振动检测仪表与系统.ppt

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1、振动检测仪表与系统 振动测量振动测量声测量声测量应变和力的测量应变和力的测量温度测量温度测量流体参量的测量流体参量的测量机械量:长度,厚度,位移,速度, 加速度,旋转角,转数, 质量,重量,力,压力, 真空度,力矩,风速, 流速,流量,振动;声: 声压,噪声磁: 磁通,磁场温度: 温度,热量,比热振动参数振动参数振动位移测量传感器振动位移测量传感器位移测量电阻, 接触式电容, 接触式电感, 非接触式电涡流, 非接触式差动变压器, 接触式磁电式, 非接触式霍尔元件, 非接触式光敏管, 非接触式涡流式传感器涡流式传感器u原理原理:涡流效应。块状金属置于变化着的磁场中或者在固定磁场中运动时，金属体内

2、就要产生感应电流，这种电流的流线在金属体内是闭合的所以叫做涡流。 u原线圈的等效阻抗Z变化),(ZZ 涡流式式线圈与金属的距离金属体的电阻率、导磁率、线圈的激磁电流角频率。 测量电路测量电路：（a) 阻抗分压式调幅电路； (b) 调频电路使用优点使用优点：接构简单，使用方便，不受油污、介质影响。应应 用用：涡流式位移、力、振动测量，NDT，测厚,材质判别。应用举例1序号序号测量参数测量参数安装图示安装图示提要提要1轴转速 若轴上为键槽，则探头零点以轴表面为参考面；若轴上为键，则探头零点以键的顶面为参考面。2轴振动 若用一只探头，则安装在轴的垂直方向；若用两只探头，则相互成90安装。探头之间距离

3、要大于40mm，以避免相互干扰。3轴位移 首先判断轴位移方向，确定合适的探头位置，保证轴位移在传感器线性范围内，探头应在靠近推力盘处安装。4内部安装的探头 探头安装在机壳内部时，要注意引线用卡子固定在壳体上，还要注意穿出机壳处的密封及接头的密封。振动速度测量传感器振动速度测量传感器 磁电式速度传感器磁电式速度传感器磁电式动圈式磁阻式线速度型角速度型N),(,cos,mdtddtdRBSBNU电动式速度传感器电动式速度传感器8.10BLe（伏）相对式(直接接触型)惯性式速度测量传感器惯性式速度测量传感器(质量弹簧型质量弹簧型)22222)(1)(00nnn1n当100线圈几乎静止不动图1-10

4、幅频特性曲线振动加速度测量传感器振动加速度测量传感器压电式加速度传感器压电式加速度传感器u工作原理工作原理:压电效应uq=DFu测量电路测量电路: 电压放大器;电荷放大器F+222212)(1)(.0nnn1n当2.0n压电式加速度传感器的频率特性曲线选用与安装振动位移、速度与加速度的选择与比较振动位移、速度与加速度的选择与比较复合式传感器 图1-17 复合式振动传感器示意图键相传感器 图1-21 相位角的定义光电传感器 光源测量头光电元件电子线路光光信号电信号可用信号图1-22 光电式传感器基本结构框图被测量模数转换模数转换(A/D转换转换)（1）A/D转换过程：1)采样，2)量化， 3)编

5、码。2)量化量化误差量化步长R=A/DA=10VD=2563)编码2miii nARDRa采样信号的频谱( )( )()sTsnp tttnT( )()ssnPn u(a) 时域采样理想脉冲采样A/D 转换器模拟信号xa(t)及其频谱函数: dtttFjXaexxtjaa)()()(djXajXateFxtja)(21)()(1矩形脉冲采样u(b) 频域采样采样定理采样定理u(1) 频混现象数字信号处理(2)采样定理msmsff22抗混叠滤波器u(3) 信号的复原u (理想内插)采样定理(4) 频域采样定理11/(2)mft 在频域中对X进行采样，等效于x(t)在时域中重复，只要采样间隔不大于

6、1/(2tm)则在时域中波形不会产生混叠，用矩形脉冲作选通信号就可以无失真地恢复原信号x(t)，即应满足关系式fo 1/(2tm) ，此称为频域采样定理T12tmT12tm 频域采样以后，只能获得采样点的频率成分，其余的频率成分一概被舍去，这犹如透过栅栏观赏光景，只能看到一部分，就可能使一部分有用的频率成分被漏掉，而丢掉了部分有用信息，此种现象称为栅栏效应(5)栅栏效应信号的截断信号的截断 能量泄漏能量泄漏 窗函数窗函数u（1） 信号的截断 能量泄漏u 数字信号处理截断方法就是将无限长的信号乘以窗函数截断方法就是将无限长的信号乘以窗函数(window function)这里这里“窗窗”的含义显

