頻 譜 名稱 波 形 頻 譜2021-12-2433第四節(jié)第四節(jié) 故障診斷中的信號處理故障診斷中的信號處理小小 結(jié)（一）結(jié)（一）n設(shè)備故障診斷的內(nèi)容包括內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷

27、和故障預(yù)測三個方面。其具體實(shí)施過程實(shí)施過程為信息采集、信號處理、狀態(tài)識別、診斷決策。n設(shè)備故障信息的獲取方法包括獲取方法包括直接觀測法、參數(shù)測定法、磨損殘?jiān)鼫y定法及設(shè)備性能指標(biāo)的測定。n設(shè)備故障的檢測方法包括檢測方法包括振動和噪聲的故障檢測、材料裂紋及缺陷損傷的故障檢測、設(shè)備零部件材料的磨損及腐蝕故障檢測及工藝參數(shù)變化引起的故障檢測。n設(shè)備故障的評定標(biāo)準(zhǔn)常用的有三種判斷標(biāo)準(zhǔn)三種判斷標(biāo)準(zhǔn)，即絕對判斷標(biāo)準(zhǔn)、相對判斷標(biāo)準(zhǔn)以及類比判斷標(biāo)準(zhǔn)?？捎闷骄ㄖ贫ㄏ鄬ε袛鄻?biāo)準(zhǔn)。2021-12-2434小小 結(jié)（二）結(jié)（二）n從某種意義上講，設(shè)備振動診斷的過程振動診斷的過程，就是從信號中提取周期成分的過程。組成周

28、期成分的簡諧振動簡諧振動可用位移、速度和加速度三個參量來表征，每個參量有三個基三個基本要素本要素：即頻率、振幅和初相位。n試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的目的目的就是去偽存真、去粗取精、由表及里、由此及彼的加工過程，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。n振動信號頻率分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)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。2021-12-2435互動時間2021-12-2436一、單項(xiàng)選擇題一、單項(xiàng)選擇題（在備選答案中選出一個正確答案，并將其號碼填在題干中的橫線上）1潤滑油液分析是一種 。A、直接觀測法 B、參數(shù)測定法 C、磨損殘?jiān)鼫y定法 D、設(shè)備性能指標(biāo)測定2下列情況中能產(chǎn)生振動的是 。A、潤滑 B、轉(zhuǎn)子與靜止部分碰撞 C、冷卻 D、密封3ISO7919是一種 。A、絕對判斷標(biāo)準(zhǔn) B、相對判斷標(biāo)準(zhǔn) C、類比判斷標(biāo)準(zhǔn)4在ISO7919標(biāo)準(zhǔn)中，振動在 內(nèi)的機(jī)器通常認(rèn)為是可以接受的，可以無限制地長期運(yùn)行。A、區(qū)域A B、區(qū)域B C、區(qū)域C D、區(qū)域D2021-12-24375振動烈度能反映出振動 。A、能量 B、質(zhì)量