设备状态监测与故障诊断剖析

1、（适用于课程论文、提交报告）错误！未定义书签。一、论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法11.1齿轮啮合频率的产生机理11.1.1概述11.1.2齿轮的振动机理21.2齿轮故障诊断的方法51.2.1齿轮的故障类型51.2.2齿轮故障的特征信息51.2.3齿轮故障诊断的常用方法91.3实例分析121.4小结14二、滚动轴承故障的特征频率推导计算142.1滚动轴承故障特征频率的经验公式142.2滚动轴承故障的特征频率推导计算14三、煤气鼓风机状态监测与智能故障诊断163.1概述163.2煤气鼓风机组成及参数173.3煤气鼓风机系统的测点布置173.4系统硬件构成图及硬件要求183.5系统控制

2、室框架构成203.6系统的功能模块组成20四、感悟和致谢21论述齿轮啮合频率产生的机理及齿轮故障诊断方法齿轮是现代工、农业生产设备中极其重要的传动零件，由于其在工作过程中长期承受各种交变载荷、冲击和摩擦力的作用或其本身在制造过程中留下了缺陷，齿轮相对于其他部件较容易出现故障甚至损坏。生产设备中的齿轮发生故障，轻者会使生产设备所加工出来的产品不符合标准要求，重者会导致生产设备停车，从而给生产企业造成经济损失，同时也担误了工时。因此，为了尽可能将这些不确定的机械故障所引起的经济损失降到最低，需要我们在故障初期就能作出诊断，为企业尽早安排检修提供科学依据。对齿轮振动信号进行时频分析就是一种比较实用的

3、方法。11齿轮啮合频率的产生机理111概述齿轮传动系统是一个弹性的机械系统，由于结构和运动关系的原因，存在着运动和力的非平稳性。图1.1是齿轮副的运动学分析示意图。图1.1中O是主动1轮的轴心，O是被动轮的轴心。假定主动轮以w作匀角速度运动，A、B分别21为两个啮合点，则有OA>OB，即A点的线速度V大于B点的线速度V。而11ABOAvOB,从理论上有O二亠，O二上L，则wvw。然而A、B又是被动轮222OB3OA23,22的啮合点，当齿轮副只有一个啮合点时，随着啮合点沿啮合线移动，被动轮的角速度存在波动。当有两个啮合点时，因为只能有一个角速度，因而在啮合的轮齿上产生弹性变形，这个弹性变

4、形力随啮合点的位置、轮齿的刚度以及啮合的进入和脱开而变化，是一个随时间变化的力F(t)。c齿轮传动系统的啮合振动是不可避免的。振动的频率就是啮合频率。也就是齿轮的特征频率，其计算公式如下：齿轮一阶啮合频率：f二Zco60啮合频率的高次谐波：f=ixf，i二厶3、4nCiC0其中：N齿轮轴的转速(r/min)Z齿轮的齿数01图1.1齿轮副的运动学分析112齿轮的振动机理齿轮传动的动态激励：MX+CX+K(t)x=K(t)(8+8)12x在齿面接触力作用下沿作用线产生的齿轮相对位移M齿轮副的等效质量，M=m+m12K(t)齿轮啮合刚度，随时间t变化8齿轮受载后的平均弹性变形1C齿轮啮合阻尼8齿轮传

5、动误差和故障激励所引起两齿轮间的相对位移2激励源由两部分组成：K(t)8称为常规啮合激励，也即无故障的正常齿轮在1啮合过程中也会产生的向量振动。K(t)8是由系统的内部激励和外部激励产生2的，齿轮故障振动主要由这部分激励引起，所以也称为齿轮的“故障函数”。内部激励是指轮齿在啮合过程中由于缺陷或故障产生的激励。如齿轮由于制造不精确、装配质量低产生的轮齿周节误差、齿形误差、齿轮偏心、质量不平衡、轴线不对中等故障，还有运行中产生的齿面疲劳、擦伤、磨损和断裂等故障带给齿轮的激励。外部激励则与齿轮本身问题无关，是齿轮外部输入的激励，但也影响到齿轮的振动情况。例如滚动轴承故障的传递、负载力矩波动、摩擦离合

