设备状态检测与故障诊断-振动监测系统的组成
振动监测与故障诊断系统简介
数据采集子系统与气轮机组在线监测故障诊断主系统集成工作的原理如图2-2所示。
图2-2数据采集子系统的工作原理
2.
一体化设计，功能完善，结构合理，商品化的产品。
采用模块化和多CPU主从结构设计，数据采集、处理能力强大，组装、维护方便。
主CPU板和各智能模拟量信号采集板通过内存进行数据交换，数据交换速度高，吞吐量大。
标准VT100终端接口，用户可以方便对装置进行远方检测和在线配置。
工业标准设计，能够工作于各种恶劣环境。
采用电磁兼容（EMC）技术，抗电磁脉冲干扰（EMI）性能强，装置运行稳定可靠。
对敏感信号进行屏蔽。
输入信号采用光电隔离。
内部器件均选用优秀的工业级产品。
不需要特殊的加热器或冷却装置。
充分的可靠性设计，严格的质量检验，为用户提供了可靠的保证。
汽轮机振动在线监测与故障诊断
系统介绍
1
系统采用分布式结构，前端采用嵌入式结构，用于数据采集、预处理和临时存储；后端采用PC机＋数据库用于数据存储、监测、分析和诊断，并作为网络服务器供其他计算机通过网络访问。
图1－1为该系统的结构图。
图1－1系统结构图
其中前端数据采集设备从TSI接入信号，并对信号做预处理，临时存储在设备内部的硬盘或其他存储设备上，然后通过网络将数据发送到网络服务器上；服务器接受数据并将其存储在数据库中，同时服务器将数据库中的信息通过动态网站的形式发布在电厂局域网上，电厂局域网用户可以通过浏览器直接访问网站，查看实时或历史数据，进行分析诊断。
键相信号（脉冲信号）接入装置后，需要光电隔离、滤波整形处理。键相信号调理电路由光电隔离器和滤波整形两部分组成。
智能模拟量信号采集板的组成如图2-4所示。
设备状态监测与故障诊断
1.设备监测目的意义保障设备安全，防止突发故障。
保障设备精度，提高产品质量和经济效益。
推进设计理念和维修制度的革新。
避免设备事故、人员伤亡、环境污染。
维护社会稳定。
2.故障分类按故障对机械工作能力的影响分类：完全性故障局部性故障按故障发生速度及演变过程分类：突发性故障渐进性故障按其发生的原因分类：磨损性故障错用性故障先天性故障按造成的后果分类：危害性故障安全性故障3.故障规律浴盆曲线：磨合期，正常使用期，耗损期4.故障发生的原因宏观上分析1.设计错误2 原材料缺陷3 制造过程的缺陷4 运转缺陷微观上分析：疲劳，磨损，断裂，腐蚀5.零件磨损的一般规律磨合阶段，正常磨损阶段，急剧磨损阶段6.零件变形失效塑性变形失效，弹性变形失效，蠕变变形失效，翘曲变形失效7.断裂失效塑性断裂，脆性断裂8.状态监测与故障诊断的技术方法1.振动、噪声诊断技术2. 油液分析技术3. 温度检测技术4. 无损检测技术9.振动的危害降低机器及仪表的精度,引起机械设备及土木结构的破坏10.机械振动的分类按振动系统本身的特点分类: 离散系统连续系统按振动系统所受的激励类型分类: 自由振动强迫振动自激振动参数振动按系统的响应（振动规律）分类: 确定性振动随机振动按描述系统运动的微分方程分类:线性振动非线性振动11.机械振动要研究的内容和步骤1. 建立物理力学模型2.建立数学模型3.方程的求解4.结果的阐述12. 随机振动非确定而又具有统计规律，它们的规律不能用时间的确定性函数来描述，但又具有一定的统计规律性。
平稳随机过程与各态历经过程13. 自相关函数∑=∞→+=+nk k k Tx t x t x n t t R 11111)()(1),(lim ττ同一点不同的两个时间函数乘积称为随机过程 X(t)于时刻 t 1与 t 1+ τ的自相关函数。
它是时差 的函数，在一般情况下，它也依赖于采样时刻 t 1，反映这两个时刻的随机变量的X k （t 1）与X （t1+τ）统计联系。
电力设备状态监测与故障诊断
电力设备状态监测与故障诊断电力设备是电力系统中不可或缺的组成部分，它们的正常运行对于保障电力系统的可靠性和稳定性至关重要。
