本科生机械故障诊断学-第3章各种方法PPT课件

A()
(/n)2
1/n222 /n2
arct1g2//nn2
固有频率： n k/m
阻尼比： c
2 km 6
6
0.01
5
4
0.1 0.2
位 移
0.5
输
3
0.7
入
2
1
： 幅
-
频
1
曲
线
A
0
0
0.5
1 1.5
2
2.5
3
n
7
0
180
0.01
160
0 .1
140
0 .2
120
位
移
0 .5
输
100
/
80
0 .7
入
1
：
相
-
60
频
40
曲
20
线
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
n
8
当<<n时， A()接近于0，质块相对基础
的运动接近于零，它意味着质块几乎跟着基 础一起振动，相对运动很小。
而当>>n时，A()接近于1，表明质块相对
基础的运动与基础的运动近乎相等，即质块 在惯性座标中几乎处于静止状态。 上述原理是研究振动测试的基础。
41
➢ A/D转换
x (t)
14
x( t )
xt 12
10
D
8
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6
4
2
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
时间 t= kD, s
42
x(t) A 1
2 0
B
Ts C
3
4t
混叠现象
43
采样定理
44
若原始信号是带限信号， 则采样后信号不发生混 叠的条件为：fs 2fh（如下图）。其中fh为信号中 的最高频率。此即为采样定理。
各种振动传感器的测量范围
37
千分尺 刻度盘
涡流位移 传感器
倾斜金属板
电机
涡流位移传感器的校准仪
38
计算机辅助信号采集系统
被测 对象
传
…感 器
…
信号 调理
…
多路 模拟 开关
采样 保持
A/D
显示 RAM
控制逻辑
计
算
机
CPU
总
线
激励 装置
功率 放大
低通 滤波
D/A
ROM 键盘
39
多通道同步 采集A/D卡
状态监测与故障诊断
(第二、三章)
联系方式：lw@cup.edu.cn 13910156270
新综合科研楼624
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2
第二章 传感器原理与信号检测
1、传感器概述 2、振动信号检测 3、计算机辅助信号采集系统 4、信号预处理
|X(f)S (f )|
…
…
-fh 0 fh
fh
fs 不产生混叠的条件
f
45
消除混叠的措施 ❖ 提高采样频率。但提高采样频率将导致在 同样信号长度下，采样点数随之提高，增 加计算负担。 ❖ 应用抗混滤波器降低信号中的最高频率。 从理论上讲，由于抗混滤波器的非理想特 性，信号中高频分量不可能完全衰减，因 此不可能彻底消除混叠。
m d2 d y t0 2 (t)cd dyt0(t)k0(y t)cd dy1 t(t)k1(y t)
令 y0(1 t)y0(t)y1(t)
f (t)
m
d
2 y01(t) d t2
c
d
y01(t) dt
k
y01(t)
m
m
d
2 y1(t) d t2
k
c y0(t) y1(t)
5
以y1(t)作为输入：
-A
Ca
ua
Ra Cc Ri Ci ui
uo
电压放大电路
Ui(s) sRCa Ua(s) sRC1
高通滤波
其中，R = Ra//Ri，C = Ca + Cc + Ci。
27
Cf
-A
q
Ca Ra Cc Ri Ci ui
uo
电荷放大电路
电荷放大器是一个高增益带电容负反馈的运算 放大器，其输入阻抗极高（1012以上）。
3
传感器概述
➢ 传感器是人类器官的延伸 ➢ 分类
位移、温度、压力、流量、速度传感器等。 机械式、电气式、光学式、流体式等。
物性型、结构型 能量转换型(无源型、 发电型或主动传感 器)、能量控制型( 有源型、能量调节型 或被动传感器) 模拟式、数字式
4
振动信号检测
单自由度系统在基础受力所产生的受迫振动
12
L
0.25 0.225
0.2 0.175 0.15 0.125
0.1 0.075 0.05 0.025
0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 , mm
传感器的自感量L与距离关系
13
探头
六角螺母 壳体螺纹
28
-A
q
Ca Ra Cc Ri Ci (1+A)Cf ui
uo
电荷放大等效电压放大电路
Ui(s) sRCa Ua(s) sRC1
其中，R = Ra//Ri C = Ca + Cc + Ci + (1+A)Cf (1+A)Cf
29
ICP® Sensor System
30
压电式加速度传感器
31
传感器本体
同轴电缆
14
15
16
17
18
➢ 磁电式速度传感器
e=WBlvsin
e=kWBA
19
图 电磁式绝对速度计 1—弹簧 2—壳体 3—阻尼环 4—磁钢 5—线圈 6—芯轴
20
21
22
➢ 压电式加速度传感器
F
金属膜
F 压电晶片
23
24
压电器件相当于具有一定电容的电荷源：
Ca
0A
9
以 y1(t) 作为输入：
A()
(1/n)2
1/n222 /n2
arct1g2//nn2
10
5 4.5
4 3.5
3
A() 2.5
2 1.5
1 0.5
0.01
0.1 0.2
加 速 度
0.5
输
0.7
入
1
： 幅
-
频 曲 线
00
0.5
1 1.5
2
2.5
3
n
11
➢ 涡流式位移传感器 L w20 A 2 w ： 线圈匝数 0 ：空气的磁导率
32
NOISE COMPARISON
ICP
CHARGE MODE
(Ranged for 500 mV/g Sensitivity)
33
钢螺栓
a)
云母垫圈 薄蜡层
绝缘螺栓
b)
钢螺栓
c)
磁铁
探针 d)
粘接剂 粘接螺栓 粘接剂
e)
f)
g)
34
35
36
加速度 位移 速度
0.01
0.1
1
10
100 1000 10000
电容两极板间开路电压为： u a
q Ca
q
Ca Ra
Ca
ua
Ra
等效电荷源
等效电压源
25
若考虑负载（测量电路），等效电路如下：
Ca
q
Ca Ra Cc Ri Ci ua
Ra Cc Ri Ci
电荷源等效电路
电压源等效电路
假设一恒定力F作用于压电器件，产生电量q，
则输出电压：
uaC qCaC qcCi
26
AC/DC选择
AC/DC分离雧
通道选择
模拟信号隔离
...
振动信号输入
工业控制计算机 PC 总线
采样控制 转速测量
振 动 信 号 采 集 模 块
非振动信号 采集模块
温度、压力等非振动 信号输入
开关量 采集模块
开关量输入
透平压缩机组信号 采集装置示意图
40
➢ 信号调理 1、交、直流分离 2、信号滤波 3、信号放大 4、信号积分