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1设备动态信号检测•特征信号的选择•传感器及其选择原则•振动测试仪器与仪表•噪声的测量•动态信号采集原理与方法2•信号-反映设备运行状态正常或异常的信息载体,适当的检测方法是发现故障信息的重要条件,也是故障诊断技术中不可缺少的环节。•能否真实、充分地检测到足够数量并能客观地反映设备运行情况的状态信号,是诊断能否成功的前提。•传感器是人类器官的延伸ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测3状态监测与故障诊断用主要检测量流程工业或生产线上的主要生产设备等设备运行中的工况和主要性能指标等工况指标压延、铸锻件及焊缝缺陷检查,表面镀层及管壁厚度测定等射线、超声、磁粉场、渗透、涡流探伤指标等无损检测设备及零件的表面损伤、交换器及管道内孔的照相检查等裂纹、变形、点蚀、剥脱腐蚀、变色等表面状态电机、电器、输变电设备、微电子设备、电工仪表等电流、电压、电阻、功率、电磁特性、绝缘性能等电气参数液压系统、流体机械、内燃机、液力耦合器等压力、压差、压力联动等压力起重运输设备、锻压设备、各种工程结构等载荷、扭矩、应力、应变等强度压力容器及管道、流体机械、工业阀门、断路开关等噪声、声阻、超声波、声发射等声学设备润滑系统、有摩擦副的传动系统、电力变压器等油品的理化性能、磨粒的铁谱分析及油液的光谱分析油液热工设备、工业炉窑、电机电器、电子设备等温度、温差、温度场及热图像等温度旋转机械、往复机械、流体机械、转轴、轴承、齿轮等稳态振动、瞬态振动模态参数等振动适用范围检测目标物理特征4CAMCAMCNCCNCMachiningMachiningconditionconditionCutterpathCutterpathPositionPositionvelocityvelocityMachiningMachiningcommandcommandActuatorActuatorControlControlcommandcommandMachiningMachiningprocessprocessMachinetoolMachinetool((ToolTool--workworkRelativemotionRelativemotion))MotionMotionMachiningMachiningmotionmotionAccuracyAccuracySurfaceSurfacequalityqualityDisturbanceDisturbanceDeformationDeformationVibrationVibrationForceForceDisturbancefromenvironmentDisturbancefromenvironment(Heat,Vibration)(Heat,Vibration)((Vibration,PositionVibration,Position))(Position(Position))(Machiningprocessinformation(Machiningprocessinformation))(Informationofmachinedresults(Informationofmachinedresults))5测试技术的工程应用在工程领域,科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等,都离不开测试技术。涉及到航天、机械、电子、电力、石化和海洋等每一个工程领域。ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测6(1)工业自动化中的应用a)机械手、机器人中的传感器转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。在各种自动控制系统中,测试环节起着系统感官的作用,是其重要组成部分。密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测7b)AGV(AutomaticGuidedVehicle)自动送货车超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置;红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置识别;条形码传感器,货品识别。香港理工AGV模型ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测8c)生产加工过程监测切削力传感器,加工噪声传感器,超声波测距传感器、红外接近开关传感器等。密歇根大学数字化工厂ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测9(2)流程工业设备运行状态监控在电力、冶金、石化、化工等流程工业中,生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄漏检测。ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测10(3)产品质量测量在汽车、机床等设备,电机、发动机等零部件出厂时,必须对其性能质量进行测量和出厂检验。图示为汽车出厂检验原理框图,测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试,工程师可以了解产品质量。汽车扭距测量机床加工精度测量ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测11(4)楼宇控制与安全防护为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境,并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术,如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为:电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测12(5)家庭与办公自动化在家电产品和办公自动化产品设计中,人们大量的应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。全自动洗衣机中的传感器:衣物重量传感器,衣质传感器,水温传感器,水质传感器,透光率光传感器(洗净度)液位传感器,电阻传感器(衣物烘干检测)。指纹传感器透光率传感器温湿度传感器温度传感器ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测13(6)其他应用航天农业交通医学ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测14振动测试包括两方面的内容•测量机械设备或结构在工作状态下存在的振动,如振动位移、速度、加速度、频率和相位等–了解被测对象的振动状态、评定等级–寻找振源–监测、分析、诊断和预测•对机械设备或结构施加某种激励,测量其受迫振动–被测对象的振动力学参量或动态性能,如固有频率、阻尼、刚度、响应和模态等。–提高机械结构的抗振性能,机械结构的振动分析和振动设计,找出薄弱环节,改善其抗振能力ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测151、特征信号的选择ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512•信号的敏感性•在线与实时性并不是每一种信息都对工况监测有用有些信息相关性大-取舍问题经费问题•工况监视与故障诊断对特征信号的要求•实时对传感器类型选择的要求•实际安装使用的可行性动态信号检测162、传感器及其选择原则分类•按测振参数分–位移传感器、速度传感器、加速度传感器•按参考坐标分–相对式传感器、绝对式传感器•按变分原理分–磁电式、压电式、电阻应变式、电感式、电容式、光学式•按传感器与被测物关系分–接触式传感器、非接触式传感器ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测17机械振动测试方法机械方法、光学方法和电测方法•机械方法常用于振动频率低、振幅大、精度要求不高的场合•光学方法主要用于精密测量和振动传感器的标定•电测法应用范围最广,在工业界被广泛采用。ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测182.1涡流式位移传感器ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测8mm25mm11mm19电涡流传感器是通过传感器端部线圈与被测物体(导电体)间的间隙变化来测量物体的振动和静位移。–特点•频带宽(DC-10KHz)•线性范围宽(一般是端部线圈直径的一半)•在线性范围内灵敏度不随初始间隙而变–工作原理Usr——高频交变电压i——传感器电流Ψ——传感器磁通量ie——感应电流Ψe——感应磁通链=》互感耦合系数的大小与二者之间的距离及导体的材料有关。ResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测20图中R和L为原线圈的电阻与自感;Re和Le为相当的涡流的电阻与自感;M为互感系数。当所加的UST频率fST很高时,有,可以证明图(b)中的式中iMRLLeReL'CR'UsrUsr(a)(b)电涡流传感器的等效线路图eeRKLLRR2'+=′),1(2KLL−=′eLLMK=——耦合系数)(dKK=↑′↓⇒↑⇒LkdResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512动态信号检测21UsrReUscC'UdU~d00d0CL传感器前置器晶体震荡器检波器–涡流传感器及其测量线路频率为的稳定的振荡器(一般用石英振荡器)+检波环节输出电压正比于间隙d,可以分为两部分dUaoUUU+=涡流传感器和前置器的线路图ofResearchCenterofConditionMonitoring&FaultDiagnosis(RCCMFD),SoutheastUniversity,025-52090512直流部分交流部分动态信号检测2
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