典型测试技术设计实例汇总PPT课件

1、内容内容 1.塔式起重机结构强度测试2.无心磨削的工件棱圆度精密检测3.高速机车轴温测试系统4.润滑油膜厚度检测5.缝纫机噪声源测试分析6.旋转机械故障监测诊断网络化系统重点：掌握一些实际的测试技术，对测试系统的设计掌握一些实际的测试技术，对测试系统的设计有一个基本的概念，学会分析方法与设计思路有一个基本的概念，学会分析方法与设计思路 第1页/共62页 测试系统的设计涉及p明确测试任务明确测试任务p制定测试方案制定测试方案p选择传感器选择传感器p设计后续测试系统设计后续测试系统p相应的软件设计与编制相应的软件设计与编制p测试系统效能分析测试系统效能分析回顾回顾第2页/共62页测试对象 10.1

2、塔式起重机结构强度测试第3页/共62页测试任务测试任务对新设计的某型号塔式起重机样机进行对新设计的某型号塔式起重机样机进行强度检测强度检测 目的目的F通过测试来通过测试来验证理论计算验证理论计算，为产品的进一步改进提供依据，为产品的进一步改进提供依据F对样机对样机提出评价意见提出评价意见，作为新产品鉴定的依据，作为新产品鉴定的依据分析分析：F 静、动态静、动态应变测量应变测量，接触测量，接触测量F 多点测量，精度一般多点测量，精度一般 测试方案测试方案F依据原始设计资料，选择在应力应变最大处粘贴应变片进行测量依据原始设计资料，选择在应力应变最大处粘贴应变片进行测量F根据相关标准进行测量根据相关

3、标准进行测量 GB/T17807-1999塔式起重机结构试验方法10.1塔式起重机结构强度测试强度检测判断最大应力是否大于许用应力任务：在不同工况、不同截面测量静态及动态应力进行判断问题归结于测量最危险截面的静态与动态应变第4页/共62页 传感器传感器金属金属电阻应变片电阻应变片? ? 半导体应变片？半导体应变片？ 测点多，希望传感器一致性好，因此选择金属电阻应变片测点多，希望传感器一致性好，因此选择金属电阻应变片 测量系统测量系统由于电阻应变片的应变相对变化很小，因此必须由电桥由于电阻应变片的应变相对变化很小，因此必须由电桥和放大器构成专门的仪器进行测量，该类仪器就是和放大器构成专门的仪器进

4、行测量，该类仪器就是电阻应变仪电阻应变仪。 10.1塔式起重机结构强度测试选择传感器及后续测试系统选择传感器及后续测试系统第5页/共62页测量方法：静态测量静态测量采用采用静态应变仪静态应变仪，零读数法零读数法，根据调零时调节量计算被测，根据调零时调节量计算被测量。量。 由于有多个测点，而静态电阻应变仪每次只能测量一个点，故由于有多个测点，而静态电阻应变仪每次只能测量一个点，故对于多点测量通常配用预调平衡箱，对于多点测量通常配用预调平衡箱，利用外加电阻对电桥调平衡利用外加电阻对电桥调平衡，以便于与静态应变仪连接以便于与静态应变仪连接 动态测量动态测量采用动态应变仪，采用动态应变仪，直接读数法直

5、接读数法，根据读数确定被测量。，根据读数确定被测量。 由于直接读数，不需要配用预调平衡箱，直接与应变仪连接，由于直接读数，不需要配用预调平衡箱，直接与应变仪连接，使用光线示波器作为动态应变记录装置使用光线示波器作为动态应变记录装置 10.1塔式起重机结构强度测试静态应力测试系统框图静态应力测试系统框图 动态应力测试系统框图动态应力测试系统框图 第6页/共62页应变分析：应变分析：应变片应粘贴在应变片应粘贴在最大应变最大应变位置位置10.1塔式起重机结构强度测试矩形断面应力分布应力分布规律：a受力包括：拉压、弯曲、扭转 但断面上通常只有两种应力： 正应力、剪应力b断面角点处只有正应力，而无 剪应

6、力。正应力的最大值出现 在角点处,即为主应力。c剪应力的分布形式根据其断面 形状不同而不同，一般来说， 最大剪应力产生在中性轴处。第7页/共62页10.1塔式起重机结构强度测试贴片位置及方向：1）断面正应力布点： 角点法在断面角点处、沿构件的棱线方向贴应变片。2）断面上平面应力状态的布点 ： 由于板件相交处（非900相交）不但有较大正应力，也有较大的剪切应力，一般应用应变花测量主应力。第8页/共62页测点布置测点布置 10.1塔式起重机结构强度测试测量系统共布置了20个测点 其中：其中：1、10、15、16点测动态应力；点测动态应力；其余测静态应力。其余测静态应力。第9页/共62页测试条件 假

7、设条件：假设条件： 各工况皆是处于各工况皆是处于空钩空钩离地状态时进行仪器离地状态时进行仪器调零调零； 测试数据为测试数据为吊重吊重引起的应力，不包括自重和风阻应力引起的应力，不包括自重和风阻应力环境条件：环境条件：测试温度测试温度10102525，湿度，湿度50%50%70%70%，风力，风力1 1级级测试步骤 检查和调整试验样机检查和调整试验样机粘贴应变片并干燥、密封、检查绝缘粘贴应变片并干燥、密封、检查绝缘接好应变测试系统，调试仪器，合理选择灵敏度，消除不正常现象接好应变测试系统，调试仪器，合理选择灵敏度，消除不正常现象取空载状态作为初始状态，将应变仪调零取空载状态作为初始状态，将应变仪

