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设备状态监测与故障诊断技术第二章测试诊断系统组成本章教学目标：1、熟悉测试系统的组成及基本要求；2、熟悉测试系统的传递特性；3、熟悉工程常见的几种振动。一、测试系统的组成及基本要求1、定义： 测试过程是人们从客观事物中获取相关信息的认识过程。2、组成3、测试系统的基本要求输入、输出、传输特性是有确定关系的三个量，当已知其中任何两个量，即可求得第三个量。理想的测试装置应该具有单值的、确定的 输入输出关系，其中以输入输出呈线性关系为最佳。4、线性检测系统主要性质（1）符合叠加原理 若：x1(t) - y1(t) x2(t) - y2(t) 则：x1(t)x2(t) - y1(t)y2(t) 符合叠加原理，意味着作用于线性系统的各个输入所产生的输出是互不影响的；一个输入的存在绝不影响另一输入所引起的输出。而在分析众多输入同时加在系统所产生的总效果时，可以先分别分析单个输入（假定其他输入不存在）的效果，然后将这些效果叠加起来以表示总的效果。 （2）比例特性 常倍数输入的输出等于原输入所得输出的常倍数。 若：x(t) -y(t) 按线性系统的比例特性，对于任意常数a， 有：ax(t) -a y(t)（3）频率保持特性 若输入为某一频率的简谐（正旋或余旋）信号，则系统的稳态输出必是、也只是同频率的简谐信号。如：已知系统是线性的和其输入的频率，那么依据频率保持性，可以认定测得信号中只有与输入频率相同的成分才真正是由该输入引起的输出，而其他频率成分都是噪声（干扰信号），进而可以根据这一特性，采用相应的滤波技术，在很强的干扰下，把有用的信息提取出来。5、测试系统的性能精确度：指示值和被测量真值的符合程度。 稳定性：随时间或环境条件变化的稳定程度。 测量范围：所能测的范围、动态还要考虑频率。 传递特性：输入与输出的对应关系。6、测试系统的传递特性1）静态特性 静态测量如果测量时，检测装置的输入、输出信号不随时间而变化，则称为静态测量。检测装置的静态特性就是在静态测量情况下描述实际检测装置与理想定常线性系统的接近程度。 描述检测装置静态特性的主要参数有灵敏度、线性度、回程误差和稳定性等。（1）灵敏度当测试装置的输入x有一增量x,引起输出y发生相应变化y时,定义: S=y/x对于理想的定常线性系统：S=y/xy/x常数非线性的系统：dy/dx常数 灵敏度表征的是检测装置对输入信号变化的一种反应能力。 （2)非线性度标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。 非线性度=B/A100%（3)迟滞（回程误差）正反行程期间输入输出特性曲线不重合的程度，也即是测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最大者为hmax，则定义回程误差为: et=hmax/A产生回程误差的原因可归纳为：系统内部各种类型的摩擦、间隙及某些材料的滞后特性。（4）分辨力 能引起读数登记表的指针变化一个最小分格或使数的最低位跳变一个字的输入量的增量，它是系统可能检测到得输入信号得最小增量，它仅决定于仪器得灵敏度和背景噪声电平。2）动态响应特性 检测系统要检测的输入信号是随时间而变化的，检测系统的特性应能跟随输入信号的变化，这样才可以获得准确的输入信号，这种跟随输入信号的变化的特性就是响应特性，即是动态特性。 系统的动态特性一般通过描述系统的数学模型如微分方程、或找出系统的动态特性函数如传递函数、频率响应函数等来进行研究。 传递函数：输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比值频率响应特性 幅频特性 相频特性常见系统的动态特性 液柱式温度计：一阶惯性 弹簧质量阻尼系统：二阶振荡 7、信号不失真传递条件作为检测装置，只能当它的输出能如实地反映输入变化，即实现不失真测试时，它的测试结果才是可靠的，才能据此解决各种测试问题，因此，了解装置的不失真测试的条件是必要的。1）时域 设测试系统的输出y(t)与输入x(t)满足关系： y(t)=A0x(t-t0)时域描述 A0、t0均为常数，这种情况下，认为测试系统具有不失真的特性。结论：可见，要实现不失真测试，要求输出与输入的波形完全一致，只是幅值放大了A0倍，时间延迟了t0 。2）频域对y(t)=A0x(t-t0)做傅立叶变换 得：Y()=A0e-jt0X() 频域描述 不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别满足：A()=A0 （常数） ()=-t0 （直线）二、机械振动基础1、定义机械构件在其平衡位置所做的往复运动。2、分类1）按振动产生的原因（1）自由振动（2）受迫振动（3）自激振动2）按振动规律 （1）简谐振动 （2）周期振动 （3）瞬态振动 （4）随机振动3）按振动系统自由度 （1）单自由度振动系统的振动 （2）多自由度振动系统的振动 （3）无限多自由度振动系统的振动3、简谐振动及其基本特征1）简谐振动简谐振动的基本方程：x(t)=Amsin(t+)2）振动三要素（1）幅值（2）频率（3）相位3）简谐振动的合成（1)相互垂直的两个简谐振动的合成x(t)=A1sin(t+1)x(t)=A2sin(t+2)合成振动的轨迹方程：初相位角相等=0若=合成运动的轨迹形成一稳定的闭合曲线，称为双圈“晃动”半速涡动。合成运动的轨迹形成三圈或多圈不规则的图形。（2）“拍频”振动定义：当两个振动幅值相同，振动初相也相同，而且评论相差很少的两个简谐振动迭加时，就产生了一种非简谐振动。图：“拍频”振动4、工程中常见的几种振动1）受迫振动 外界物体对振体持续地以力的形式进行激励，使系统不断得到能量的补充，以弥补阻尼所消耗的能量，系统的振动就能持续下去。图：不平衡转子激励转子系统的力学模型2）自激振动 振动系统受到初始激励后，系统将持续作用的能源转化成周期作用的能源，从而维持和发展系统振动的一种振动过程。3）轴的抖动 特征：轴心转动方向与轴的转动方向相反 图：轴在轴承中发生抖动（a）轴与轴承开始相对转动时 （b）轴在轴承中发生的甩转4）油膜涡动：在润滑条件充分的情况下，轴心绕轴承中心做回转运动。特征：轴心转动方向与轴的转动方向相同 图：立式轴承的油膜振动图：立式轴承的油膜速度分布图：油膜涡动、油膜振荡与转速