然而，由于设备的长期运行和外界环境的影响，电力设备存在着各种潜在的故障隐患。
因此，电子与电气工程师在电力设备状态监测与故障诊断方面发挥着重要的作用。
一、电力设备状态监测的意义电力设备状态监测旨在通过对设备运行参数的实时监测和分析，了解设备的工作状态，及时发现设备存在的问题，并采取相应的措施进行修复和维护。
通过电力设备状态监测，可以实现对设备运行情况的全面了解，提前预警潜在故障，避免设备的突发故障对电力系统的影响。
二、电力设备状态监测技术电力设备状态监测技术是电子与电气工程师在电力设备状态监测与故障诊断中的重要手段。
目前，常用的电力设备状态监测技术包括振动监测、红外热像监测、超声波监测、电流监测等。
1. 振动监测技术：通过对电力设备振动信号的采集和分析，可以判断设备的机械状况，如轴承的磨损、不平衡、松动等。
振动监测技术可以实时监测设备的振动频率和振动幅值，提供设备健康状况的评估和故障预警。
2. 红外热像监测技术：利用红外热像仪对电力设备表面的红外辐射进行监测和分析，可以检测设备的热异常情况，如电气接触不良、局部过载等。
红外热像监测技术可以无接触地获取设备表面的温度分布图像，提供设备的热状态评估和故障诊断。
检测设备的机械故障，如机械摩擦、裂纹等。
超声波监测技术可以实时监测设备的声波频谱和振幅，提供设备的机械状态评估和故障诊断。
4. 电流监测技术：通过对电力设备电流信号的采集和分析，可以判断设备的电气状况，如电气接触不良、过载等。
电流监测技术可以实时监测设备的电流波形和电流谐波分布，提供设备的电气状态评估和故障预警。
三、电力设备故障诊断的意义电力设备故障诊断是在设备出现故障时，通过对故障现象的观察和分析，确定故障原因和位置，为故障的修复提供依据。
电力设备故障诊断的及时准确性对于恢复设备的正常运行至关重要，可以减少故障对电力系统的影响，提高设备的可靠性和运行效率。
水电机组状态监测与故障诊断
水电机组状态监测与故障诊断摘要：在我国电力企业不断发展的过程中，为了进一步提高相关企业的经济效益，提高市场竞争力，可以采取以下措施：一是降低设备维修成本；二是进一步提高设备运行的可靠性和稳定性。
为保证水电机组平稳平稳运行，我国传统的方式是实行计划维修制度，虽然取得了一些成效，但仍存在以下不足：一是缺乏针对性；二是维修过于盲目；第三，该方法不能提前预防设备故障，因此不能满足当前水电机组的需求。
这种情况下，有一个新的维护模式即状态维护，该方法有较强针对性，先进的设备检测技术和设备的应用谨慎监测诊断系统设备运行状态分析，从而尽快发现问题，及时采取适当的策略来解决，不仅大大降低了维护成本，而且还提高维修工作的效率，确保设备的安全运行，避免相关安全事故的发生。
关键词：水电机组；状态监测；故障诊断一、水电机组状态监测与故障诊断技术现状1、水电机组状态监测技术现状（1）机组振动稳定性监测技术。
水电机组振动稳定性监测技术包含多种不同的参数，如水压脉动、主轴摆度、机组结构振动等。
其中，当前水轮发电机组振动稳定性监测的基本原理如图1所示。
监测分析系统、振动传感器共同构成振动监测系统。
表征机组振动状态的不同非电量特征参数，通过传感器收集并转化成为电量信号，以便监测系统进行有效运用。
监测分析系统共包括3种功能，即数据分析功能、数据存储功能、数据采集功能，能比较全面地获取振动信息，如振动趋势、轴心轨迹、振动波形、相位等，便于故障分析。
图1 振动监测原理（2）发电机气隙和磁场强度监测技术。
到目前为止，通过运用配套前置器、平板电容式传感器，利用计算机采集、储存、输出数据，便能测量出水轮发电机的磁场强度和气隙。
电容式位移传感器的工作原理是通过对被测表面和传感器平板二者之间等效电容的的变化程度，对2个平面之间的距离进行有效反映。
由于传感器属于平板形式，在定子转子之间安装传感器比较合适。