6、器发生的摩擦激励等。具体的动态激励有以下四种：(1) 刚度激励(2)传动误差(3)啮合冲击(4)节线冲击1.1.2.1刚度激励K=1_2K+K12式中，K和K分别为主动轮和被动轮的单齿刚度。单齿刚度随啮合位置的12变化而变化。两个齿啮合一个齿啮合综合刚度的大小还与齿轮的重合度有关。重合度用来表示直齿齿轮啮合时接触轮齿的平均对数。大多数齿轮啮合的重合度不是整数，在啮合过程中参与啮合的轮齿对数随时间而作周期性变化，因而轮齿啮合的综合刚度也随时间而作周期性变化。从图1.3可以看出直齿啮合过程中的力和刚度变化。(a) 啮合齿上的作用力(b) 啮合齿的刚度(c) 齿轮发生的振动1.1.2.2传动误差传动

7、误差构成了齿轮振动和噪声的主要激发源。传动误差大，则齿轮运转过程中由于进入和脱离啮合时的碰撞加剧，产生较高的振动峰值，并且形成短暂时间的幅值变化和相位变化。具体有包括：(1) 制造误差图1.4齿轮的偏心和周节误差图1.5齿轮的齿形误差（2）装配误差齿的宽度方向上接触面积少，造成轮齿负荷不均。齿轮轴不平行产生载荷冲击，容易造成齿的断裂。图1.6一端接触图1.7两齿轮轴不平行（3）轮齿损伤误差齿轮在运行中由于各种故障形成的齿面损伤，在齿轮传动中就会产生齿轮的传动误差激励。传动误差激励正是我们诊断齿轮故障的信息来源。（4）外部激励误差外部激励的因素较多，负载波动引起齿轮传递转矩波动、滚动轴承故障的传

8、递、摩擦离合器力矩变化产生的影响等,这些故障信号虽然是从轮齿的外部输入,但是影响到轮齿上的啮合力和弹性变形，其最终结果就是产生轮齿的传动误差。1.1.2.3啮合冲击齿轮在啮合过程中，由于轮齿误差和受载弹性变形的影响，轮齿进入啮合点和退出啮合点与理论值发生偏差，因而在进入啮合和退出啮合时均会发生冲击，称为“啮合冲击”。啮合冲击是一图罕8齿面滑动方向加加1.1.2.4节线冲击主动轮带动从动轮旋转时，主动轮上的啮合点由齿根移向齿顶，啮合半径逐渐增大，速度渐次增高；而从动轮上的啮合点是由齿顶移向齿根，啮合半径逐渐减小，速度渐次降低。两轮齿齿面在啮合点的速度差异就形成了主动轮和从动轮的相对滑动。在主动轮

9、上，齿根和节点之间的啮合点速度低于从动轮上的啮合点速度，因此滑动方向向下；而在节点处，因为两轮上的啮合点速度相等,相对滑动速度为0。因此，摩擦力在节点处改变了方向，形成了节线冲击。12齿轮故障诊断的方法121齿轮的故障类型齿轮由于某种原因不能正常工作的现象，或者说齿轮在其使用过程中，由于某些原因而丧失工作能力或功能参数漂移到界限值以外的现象，被称为齿轮故障。从总体上讲，齿轮故障可划分为两大类：一类是由制造和装配等原因造成的，如齿轮误差、齿轮与内孔不同心、各部分轴线不对中、不平衡等；另一类则是齿轮由于长期运行而形成的，如齿轮表面发生点蚀、疲劳剥落、磨损、塑性流动、胶合以及齿根裂纹，断齿及其他损伤

