机械故障诊断—--故障诊断系统和传感器原理ppt课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Ch3 故障诊断系统与传感器原理,机械故障诊断,Ch3 故障诊断系统与传感器原理,3-1 故障诊断系统的作用与实施过程,3-2 故障诊断系统的类型及组成,3-3 故障诊断系统的常用传感器,Ch3 故障诊断系统与传感器原理机械故障诊断Ch3 故,1,机械故障诊断,3-1 故障诊断系统的作用与实施过程,3-1 故障诊断系统的作用与实施过程,一 监测与诊断系统的目标,1 能了解被监测系统的运行状态，保证其运行状态在设计约束之内；,2 能提供机器状态的准确描述；,3 能预报机器故障，防止大型事故产生，保证人民生命的安全。,机械故障诊断3-1 故障诊断系统的作用与实施过程3,2,机械故障诊断,3-1 故障诊断系统的作用与实施过程,二 监测与诊断系统的实施过程,虽然根据诊断的目的要求、诊断的物理参数以及诊断的直接对象不同，可将故障诊断技术分为多种类型，但在实施各种类型的故障诊断技术时，其基本的过程是相同的。,根据故障诊断技术的逻辑思想的总结，可以认为故障诊断技术的实施过程主要包括,诊断文档建立,和,故障诊断实施,两大部分。,机械故障诊断3-1 故障诊断系统的作用与实施过程二,3,机械故障诊断,3-1 故障诊断系统的作用与实施过程,1 建立诊断文档库,1 诊断文档库是一种事先编制好的表征各种有关诊断对象不同性质的故障、不同故障部位以及不同故障程度的各种征兆的标准谱数据库。,2 诊断文档库是通过模拟典型故障，并提取其特征信息、确立各类故障的样板模式，从而建立起来的。,3 建立诊断用标准谱数据库的方法是：根据现场在线监测数据的长期积累、实验室实验研究和分析、计算机辅助实验等。由于用现场监测数据的长期积累方法来建立数据库的周期太长而用实验室实验研究和分析方法来建立数据库又需花费很大的人力、物力和资源，因此计算机辅助实验方法建立标准谱数据库的技术在故障诊断中将有特殊的意义。,4 建立诊断文档库是实施故障诊断所不可缺少的重要环节之一。如果没有诊断文档，诊断工作将无法进行。,机械故障诊断3-1 故障诊断系统的作用与实施过程1,4,机械故障诊断,3-1 故障诊断系统的作用与实施过程,2 实施故障诊断,故障诊断技术在实施过程中包括以下几个关键的内容：,1 状态信号采集,2 故障特征提取,3 技术状态识别,4 维修决策形成,状态信号是机械设备异常或故障信息的载体。选用一定的检测方法和检调系统采集最能表征诊断对象工作状态的信号是故障诊断技术实施过程中不可缺少的环节，能够真实、充分地采集到足够数量、客观反映诊断对象状况的状态信号是故障诊断得以成功的关键。否则，其后的各个环节功能再完善也将是无效的。,对于所采集到的表征诊断对象运行中的原始状态信号称为初始模式。因初始模式中的故障信息混杂在大量的背景噪声中，为提高诊断的灵敏度和可靠性，必须采用信号处理技术在状态信号中排除噪声、干扰的影响，提取有用的故障信息，以突出故障特征。因此，故障特征提取就是对初始模式进行维数压缩、形式变换、排除或削弱噪声干扰、保留或增强有用信号、精化故障特征信息的过程，由此而形成待检模式。,故障诊断是一个典型的模式识别过程，而诊断文档库中的各种故障样板模式就是进行技术状态识别的基础。所谓技术状态识别系指将待检模式与诊断文档库中的样板模式进行对比，并将待检模式归属到某一已知的样板模式中去的过程。由此使可判定诊断对象所处的状态模式是否正常，并预测其可靠性和状态的发展趋势。,当识别出异常或故障状态后，必须进一步对异常或故障的原因、部位和危险程度进行评价以便据此研究和确定维修决策的具体形式，如临时维护方案、加强监视方案以及停机大修而彻底治理的措施等。