其中，美国Vibrosys公司生产的气隙监测传感器比较具有代表性，包括空气气隙传感器VM5.0（图2a）和磁场强度传感器MFM-100（图2b）。
设备状态监测与故障诊断技术第2章-设备故障诊断的基本概念
2019/6/11
17
第二节 设备故障诊断的基本方法和分类
3．故障诊断的数学方法
利用各学科的最新科技成就，各种有效的数学工具来进行设 备故障诊断的技术。
诸如基于模式识别的诊断方法，基于概率统计的诊断方法， 基于模糊数学的诊断方法，基于可靠性分析和故障树分析 的诊断方法，以及神经网络、小波变换、分形几何等。
⑴ 按故障性质分，工程上有两种不同性质的故障等级： 暂时性故障（间断性故障） ：指在一定条件下，系统所产
生的功能上的故障，通过调整系统参数或运行参数，而不 需要更换零部件，就可以恢复系统的正常功能。
永久性故障：指必须经过更换或修复后才能消除故障。由 某些零部件损坏而引起，包含完全性故障和局部性故障。
2019/6/11
8
“浴盆”曲线（Bath-tub Curve）
故 障 率
早期
使用期
后期
使用时期
设备故障率曲线
该分类方法，按故障发生的时期分类，对设备的维修工作 具有重大意义。
2019/6/11
9
第一节 设备与设备故障
⑺ 按故障的发生、发展规律性分 随机故障 有规则故障 ⑻ 按故障的表现形式分 结构型故障（如裂纹、磨损、腐蚀、配合松动等） 参数型故障（如共振、流体涡动、过热等）
针对故障的原因、类型，不同设备的特点采取不同的对策，建立适合本 企业的设备维修管理制度。
建立故障查找逻辑程序。
2019/6/11
14
第二节 设备故障诊断的基本方法和分类
一、设备故障诊断的基本方法
设备故障的复杂性和设备故障与征兆间关系的复杂性，使得故 障诊断成为了一个探索性的过程。如前所述，故障诊断是一 门交叉学科，须从多学科中广泛探求有利于故障诊断的原理、 方法和手段。
设备状态监测和设备故障诊断技术
设备状态监测与设备故障诊断技术第一章：绪论第一节：什么是设备诊断技术机械设备状态监测与故障诊断是同一学科的两个不同层次，它们既有联系又有区别，为了方便起见统称为机械设备故障诊断。
机械设备故障诊断是识别机械设备（机器或机组）运行状态的一门综合应用科学和技术，它主要研究机械设备运行状态的变化在诊断信息中的反映。
具体来说，就是通过测取设备运行的状态信号，并结合其历史状况对所测取的信号进行处理、分析、提取特征，从而定量诊断（识别）机械设备及其零部件的运行状态（正常、异常、故障），再进一步预测设备未来的运行状态，最终确定需要采取何种必要的措施来保证机械设备取得最优的运行效果。
主要内容包括对机械设备运行状态的监测、诊断（识别）和预测三个方面。
其中，状态监测也被称为简易诊断，一般是通过测定设备的某些较为单一的特征参数（如：振动、温度、压力等）来检查设备运行状态，再根据特征参数值与门限值之间的关系来确定设备当前是处于正常、异常还是故障状态。
如果对设备进行定期或连续的状态监测，就可以获得设备运行状态变化的趋势和规律，据此就可以预报设备的未来运行发展趋势，也就是人们常说的趋势分析。
诊断（识别）则不仅要掌握设备的运行状态和发展趋势，更重要的是查找产生故障的原因，识别、判断故障的严重程度，为科学检修指明方向，这就是人们常说的精密诊断，设备状态监测与设备故障诊断可以从以下两个方面来理解。
1.设备状态监测以监测设备振动发展趋势为手段的设备运行状态预报技术。
2.设备故障诊断以分析设备振动主要特征为手段的设备运行故障诊断技术。
设备故障诊断技术是以设备为对象，采用多种现代化科学成果而形成的一门综合性学科。
它涉及了传感器技术、信息采集技术、信息处理技术、识别理论、预报决策、计算机诊断技术及有关机械设备的专业技术与理论。
第二节：故障诊断的目的机械设备故障诊断的根本目的就是要保证设备的安全、可靠和高效、经济地运行，具体来说就是：1．及时、正确、有效地对设备的各种异常状态和故障状态作出诊断，预防或消除故障；同时对设备的运行维护进行必要的指导。