10、等故障。齿轮故障若按照振动特征和故障诊断技术应用的角度来分类，大体分为以下两类：(1) 分布式故障齿面磨损、齿面点蚀及疲劳剥落。(2) 局部故障齿根裂纹、断齿、局部齿面剥落和塑性变形。分布式故障分布在一个齿轮的各个轮齿上，而局部故障则集中于某一个或几个齿上。122齿轮故障的特征信息1.2.2.1啮合频率齿轮工作过程中的故障信号频率基本上表现为两部分：一部分为齿轮啮合频率及其谐波构成的载波信号，另一部分为低频成分的幅值和相位变化所构成的调制信号。调制信号包括了幅值调制和频率调制。从频域和时域上看，齿轮振动信号的主要特征成分有：图1.9正常齿轮的啮合频率波形1)啮合频率及其谐波成分。12)幅值调制

11、和频率调制所形成的边频带。齿轮在啮合过程中，啮合齿上的载荷和刚度是随时间而变化的，这种变化就会产生啮合频率的振动。传动误差、啮合冲击、节线冲击等问题也会使齿轮在啮合过程中发生啮合频率的振动。转轴中心固定的齿轮，其啮合频率为：f二fz二fzm1122f、f主动轮和从动轮的转速频率12z、z主动轮和从动轮的齿数12当齿面发生磨损，或者负荷增大，齿轮径向间隙过大以及齿轮游隙不适当等原因所引起的故障时，由于轮齿的啮合状况变坏，啮合频率的谐波成分幅值就会明显增大。图1.10齿面磨损前后的啮合频率及其谐波幅值变化(实线为磨损前，虚线为磨损后)齿轮表面发生均匀性磨损，将引起啮合频率及其各次谐波幅值的变化。啮

12、合频率的高次谐波增长得比基波还快。磨损厉害时，二次谐波幅值可能超过啮合基波。从啮合基频及其谐波幅值的相对增长量上可反映出齿轮表面的磨损程度。1.2.2.2调制与边频(1)幅值调制设代表啮合频率的载波信号为：g(t)=Asin(2穹t+咒)m0代表齿轮旋转频率的调制信号为：e(t)=1+Bcos(2“ft)r则调幅后的振动信号为：x(t)=A1+Bcos(2兀ft)sin(2兀ft+Q)rm0式中，A载波信号的振幅；B调制指数；f载波频率(啮合频率)；fmr调制波频率(齿轮旋转频率，每旋转一周，故障点产生一次冲击)；0初相角。0将上式展开可得：ABABx(t)二Asin(2兀ft+0)+一sin

13、2兀(f+f)t+0+一sin2兀(f-f)t+0m02mr02mr0信号图样如图1.11所示。第8页ECOa）载波信爺（b；衲uiwumiini呱11-11小£席等，当啮合点进入到缺陷处，齿轮就产生以分解为许多正弦分量之和，因此在频谱上惰号（c）幅值切调制后的信号局部性缺陷：发一个冲击脉形成以啮合频率分布比较均匀平坦。I冲。由于脉冲信躺卞为中心的一系列边频。其特点是边频数量较多,幅值较低,均布缺陷：是指比较均匀分布的缺陷，它相当于时域包络线较宽的脉冲。因此，它在频域中表现为在啮合频率两边产生了一簇幅值较高、起伏较大、分布较窄的边频带。1.1时域曲町汕占;站;i:图1.13第10页(

14、2)频率调制若载波信号为：Asin(2兀ft+0)m0制信号为：Psin(2兀ft)r频率调制可表示为：x(t)二Asin2兀ft+Psin(2兀ft)+0mr0式中，p=L频率调制指数，即调制产生的最大相位移；恃最大频率偏差r值，也就是齿轮的最大角速度波动量；f调制频率，即分度不均匀齿轮的转频。rfc=l/tc图1.14齿距周期性变化产生调频信号和频谱图频率/图1.15调频、调幅综合影响下的边频带(3) 典型故障与特征信号的关系断齿或裂纹：以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，故障齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率，调制边频带宽而高。齿轮均匀磨损：齿轮的啮合频率及其谐波的幅值明显增大。齿面剥落等集