8、调零按照测试工况，分别测试各种情况下的最大应力按照测试工况，分别测试各种情况下的最大应力10.1塔式起重机结构强度测试第10页/共62页测试工况：测试工况： 测试中选取了不同起重重量、不同变幅幅度、不同方位角进行组合测试中选取了不同起重重量、不同变幅幅度、不同方位角进行组合变化，分别测试各种工况下最大应力变化，分别测试各种工况下最大应力10.1塔式起重机结构强度测试工况序号工况序号R距离距离Q吊重吊重测试点测试点备注备注110m29.4kN0120额定载荷额定载荷210m29.4kN45120额定载荷额定载荷310m36.75kN0120超载超载25%410m36.75kN45120超载超载2

9、5%518m17.15kN0120额定载荷额定载荷618m17.15kN45120额定载荷额定载荷718m21.4kN0120超载超载25%818m21.4kN45120超载超载25%933m9.8kN0120额定载荷额定载荷1033m9.8kN45120额定载荷额定载荷1133m12.3kN0120超载超载25%1233m12.3kN45120超载超载25%Q：起重量R：距离吊点到塔机回转中心的距离：起重臂与塔身之间的方位角。第11页/共62页数据处理与结果分析静态（静态（1616个测点）：相同试验条件下个测点）：相同试验条件下多次测量取平均多次测量取平均值值动态（动态（4 4个测点）：用光

10、线示波器记录动态应变曲线个测点）：用光线示波器记录动态应变曲线, ,确定最大应力、平均应力、动载系数。确定最大应力、平均应力、动载系数。10.1塔式起重机结构强度测试11222212()1()1EE maxmaxEE最后撰写测试报告，并进行必要技术经济分析。1 1）单向应力状态下的应力计算）单向应力状态下的应力计算 2）平面应力状态的应力计算）平面应力状态的应力计算3）与设计指标比较）与设计指标比较第12页/共62页10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测 特点：加工自动定位3点定位点定位 导轮的摩擦力带动工件旋导轮的摩擦力带动工件旋转转 导轮导轮的摩擦力和的摩擦力和砂轮砂轮的切的切削力使工件支撑

11、在削力使工件支撑在托架托架上进行上进行自动定心自动定心，实现砂轮对工件外，实现砂轮对工件外圆的连续加工圆的连续加工等直径加工等直径加工砂轮导轮工件托架三棱圆三棱圆问题问题：回转中心动态不稳定性回转中心动态不稳定性造成工件外圆形状为棱圆问题造成工件外圆形状为棱圆问题 一般为低次的一般为低次的3 3、5 5、7 7次奇数棱圆和高次的次奇数棱圆和高次的1212、1414、1616次偶数棱圆次偶数棱圆, ,常见为三棱圆常见为三棱圆测试对象测试对象传动轴无心复合磨削 第13页/共62页2、无心磨削的工件棱圆度精密检测 测试任务棱圆的棱圆的棱数棱数和和棱圆度棱圆度检测检测测量精度达到微米级测量精度达到微米

12、级实现量化分析和评估实现量化分析和评估测试方案1）测量棱圆）测量棱圆直径直径工件外圆测量常规方法工件外圆测量常规方法等分棱圆角度，测量出相应的直径数值等分棱圆角度，测量出相应的直径数值希望经数据处理获得棱圆的棱数和圆度误差希望经数据处理获得棱圆的棱数和圆度误差 由于由于棱圆的各个方向直径在加工过程中是被棱圆的各个方向直径在加工过程中是被保证的，因此，保证的，因此，直径测量无法反映棱圆形状。直径测量无法反映棱圆形状。2）测量棱圆）测量棱圆半径半径 由于外圆表面到圆心的距离不同，所以测由于外圆表面到圆心的距离不同，所以测量棱圆各个方向的外圆表面到圆心的距离可量棱圆各个方向的外圆表面到圆心的距离可以

13、获得以获得棱圆度棱圆度第14页/共62页2、无心磨削的工件棱圆度精密检测 采取测量棱圆半径采取测量棱圆半径测试方案 测量系统组成测量系统组成回转工作台：以实现工件的回转，中心不变回转工作台：以实现工件的回转，中心不变位移测量传感器：测量外圆位移的动态数值位移测量传感器：测量外圆位移的动态数值位移传感器的调理装置位移传感器的调理装置信号处理和显示装置信号处理和显示装置 传感器传感器工件工件信号调理信号处理显示回转台回转台第15页/共62页2、无心磨削的工件棱圆度精密检测 选择传感器考虑问题精度：精度： 为了保证磨削加工的工件测量精度为为了保证磨削加工的工件测量精度为微米级微米级，必须选用，必须选