设备状态监测与故障诊断
旋转机械状态监测与故障诊断讲义目录第一章状态监测的基本知识 (4)一、有关的名词和术语 (4)1. 振动的基本参量：幅值、周期（频率）和相位 (4)2. 通频振动、选频振动、工频振动 (6)3. 径向振动、水平振动、垂直振动、轴向振动 (6)4. 同步振动、异步振动 (7)5. 谐波、次谐波、亚异步、超异步 (7)6. 相对轴振动、绝对轴振动、轴承座振动 (7)7. 自由振动、受迫振动、自激振动、随机振动 (7)8. 高点和重点 (8)9. 刚度、阻尼和临界阻尼 (8)10. 共振、临界转速、固有频率 (9)11. 分数谐波共振、高次谐波共振和参数激振 (9)12. 涡动、正进动和反进动 (9)13. 同相振动和反相振动 (10)14. 轴振型和节点 (10)15. 转子挠曲 (11)16. 电气偏差、机械偏差、晃度 (11)17. 偏心和轴心位置 (11)18. 间隙电压、油膜压力 (11)二、传感器的基本知识 (12)1. 振动传感器 (12)2. 电涡流振动位移传感器的工作原理 (13)3. 电动力式振动速度传感器的工作原理 (13)⒋压电式加速度传感器的工作原理 (14)第二章状态监测常用图谱 (15)1．波德图 (15)2．极坐标图 (16)3．频谱瀑布图 (16)4．极联图 (17)5．轴心位置图 (18)6．轴心轨迹图 (18)7．振动趋势图 (19)8．波形频谱图 (20)第三章旋转机械的故障诊断 (22)1. 不平衡 (22)2. 不对中 (23)3. 轴弯曲和热弯曲 (26)4. 油膜涡动和油膜振荡 (28)5. 蒸汽激振 (30)6. 机械松动 (33)7. 转子断叶片与脱落 (33)8. 摩擦 (38)9. 轴裂纹 (40)10. 旋转失速与喘振 (40)11. 机械偏差和电气偏差 (43)第一章状态监测的基本知识一、有关的名词和术语机械振动是指物体围绕其平衡位置附近来回摆动并随时间变化的一种运动。
机电设备状态监测与故障诊断教程
重要规律：周期信号或者其他非随机信号的自相关函数不随变
量 的变化而衰减；随机信号的自相关函数当变量 增大时将
趋向于零。因此，自相关函数是在机器噪声中查找周期信 号或者瞬时信号的重要手段。
路漫漫其悠远
机电设备状态监测与故障诊断教程
机电设备状态监测与故障诊断
二、状态特征的提取（时域分析）
应用：正常运行状态—机器噪声是大
❖ 离线监测与故障诊断
定期或不定期的巡检的方式采集现场数据，然后回放 到计算机，由计算机软件进行监测与诊断分析。
特点：离线分析，对突发故障无能为力，但可精细分 析
例如：基于便携式数采仪的故障诊断与预测维修系统 （天 津大学机电科技中心）
路漫漫其悠远
机电设备状态监测与故障诊断教程
机电设备状态监测与故障诊断
日本应用故障诊断技术后，事故发生率减少75%，维修费用降低 25～50％。英国对2000个国营工厂的调查表明，采用状态监测和故障 诊断技术后，每年可节省维修费用3亿英镑，而故障诊断系统的成本 为0.5亿英镑。
路漫漫其悠远
机电设备状态监测与故障诊断教程
机电设备状态监测与故障诊断
国外诊断技术的发展概况：
机电设备状态监测与故障诊断
二、状态特征的提取（时域分析）
如图所示是对28只汽车 后桥齿轮在不同运行状态 下振动的加速度信号经过 计算得到的无量纲指标。 由图课件，波形指标K的变 化很小，没有足够的诊断 能力；脉冲指标I最好，可 以作为齿轮运行状态的优 良诊断指标。峰值指标C比 起脉冲指标I要差一些。
路漫漫其悠远
机电设备状态监测与故障诊断教程
机电设备状态监测与故障诊断
二、状态特征的提取（时域分析）
➢ 信号的互相关函数：描述两个信号之间的相似程度或相关性
机械设备状态检测与故障诊断