15、中性故障：边带的阶数多而分散。齿面点蚀等分布性故障：边带阶数少而集中。齿形误差：以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的啮合频率调制；轴不对中：调制频率的2倍频幅值最大；轴承故障：齿轮啮合频率的振幅迅速升高，边频的分布和幅值并无变化。1.2.3齿轮故障诊断的常用方法尽管在齿轮振动或噪声信号及其频谱图中包含着丰富的信息，但是由于齿轮动态特性及故障症状的复杂性，不同的齿轮故障具有不同的振动特征及频率结构。因此为了获得有效的故障特征信息，通常需要通过信号处理与分析技术，提取故障特征信息，以便最终给出正确的故障诊断结论。目前常用的信号分析处理方法有以下几种：时域分析方法，包

16、括时域波形、调幅解调、相位解调等频域分析，包括功率谱、细化谱、倒频谱分析时频域分析方法，包括短时FFT，维格纳分布，小波分析等。1.2.3.1时域同步平均分析法信号同步平均的原理是按齿轮每转一周按脉冲的周期间隔截取信号，然后进行分段叠加处理，以消除随机信号和其它非周期信号的干扰影响。这种方法可以有效降低其他部件和振动源对于信号的影响，提高信噪比。在测取齿轮振动信号的同时也测取齿轮的转速脉冲信号，脉冲的间隔时间作为齿轮每转的时标。用该脉冲信号去触发A/D转换器工作，从而保证齿轮按旋转周期截取信号，并且每段信号的起始点对应于齿轮的某一角位置。然后再把每段信号进行平均处理和光滑化滤波，最后得到的有效

17、信号中仅保留了周期成分，其它噪声将被逐渐除去。帅逋燈信号图1.16时域同步平均法1.2.3.2细化谱分析法齿轮的振动频谱图包含着丰富的信息，不同的齿轮故障具有不同的振动特征，其相应的谱线也会发生特定的变化。由于齿轮故障在频谱图上反映出的边频带比较多，因此进行频谱分析时必须有足够的频率分辨率。当边频带的间隔（故障频率）小于分辨率时，就分析不出齿轮的故障，此时可采用频率细化分析技术提高分辨率。第12页b)c)d)齿轮转齿轮在几种状态下的时域平均信号（a）正常齿轮（b）齿轮安装对中不良（c）齿面严重磨损（d）齿面局部剥落或断齿图1.17基于复解析带通滤波器的细化选带频谱分析，具体步骤:1）确定中心频

18、率及细化倍数。2）构造一个复解析带通滤波器。3）选抽滤波。4）复调制移频。5）作点FFT和谱分析，取正频率部分。A/dB图1.19齿轮振动信号的频谱分析从图1.19左图中可几以看出，在所分析的0-2kHz频率范围内，有1-4阶的啮合频率的谱线，还可较清晰地看出有间隔为25Hz的边频带，而在两边频带间似乎还有其他的谱线，但限于频率分辨率已不能清晰分辨。利用频谱细化分析技术，对其中900-1100HZ的频段进行细化分析，由细化谱中可清晰地看出边频带的真实结构，两边频带的间隔为8.3Hz，它是由于转动频率为8.3Hz的小齿轮轴不平衡引起的振动分量对啮合频率调制的结果。用振动频谱的边频带进行齿轮不平衡

19、一类的故障诊断时，必须要有足够的频率分辨率，否则会造成误诊或漏诊，影响诊断结果的准确性。1.2.3.3倒谱分析法倒频谱分析又称二次频谱分析，对于同时有数对齿轮啮合的齿轮箱振动频谱图，由于每对齿轮啮合都将产生边带频，几个边频带谱交叉分布在一起，仅进行频率细化分析是不行的，还需要进一步做倒频谱分析。倒频谱能较好地检测出功率谱上的周期成分，将原来谱上成簇的边频带谱线简化为单根谱线，便于观察。而齿轮发生故障时的振动频谱具有的边频带一般都具有等间隔(故障频率)的结构，利用倒频谱这个优点，可以检测出功率谱中难以辨识的周期性信号。倒频谱可以将输入信号与传递函数区分开来，便于识别；还能区分出因调制引起的功率谱

