设备状态监测与故障诊断技术第11章-状态监测软、硬件知识简介

1、2021-7-131 学习目标：学习目标： 本章将简介状态监测软、硬件知识。 n要求要求了解传感器的性能指标； n掌握掌握加速度传感器的安装方式； n了解了解数据采集器、滤波器、专家系统、数字化 网络监测系统等的基本知识。 第十一章第十一章 状态监测软、硬件知识简介状态监测软、硬件知识简介 2021-7-132 第一节第一节 传感器传感器 一、概述一、概述 传感器传感器是感受物体运动并将物体的运动转换成模拟电信号模拟电信号的 一种灵敏的换能元件换能元件，是诊断装置的“眼眼”和“耳耳”。 n测量压力压力的仪器可分为压力表及压力传感器两大类； n流量流量测试仪器包括节流（压差）式流量计、涡轮流量计

2、、 靶式流量计、容积式流量计、计量马达式流量计； n振动振动测试仪器包括压电式加速度传感器、电容式振动传感 器、涡流式振动传感器； n噪声噪声测试仪器主要有声级计。 2021-7-133 传感器的性能指标传感器的性能指标 n灵敏度灵敏度 它是指沿传感测量方向，输出信号与输入信号之比之比，一般在某 一指定频率范围内测得。 n动态范围动态范围 当输入和输出信号保持线性关系时所对应的输入信号的变化 范围称动态范围。 n频响特性频响特性 表示传感器在不同频率下输出响应对输入信号的比值比值。 n相移相移 是指传感器电压输出信号与输入信号的相位滞后量相位滞后量。 n横向灵敏度横向灵敏度 由于工艺、材料、设

3、计等原因，传感器在被测物体的非测 量方向上也会有信号输出，影响所测信号，横向灵敏度应尽量小。 n环境条件环境条件 每一种传感器都有它适用的环境条件，如温度、湿度、磁场 强度、辐射场、声场等。 n其它如重量、尺寸、大小重量、尺寸、大小等都应考虑具体使用条件。 第一节第一节 传感器传感器 2021-7-134 设备故障诊断最常用的振动传感器振动传感器主要有位移探测器、 速度传感器、加速度计三种型式。 n常用的速度传感器速度传感器为具有弹簧-质量系统的磁电式传感器，它 测量的是机器相对于地面的绝对运动，因此又称为惯性式或 地震式传感器。 n加速度传感器加速度传感器，特别是压电式加速度传感器，由于其体

4、积小、 重量轻、频率范围宽等特点，在旋转机械及往复机械的振动 监测与诊断中应用十分广泛 。 第一节第一节 传感器传感器 2021-7-135 二、加速度传感器二、加速度传感器 1工作原理工作原理 2压电晶体压电晶体 3压电加速度计的主要特性压电加速度计的主要特性 n灵敏度灵敏度 n频响特性频响特性 n线性范围线性范围 n其它特性其它特性 横向灵敏度横向灵敏度 温度效应与时间效应温度效应与时间效应 电缆噪声电缆噪声 漏电效应漏电效应 噪声输出噪声输出 第一节第一节 传感器传感器 2021-7-136 4安装与使用安装与使用 安装方式安装方式 n图（a）是用双头钢制螺栓固定，为测试效果最理想安装方

5、法。被测物体与传感器可看成 整体，因而共振频率与其它方式相比为最高最高，可承受最大加速度，适于冲击测量。 n图（b）是用绝缘螺栓固定，需要电气绝缘时使用。其共振频率略低于略低于图（a）方式，承 受的负荷加速度大。 n图（c）是靠永久磁铁固定，便于装拆和现场使用便于装拆和现场使用。其共振频率中中等，承受的负荷加速度 中等（200g），使用温度150。 n图（d）是用渗腊层粘结，其共振频率较高，承受的负荷加速度小，不宜在高温下使用。 n图（e）是用粘结剂固定，如502胶或环氧树脂连接，其共振频率低低（5000Hz），承受 的负荷加速度小。 n用手持探针测量，其共振频率最低最低（1000kHz），负

6、荷加速度也小，特点是使用方便。 第一节第一节 传感器传感器 2021-7-137 传感器常用安装方法及特点传感器常用安装方法及特点 磁座使用方便而性能适中，是最常用的方法磁座使用方便而性能适中，是最常用的方法 第一节第一节 传感器传感器 2021-7-138 加速度传感器的选择与使用加速度传感器的选择与使用 加速度传感器选择的主要因素包括精确性精确性，适当适当的使用、安装。具体而言， 选用加速度传感器时应考虑下列指标： n灵敏度灵敏度 通常为100mV/g或250mV/g，也有10mV/g和1000mV/g的加速度计。 n频率范围频率范围 一般加速度计使用频率范围为1Hz-10kHz，共振频率