,机械故障诊断3-1 故障诊断系统的作用与实施过程2,5,机械故障诊断,3-1 故障诊断系统的作用与实施过程,监测与诊断系统的实施过程框图,机械故障诊断3-1 故障诊断系统的作用与实施过程监测,6,机械故障诊断,3-2 故障诊断系统的类型及组成,3-2 故障诊断系统的类型及组成,一 简易诊断系统,简易诊断系统即使用各种便携式诊断仪器和工况监测仪表（如振动分析仪、温度计、声级计等），仅对设备有无故障及故障严重程度作出判断和区分。它可以宏观地、高效地诊断出众多设备有无异常，因而费用较低。,2 简易诊断技术是诊断设备“健康”状况的初级技术，主要由现场作业人员实施。,机械故障诊断3-2 故障诊断系统的类型及组成3-2,7,机械故障诊断,3-2 故障诊断系统的类型及组成,3 为了能够对设备的状态迅速有效地作出概括的评价，简易诊断技术应具有以下的功能：,1 设备所受应力的趋向控制和异常应力的检测；,2 设备的劣化、故障的趋向控制和早期发现；,3 设备的性能、效率的趋向控制和异常诊断；,4 设备的监测与保护；,5 指出有问题的设备。,机械故障诊断3-2 故障诊断系统的类型及组成3,8,机械故障诊断,3-2 故障诊断系统的类型及组成,4 简易诊断系统常用仪器,1 便携式振动分析仪，它们一般具有以下特点：,1 使用专用的速度或加速度传感器，连接方便、工作可靠，由于传感器的原因，频率及动态范围有限，一般只按特定目的进行测试，如进行振动烈度的测试。,2 一般仪器上均有指针或液晶或发光二极管显示，能直观读出振动有效值、均方根值、峰值或振动烈度值等。有的仪器还可读出斜度或峭度值等。,3 有的仪器可分几个频率档分别读值，高档仪器可同时进行若干个频率档(如倍频程)分析，由于具有频率分析功能，故称为振动分析仪。,便携式振动分析仪价格低廉，使用方便，所测值目前仍为大多数机械的振动标准，故在中小企业中得到广泛应用。但便携式振动分析仪一般不能回答故障的原因及部位等问题。,机械故障诊断3-2 故障诊断系统的类型及组成4,9,机械故障诊断,3-2 故障诊断系统的类型及组成,2 声级计,机械运转时会产生振动，同时也产生噪声。测量噪声的专用仪器就是声级计。一般声级计均使用电容式传声器(话筒)，经放大及计权后可读出声压级的大小。有的声级计还配有倍频程或13倍频程滤波器，可作简单的频率分析。,现场用声级计进行噪声监测存在的主要问题是：,1 存在背景噪声的干扰。,2 难以确定产生故障的零部件的部位。也就是说，声级计监测还不能达到有经验的检修工人耳朵的水平。,机械故障诊断3-2 故障诊断系统的类型及组成,10,机械故障诊断,3-2 故障诊断系统的类型及组成,3 温度计,早期的检修工人也利用手指来判断轴承座处温度是否过高。,现在则有各种点温度计能更准确地测出实际温度。,常用的有,半导体点温度计,，将测头与轴承座处或其他感兴趣的部位接触，仪器指针可指示温度高低，更方便的是,红外点温度计,，外形像把手枪，操作者只要对准需要测量的部位，不需接触，因此被测物体可以作直线运动、往复运动或转动，液晶屏上立刻就能显示被测点的温度。,这种方式的缺点是过分依赖操作者的巡检，万一巡检周期不适当或操作者的责任心不强，仍容易出事故。,机械故障诊断3-2 故障诊断系统的类型及组成,11,机械故障诊断,3-2 故障诊断系统的类型及组成,精密诊断系统,1 即使用较为复杂的诊断设备和分析仪器，除了能对设备有无故障和故障的严重程度作出判断和区分外，在有经验的工程技术人员的参与下，还能对某些特殊类型的典型故障的性质、类别、部位、原因及发展趋势作出判断及预报。,2 费用较高，由专业技术人员实施。,机械故障诊断3-2 故障诊断系统的类型及组成,12,机械故障诊断,3-2 故障诊断系统的类型及组成,4 精密诊断系统的组成,精密监测诊断系统主要有三大部分，即：,1 数据采集系统,2 状态识别系统,3 诊断输出系统,数据采集系统又称数据采集器。它能定时周期地在被监测系统的那些选定的测点上测量振动、温度、噪声等信号。,状态识别系统主要是由计算机和谱分析仪组成的数字信号处理系统。