20、中的周期量，找出调制源。倒频谱的定义是功率谱对数的功率谱，对多段平均的自功率谱取对数，得到对数谱，具体步骤如下：1) 先进行FFT变换，使时域的卷积等于频域相乘：y(f)二x(f)h(f)2) 取对数，变积为和：log(y(f)二log(x(f)+log(h(f)3) 进行频谱反变换：C(q)二f-1(log(y(f)倒频谱分析优点：检测周期性的能力图1.20(a)振动信号频谱：包含啮合频率(4.3kHz)的三次谐波，由于频率分辨率太低(50Hz)，没有边频带2000线功率谱(3.5-13.5kHz):包含三次谐波，但不包含两根轴回转频率的低次谐波(c) 7.5-9.5kHz的细化频谱：看到轴

21、转速形成的边频带(d) 倒谱：清楚地表明了对应两根轴回转频率(80Hz和50Hz)地分量A1，B1而在高分辩率谱图(c)中却难以分辩。13实例分析某集装箱起重机小车运行机构减速箱出现异响，要求对该减速箱进行监测,判断分析齿轮有无故障。图1.21是该减速箱示意图。测得得电机转速为650r/min,各齿轮齿数分别Z1=13,Z2=58,Z3=15,Z4=82。第17页对减速箱1,3,4测点进行振动测量。其中点3处齿轮振动信号图和功率谱图如图1.22所示。X?2.76X1O8.9820+0to40100120UD10f/H*图1.22点3处齿轮振动信号图和功率谱图*15）二36.423Hz650*1

22、3/60齿轮3的啮合频率：f二3二（58m602f二72.8448Hzm3f二109.2672Hzm在这三个峰值两侧存在间距等同的小峰，说明齿轮3存在缺陷。对上面的功率谱图进行倒谱分析，得到倒谱图如下：一0>10.51t/s图1.23倒谱图在t二0.423处的上边频：f=%423二2.364Hz650*13/齿轮3的转频：f二58二2.428Hzr60根据频谱图在啮合频率f及二阶、三阶频率2f、3f处强烈谱峰值且有峰mmm值强烈的边频谱值，我们断定齿轮3有严重点蚀存在。经开箱检查，发现在齿轮3上有多个面积较大的凹坑，说明诊断完全正确。1.4小结振动诊断法是齿轮故障诊断的最常用的方法，它是

23、通过提取振动信号的与各种故障相对应的特征信息并进行分析对比来确定齿轮的故障类型、故障发生的位置和故障程度。目前基于振动的齿轮故障诊断方法已经发展到了相对成熟的水平，广泛应用于各种齿轮故障设备和在线故障检测系统。但是随着新技术新方法的不断出现，齿轮故障诊断的方法也在不断发展。其中智能化诊断系统成为一个重要的方向，并将得到进一步发展。智能专家系统中多种齿轮故障分析方法相互结合使用，如小波分析与神经网络、模糊识别与小波分析相结合等新分析方法应用，这样提高诊断的效率和准确率。二、滚动轴承故障的特征频率推导计算21滚动轴承故障特征频率的经验公式内圈故障频率：f二0.6*z*fir外圈故障频率：f二0.4

24、*z*for保持架故障频率：f二0.3810.4*fcr滚动体故障频率：f=0.23*z*f(z<10)brf=0.18*z*f(z>10)br外圈与保持架关系：f二z*foc外圈与内圈关系：f二z*for(f为转频；z为滚动体个数)r22滚动轴承故障的特征频率推导计算当轴承元件的工作表面出现局部缺陷时，会以一定的通过频率(取决于转频、轴承型号)产生一系列的宽带冲击，称为轴承的“通过频率”或“故障频率”，实际中滚动轴承故障振动监测就是检测这个频率。下面以角接触球轴承为例，通过分析轴承各元件之间的相对运动关系来推出轴承故障特征频率的计算公式。图2.1图2.1所示为滚动轴承各元件之间运