机械设备状态检测与故障诊断1.简述设备故障诊断的目的和任务答:目的:①能及时的、正确的对各种异常状态或故障状态作出诊断,预防或消除故障,对设备的运行进行必要的指导,提高设备的可靠性、安全性和有效性,把故障降低到最低水平②保证设备发挥最大的设计压力③通过检测监视、故障分析、性能评估等,为设备结构改造、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息任务:①状态监测②故障诊断③指导设备的管理维修2.简述设备故障诊断技术的定义、内容、类型和方法答:定义:在设备运行中或基本不拆卸设备的情况下,掌握设备的运行状况,判定产生故障的部位和原因,以及预测预报设备状态的技术内容:设备故障诊断的内容包括状态监测、分析诊断和故障预测三方面,实施过程为信号采集、信号处理、状态识别、诊断决策四方面类型:①按诊断对象分类:旋转机械诊断技术、往复机械诊断技术、工程结构诊断技术、运载器和装置诊断技术、通信系统诊断技术、工艺流程诊断技术②按诊断目的分类:功能诊断与运行诊断、定期诊断与连续诊断、直接诊断与间接诊断、常规工况与特殊工况诊断、在线诊断和离线诊断③按诊断方法完善程度分类:简易诊断、精密诊断技术方法:①传统方法:利用各种物理和化学的原理和手段,通过伴随故障出现的各种物理和化学现象直接检测故障;利用故障所对应的征兆来诊断②智能诊断:在传统诊断方法的基础上,将人工智能的理论的方法用于故障诊断③模式识别、概率统计、模糊数学、可靠性分析和故障树分析、神经网络、小波变换、分析几何等数学分支在故障诊断中应用3.机械设备故障的信息获取和检测方法有哪些?答:获取方法:直接观测法、参数测定法、磨损残渣测定法、设备性能指标的测定检测方法:①振动和噪声的故障检测:振动法、特征分析法、模态识别与参数识别法、冲击能量与冲击脉冲测定法、声学法②材料裂纹及缺陷损伤的故障检测:超声波探伤法、射线探伤法、渗透探伤法、磁粉探伤法、涡流探伤法、激光全息检测法、微波检测技术、声发射技术③设备零部件材料的磨损及腐蚀故障检测:光纤内窥技术、油液分析技术④温度、压力、流量变化引起的故障检测4.简述振动检测和诊断系统的组成和原理,说明其区别答:振动检测系统:信息输入-数据预处理-数据变换和压缩-特征提取-状态分类-{①显示、打印、绘图、储存②判断与决策-报警、审核、维修}诊断系统:激振器-被诊断对象-传感器-二次仪表-{①磁带记录仪②分析仪③数据采集、记录和存储器}-故障诊断系统5.测振传感器有哪些类型?简述其工作原理。
设备状态检测与故障诊断
• 设备状态监测的对象一般以重点设备为主。 目前，设备状态监测方法主要有两种：
•(1)由维修人员凭感官和普通测量仪，对设备的技 术状态进行检查、判断，这是目前在 机械设备监 测中最普遍采用的一种简易监测方法。 (2)利用各种监测仪器，对整体设备或其关键部位 进行定期、间断或连续监测，以获得技术状态的 图像、参数等确切信息，这是一种能精确测定劣 化和故障信息的方法。
设备状态检测与故障诊 断
2020/12/8
设备状态检测与故障诊断
一、设备状态监测与诊断技术
的基本概念
设备状态监测，是指用人工或专用的 仪器工具，按照规定的监测点进行间断 或连续的监测，掌握设备运行所处于的 状态，有压力、流量、温度、振动与噪 声等等。所谓的设备诊断技术，是指在 设备运行中或基本不拆卸的情况下，根 据设备的运行技术状态，判断故障的部 位和原因，并预测设备今后的技术状态 变化。
a、 生产设备关键性（A类）指大型、高速、检修费用昂贵，采用在 线监测系统、连续检测（投入费用较大）
b、 重要性生产设备（B类）采用离线状态监测仪器，配置便携式简 易或精密检测分析仪器（数采），定期采集数据进行分析，（投 入费用是可以接受的）
c、 一般性生产设备（C类）采用离线简易检测仪器，定一个标准来 进行评判，也是比较普遍采用的一种常规做法。投入费用低，易 掌握，便于普及。
设备状态检测与故障诊断
B： “定人”