7、指透过窗口能够观测的含义显指透过窗口能够观测列整个剖列整个剖“景的一部分，其余被遮蔽景的一部分，其余被遮蔽(视为零视为零)从采样定理可知，无论采样频率多高，只要信号一经截断，就不可避免地引起混叠，因此信号截断必然导致一些误差原因：窗函数w(t)是一个频带无限的函数，所以即使原信号x(t)是限带信号，而在截断以后也必然成为无限带宽的函数，即信号在频域的能量与分布被扩展了信号被截断以后信号被截断以后,频谱发生了畸变，原来集中在某一频谱发生了畸变，原来集中在某一频率处的能量被分散到两个较宽的频带中去了，这频率处的能量被分散到两个较宽的频带中去了，这种现象称之为泄漏种现象称之为泄漏(Leakage)

8、如果增大截断长度T，即矩形窗口加宽，则窗谱将被压缩变窄虽然理论上讲，其频谱范围仍为无限宽，但实际上中心频率以外的频率分量衰减快，因而泄漏误差将减小如果窗口无限宽，即不截断，就不存在泄漏误差 泄漏与窗函数频谱的两侧旁瓣有关，如果使侧瓣的高度趋于零，而使能量相对集中在主辨，就可以较为接近于真实的频谱，为此，在时间域中可采用不同的窗函数来截断信号（2） 常用的窗函数 实际应用的窗函数，可分为以下主要类型；1)幂窗采用时间变量某种幂次的函数，如矩形、三角形、梯形或其它时间的高次幂2)三角函数窗应用三角函数，即正弦或余弦函数等组合成复合函数，例如汉宁窗、海明窗等；3)指数窗采用指数时间函数，例如高斯窗等

9、（2） 常用的窗函数u (a) 矩形窗优点是主瓣比较集中；缺点是旁瓣较高，并有负旁瓣，导致变换中带进了高频干扰和泄漏，甚至出现负谱现象u(b) 三角窗三角窗与矩形窗比较，主瓣宽约等于矩形窗的两倍，但旁瓣小，而且无负旁瓣(c)汉宁(Hanning)窗汉宁窗可以看作是3个矩形时间窗的频谱之和或者说是3个sinc(t)型函数之和，而括号中的两项相对于第一个谱窗向左、右各移动了T，从而使旁瓣互相抵消，消去高频干扰和漏能汉宁窗与矩形窗比较从减小泄漏观点出发，汉宁窗优干矩形窗但汉宁窗主瓣加宽，相当于分析带宽加宽，频率分辨力下降(4) 海明(Hamming)窗(5)高斯窗式中a为常数，决定了函数曲线衰减的快

10、慢a值如果选取适当，可以使截断点(T为有限值)处的函数值比较小，则截断造成的影响就比较小，高斯窗谱无负的旁瓣，第一旁瓣衰减达55dB高斯窗谱的主瓣较宽，故而频率分辨力低高斯窗函数常被用来截断一些非周期信号，如指数衰减信号等离线检测和在线监测 系统管理数据采集数据库管理数据库参数报警数据图表显示数据打印输出图4-1 状态监测系统状态监测系统状态监测系统 监测及分析系统监测及分析系统 系统管理数据采集数据库管理数据库参数报警数据图表显示数据打印输出设备状态分析运行状态分析图4-2 状态监测及分析系统监测、分析及故障诊断系统监测、分析及故障诊断系统 系统管理数据采集数据库管理数据库参数报警数据图表显

11、示数据打印输出设备状态分析运行状态分析知识库故障诊断图4-3 状态监测、分析及故障诊断系统振动监测仪表 振动测量仪振动测量仪 频谱分析仪频谱分析仪 汽轮机安全监视仪表（汽轮机安全监视仪表（TSI） 振动测量仪 图4-4 测振表的原理框图图抗变化衰减放大普通滤波检波直流输出交流输出振动信号模拟式振动表 数字测振表 数字测振表的原理框图与模拟仪表基本相同，其差别在于将采集的电压进行模数转换后使用数字电路对信号进行处理。目前，数字测振表一般都具有以下功能1) 可以储存多组测点的数；2) 能与微机进行通讯；3) 能够进行趋势分析。 一般振动测量的值有：1）通频幅值，2）基波频率的幅值与相位，即1X幅值