25、动关系示意图。为简单起见，设轴承外圈固定，内圈(即轴)的旋转频率为f，轴承节径为D,滚动体直径为d，接触角为r«，滚动体个数为z，并假定滚动体与内外圈之间纯滚动接触。由于外圈固定，所以滚动体上B点的速度为零，而A点的速度为：v二2vAC二兀f(Ddcosa)二2兀fDrc由此可以得到:(1-cosa)D第26页其中，f为滚动体的公转频率，即保持架的转动频率。s设滚动体的自传频率为f，则f可以这样求得：给整个轴承加一个转动角bb速度“-f"(相当于站在保持架上看轴承运动)，则此时保持架固定不动,c外圈以-f转动，滚动体只有自转角速度f,根据纯滚动关系，此时B点的速度cb(注意

26、此时滚动体上A点绕其中心C转动)v二兀df二兀(D+dcosa)fBbc由此可得:f-D(1-务皿a)f进而可得:(1)g2dDr个滚动体与外圈上某一固定点接触的频率为：zdf二zf二2(1Dcosa)f个滚动体与内圈上某一固定点接触的频率为：zdf-z(ff)=4(1+-cosa)fiSc2Dr滚动体上某一固定点与外圈或内圈接触的频率为:D2d)2C0S2a)frf、f和f分别称为外圈、内圈和滚动体的通过频率。当上述的“某oib一点”是局部损伤点（例如点蚀点、剥落点、烧伤点等）时，f、f和f分oib别成为局部损伤点撞击滚动轴承元件的频率，所以又分别称为外圈、内圈和滚动体的故障特征频率。综上所

27、述，滚动轴承故障特征频率如下：当外圈有缺陷时，外圈的故障特征频率为：2(1-cosa)fr当内圈有缺陷时，内圈的故障特征频率为:I=-(1+cosa)f2Dr当滚动体有缺陷时，滚动体的故障特征频率为:D2d(1-2COS2a)fr三、煤气鼓风机状态监测与智能故障诊断3.1概述煤气鼓风机是煤化工厂的重点关键设备之一，其性能直接关系到焦炉生产的安全和经济运行。特别是机组结构复杂、故障种类多，且许多故障非常隐蔽，如轴向窜动、转子碰摩、滑动轴承油膜共振、齿轮故障、不平衡、不对中等。这些故障的存在，严重影响煤气鼓风机组运行的经济性和安全性，严重影响正常生产。一旦煤气鼓风机发生事故，将导致生产系统瘫痪，并

28、产生重大污染和严重的经济损失。因此，有关领导、技术人员认为非常有必要尽快为煤气鼓风机机组安装在线监测故障诊断系统。由于现场操作人员和技术人员不具备专业的动态振动信号分析和故障精密诊断的理论知识和经验，针对不同的现象不善于选用不同的振动信号分析方法，不善于根据振动信号分析的各种图谱诊断故障种类、原因、部位和严重程度。因此，使鼓风机机组的在线监测故障诊断系统中具有在线智能诊断和现场动平衡功能也非常必要。煤气鼓风机在线监测诊断系统在在线监测的同时，计算机在后台在线实时自动地进行各种动态振动信号分析，判别机组运行状态，根据各种分析结果，经智能推理在线实时显示故障种类、原因、部位和严重程度。也可以离线人