14、用高精高精度的位移传感器度的位移传感器量程：量程： 由于是磨削加工，外圆形状误差不会很大，由于是磨削加工，外圆形状误差不会很大，小量程小量程可满足测可满足测量要求量要求测量方式：测量方式： 不是在线控制，因此可确定为不是在线控制，因此可确定为离线方式离线方式频响特性频响特性 工作台工作台低速回转低速回转下测量即可，下测量即可，传感器的频响特性不需要很高传感器的频响特性不需要很高接触方式：接触方式： 测量方式测量方式可选用接触或非接触方式可选用接触或非接触方式成本问题：成本问题： 尽可能减小尽可能减小第16页/共62页2、无心磨削的工件棱圆度精密检测 传感器选择 变间距电容传感器？电涡流传感器？

15、电感传感器？变间距电容传感器？电涡流传感器？电感传感器？ 变间距电容传感器变间距电容传感器 优点：优点：测量精度高，灵敏度高，响应速度快，能抵抗高温、测量精度高，灵敏度高，响应速度快，能抵抗高温、振动和潮湿，特别适用于恶劣环境中作非接触测量，适应于振动和潮湿，特别适用于恶劣环境中作非接触测量，适应于测位移小量程测位移小量程 缺点：缺点：测量电路较为测量电路较为复杂复杂，一般采用调幅电路或调频电路，一般采用调幅电路或调频电路，后续调理电路相对复杂，后续调理电路相对复杂，增加了系统复杂性增加了系统复杂性电涡流传感器电涡流传感器 优点：优点：具有灵敏度高、响应快速、非接触测量的特点具有灵敏度高、响应

16、快速、非接触测量的特点 缺点：缺点：常规类型量程常规类型量程1 12mm2mm，从实际应用来讲，其精度不，从实际应用来讲，其精度不足；如选用高精度型，其量程为足；如选用高精度型，其量程为250um250um，分辨率，分辨率0.01um0.01um，但，但这种类型这种类型成本较高成本较高。第17页/共62页2、无心磨削的工件棱圆度精密检测 传感器选择差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器 能提供所需的准确度、精度和可靠性能提供所需的准确度、精度和可靠性，尽管为接触式测，尽管为接触式测量，但考虑作为研究使用，棱圆测量的工作量不大，而且该量，但考虑作为研究使用，棱圆测量的工作量不大，而且该测量传感

17、器已成功应用于圆度仪作为测量头测量传感器已成功应用于圆度仪作为测量头. .圆度仪圆度仪差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器因此，选用差因此，选用差动变压器位移动变压器位移传感器传感器第18页/共62页2、无心磨削的工件棱圆度精密检测 信号处理方法的选择 棱圆的棱数为工件回转一周位移波动的周期数，棱圆度为波棱圆的棱数为工件回转一周位移波动的周期数，棱圆度为波动的幅度。动的幅度。 由由位移数据波动的频率位移数据波动的频率与与工件回转频率工件回转频率的倍数可确定棱圆的的倍数可确定棱圆的棱数。棱数。 数据处理可采取数据处理可采取频域谱分析方法频域谱分析方法：数据采集方便，频率分辨：数据采集方便，频

18、率分辨率率高，应用方便。高，应用方便。()2()2( )(0)jxxxGSRed1X为工件回转频率，3X的频率为棱圆为三棱圆、其幅值的大小表现了棱圆度 典型棱圆典型棱圆幅值谱幅值谱第19页/共62页2、无心磨削的工件棱圆度精密检测 测试系统的设计与分析 棱圆测量系统基本框图 采用虚拟仪器采用虚拟仪器 信号采集信号采集 数据分析和处理数据分析和处理 结果输出结果输出 图形用户操作界面图形用户操作界面 所有软硬件均为市售所有软硬件均为市售产品，此方案简单易行。产品，此方案简单易行。变压器传感器变压器传感器电感式测微仪电感式测微仪数据采集卡数据采集卡PCPC主机主机第20页/共62页任务描述温度测试

19、 背景背景高速、重载发展高速、重载发展支承轴承发热增多支承轴承发热增多轴承磨损和产生缺陷轴承磨损和产生缺陷不正常发热增大不正常发热增大重要性重要性 轴承温度升高，轻则热轴、固死造成机损，影响机车正常运轴承温度升高，轻则热轴、固死造成机损，影响机车正常运转；重则造成疲劳破坏和热切轴，车毁人亡转；重则造成疲劳破坏和热切轴，车毁人亡测试任务测试任务在线监测在线监测高速机车的轴箱轴承、牵引电机轴承、抱轴箱轴承高速机车的轴箱轴承、牵引电机轴承、抱轴箱轴承及空心轴承处的温度及空心轴承处的温度在控制室在控制室实时显示实时显示各测点的实际温度，进行各测点的实际温度，进行声光报警声光报警和定位和定位指示指示数据

20、存储数据存储，随时调用，随时调用3、高速机车轴温测试系、高速机车轴温测试系统统 测试系统本身的可靠性最关键！测试系统本身的可靠性最关键！第21页/共62页测试要求主要技术参数主要技术参数测温范围：测温范围：-55-55+125+125测温精度：测温精度：1 1 （0 08585）测温点数：测温点数：3838点（可根据不同车型而增减）点（可根据不同车型而增减） 报警温度：报警温度：绝对温度（绝对温度（7575）和相对温度（环境温度）和相对温度（环境温度+55+55） 供电电压：供电电压：110VDC (110VDC (波动范围：波动范围：65-140VDC)65-140VDC)；功耗小于；功耗小