设备状态检测，一般都采用离线数据采集 器，因此数据的真实性，在很大程度上也取决 于检测人员的综合素质，从事该工作应该有比 较强的责任心，因为离线检测仪器的传感器与 被检测的设备是分离的，其位置发生改变，得 到的数据会有很大区别，为了保证分析结果的 可信度，数据检测应该由“专人”负责，即 “定人”。
煤矿大型机电设备在线监测与故障诊断系统资料
煤矿大型机电设备在线监测与故障诊断系统0 背景介绍管好、用好煤矿大型关键设备，是煤矿稳产高产的前提，也是煤矿安全生产的保障，若能对设备进行状态监测与故障诊断，及时准确识别核心零部件故障的微弱特征信号，必将为潜在故障预示和演化、寿命预测和制定维修策略提供技术支持，从而提高煤矿关键装备整体运行安全性和可靠性，实现由“事后维修” 到“预知维修”的转变，避免意外停机及恶性事故发生，具有巨大的经济效益和社会效益。
煤矿现行的设备维修方式基本上是通过维修工人凭直觉目测、敲击、触摸等手段判断，由于受人为因素的影响，其可靠性较差。
温度监测技术己广泛应用于煤矿设备状态监测，但设备在即将出现事故温度才会急剧上升，因此温度检测难以完成设备安全监测和早期预警的重任和及时报警的现场要求。
铁谱技术是现阶段煤矿行业设备状态监测与故障诊断常用技术，美国煤矿开展屑监测工作较早，然而，在应用铁谱分析技术属于离线监测，大多还是从设备现场采集油样，再在实验室制作谱片进行油液成分分析，分析周期相对较长，速度慢，降低了设备监测的实时性。
振动监测技术，利用振动信号对设备进行诊断，是设备故障诊断最常用、最有效的方法之一。
设备振动信号中包含了系统、零部件由于磨损、疲劳、老化等因素引起的劣化和失效等重要信息，通过对振动信号进行采集、分析和处理，可以监测设备的运行状态，识别机械设备的故障类型、故障来源，从而为设备的维修提供依据，以达到保障设备安全运行的目的。
设备在线监测诊断技术目的：1、概述传统的矿用机电设备在线监测系统仅仅局限于简单数据的采集与集中监测显示，这种方式虽然在设备运行状态监测中起到重要作用，但不能及时准确地诊断分析出机电设备可能出现的故障。
矿用机电设备在线监测与故障诊断系统主要由YHZ18 矿用本安型振动监测分析仪和KGS18矿用本安型振动加速度传感器构成，可以智能地诊断出设备可能存在的不对中、不平衡、配合松动、装配不当以及轴承疲劳损伤等潜在故障，适用于煤矿通风机、皮带输送机、水泵等重要机电设备的运行状态监测与故障诊断分析。
振动检测技术在设备故障诊断中的应用
振动检测技术在设备故障诊断中的应用振动信号处理技术在动设备振动监测与诊断中的应用.标签：动设备；振动信号；频谱分析；监测与诊断设备的运转一定会产生振动.即使是机器在最佳的运行状态，因微小的缺陷及外界激励，也会产生振动.例如，汽轮机、离心压缩机、压缩机、鼓风机、电机、发电机、泵及各种齿轮变速器等在运行时，必然会产生振动和噪声.据目前多方资料统计，机械设备由于振动引起的故障，占总的机械故障率的60%-70%。
所以通过振动信号测量、监视和分析，分析设备运行状态，是降低设备振动和噪音、提高设备寿命、保证生产系统平稳、节能降耗的最佳途径。
1 振动产生的原因动设备的主要是由转子、支承转子的轴承、定子、机器壳体、联轴节等部件组成，此外还有齿轮传动件、叶轮叶片及密封等.动设备转速范围一般为每分钟几千转至几十万转。
动设备部件和机体的振动有两类振源引起：一类是由于转子的动、静不平衡，零部件配合失当，零部件配合间隙过大等引起的机械强迫振动，其中包括周期振动、冲击振动、随机振动等，同时也引起噪声.大多数振动都具有周期性的特征频率，振动以转子转速为相应函数，属于不同转速时的强迫振动；别一类振动是由设备自身结构自激振动或环境振动引起的振动、例如：流体的喘激振动、轴承的油膜振动、部件本身的响应振动，结构的局部振动等.这类振动的特点是与动设备的转速、转速阶数无直关系.