机械工程测试系统设计

机械工程测试系统设计

摘要：机械工程测试技术在工业生产中起着十分重要的作用，为此设计和制造高效的机械工程测试系统便成为测试技术的重要内容。机械工程测试技术是工程技术领域中的一个重要的技术，工程研究、产品开发、生产监督、质量控制和性能试验等，都离不开测试技术。因此通过机械工程测试技术设计出一套具有测试功能的机械工程测试系统对于现代化的生产起着至关重要到作用，运用机械工程测试系统可以在机械工业生产中进行故障分析与检测，并及时的排除故障从而提高生产效率。本文根据机械工业生产中所存在的问题进行一种机械工程测试系统的设计，从而说明机械工程测试系统对于机械工业的重要性。

关键词：机械工程测试系统测试技术机械振动故障诊断工业生产

正文:一.机械工程测试技术的主要内容和收获

在生产生活动中，新的工艺与设备的开发依赖于测量技术的发展水平而且可靠的测量技术对于生产过程自动化、设备的安全与经济运行都是必不可少的先决条件。在广泛应用的自动控制技术中，测试装置已成为控制系统的重要组成部分。在各种现代装备系统的制造与实际运行工作中，测试工作内容已占首位，测试系统的成本已达到装备系统总成本的50%-70%，它是保证现代工程装备系统实际性能指标和正常工作的重要手段，是其先进性能及实用水平的重要标志。目前，工程测试技术已广泛的应用于工农业生产、科学研究、国防建设、交通运输、医疗卫生、环境保护和人民生活的各个方面，并在其中发挥着越来越重要的作用，已成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的基础技术。使用先进的测试技术已成为经济高度发展和科技现代化的重要标志之一。

《机械工程测试技术》课程的主要研究内容是测试技术的基础知识，即信号的时域和频域特性以及测试装置的基本特性；测试信号的获取与调理技术；测试系统的设计；计算机测试系统；实际测试系统。通过《机械工程测试技术》的学习，主要学习到了机械工程动态测试中常用的传感器及其基本原理与相应的调理电路，信号处理电路及记录仪器的工作原理，掌握了信号的时域及频域的描述方法，建立明确的信号的频谱结构的概念；频谱分析和相关分析的基本原理和方法；数字信号分析中的一些基本概念。了解了测试装置静、动态特性的评价方法和不失真测试条件，并掌握了一阶、二阶系统动特性和测定方法，以便正确地选用测试仪器。通过测力、测位移了解常用传感器、常用信号调理电路和记录仪器的工作原理和性能以及选用原则，初步运用于机械工程中某些参量的测试以及测量误差的分析方法和数据处理，了解到了相关功率谱概念及其应用。

《机械工程测试技术》是应用电子技术对机械行业的设备进行各种性能测定、读取、检验的一门学科，并通过试验、控制和运行监测给予在设备实际设计制造的参考数据以及实现自动化控制。这为机械设备的使用和自动化提供了条件。在现

代工业条件下，在实现利润最大化的当今，只有设备越趋于自动与安全，才是我们最大的需求。这门课程通过介绍测试技术的基本知识，测试的基本方法和基本设备，是我们机械专业的学生在了解自己专业的基础上对实际生产中的自动控制与测试，测量有了相当的了解，可以使我们在今后的工作中更加得心应手。对于自己的专业来讲。最常用到的便是机械振动、温度、压力、物料浓度等相关参数的测定方法，这是将理论设计得以应用到实际中的条件。只有实际条件满足设计条件时，生产才可以顺利进行，否则就会造成生产事故，威胁生产操作人员的人身财产安全。一个机械工程人员如果想要在现今科技高速发展的今天，就必须学会并应用电子信号等相关技术对机械行业实现低人功率，低成本，远程实时的监控操作。在自己的专业基础上，重点了解了常用传感器的种类，例如机械式、电磁式以及光电式，对涉及到压力、温度、流量及材料强度等相关参数测试的知识，也重点掌握了例如测量的实际操作过程，测试的信号采集与处理。同时也了解了测试技术的前沿发展状况，对今后在测试装置的选择与使用上都有很大的帮助。