21、于15W15W 其他要求其他要求抗干扰能力强、适应恶劣的工作环境、稳定可靠工作抗干扰能力强、适应恶劣的工作环境、稳定可靠工作有完善的自检功能有完善的自检功能数据自动存储和查询数据自动存储和查询防尘防水防尘防水3、高速机车轴温测试系、高速机车轴温测试系统统 第22页/共62页测试方案 实时在线实时在线检测温度，抗干扰能力强检测温度，抗干扰能力强传感器的选择 半导体温度传感器？红外监测仪？数字温度传感器？半导体温度传感器？红外监测仪？数字温度传感器？1 1）半导体）半导体PNPN结温度传感器结温度传感器 测量误差大测量误差大。PNPN结温度传感器容易老化、失效结温度传感器容易老化、失效 传感器的传

22、感器的互换性差，互换性差，需定期标定，工作量大需定期标定，工作量大 两线制使测点到仪表的引线较长，引线误差较大两线制使测点到仪表的引线较长，引线误差较大 连线多，环节多，每个测点到仪表均需连线、均需放大连线多，环节多，每个测点到仪表均需连线、均需放大调理，使调理，使结构复杂结构复杂 传输传输弱小的模拟信号，弱小的模拟信号，抗干扰能力弱抗干扰能力弱，测量结果的，测量结果的稳定稳定性和可靠性差性和可靠性差2 2）地面）地面红外线红外线机车轴温检测仪机车轴温检测仪 只能在机车通过监测点时监测轴箱轴承只能在机车通过监测点时监测轴箱轴承无法全程监无法全程监测测 不能监测牵引电机轴承和抱轴承温度不能监测牵

23、引电机轴承和抱轴承温度3、高速机车轴温测试系、高速机车轴温测试系统统 热电偶是否可以克服这些缺点？第23页/共62页 可见，传统的可见，传统的模拟型温度传感器精度低模拟型温度传感器精度低、抗干扰能力差。、抗干扰能力差。3 3）数字式温度传感器（数字式温度传感器（DS1820DS1820温度传感器芯片）温度传感器芯片） 原理：原理：内部计数器对一个内部计数器对一个受温度影响的振荡器受温度影响的振荡器的脉冲计数。的脉冲计数。 将温度信号直接转变为将温度信号直接转变为数字信号数字信号。 特征：特征： 无需外围器件，用无需外围器件，用9 9位二进制位二进制数字量形式数字量形式输出温度值输出温度值 温度

24、测量范围：温度测量范围：-55-125-55-125，分辨率为，分辨率为0.50.5 将温度转换为数字量的时间小于将温度转换为数字量的时间小于200ms200ms 采用串行采用串行单总线单总线结构传输数据，即仅用一根数据线接收命结构传输数据，即仅用一根数据线接收命令和传送数据令和传送数据 测温误差：测温误差：11 用户可自定义永久的报警温度设置用户可自定义永久的报警温度设置 适合于工业现场的温度监测和控制，适合于工业现场的温度监测和控制，抗干扰能力强抗干扰能力强，能适，能适应恶劣的工业环境，应恶劣的工业环境，工作稳定可靠工作稳定可靠 优势：优势：外围电路简单、精度高、对电源要求不高、抗干扰能力

25、强。外围电路简单、精度高、对电源要求不高、抗干扰能力强。3、高速机车轴温测试系、高速机车轴温测试系统统 因此，选用数字式温度传感器因此，选用数字式温度传感器第24页/共62页数据处理方案：检测计算机系统的检测计算机系统的选择选择工业控制计算机工业控制计算机优点：优点：功能强大、运算速度快、编程方便（采用高级计算机语言）、通用功能强大、运算速度快、编程方便（采用高级计算机语言）、通用性强性强缺点：缺点：体积较大，价格也较高体积较大，价格也较高，常用于参量类型和数目较多、要求运算速，常用于参量类型和数目较多、要求运算速度快的监测和控制任务度快的监测和控制任务 单片计算机单片计算机优点：优点：结构简

26、单、价格低廉、功能相对简单结构简单、价格低廉、功能相对简单缺点：缺点：运行速度较慢和数据处理能力较弱，运行速度较慢和数据处理能力较弱，常用于参量类型和数目较少、常用于参量类型和数目较少、要求运算速度不高、显示界面简单的小型监测和控制任务，其最典型的要求运算速度不高、显示界面简单的小型监测和控制任务，其最典型的应用是自动（智能）监测仪表。应用是自动（智能）监测仪表。ARMARM板的嵌入式计算机板的嵌入式计算机 功能、速度、体积、价格功能、速度、体积、价格均介于工业控制计算机和比单片计算机之间均介于工业控制计算机和比单片计算机之间从成本、体积、计算性能要求等方面考虑，选择从成本、体积、计算性能要求

