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第九章　設(shè)備故障診斷技術(shù)

(三)常用的測(cè)振傳感器

振動(dòng)測(cè)量有機(jī)械方法、光學(xué)方法和電測(cè)方法，其中，電測(cè)方法應(yīng)用最廣泛。采用電測(cè)法測(cè)量振動(dòng)，傳感器的作用是感受被測(cè)振動(dòng)參數(shù)，將其轉(zhuǎn)換為電量。

1.壓電式加速度傳感器。

某些晶體在一定方向上受力變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷;當(dāng)外力去除后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為“壓電效應(yīng)”。

壓電加速度傳感器就是基于壓電效應(yīng)工作的，壓電晶體輸出電荷與振動(dòng)的加速度成正比。壓電式加速度計(jì)常見的結(jié)構(gòu)形式為中心壓縮式，分為正置壓縮型、倒置壓縮型、環(huán)形剪切型、三角形剪切型等如圖9-4，不管是哪一種，都包括壓緊彈簧、質(zhì)量塊、壓電晶片和基座等基本部分。其中，壓電晶片是加速度計(jì)的核心。

壓電式加速度計(jì)屬于能量轉(zhuǎn)換型(即發(fā)電型)傳感器。無需外電源，靈敏度高而且穩(wěn)定，有比較理想的線性。

沒有移動(dòng)元件，不易造成磨損。

值得注意的是，壓電式加速度計(jì)使用的上限頻率隨其固定方式而變。最佳的固定方式是采用鋼螺栓固定，只有這種固定方式能達(dá)到出廠標(biāo)示的上限使用頻率。

2.磁電式速度傳感器。這種傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將振動(dòng)速度轉(zhuǎn)換為線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出。

測(cè)振時(shí)，將傳感器固定或緊壓在被測(cè)設(shè)備的指定位置，磁鋼與殼體一起隨被測(cè)系統(tǒng)的振動(dòng)而振動(dòng)，線圈和磁場(chǎng)之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而輸出與振動(dòng)速度成正比的電壓。它的工作也不需要外加電源，而是直接從被測(cè)對(duì)象吸取機(jī)械能量，并將其轉(zhuǎn)換成電量輸出。因此，它也是一種典型的能量轉(zhuǎn)換型傳感器，即發(fā)電型傳感器。

這種傳感器輸出功率大，因而可以大大簡化配用的二次儀表電路。另外，它的性能比較穩(wěn)定，可以針對(duì)不同測(cè)量場(chǎng)合做成不同結(jié)構(gòu)形式，因此在工程中獲得了較普遍的應(yīng)用。但這種傳感器中存在著機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，它與被測(cè)體同頻率振動(dòng)，因而壽命比較短。

3.電渦流位移傳感器。

它基于金屬體在交變磁場(chǎng)中的電渦流效應(yīng)工作，屬于能量控制型傳感器。測(cè)量時(shí)， 將傳感器頂端與被測(cè)對(duì)象表面之間的距離變化轉(zhuǎn)換成與之成正比的電信號(hào)。

電渦流位移傳感器必須借助電源才能將振動(dòng)位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。

渦流位移傳感器屬于非接觸式測(cè)量。這種傳感器具有線性范圍大、靈敏度高、頻率范圍寬(300～1000μm)、抗干擾能力強(qiáng)、頻率范圍寬、不受油污等介質(zhì)影響以及非接觸測(cè)量等特點(diǎn)。電渦流位移傳感器被廣泛用來測(cè)量汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、電動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)軸系的振動(dòng)、軸向位移、轉(zhuǎn)速等。

(四)異常振動(dòng)分析方法

1.振動(dòng)總值法

通過傳感器直接測(cè)量，將測(cè)得的數(shù)據(jù)以表格或圖樣表示其趨向，并對(duì)照“異常振動(dòng)判斷基準(zhǔn)”判別實(shí)際測(cè)量值是否超過界限或極限規(guī)定值，以評(píng)價(jià)設(shè)備工作狀態(tài)的正常與否。

振動(dòng)值可用加速度、速度或位移來表示，通常都選用振動(dòng)速度這個(gè)參數(shù)。如表9-4

2.通過頻譜分析法診斷異常振動(dòng)

可以用振動(dòng)總值法判別整機(jī)或者部件的異常振動(dòng)，如果要進(jìn)一步查出異常的原因和位置，就要對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。

頻譜分析就是將時(shí)域信號(hào)變換為頻域信號(hào)(在時(shí)域信號(hào)中，橫坐標(biāo)是時(shí)間;而在頻域信號(hào)中，橫坐標(biāo)是頻率或圓頻率。)，得到頻譜圖，從而獲得信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)(組成信號(hào)的各個(gè)頻率分量及振動(dòng)能量在各頻率分量上的分布)。頻譜分析通常由頻譜分析儀完成。

由于一臺(tái)設(shè)備中各個(gè)零部件具有確定的振動(dòng)頻率，因此做出頻譜圖與其正常譜圖(或稱原始譜)進(jìn)行比較就能較方便地尋找振源，診斷出故障部位和嚴(yán)重程度。當(dāng)頻譜圖上出現(xiàn)新的譜線時(shí)，就要考慮到設(shè)備是否發(fā)生了新的故障。

通常是先采用測(cè)振儀進(jìn)行振動(dòng)總值的檢測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)總值有較快增大，并有接近或超出最大允許界限值的趨向時(shí)，再對(duì)實(shí)測(cè)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。前置放大器是將輸入信號(hào)放大到需要的幅度的電壓放大器;抗混淆濾波器用來濾去高于分析頻率量程的頻率成分，防止高頻成分與要分析的頻率成分發(fā)生混疊;

A/D轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量;高速數(shù)據(jù)處理器用于完成頻譜分析，它可以是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，也可以是專用的硬件電路。

3.振動(dòng)脈沖測(cè)量法：專門用于滾動(dòng)軸承的磨損和損傷的故障診斷。其原理是利用滾動(dòng)軸承失效時(shí)由于滾道產(chǎn)生點(diǎn)蝕、剝落等缺陷使軸承內(nèi)外環(huán)上出現(xiàn)凹痕，每當(dāng)與滾珠接觸時(shí)，都會(huì)發(fā)生一個(gè)沖擊力，雖然這也增加了振動(dòng)的有效值，但影響最大的是峰值。這種沖擊脈沖波經(jīng)設(shè)備本體傳至壓電式傳感器，傳感器輸出的信號(hào)峰值，基本上只與脈沖波的幅值有關(guān)，對(duì)其他因素相對(duì)來說并不敏感，因此當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)沖擊效應(yīng)進(jìn)行放大時(shí)，不會(huì)受普通機(jī)器振動(dòng)的影響。

根據(jù)實(shí)際沖擊水平與正常沖擊水平之差(即沖擊水平增加值)來判斷軸承性能的好壞。

二、噪聲測(cè)量法

噪聲：不規(guī)則的機(jī)械振動(dòng)在空氣中引起的振動(dòng)波。

設(shè)備噪聲也能在不同程度上反映出設(shè)備所處的工作狀態(tài)。

(一)噪聲測(cè)量的主要參數(shù)

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（責(zé)任編輯：中大編輯）

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