12、，3）跟踪测量基波或某高次谐波的幅值（通常时2X幅值）与相位。 时代TV300便携式测振仪 图4-5 便携式测振仪主要参数测量范围主要参数测量范围 加速度：加速度：0.10.1392392m/sm/s2 2 （峰值）（峰值）速速 度：度：0.010.0180cm/s80cm/s（有效值）（有效值）位位 移：移：0.0010.00118.1mm18.1mm（峰峰值）（峰峰值）允许误差：允许误差：5%5%使用温度范围：使用温度范围：0 04545频率范围频率范围加速度：加速度：10Hz10Hz200Hz 10Hz200Hz 10Hz 500Hz 10Hz500Hz 10Hz1KHz 1KHz 10

13、Hz10Hz10KHz10KHz速速 度：度：10Hz10Hz1KHz1KHz位位 移：移：1010HzHz500Hz500Hz振通911C存储测振表 911C是计算机化的新一代汉字显示存贮测振表。它用电池供电，与压电加速度传感器配合可以测量和存储1000个测点的振动加速度、速度、位移、包络解调以及它们的参考值。主要特点自动量程，测量效率高；自动量程，测量效率高；直接给出局部异常，全面磨损或转子轴系故障等诊断直接给出局部异常，全面磨损或转子轴系故障等诊断结论；结论；歪度、峭度值显示；歪度、峭度值显示；真有效值和等效峰值检测，测量质量高；真有效值和等效峰值检测，测量质量高；有回忆功能，对每个测点

14、都可存贮和再现四个正常参有回忆功能，对每个测点都可存贮和再现四个正常参考值（加速度峰值，速度有效值，位移峰峰值和包络考值（加速度峰值，速度有效值，位移峰峰值和包络解调）以供现场比较；解调）以供现场比较；存储量可达存储量可达10001000组数据（包括序号、加速度、速度、组数据（包括序号、加速度、速度、位移和包络解调的测量值和正常参考值）；位移和包络解调的测量值和正常参考值）；自动定时关机，电池电压低报警，存贮器有断电保护。自动定时关机，电池电压低报警，存贮器有断电保护。VM-9502型 袖珍式数字测振仪 用于旋转机器振动的巡测、监测和振动等级评估。技术参数：频率范围： 31000 Hz（转速范

15、围18060000rpm）。振幅测量范围与准确度：位移: 01000mp-p;速 度 ： 0 1 0 0 m m s ( 真 正 有 效 值 ) ;加速度：050m/s2 0-p; 准确度: 土5。可存储100个测点的振动值，数据永远保存；具有数字存储、回放、更改、清除功能。频谱分析仪 早期的频谱分析仪实质上是一台扫频接收机，输入信号与本地振荡信号在混频器变频后，经过一组并联的不同中心频率的带通滤波器，使输入信号显示在一组带通滤波器限定的频率轴上。基于快速傅里叶变换（FFT）的频谱分析仪 采用数字方法直接由模拟/数字转换器（ADC）对输入信号取样，再经FFT处理后获得频谱分布图。据此可知，这种

16、频谱分析仪亦称为实时频谱分析仪，它的频率范围受到ADC采集速率和FFT运算速度的限制。 GSP-827 GSP-827 频谱分析仪频谱分析仪 图4-6 频谱分析仪技术特点：高频率稳定度：5ppm 输入范围：-105dBm+20dBm 高性能之噪音准位：-140dBm/Hz 解析频宽(RBW)：3K,30K,300K,4MHz ACPR/OCBW/CH POWER量测 双窗口同时量测两个频率 10组完善量测功能游标 100组带时标的轨迹/设定存储 RS-232C 设定上下限进行PASS/FAIL比较 触发功能：VIDE0/EXTERNAL 64K19.2M的外部参考时钟输入 AC/DC/BATTERY供电,结构轻巧,携带方便汽轮机安全监视仪表（TSI） 汽轮机安全监视仪表（Turbine Supervisory Instruments），它的主要用途是在线连续监测汽轮机发电机组运行过程中的状态参数，并进行越限报警与自动跳闸保护，确保机组安全可靠运行，是汽轮机设备的重要组成部分之一 本特利本特利35003500本特利本特利35003500系统是目前我国大型机组上应用较为广泛，也是本系统是目