其主要作用是把采集的信号输入计算机和谱分析仪，通过信号分析，对多种运行特征量进行监视；提供特征量包括频谱分析的幅值、频率和时序模型参数、特征函数及统计特征量等；并通过特征分析，选择对工况状态反映最敏感的特征量，显示和贮存。特征量是从不同方面凝集了动态过程的主要信息，用以分析和推断故障原因并预报工况发展趋势,。,诊断输出系统的作用是把状态识别的诊断结论予以输出。它包括两部分：一是出现故障后对设备干预信号的输出，由D/A输出接口板、开关量板及其他执行电器组成。其作用是将计算机输出的干预数字信号变成模拟信号或直接输出，使执行电器机构动作，对被监测设备进行干预。二是将机器状态分析结果由计算机输出时间历程曲线及频谱图等。,根据这些图表可全面掌握被测系统当前运行状态，早期发现机械的某些故障，并对故障性质、所发生的部位和故障程度作出诊断，有用的结果可以存入数据库。并且可对一段时间内存入数据库中的数据可以随时查阅和调用，绘出趋势图，趋势谱图或打印趋势表，由此可以了解系统状态的历史情况，了解某些故障的发生和发展情况，并可估推寿命。,机械故障诊断3-2 故障诊断系统的类型及组成4 精密,13,机械故障诊断,3-2 故障诊断系统的类型及组成,三 多微机在线监测与诊断系统简介,1 结构特点,远程设备状态监测与故障诊断系统框图,机械故障诊断3-2 故障诊断系统的类型及组成三,14,机械故障诊断,3-2 故障诊断系统的类型及组成,2 性能特点,1 信息采集全息化：信息种类齐全（振动量、开关量、工艺量）；任一参量的采集通道数齐全；不仅有稳态信息，还有非稳态信息。,2 状态监测连续化。,3 数据处理实时化。,4 故障诊断精密化。,机械故障诊断3-2 故障诊断系统的类型及组成2,15,机械故障诊断,3-3故障诊断系统的常用传感器,3-3故障诊断系统的常用传感器,一 压电式加速度传感器,压电式传感器的工作原理基于某些物质的压电效应，是有源传感器。,1 压电效应,1 正压电效应,物质在一定方向受到外力作用时，在某两个对应的表面上产生符号相反的电荷集中，形成电场；当外力消失时，则电荷消失；力方向改变，对应表面的电荷符号也改变。这种现象称之为（正）压电效应。,2 逆压电效应,物质在一定方向受到电场作用时，在某确定的方向上产生机械变形；电场消失，变形也随着消失。也称为电致伸缩效应。,机械故障诊断 3-3故障诊断系统的常用传感器,16,机械故障诊断,3-3故障诊断系统的常用传感器,3 石英晶体的压电效应,1石英晶体的理想外形,SiO,2,单晶体，属六角晶系。一块完整的单晶体，构成一个凸多面体（六角形晶柱），共30个晶面。,2石英晶体的物理性能与右旋直角坐标系,石英晶体同其它单晶体一样，其物理性能呈各向异性。坐标系为,z轴：通过两端顶点的轴线，与纵轴重合，又称对称轴、光轴、中性轴；,x轴：通过任意两条棱线的轴线，称电轴，垂直于x轴的晶面上压电效应显著；,y轴：垂直于z轴、x轴并垂直穿过两个棱面的轴线，称为机械轴，沿该轴的机械变形最显著。,机械故障诊断 3-3故障诊断系统的常用传感器3 石,17,机械故障诊断,3-3故障诊断系统的常用传感器,3纵向压电效应与横向压电效应,纵向压电效应：沿x轴施力时，在垂直于x轴的表面上产生电荷集中；,横向压电效应：沿y轴施力时，仍在垂直于x轴的表面上产生电荷集中。,机械故障诊断 3-3故障诊断系统的常用传感器3纵向压电,18,机械故障诊断,3-3故障诊断系统的常用传感器,4石英晶体的优点,转换效率高，精度高，重复性好，固有频率高，动态性能好，工作温度可达550C，稳定性好。,4 压电陶瓷的压电效应,压电陶瓷的原始材料各向同性，不具有压电特性。以强电场对其进行极化处理后，在极化方向（z轴）上产生最为显著的压电特性，而垂直于z轴的其它各个方向上压电特性相同，且不论在哪个方向上受力，均在垂直于z轴的表面上产生电荷集中。,压电系数比石英晶体大得多，但不耐高温，易老化，引起压电特性减弱。,机械故障诊断 3-3故障诊断系统的常用传感器4石英晶体,19,机械故障诊断,3-3故障诊断系统的常用传感器,2 结构型式