转子、轴承、壳体、联轴节、密封和基础等部分的结构及加工和安装方面的缺陷，使设备在运行时引起振动，振动又往往是机器破坏的主要原因，所以对动设备的振动测量、监视和分析是非常重要的.由于振动这个参数比起其它状态参数（例如润滑油或内部流体的温度、压力、流量或电机的电流等）更能直接地、快速准确地反映机组运行状态，所以振动一般作为对机组状态进行诊断的主要依据.动设备振动检测、监视及故障诊断是一门综合性的学科，在理论上它涉及到转子动力学、轴承、流体力学等.2 动设备的振动分类2.1动设备振动按振动频率分为：振动频率为转速频率的倍数，即振动频率为nXr/sec（X为转速频率），振动与转速频率成一定比例关系的振动频率，例如：38～49%Xr/sec，及低頻振动（5Hz以下的振动）、高频振动（10KHz以上的振动）.2.2按振动发生的部位分为：转子、轴承、壳体、基础、阀、管道等结构.2.3按振幅方位分为：轴向振动、径向振动、扭转振动.2.4按振动原因分为：转子不平衡、不对中、滑动轴承与轴颈偏心、机器零件松动、摩擦、滚动轴承损坏、传动皮带损坏、油膜涡动和油膜振荡、电气方面的原因引起的振动、介质引起的振动等.3 振动信号处理技术在动设备故障诊断中的应用3.1概况设备为两级双吸卧式离心泵，其技术参数：泵型号250AYSⅡ160×2，流量500m3/h，转速3 000r/min，单级扬程160m。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
振动加速度传感器的工作原理
3.工作原理
设质量块的上下运动轨迹为坐标x的方向，静平衡位 置为坐标原点，壳体运动为xs，并取质量块相对于传 感器壳体的运动为xr。
可求得 xr Asint ，则压电元件表面上的电荷量为
q
F
K y n2
a
sint
1 2 2 4 22
Sqa
1
sint
设备状态检测与故障诊断
振动速度传感器
在机械故障的振动诊断方法中，振动速度也是一个 经常需要观测的物理量，因为振动速度与振动能量 直接对应，而振动能量常常是造成振动体破坏的根 本原因。
磁电式速度传感器是典型的振动速度传感器，但由 于该类型的传感器在结构上一般都大而笨重，给使 用带来了许多不便；其频响范围又很有限，加之振 动速度可由振动位移微分或由振动加速度积分而得 到，因此，用磁电式速度传感器进行振动速度的直 接测量在实际工作中并不多见。
设备状态检测与故障诊断
振动加速度传感器的工作原理
1.压电效应
电介质在外力作用下产生压电效应时，其表面上的 电荷量与压电材料的种类及其所受的压强的大小和 表面积有关，即：
q A F
q—压电元件表面的电荷量，C； F—压电元件表面上所受的压力，N； σ—压电元件表面的压强，N/m2 A—压电元件的工作表面积，m2 α—压电材料的压电系数，C/N
电涡流传感器的工作原理
设备状态检测与故障诊断
振动位移传感器的系统组成
典型的电涡流传感器系统主要包括传感器（探头）、 延伸电缆和前置放大器三部分。 （1）探头 通常由线圈、头部、壳体、高频电缆、 高频接头组成。线圈是探头的核心，是整个传感器 中最敏感的元件，线圈的物理尺寸和电气参数决定 传感器系统的线性量程以及探头的电气参数稳定性。
设备状态检测与故障诊断
振动位移传感器的系统组成
（2）前置放大器 一方面前置器为探头线圈提供高 频交流电源；另一方面前置器感受探头前端由于金 属导体靠近引起的探头参数变化，经过处理，产生 随探头端面与被测金属导体间隙线性变化的输出电 压或电流信号。 （3）延伸电缆 用聚氟塑料绝缘的射频同轴电缆， 用于连接探头和前置放大器，长度需要根据传感器 的总长度配置以保证系统总的长度为5m或9m。
设备状态检测与故障诊断
测振传感器的分类
根据所测振动参量和频响范围的不同，习惯上将测 振传感器分为振动加速度传感器、振动位移传感器 和振动速度传感器三大类。 各自典型的频响范围大致如下： 振动加速度传感器为0～50kHz 振动位移传感器为0～10kHz 振动速度传感器为10～2kHz
