震动测试第4章 数据采集和数据库建立

数据采集和显示1、采集数据:加速度传感器速度传感器位移传感器2、数据显示：趋势图时域图FFT频谱图包络谱图传感器:加速传感器加速传感器迄今为止是最常见和最通用的传感器。当地震式或压电式加速度计放在振动表面时依靠传感器内部的压电器特性产生一个输出电荷。这些传感器包含非运动部件，非常耐振。通过压电盘压缩和扩展产生电荷与振动加速度（力）成正比。（1）产生电压非常小–大多数都配有高增益电荷放大器。（2）输出电荷与加速计受到的加速力成比例。（3）加速计是唯一的能有效测量与轴承和齿轮故障有关的高频振动的传感器。（4）加速计对低频振动准确度很差，此时即使位移振幅很大加速度振幅也很小。（5）它对无线电频率的干扰略为敏感（6）它存在耐热问题(把传感器放在热的轴承上)，这可能引起低频时错误的振幅值，除非不时地进行热平衡。（7）传感器的敏感度应在100mv/G或更高。加速度计的mv/G越高,它测量低频(120cpm)有效范围越大。一种压电加速度传感器的结构（8）最近几年已经看到了加速度计的发展，它甚至在低于120cpm的频率都比较准确。但由于加速度振幅在低频时的性质决定了加速度计在低频时仍存在弱点。因为加速度计比速度传感器更紧凑更轻巧，所以能用于更多的环境和场合。它们也不受电机和其它磁力来源所产生磁场的影响。（9）使用加速度计最后一个优点是对测量结果进行积分可以得到振动速度值，进行二重积分可以得到位移值。这种能力意味着一个传感器能在一个常用频率范围内用于记录和测量这三种基本的振幅单位——加速度、速度和位移。速度传感器有两种基本类型,动圈式和压电式。动圈式-（1）内部是由一组弹簧支撑的线圈和一个永久磁铁组成的。（2）线圈相对于磁场做运动产生电压，电压的大小与移动的速度成正比。（3）通常不需要对输出信号放大。（4）他们比其它型号的传感器大。（5）如果不使用修正系数，它们对低频信号测量不可靠，因为线圈在低频情况下往往跟随磁铁运动。（6）在低频下的平衡很好因为记录的相对振幅保持一致。（7）动圈型速度传感器也受电机或其它电磁来源产生磁场的影响，在这样的情况下需要磁屏蔽。压电式速度传感器-（1）类似于压电加速度计，在设计上输出电荷的明显差值与传感器速度成正比。（2）压电盘根据受到应力的大小相应产生电荷。（3）因为产生信号小，通常需要内置一个放大器。（4）压电式速度传感器通常不受磁场的影响，也能准确测量60cpm或更小。（5）它对热敏感，环境温度影响它的使用。动圈式速度传感器传感器:速度传感器传感器：位移传感器通常认为是接近式探测,这种传感器的应用受到限制但却非常有用且重要。它们总是用于平稳运转的转子出现危急情况时。例如,电厂的涡轮机总是一直安装逼近探头监控涡轮机的运动和相位（可能的话），高速压缩机转子和其它机器也几乎总是用逼近式探头监测的。（1）实际上不接触转轴或轴承-安装在距离转轴一定距离的转轴干净光滑的区域，并固定在那里。（2）在外部应用高频载波信号从探头的线圈向转轴发射磁场。（3）转轴接收这些磁场能量的一部分。（4）转轴越靠近探头，接收的能量就越多。接收的磁场能越多,消耗的载波信号就越多，载波信号强度降低也越多。（5）转轴离探头越远,接收的磁场能就越少。磁场能越少,消耗的载波信号就越少，载波信号越强。（6）探测仪产生两个信号:（7）交流信号正比于振幅(转轴运动)。（8）直流信号正比于间隙的大小。通常应用在:（1）相对于重型轴承座或刚性(常见的“滑动”或“巴氏”)轴承较轻的转子。（2）机器上高速转子如涡轮机，离心压缩机和泵(转轴速度超过50,000rpm)。（3）用速度或加速度传感器很难获得可靠数据的低速机械。这些机器能在非常的短的时间内毁坏(几小时，几分钟，甚至几秒钟)，而长期的安装逼近探头对这些机器进行在线监测对机器和人身安全是非常必要的。已经对数据采集和传感器有了一定的了解，下面学习如何建立数据库?