27、等方面考虑，选择单片机。单片机。3、高速机车轴温测试系、高速机车轴温测试系统统 第25页/共62页测试系统的设计系统硬件构成图系统硬件构成图数据传输：数据传输：串行串行单总线结构单总线结构，为了提高数据传输的可靠性和，为了提高数据传输的可靠性和节省连线，将两根单总线连接成环形，所有传感器连接在环节省连线，将两根单总线连接成环形，所有传感器连接在环形总线上；只有一根单总线处于工作状态。形总线上；只有一根单总线处于工作状态。3、高速机车轴温测试系、高速机车轴温测试系统统 第26页/共62页测试系统的设计软件设计程序核心是主机与传感器的程序核心是主机与传感器的单总线串行通信单总线串行通信抗干扰设计（

28、强干扰源多、电磁辐射严重） 系统电源抗干扰：系统电源抗干扰： 输入端加滤波器输入端加滤波器 磁环吸收（拟制高频）磁环吸收（拟制高频）系统主板抗干扰：系统主板抗干扰：F加粗电源线和地线加粗电源线和地线F地线有效接地地线有效接地F机壳屏蔽机壳屏蔽F主电路板与电源间加屏主电路板与电源间加屏蔽钢板蔽钢板软件抗干扰：软件抗干扰： 自动复位能力自动复位能力 对于受到干扰的数据多次对于受到干扰的数据多次测量测量3、高速机车轴温测试系、高速机车轴温测试系统统 第27页/共62页测试任务：背景背景对于在高速、重载、高温条件下对于在高速、重载、高温条件下工作的机器，摩擦、磨损是其发工作的机器，摩擦、磨损是其发生故

29、障的最主要原因生故障的最主要原因润滑是减少摩擦与磨损的简便而润滑是减少摩擦与磨损的简便而有效的方法有效的方法轴承的有效润滑必须满足轴承的有效润滑必须满足最小油最小油膜厚度处轴承两表面不直接接触膜厚度处轴承两表面不直接接触任务任务对摩擦副间微小区域内的对摩擦副间微小区域内的动压滑动压滑动 轴 承 的 油 膜 厚 度动 轴 承 的 油 膜 厚 度 （ 一 般（ 一 般2.5m2.5m以上）以上）进行直接测量进行直接测量监测油膜的工作状态监测油膜的工作状态4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测第28页/共62页测试方案：在线？离线？1 1）电阻法）电阻法 利用金属与润滑油导电性相差悬殊通过测量油膜的

30、电阻大小来利用金属与润滑油导电性相差悬殊通过测量油膜的电阻大小来判断轴承是否发生接触判断轴承是否发生接触 优点：优点：简单易行简单易行 缺点：缺点：电阻标定困难，难以定量油膜厚度电阻标定困难，难以定量油膜厚度 2 2）电容）电容法法 当当润滑油的润滑油的介电常数介电常数已知，根据电容值随油膜的厚度增大已知，根据电容值随油膜的厚度增大而而降降低的变化关系测得油膜厚度低的变化关系测得油膜厚度 优点优点：可以准确地计算出油膜厚度可以准确地计算出油膜厚度 缺点缺点：油膜较小时容易发生电击穿、建立电容值与油膜厚度油膜较小时容易发生电击穿、建立电容值与油膜厚度关系比较困难关系比较困难 4、润滑油膜厚度检测

31、、润滑油膜厚度检测第29页/共62页3 3）光干涉法）光干涉法 利用两相干光相遇发生干涉现象，在油膜厚度发生变化时，利用两相干光相遇发生干涉现象，在油膜厚度发生变化时，明暗明暗条纹发生变化来测量。条纹发生变化来测量。 优点：优点：测量精度由相干光波长决定，可实现纳米级厚度测量测量精度由相干光波长决定，可实现纳米级厚度测量 缺点：缺点：由于采用玻璃而使载荷速度受限、标定困难由于采用玻璃而使载荷速度受限、标定困难 4)4)激光衍射法：激光衍射法： 激光束通过缝隙时，由于衍射现象将在屏幕上出现条纹激光束通过缝隙时，由于衍射现象将在屏幕上出现条纹, ,测测量衍射条纹的宽度即可算出缝隙的宽度量衍射条纹的

32、宽度即可算出缝隙的宽度. . 主要困难是所测缝隙的下限值较大。主要困难是所测缝隙的下限值较大。例如对于功率为例如对于功率为1mW1mW的的激光器，若缝隙小于激光器，若缝隙小于7.62m7.62m时，屏幕上的条纹就模糊。时，屏幕上的条纹就模糊。因此要因此要测量较窄的缝隙得采用更大功率的激光器测量较窄的缝隙得采用更大功率的激光器 4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测第30页/共62页5 5）电涡流法）电涡流法 利用电涡流效应测量油膜厚度利用电涡流效应测量油膜厚度 优点：优点：结构简单、测量精度高、灵敏度高结构简单、测量精度高、灵敏度高 缺点：缺点：容易受强电场、强磁场的干扰容易受强电场、强磁场的

33、干扰6 6）光纤检测法）光纤检测法光纤位移传感器光纤位移传感器 光纤传感器具有灵敏度高、频带宽、测量范围大、抗光纤传感器具有灵敏度高、频带宽、测量范围大、抗干扰性强、体积小、可弯曲、极易接近被测对象、耐高压、干扰性强、体积小、可弯曲、极易接近被测对象、耐高压、耐腐蚀、可非接触测量。耐腐蚀、可非接触测量。 4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测因此，选择光纤传感器。因此，选择光纤传感器。第31页/共62页 假设假设:T=tan,根据几何关系易得根据几何关系易得 故输出光纤接受的光功率故输出光纤接受的光功率P PO O与入射光功率与入射光功率P Pi i之比为之比为 因此，我们可以根据检测到的光强