7、通常为20- 30kHz，使用范围的上限一般为共振频率的1/3，其测量误差1dB。 n测量范围测量范围 通常的测量范围为0.1-100g n与电荷放大器的配置与电荷放大器的配置 n传感器安装点传感器安装点 传感器应避免安装在高温、潮湿以及有腐蚀气体的环境。 n接地接地 应使测量系统在一点接地，也可采用绝缘螺栓及安装面加绝缘片等措施。 5加速度计的标定加速度计的标定 加速度传感器经使用一段时间后应进行标定以保证其测试的精确可靠。 绝对法绝对法：标定标准加速度计 比较法比较法：标定一般加速度计 第一节第一节 传感器传感器 2021-7-139 第二节第二节 数据采集器数据采集器 设置采集器 回收数

8、据 建立参数库 数据分析 打印报告 现场测量 2021-7-1310 单单 片片 计计 算算 机机 程程 序序 存储器存储器 数数 据据 存储器存储器 电 荷电 荷 放大放大 传感器传感器 积积 分分 共振解调共振解调 程控程控 放大放大 抗混抗混 滤波滤波 A / D 转换转换 速度速度 位移位移 键键 盘盘 通讯模块通讯模块 电电 源源 显显 示示 器器 积积 分分 数采器原理框图数采器原理框图 第二节第二节 数据采集器数据采集器 2021-7-1311 在数据采集器内A/D转换器是设备的关键关键，它将连续 的模拟模拟输入信号转化为数字数字信号，即量化量化过程，使之变成 微机能接受的二进制

9、数二进制数，以进一步用于处理、显示、记录 等。下面是典型数据采集器的性能指标： nA/D转换器的分辨率转换器的分辨率 目前A/D的分辨率有8位、10位、12 位，有的达16位或更高，为求得高分辨率，需提高A/D的 位数，随着位数的增加，信噪比也不断提高。 n频率范围频率范围 0-20kHz或0-40kHz。 n频率分辨率频率分辨率 100，200，400，800，1600，3200，或更 高（谱线）。 n存贮器内存存贮器内存 256kB-1MB，目前可以更大。 n动态范围动态范围 70dB。 n通道数通道数 1-4。 n功能功能 可进行数据采集、谱分析、数据分析、动平衡等。 数据采集器的性能指

10、标数据采集器的性能指标 第二节第二节 数据采集器数据采集器 2021-7-1312 滤波器滤波器 未滤波的原始信号未滤波的原始信号 滤波后的信号滤波后的信号 高通滤波高通滤波低通滤波低通滤波带通滤波带通滤波带阻滤波带阻滤波 第二节第二节 数据采集器数据采集器 2021-7-1313 第三节第三节 专家系统专家系统 一、专家系统概述一、专家系统概述 “专家系统（Expert System，简称ES）是一个智能计算 机程序，它利用知识和推理过程知识和推理过程来解决那些需要大量的人类 专家知识才能解决的复杂问题。所用的知识和推理过程可认 为是最好的领域专家的专门知识的模型”。一般将专家系统 的设计人

11、员称知识工程师（Knowledge Engineer），将参加 专家系统开发的人类专家称为领域专家（Domain Expert）。 作为人工智能一个重要分支的专家系统专家系统（Expert System，ES） 是在20世纪60年代初期产生和发展起来的一门新兴的应用科 学，而且正随着计算机技术的不断发展而日臻完善和成熟。 1982年美国斯坦福大学教授费根鲍姆给出了专家系统的定义： 2021-7-1314 第三节第三节 专家系统专家系统 专家系统是一种智能的计算机程序，这种程序使用使用知识 与推理过程，求解求解那些需要杰出人物的专门知识才能求才能求 解解的复杂问题。 专家系统有三个特点，即： 启

12、发性，能运用运用专家的知识和经验进行进行推理和判断； 透明性，能解决解决本身的推理过程，能回答回答用户提出的问题； 灵活性，能不断地增长知识，修改修改原有的知识。 2021-7-1315 第三节第三节 专家系统专家系统 专家系统通常由5个基本组成部分基本组成部分：知识库(核心)、推理 机（灵魂）、数据库以及解释程序、知识获取程序。 二、建立专家系统的目的和任务二、建立专家系统的目的和任务 建立专家系统的主要目的主要目的就是为了保存和推广人类 专家的宝贵知识。 建立专家系统的一个主要任务主要任务就是形式化表达人类 专家的专门知识。 2021-7-1316 三、专家系统与传统程序的区别三、专家系统

13、与传统程序的区别 专家系统的目标是获取和使用人类专家的启发性知识启发性知识，传统 程序的目标是实现一组算法一组算法。 其中最基本的区别最基本的区别是在于专家系统以知识知识为处理对象，而传 统程序是以数据数据为处理对象，因此，专家系统注重知识表示和推 理方法，而传统程序则强调数据结构和算法。 n如果传统程序的结构可表示成： 数据结构数据结构+算法算法=程序程序 n那么，专家系统的结构为： 知识知识+推理推理=专家系统专家系统 专家系统专家系统传统程序传统程序 知识知识的表示和使用数据数据的表示和使用 作出决定计算结果 基于启发式启发式基于算法基于算法 符号推理数值计算数值计算 能处理信息的不确定