二.传感器的学习与机制专业的关系

机械工业担负着装备国民经济各个部门的任务。机械工业目前面临着更新产品、革新生产技术、改善经营管理、提高产品质量的挑战，因此传感器的学习对于机制专业的学习起着十分重要的作用。因为传感器主要用于测试工作而测试工作不仅能为产品的质量和性能提供客观的评价，为生产技术的合理改进提供基础数据，而且是进行一切探索性的、开发性的、创造性的和原始的科学发现或技术发明的手段。可以设想：如果没有原始的材料试验数据，就不能充分合理和有效地进行强度计算；如果没有有效的参数监护测试仪器，就不能使设备高效率地安全运行；如果没有工艺流程数据的测试和采集，就无法实现任何自动化。所以说测试技术是机械工业发展的一个重要基础技术，也成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的重要基础技术。因而，使用先进的测试技术也就成为经济高度发展和科学现代化的重要标志之一。因此，测试技术是机械工程技术人员必须掌握的一门实践性很强的技术，也是从事生产和科学研究的有力手段。

三.机械振动测试系统设计

1.测试任务的确定

振动问题广泛存在于热门的生活和生产当中。建筑物、机器等在内界或者外界的激励下就会产生振动。而机械振动常常会破坏机械的正常工作，甚至会降低机械的使用寿命并对机器造成不可逆的损坏多数的机械振动是有害的。因而对振动的研究不仅有利于改善人们的生活环境和生活水平，也有助于提高机械设备的使用寿命，提高人们的生产效率。正因如此振动测试在生产和科研等多方面都有着十分重要的地位。为了控制振动，将振动给人们带来的危害降至最低，就需要了解振动的特性和规律，对振动进行测试和研究。机械振动测试系统就是利用现代

一些测试手段，对所研究物体的机械振动进行测量，并对测得的信号进行更细致的分析，以期获得在各种工作状态下物体的机械振动特性，从而判断物体的机械振动特性是否符合要求。机械振动测试系统主要由传感器、信号调节部分、数模转换器、信号处理部分和数据记录部分、反馈部分等组成。

2.测量方法的选择

对于机械振动应选取非接触式测量方式，由于机械振动会产生不稳定的载荷冲击，若采取接触式测量方式就会使测量头磨损、接触状态变动、信号获取困难及测量误差偏大等问题。因此为了减少这些问题，应采用非接触式测量方法，如电测法来测量机械振动的参数。其测量原理图如图一所示。

3.传感器的选择

根据机械振动的特点选择电涡流式位移传感器，电涡流式位移传感器是一种非接触相对式位移传感器。测量范围大、灵敏度高、抗干扰能力强，不怕油污，使用简单方便，已在许多场合得到了应用。高速旋转机械的轴向位移、径向位移及其它某些生产流程的监控都采用了电涡流式传感器。其结构示意图如图二所示。

4.后续测量系统的选定

(1)信号调理装置的选择:电涡流式位移传感器应选择交流放大器。

(2)测量装置动静态分析装置选择:振动频谱分析仪，频谱分析计算机。

(3)测量精度装置的选择:激光三角法精度测量仪。

5.相应软件的设计与编制

软件选择为PLC。可以采用逻辑流程图法、时序流程图法、梯形图法、步进顺控法等进行程序的编制。通过PLC控制电涡流式位移传感器并将反馈信号传输到计算机，计算机再通过频域时域分析绘制出相应的振动幅频图像，可以通过图像的相位变化从而分析出振动频率的高低与振动的大小，当振动频率和大小过大时，计算机就会自动报警来提醒操作人员及时进行故障诊断与排除。

6.测量系统的性能评定

(1)传感器线圈外径Ф越大，它的可测距离h的线性范围就越大，但是灵敏度越低；反之，线圈外径Ф越小，传感器灵敏度越高，但线性范围越小。所以在使用中要根据不同的振动幅值范围选用不同直径的传感器，测量范围从几个微米到几十毫米。

(2)线圈外径确定后，在金属导体中电涡流形成的径向范围就决定了，在等于线圈直径Ф的地方，电涡流密度最大，在1.8Ф的地方,电涡流密度衰减到最大值的5％。为保证足够的灵敏度通常要求被测物体的直径应大于2倍的线圈直径。

(3)当被测物体是圆柱体时（如轴），其直径应大于线圈直径的3.5倍，因为当线圈直径等于圆柱体直径时，灵敏度只是原灵敏度的70％。

(4)被测物厚度不可太薄，铁磁性物体应在0.2毫米以上，铝铜等非导磁性物体