34、信号推演出被测距离的大小。因此，我们可以根据检测到的光强信号推演出被测距离的大小。 4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测n 利用线性近似法进行计算，几何分析即可给出输出光纤端面受光锥照射的表面所占的百分比为n光纤传感器设计： 采用反射式强度调制光纤位移传感器（传光型） 输出光纤的光功率取决于光纤端部与反射部件之间的距离d。第32页/共62页 光纤位移传感器的安装光纤位移传感器的安装 在滑动轴承的轴颈上贴一块反在滑动轴承的轴颈上贴一块反射纸，在轴瓦上安装两根光纤。两根射纸，在轴瓦上安装两根光纤。两根光纤测量端的端面对齐固定在轴瓦上。光纤测量端的端面对齐固定在轴瓦上。 输入光纤的另一端对准激光光

35、输入光纤的另一端对准激光光源，输出光纤的另一端则对准光电二源，输出光纤的另一端则对准光电二极管。极管。 光电二极管输出的信号进入后光电二极管输出的信号进入后续处理装置续处理装置 4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测安装示意图安装示意图第33页/共62页p光源及后续测量系统选择光源及后续测量系统选择 光源光源激光光源为氦氖激光灯激光光源为氦氖激光灯 光电信号采集系统由电路板组成：光电信号采集系统由电路板组成： 光电二极管运算放大器光电二极管运算放大器芯片芯片 直接输出电压，输出电压与芯片接受到的光功率成正比直接输出电压，输出电压与芯片接受到的光功率成正比p系统分析系统分析 解决了其他方法无法消

36、除的解决了其他方法无法消除的电磁干扰、使用寿命短、不耐电磁干扰、使用寿命短、不耐高温、不耐腐蚀高温、不耐腐蚀等问题等问题, ,可实现油膜厚度的精密检测。可实现油膜厚度的精密检测。 4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测第34页/共62页噪声测量实例缝纫机噪声测量 5、缝纫机噪声源测试分析第35页/共62页测试任务测试目的测试目的 对某型号缝纫机噪声进行测试，寻找噪声源，从而为降低对某型号缝纫机噪声进行测试，寻找噪声源，从而为降低其噪声水平、提高产品质量提供依据其噪声水平、提高产品质量提供依据.任务分析任务分析 缝纫机噪声主要是由结构振动产生，因此，需同时测量缝纫机噪声主要是由结构振动产生，因此

37、，需同时测量噪声与噪声与振动振动测量参数测量参数 测量不同转速下的噪声及振动测量不同转速下的噪声及振动水平水平（了解噪声源大小了解噪声源大小） 测量噪声及振动的测量噪声及振动的频谱频谱（判断噪声由哪部分振动引起判断噪声由哪部分振动引起） 采取分步运转方法测量采取分步运转方法测量各部件各部件的振动（的振动（找出振动的主要原因找出振动的主要原因）5、缝纫机噪声源测试分析第36页/共62页 测量方案及传感器 噪声噪声测量方案测量方案 可选方案：声压级？声强级？声功率级？可选方案：声压级？声强级？声功率级？ 声压级测量：声压级测量：声级计测量，简单、直接声级计测量，简单、直接 声强级测量：声强级测量：

38、可获得噪声指向性，需要专用声强测量系统，价格昂贵可获得噪声指向性，需要专用声强测量系统，价格昂贵 本任务无需了解噪声指向，故不需测声强本任务无需了解噪声指向，故不需测声强 声功率测量：声功率测量：可获得客观的设备噪声大小，间接测量，较麻烦可获得客观的设备噪声大小，间接测量，较麻烦 本任务是寻找噪声源，只需相对测量即可，故不需测本任务是寻找噪声源，只需相对测量即可，故不需测声功率声功率 综合分析，决定采用声级计测声压级综合分析，决定采用声级计测声压级 测量条件：在半消声室或开阔空间测量条件：在半消声室或开阔空间 测量方法：依据测量方法：依据行业标准行业标准测量测量 测量部位：与针板平面测量部位：

39、与针板平面45450 0方向、方向、450mm450mm位置处位置处 5、缝纫机噪声源测试分析第37页/共62页 测量方案及传感器 振动振动测量方案测量方案 可选方案：接触测量？非接触测量？可选方案：接触测量？非接触测量？ 接触测量：接触测量：简单、测量信噪比大、对旋转机械存在磨损简单、测量信噪比大、对旋转机械存在磨损 非接触测量：非接触测量：不存在磨损、但安装较麻烦不存在磨损、但安装较麻烦 主要测量机壳振动，采用接触式测量方便主要测量机壳振动，采用接触式测量方便 可选传感器：可选传感器：速度传感器、加速度传感器速度传感器、加速度传感器 速度传感器：速度传感器：磁电传感器（体积大，频率范围小）