14、性不能 能处理信息的不完全性需要全部信息 能提供解释不能 控制和知识分离控制和知识混合 第三节第三节 专家系统专家系统 2021-7-1317 四、专家系统的结构四、专家系统的结构 知识库知识库和推理机推理机称为专家系统的核心核心。 专家系统的基本构成专家系统的基本构成 设备故障诊断专家系统结构设备故障诊断专家系统结构 第三节第三节 专家系统专家系统 2021-7-1318 CAN / 485 Network 1-8 sensors (Vibration,rpm, 24VDC供电，内置电源隔离减少地线干扰 可灵活选择上传的参数、特征值和波形 波形长度(32-4096)点可选 8阶椭圆抗混滤波：

15、频率程控可设、可切除 第四节第四节 网络化在线监测与故障诊断网络化在线监测与故障诊断 2021-7-1329 系统其它特点系统其它特点 可同时监测振动,转速,轴温和其它参数 可选语音查询功能，用普通电话拨号方式查询测点振值、 设备状态或诊断结论 可接互连网,支持远程设备医院 第四节第四节 网络化在线监测与故障诊断网络化在线监测与故障诊断 2021-7-1330 填表和搭积木方式 为网采系统编程 第四节第四节 网络化在线监测与故障诊断网络化在线监测与故障诊断 2021-7-1331 第四节第四节 网络化在线监测与故障诊断网络化在线监测与故障诊断 2021-7-1332 以动态数据交换方 式（DD

16、E）向 Windows发送数据 第四节第四节 网络化在线监测与故障诊断网络化在线监测与故障诊断 2021-7-1333 第四节第四节 网络化在线监测与故障诊断网络化在线监测与故障诊断 2021-7-1334 第四节第四节 网络化在线监测与故障诊断网络化在线监测与故障诊断 2021-7-1335 组态王中定义组态王中定义DDE 设备设备 第四节第四节 网络化在线监测与故障诊断网络化在线监测与故障诊断 2021-7-1336 第四节第四节 网络化在线监测与故障诊断网络化在线监测与故障诊断 2021-7-1337 第四节第四节 网络化在线监测与故障诊断网络化在线监测与故障诊断 2021-7-1338

17、 您熟悉的信号分析与故障诊断工具您熟悉的信号分析与故障诊断工具 第四节第四节 网络化在线监测与故障诊断网络化在线监测与故障诊断 2021-7-1339 CAN总线通信协议总线通信协议 一、一、CAN总线标识符定义总线标识符定义 ID10ID4节点节点ID（0127） ID3ID0命令字（最多支持命令字（最多支持16种命令）种命令） 二、二、CAN命令（命令（ID3ID0） 0、（、（0000）联络命令）联络命令 用于上位机和各个网采之间的握手联络。为远程帧用于上位机和各个网采之间的握手联络。为远程帧 1、（、（0001）初始化命令）初始化命令 l l PC to Collector：（上位机初

18、始化网采各通道）：（上位机初始化网采各通道） 发送发送8个字节的数据，其中字节个字节的数据，其中字节18代表组代表组18的各参数字。其各字节定义：的各参数字。其各字节定义： D7：组别标志（：组别标志（ 1电压组；电压组；0电荷组）电荷组） D6 D5（两通道公用）：设置上传的振值参数和存储在黑匣子中的波形参数（两通道公用）：设置上传的振值参数和存储在黑匣子中的波形参数 00加速度加速度A波形、波形、25.6khz； 01速度速度V波形、波形、2.56khz； 10位移位移D、1.28khz； 11包络包络E、5.12khz； D4 D3：传感器类型（：传感器类型（A，V，D，E） 00电荷加

19、速度传感器（电荷加速度传感器（A）两次积分两次积分 - 开放协议开放协议 第四节第四节 网络化在线监测与故障诊断网络化在线监测与故障诊断 2021-7-1340 小小 结结 n传感器是感受物体运动并将物体的运动转换成模拟电信号模拟电信号的一种灵敏的 换能元件，是诊断装置的“眼”和“耳”。加速度传感器加速度传感器，特别是压电 式加速度传感器，由于其体积小、重量轻、频率范围宽等特点，在旋转 机械及往复机械的振动监测与诊断中应用十分广泛。 n加速度传感器速度传感器根据不同的使用条件和环境有各种安装方式安装方式：用双头钢制 螺栓固定、用绝缘螺栓固定、靠永久磁铁固定永久磁铁固定、用渗腊层粘结、用粘结 剂固定、用手持探针测量。 n数据采集器数据采集器可以进行数据采集、谱分析、数据分析、动平衡等操作。 n滤波器是数据采集器的重要组成部分滤波器是数据采集器的重要组成部分。使用滤波器可以有目的清除频谱 中某些频段的数据，或者抽取频谱中某一频段的数据。常用滤波器有高 通、低通、带通、带阻四种。 n设备故障诊断专家系统专家系统是利用各种类型的诊断知识，对设备运行状态 （正常和异常）进行判断和推理的