设备状态检测与故障诊断
1 2 2 4 22
设备状态检测与故障诊断
振动加速度传感器的工作原理
3.工作原理
式中：ωn—系统固有频率，rad/s; λ—频率比； ζ—阻尼比； Ky—压电元件的弹性系数； a—传感器壳体运动的加速度幅值，mm/s2
此即为压电加速度传感器的动态响应，其中 Sq Ky n2 为其电荷灵敏度，只取决于传感器本身的结构参数。
设备状态检测与故障诊断
振动传感器的使用原则
在实际测试工作中，可用和优化是选用振动传感器 应遵循的基本原则。 可用 要使所选的传感器满足最基本的测试要求。 优化 在满足基本测试要求的前提下，尽量降低传 感器的费用，即取得最佳的性能价格比。 选用时，需要考虑的问题如下：
设备状态检测与故障诊断
振动加速度传感器的工作原理
3.工作原理
1
当1 ，即 n 1 时， 1 2 2 4 22 1 ，此时有
q Sqa sint
即当被测振动体的运动频率远低于传感器的固有频率 时，压电元件表面的电荷量与传感器壳体（被测物体） 的振动加速度幅值成正比，这即是压电加速度传感器 的工作原理。
设备状态检测与故障诊断
振动位移传感器的工作原理
把一块金属导体放置在一个 通有高频电流的线圈所产生 的交变磁场中，由于电磁感 应的作用，导体内将产生一 个闭合的电流环（电涡流）。 电涡流将产生一个与交变磁 场相反的涡流磁场来阻碍原 交变磁场的变化，从而使原 线圈的阻抗、电感因素都发 生变化，且它们的变化量与 线圈到金属导体之间的距离x 的变化有关，于是就把位移 量转化成了电量。
设备状态检测与故障诊断
振动加速度传感器的工作原理
3.工作原理 压电加速度传感器的结构一般有纵效应型、横效应 型和剪切效应型三种，其中纵效应型是最常见的一 种，其结构原理和力学模型如下图所示：
纵效应型压电加速度传感器的结构原理及其力学模型 1—螺母；2—质量块；3—压电元件；4—基座
设备状态检测与故障诊断
设备状态检测与故障诊断
振动位移传感器
电涡流传感器是20世纪中期研制成功的振动位移传 感器，它利用导体在交变磁场作用下的电涡流效应， 将变形、位移与压力等物理量的改变转化为阻抗、 电感等电磁参量的变化。 电涡流传感器的优点是灵敏度高、频响范围宽、测 量范围大、抗干扰能力强、不受介质影响、结构简 单以及非接触测量等，当今在各工业领域都得到了 广泛的应用。
振动加速度传感器的工作原理
1.压电效应
自然界中某些电介质，如石英、钛酸钡等，当沿着 一定的方向对其施力而使之变形时，其内部发生极 化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电 荷；当外力去除后，电介质又重新恢复到不带电的 状态，介质的这种机械能转换为电能的现象即为压 电效应。
介质的压电效应是可逆的，即在电介质的极化方向 施加电场，这些电介质也会产生变形，这种由电能 转换为机械能的现象称为逆压电效应。
设备状态检测与故障诊断
振动加速度传感器的工作原理
2.压电材料 具有压电效应的材料称为压电材料。 压电材料主要有两大类，即压电晶体（如石英）和 压电陶瓷（如钛酸钡）。 其中石英晶体的应用较早，因其稳定性最好、但压 电系数最小且价格昂贵，通常用作标准加速度传感 器的敏感材料。 钛酸钡、锆钛酸铅，特别是后者则是目前应用最广 泛的压电陶瓷。
设备状态检测与故障 诊断-振动监பைடு நூலகம்系统的
组成
第4讲 振动监测系统的组成
振动监测系统的组成
观测 测振传感器与 信号记 信号分析与 结
对象 信号调解器
录仪
处理设备 果
测振传感器的作用是将机械振动量转变为适于电测的电参量， 俗称拾振器； 信号调理器则起协调作用，使传感器和记录仪能配合起来协 同工作，其主要功能包括信号放大、阻抗变换。 信号记录仪的功能是存储所测振动信号； 分析与处理设备则负责分析处理各种所记录的信号；