逼近式探头如何显示数据:趋势图Y-轴数据:振幅X-轴数据:时间(如日或月)‘趋势’图只是在一段时间内的许多振幅值-总振动的体现(在所有频率下振动)。读数的间隔是那些读数所用的时间。时间间隔可能是从月到毫秒，取决于振动的特点和所涉及的系统。趋势图只提供有限的分析能力(例如不能确定特殊频率)但可能是分析发展中故障的重要提示。Y-轴单位:振幅采集数据的第一步就是将模拟信号(传感器随轴承运动)转换为数字信号。这是“时域”图。典型的时域图的长度非常短–通常是毫秒。通常截取转轴的5-7转数据。为获取转轴运行5转的的时间(例如)3000rpm(50Hz,或每秒转数),你将需要5/50=0。1seconds=100msecs。在图上,转轴转5圈你应该能看见5个正弦波加上任一变形波形，它是理想的正弦波或是不常见的形状)加上可能发生的任一高频(电气、轴承或齿轮故障引起)。•‘时域’图表示振幅和时间。•但是,不象趋势图,振幅是振幅值的连续表示。•例如,如果上述图的振幅单位是位移,这线代表了轴承来回运动的实际位置。•也不象趋势图,值能是正的和负值，位移能在中间点，或静止点的任一边,速度或加速度振幅能在任一方向(定义‘+’和‘-’方向取决于传感器的安装方向)。时域分析比我们将要讨论的频谱更难分析-但在一定条件下，它能提供频谱图所不具备的理解和信息。如何显示数据:时域图X-轴单位:时间(秒或毫秒)数据如何显示:“FFT”频谱图“频谱”是振幅和频率的关系。上面的图是频谱图，它是由时域图经数学变换“快速傅立叶变换”,或“FFT”得到的。这样的图经常简称为FFT。傅立叶变换理论认为任何周期性信号(我们测量振动所用的)都能分解为一系列简单的正弦，经合成后能产生我们分析的周期性信号。实际上，这意味着通过这种变换能将我们看到的时域信号变成频谱。通过画出振幅和频率(而不是时间),就更容易分析周期成分了。但依靠复杂的数学过程,也可能产生错误的信息。频谱图显示某一频率范围内一定数量的振幅值(400,800,1600,等)。这里所看到的图告诉我们分析结果是:频谱图是最常见的分析工具，因为通过分析频率能初步判定振动的来源。如何显示数据:包络谱图Y-轴单位:振幅X-轴单位:频率(cpm或Hz)‘包络’图相当于传统的显示数据的频谱:振幅和频率。但是,对原始数据的处理有明显的差别。而传统的FFT处理是从复杂的运动中提取简单正弦波,包络信号处理是寻找短暂的(瞬时的)冲击。这些冲击在传统的FFT处理中通常提取不出，因此分析者经常注意不到。但是,比起传统的FFT分析，这些冲击频率的知识为诊断早期机械故障提供了极为重要的信息。这种附加的分析工具对诊断轴承故障尤其有用。此图,外观上也是频谱,对判定转子元件轴承缺陷和其它冲击力产生振动问题极为有用。传感器振动传感器是测量和感应振动的仪器。掌握和选择一个适合的传感器是重要的。振动测试不全面涉及各种类型和技术特点传感器，了解三个最常用传感器就够了。它们是:•加速度传感器•速度传感器•位移传感器建立数据库•建立数据库:引言•监测的目的是什么•设置点参数•多少数据是足够的?•时间和准确度•一个有效的、高效的数据库建立示例•总结建立数据库：引言对刚刚从事故障诊断人员不利的是，监测的关键步骤是建立数据库。这是因为是执行重要监测任务时，执行的人很有可能是没有经验的或受该领域教育的限制。如果这样,一般不会有新的想法或临场应变，有可能带来很大的麻烦。选择参数和在PC上建立基于数据库的检测路径输入数据采集器将决定你所采集数据的特点和实用性。大多数数据采集器也能使用户在现场编制最重要的参数并做深层的分析。但是，它的功能区别于从数据库下载并预先设计信息输入数据采集器，这可能是比较繁琐的工作，因为必须要按照巡检路线在采集点采集数据并存储在采集器上。监测系统通过每隔一定时间测量振动振幅跟踪设备的状态。与常规监测不同的是，这需要更深入的调查研究确定故障来源并排除实际引起振动加剧的故障。建立数据库:监测系统的目的振动监测系统的功能是什么?使用“监测”这个词目的是监测振动等级。