40、磁电传感器（体积大，频率范围小） 加速度传感器：加速度传感器：压电传感器（体积小，频率范围宽，使用方便）压电传感器（体积小，频率范围宽，使用方便） 综合分析后，采用加速度传感器综合分析后，采用加速度传感器（两次积分后可获得位移）两次积分后可获得位移） 测量方法：依据测量方法：依据行业标准行业标准测量测量 测量部位：缝纫机针板上送布牙的右侧、垂直于底板测量部位：缝纫机针板上送布牙的右侧、垂直于底板 5、缝纫机噪声源测试分析第38页/共62页测量结果及分析1 1）噪声及振动与转速的关系）噪声及振动与转速的关系因此，工作频率有可能激起结构固有频率发生共振。因此，工作频率有可能激起结构固有频率发生共振

41、。5、缝纫机噪声源测试分析缝纫机在不同转速下的缝纫机在不同转速下的振动振动位移位移缝纫机在不同转速下的缝纫机在不同转速下的噪声噪声级级第39页/共62页测量结果及分析2 2）噪声与振动的频谱分析（给定转速：最高转速）噪声与振动的频谱分析（给定转速：最高转速90%90%） 振动表现出明显的振动表现出明显的谐波特性谐波特性，峰值主要出现在主轴回转频率，峰值主要出现在主轴回转频率73.3Hz73.3Hz及二倍频上（及二倍频上（146.5Hz146.5Hz） 工频及工频及二倍工频二倍工频振动实际上就是由缝纫机运动部件的动不平衡引振动实际上就是由缝纫机运动部件的动不平衡引起起 噪声也在二倍频处出现峰值，

42、说明噪声与振动有联系噪声也在二倍频处出现峰值，说明噪声与振动有联系 因此，设法改进运动部件的动平衡是减小振动与噪声的关键因此，设法改进运动部件的动平衡是减小振动与噪声的关键5、缝纫机噪声源测试分析73.3Hz146.5Hz振动振动加速度信号幅值谱加速度信号幅值谱噪声噪声声压信号幅值谱声压信号幅值谱146.5Hz517.6Hz第40页/共62页测量结果及分析3 3）相干分析）相干分析不同频率下振动与噪声的相关程度不同频率下振动与噪声的相关程度 分析结果分析结果 噪声与针板的振动有很大的相关程度，在噪声与针板的振动有很大的相关程度，在73.3Hz73.3Hz及及146.5Hz146.5Hz处相干处

43、相干系数达到了系数达到了0.9960.996及及0.9970.997，因此，降噪应从抑制机壳表面振动入手，因此，降噪应从抑制机壳表面振动入手 5、缝纫机噪声源测试分析声振相干函数图（声振相干函数图（4500rpm4500rpm） 第41页/共62页5、缝纫机噪声源测试分析测量结果及分析4 4）分步运转试验）分步运转试验找出哪一个部件是主要激励源找出哪一个部件是主要激励源 分析结果：针刺挑线机构是缝纫机运转时最主要的激励源，应分析结果：针刺挑线机构是缝纫机运转时最主要的激励源，应对该机构进行动平衡对该机构进行动平衡 分部运行状态分部运行状态工频（工频（X）对应）对应加速度幅值加速度幅值二倍工频（

44、二倍工频（2X）对应加速度幅值对应加速度幅值加速度均方根值加速度均方根值整机整机164.3213.9278.5单独去旋梭单独去旋梭147.9193.4261.6去旋梭，断抬牙、送布轴去旋梭，断抬牙、送布轴141.7181.6239.4单独去针刺挑线机构单独去针刺挑线机构147.521.4152.0去针刺挑线机构、旋梭去针刺挑线机构、旋梭148.89.0148.3去针刺挑线机构、旋梭，去针刺挑线机构、旋梭，断抬牙、送布轴断抬牙、送布轴141.81.98134.0第42页/共62页5、缝纫机噪声源测试分析曲柄优化前后曲柄优化前后GC6610与与GC6150不同转速下的噪声比较不同转速下的噪声比较

45、GC6150修改前后在不同转速下的修改前后在不同转速下的振动振动 通过理论计算及实际中对零件设计的要求，对曲柄进行了重新设计及改进，改进后测试结果如下。可见：通过测量准确找到了噪声源，结构改进后达到了预期目的。可见：通过测量准确找到了噪声源，结构改进后达到了预期目的。 此次测试任务采用通用仪器，可以满足技术经济要求。此次测试任务采用通用仪器，可以满足技术经济要求。 第43页/共62页测试对象重大设备 p流程工业的核心 发电机 压缩机 风机6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第44页/共62页背景 p一旦发生事故，损失惨重，直接经济损失至少在几十万元以上 秦岭200MW 5号汽轮发电机组特大事

46、故（1988） 轴系轴系7 7处、轴体处、轴体5 5处发生断裂，共断为处发生断裂，共断为1313段，主机基本毁坏段，主机基本毁坏 由由油膜失稳油膜失稳开始的，突发性、综合性开始的，突发性、综合性强烈振动强烈振动造成的轴系严重破坏造成的轴系严重破坏 没有监测数据没有监测数据 整个机组解体，损失惨重整个机组解体，损失惨重 乌石化热电厂3号汽轮发电机组特大事故（1999） 汽轮机超速飞车至汽轮机超速飞车至4500rpm 4500rpm 发电机及机组系统着火发电机及机组系统着火 设备直接经济损失设备直接经济损失19161916万元万元 6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第45页/共62页p两种维修