29、机交互式进行精密智能诊断。这样，当有故障报警后，就能够及时获得故障种类、原因、部位和严重程度等信息。当诊断结论是不平衡故障（不平衡故障占60%以上）时，通过现场动平衡步骤和软件分析可以获得不平衡量的大小、相位，从而消除不平衡。3.2煤气鼓风机组成及参数煤气鼓风机组由电动机、液力耦合器、增速器及鼓风机组成，相互之间由齿轮联轴器联结。除了液力耦合器为滚动轴承外，其它设备为滑动轴承。有关主要参数如下：名称型号其它参数电机YBKS500-2功率：1250KW转速：2980r/min调速型液力耦合器GST50B额定转速：3000r/min重量：685kg功率范围：560-1625KW增速器GYD3001

30、250/1824传动功率：1250KW增速比：1.824主轴转速：2890r/min从动转速：5270r/min煤气鼓风机沈鼓D200022入口压力：0.007Mpa(G)最低点进口流量：1083.3Nm3/min排出压力：0.024Mpa(G)最大点进口温度：26°C临界转速：3708r/min，9607r/min额定转速：5270r/min实际转速：48005000r/min3.3煤气鼓风机系统的测点布置图3.1中S1S4为振动速度传感器；S5S8为安装在轴承座上的组合式加速度传感器，对检测的加速度信号进行积分变换，可转换为振动速度和振动位移信号，从而便于和有关标准对比。检测的信

31、号频率范围是110000Hz，比常规检测仪器或系统的检测范围（20100Hz）宽、精度高、性能稳定。S9S12为安装在煤气鼓风机轴承座上直接测量煤气鼓风机转轴的振动信号，S13为推力轴承轴向位移传感器，检测煤气鼓风机转子轴向窜动信号。其他测点还包括各机组的电流（每台电机三相）、温度（每台机组15个测点）、压力（每台机组2个测点）等，以实现机组多征兆参数的获取。图3.1系统测点布置图3.4系统硬件构成图及硬件要求系统的实施基本路线是：传感器固定安装，在线采集信号，在线状态监测，离线信号分析，离线故障诊断。整个系统的运行建立在系统硬件的正确连接和正常工作的基础上。本系统的硬件包括信号采集子系统、计

32、算机子系统及辅助部件等部分。信号采集子系统的硬件主要包括电涡流振动位移传感器及前置器、速度传感器、转速传感器、网络数据采集卡、交换机、各类型电缆等。系统硬件构成如图4.2所示。（1）传感器传感器是将测试中的振动、温度、压力、噪声等具有不同物理特性的信号转换为电信号的仪器。其输出的电信号分为两类：一类是电压、电荷及电流；另一类是电阻、电容和电感等电参数。应采用非接触式电涡流轴向位移振幅传感器，选用的传感器应具有频响宽、线性测量范围宽、抗干扰能力强、适应性强、安装使用方便等优点。振动速度传感器应该有较低的输出阻抗，对输出插头和电缆无特殊要求。（2）网络数据采集卡网络数据采集卡应集信号调理仪和A/D

33、的功能与一体，应使用国际标准网络接口规范TCP/IP协议，还应具有自动数据块采集能力和极高的数据传输效率，可圆满的实现实时数据处理、连续快速采集存盘等高等数采功能。各机组采集站分别安装在3台机组旁边，采集站之间通过网线连接，各采集站和系统主机机构成了监控局域网。其中1#机组采集站和2#机组采集站通过网线接入3#机组采集站的交换机。各传感器的信号进入采集站后，通过以太网传入值班室的系统主机中。采集站直接输出各传感器的振动数字波形信号，对3台机组进行故障诊断，例如：利用频谱分析方法，可在频域中将动态信号分为低频、中频和高频，在低频内主要包含了转子不平衡、不对中、窜动、主轴弯曲、机座松动、油膜涡动、水泵叶片等故障；在中频内主要包含了齿轮故障、转子碰磨，共振频带等故障；在高频内主要包含了流体噪声、冲击脉冲、流体空穴、结构共振、流体振荡等故障。以上各种故障具有不同的频率和不同的频谱结构，故障的严重程度由其对应的频率幅值高低来表示。此外，利用波形分析、