这意味着采集数据将提醒你发现问题而不用过度担心你所采集到的过度详细或特殊大的数据。监测系统不是万能的，也不能对一切故障进行诊断，而只是为你提供可靠的数据。一个功能较强的振动监测系统固然能给你的研究工作指明方向,也能帮助你判定问题的严重性和可能来源。但是,进一步的分析或是确认检查才是进行排除故障之前明智的举措。建立数据库:选择点参数如例，一个简单的交流电机。我们必须监测的频率见“故障处理”一章中(从主菜单中可以找到)。我们这里需要了解的问题是–我们需要寻找各种潜在的问题:监测频率解释1x,2x,3xrpm转速谐波2x网频扭转脉冲频率(电机气隙振动)1x,2x,3x转条通过频率(RBPF)或绕组通过频率(WSPF)与电有关的频率相当于转条或绕组的数量xrpm。这能揭示一定的电气问题或状态。30kcpm-120kcpm轴承故障转子元件通常出现的频率范围。那么问题是-Fmax是多少,分辨率应是多少,使用什么监测参数,分析数据的最好途径是什么,怎样建立数据库为我们尽可能地高效工作?对不常见到的高分辨率读数的读取和监测高频数据的关系是怎样的?数据采集的准确度和速度的关系。建立数据库:选择点参数当然结果是几个不同的测量方法必须同时应用于同一个位置或几个特分析的故障区域(特殊频率范围)。机械振动•建立一个完整的保护需要在每个轴承上采集水平和垂直振值，加上轴向振值，最大频率Fmax为120000cpm，为了监测潜在的通常发生在1x,2x和3xrpm的轴承故障。共5类数据。电气振动•除了这两类数据之外,你可能希望得到与电机轴承故障有关的更高分辨率(典型的12000cpm最大频率，1600线分辨率)。这个数据可以分开频率相对低的电气和机械振动。•最后,你可能想采集最大频率Fmax为720000cpm高频电气故障的信号(绕组松动,转子松动或断条)。使用可能这个词是因为电气故障相对来说不常见，如果怀疑有问题还需单独采集电气设备的数据。对于任何问题在开始检查的时候都应该采集一套基准数据。采集这些数据时唯一一个不用速度参数的是720000cpmFmax德数据，应该使用加速度参数。•还有两个数据。轴承问题:•包络谱可以检查每一个轴承发生冲击力的频率。还有两类数据是什么呢？让我们回到监测这个词–在一个监测系统中。依靠系统人员的努力,减少测试的数据而依靠其他人提醒你进行判断是错误的。应当采集大量数据并作更深入的分析。按照逻辑,数据可分成“必须的”和“可选的”，如下:必须数据最大频率线数单位方向位置1120kcpm400速度水平Brg1260kcpm400包络水平Brg13120kcpm400速度水平Brg2460kcpm400包络水平Brg2560kcpm400速度轴向Brg2必要的数据包括监测轴承的早期故障和提供机器状态的全面信息。深入的分析可能很困难,取决于不同的故障,正在形成的故障可能需要采集更多和更好的数据。可选数据最大频率线数单位方向位置6720kcpm1600加速度水平Brg17120kcpm400速度垂直Brg1812kcpm1600速度水平Brg29120kcpm400速度垂直Brg2这里显示的可选读数监测垂直方向的振动和特定的高频问题(720kcpm,1600lines)和更高分辨率(12kcpm,1600线)数据。建立数据库:选择参数点更多的示例现在看一个螺杆压缩机(注意我们已经讨论了充分地监测一个电机需要什么)。你将需要:•为了监测潜在的轴承故障、发生在1x,2xand3xrpm的故障和与压力有关的空气动力问题(叶片数xrpm)，需在四个轴承的每一个上采集Fmax为120000cpm的数据。•包络图帮助分析任一冲击力产生的频率。•通过计算齿轮啮合频率48齿xrpm,你将采集Fmax为3x齿轮啮合频率(3x48=144)的数据,或近似为150xrpm来寻找高频的与齿轮有关的故障。螺杆压缩机:48xRPM=齿轮啮合频率48/36齿轮比=1.33速度增加4x1.33=叶片通过频率。必需数据最大频率线数单位方向位置1120kcpm800