47、模式：计划维修与状态维修计划维修 设备不分状态好坏，一律执行计划维修，对设备大面积拆装有些还可以使用的零部件被提前更换有些还可以使用的零部件被提前更换有些部件在拆卸过程中被损坏有些部件在拆卸过程中被损坏原来磨合得很好的部件又被重新装配原来磨合得很好的部件又被重新装配状态维修 以设备状态作为维修的出发点，有针对性的纠正设备非正常状态 各个部件的使用寿命充分利用各个部件的使用寿命充分利用 依靠对设备进行测试、检查和诊断来掌握其运行状态依靠对设备进行测试、检查和诊断来掌握其运行状态 6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统目标：由计划维修转为状态维修 第46页/共62页测试系统设计任务：测试系统设计任

48、务： 基于国内外网络化设备状态远程监测、故障诊断与服务系统的技术发基于国内外网络化设备状态远程监测、故障诊断与服务系统的技术发展现状及趋势，展现状及趋势，以以大型关键设备为对象大型关键设备为对象，开发出先进适用的，开发出先进适用的网络化设备状态网络化设备状态远程监测与故障诊断系统远程监测与故障诊断系统 设计目的设计目的 保障设备的长周期安全、高效运保障设备的长周期安全、高效运 行：及时、准确地反映设备的行：及时、准确地反映设备的运运 行状态；行状态； 捕捉设备的运行隐患捕捉设备的运行隐患、确诊设备的、确诊设备的 故障类型与部位故障类型与部位，达到：，达到： 消除灾难故障消除灾难故障 避免严重故

49、障避免严重故障 减少一般故障减少一般故障 预测设备状态的未来发展变化趋预测设备状态的未来发展变化趋 势、势、指导机组预知维修指导机组预知维修 建立完整的设备运行状态信息，建立完整的设备运行状态信息， 支持机组的更新换代支持机组的更新换代6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第47页/共62页具体目标：具体目标： 1 1）充分利用信息）充分利用信息网络网络，实现旋转设备状态，实现旋转设备状态信息采集、存储、信息采集、存储、传传 输、分析和共享输、分析和共享等的高度协调和统一等的高度协调和统一 2 2）系统可靠性高、实时处理能力强的）系统可靠性高、实时处理能力强的采集和监测采集和监测硬件平台硬件平

50、台 3 3）图形化语言的设备网络）图形化语言的设备网络监测诊断分析监测诊断分析软件系统软件系统测试内容测试内容实时采集机组关键参数：振动、转速、工艺实时采集机组关键参数：振动、转速、工艺信号调理信号调理特征提取、进行机组状态监测特征提取、进行机组状态监测提供分析诊断的各种工具提供分析诊断的各种工具评估机组运行的性能状态评估机组运行的性能状态机组数据存储机组数据存储6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第48页/共62页测试方案 p原则：原则：网络化：远程、分布式监测；异地托管网络化：远程、分布式监测；异地托管专业化：产品厂家参与、专业机构参与专业化：产品厂家参与、专业机构参与标准化：信息标准化

51、、分析模块标准化标准化：信息标准化、分析模块标准化p方案：方案：利用信息网络，实现旋转设备状态信息采集、存储、传输、分利用信息网络，实现旋转设备状态信息采集、存储、传输、分析和共享等析和共享等p指标：指标：振动：快变信号，振动：快变信号，0 0150150m m5 5、带宽、带宽0 05kHz5kHz转速：脉冲信号，转速：脉冲信号，0 012000rpm12000rpm工艺（温度、压力）：慢变信号，工艺（温度、压力）：慢变信号，0 05V5V0.50.56 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统第49页/共62页传感器选择 p振动转子振动：非接触式 涡流传感器、激光传感器 机壳振动：接触式 速度/

52、加速度传感器p转速： 转轴转速：非接触式： 涡流传感器、光电传感器推荐传感器振动、转速涡流传感器精度、成本适中非接触测试、可靠稳定安装容易机壳振动加速度传感器使用方便安装容易6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统加速度计：灵敏度：100mV/g 量程：50g 频率范围：0.5-8000Hz（10%) 安装谐振点:30kHz 分辨率：0.0002g 重量：8gm 线性：1% 输出偏压：8-12VDC 恒定电流：2-20mA输出阻抗：150 激励电压：18-30VDC涡流传感器：探头直径（mm） 8量程（mm） 2 灵敏度（v/mm） 8频率响应（KHz） 05 温漂（/ FS） 0.1 线性度误差（FS） 2.0 第50页/共62页p工艺传感器温度：热电偶/热电阻压力：应变式信号调理：输出标准信号 05V、420mA输出阻抗 200 6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统STWB系列温度变送器 STP压力变送器 MHM-04B信号调理 第51页/共62页测试部位推荐测点位置p振动每个支承面选择2个径向振动测点每段转子选择1个轴向位移点径向振动传感器互为90布置被测表面材质均匀6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统 水平水平传感器传感器 垂直垂直传感器传感器 转子转子 汽轮机汽轮机 增压机增压机 空压机空