第五讲振动诊断技术

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1、第五讲振动诊断技术东北电力学院机电系工程实际中存在着大量的振动问题，零件原始制造误差、运动零部件间的间隙和摩擦或者回转部件中不平衡力的存在等都会引起振动。而且，随着零件的磨损，零件表面产生的剥落、裂缝等损伤会使振动进一步加剧。总之，大量的生产实践经验表明，机械设备的振动与其运行状态之间有着密切的关系，这就为振动技术用于设备的故障诊断提供了可能性。所谓振动诊断，就是以系统在某种激励下的振动响应作为诊断信息的来源，通过对所测得的振动参量(振动位移、速度、加速度)进行各种分析处理，并以此为基础，借助一定的识别策略

2、，对机械设备的运行状态作出判断，进而对于诊断有故障的机械给出故障部位、故障程度以及故障原因等方面的信息。由于振动的理论和测量方法都比较成熟、简单易行且具有诊断结果准确可靠，便于实时诊断等诸多优点而受到人们的普遍关注，在机械故障诊断的整个技术体系中居主导地位，目前已广泛地应用于各种机械设备(包括往复式机械和旋转式机械)的简易诊断和精密诊断。主要包括：信息采集、分析处理、故障诊断。一、测振传感器（一）、压电加速度传感器测振传感器是用来测量振动参量的传感器，根据所测振动参量和频响范围的不同，习惯上常将测振传感器分为振

3、动位移传感器、振动速度传感器和振动加速度传感器三大类，各自典型的频响范围大致如下：0～10kHz(电涡流位移传感器)、10～2kHz(磁电式速度传感器)、0～50kHz(压电加速度传感器)。（一）、压电加速度传感器线性加速度传感器的种类很多，在这种类众多的加速度传感器中，压电加速度传感器由于具有体积小、重量轻、灵敏度高、测量范围大、频响范围宽、线性度好、安装简便等诸多优点而获得了最为广泛的应用，是目前机械故障的振动诊断测试中最为常用的一种传感器。1．压电加速度传感器的工作原理（1）压电效应由物理学可知，某些电介

4、质，当沿着一定的方向对其施力而使之变形时，其内部将发生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，电介质又重新恢复到不带电的状态，介质的这种机械能转换为电能的现象即为压电效应。其电荷量q=αF(α－压电材料的压电系数，F－压电元件表面上所受的压力）。（2）压电材料具有压电效应的材料称为压电材料，目前，用于制造压电加速度传感器的压电材料主要分为压电晶体和压电陶瓷，其中石英晶体的应用最早，因其稳定性最好，但压电系数小且价格昂贵，通常用作标准加速度传感器的敏感材料；而钛酸铅、锆钛酸铅，特别是后者则

5、是目前最广泛的压电陶瓷。（3）传感器的力学模型及其动态响应如图所示1为结构原理，2为力学模型。是一个典型的二阶系统。q=asqsin(ωt-φ)当被测振动体的运动频率远远小于传感器的固有频率时，压电元件表面的电荷量与传感器壳体（被测物体）的振动加速度幅值成正比，此即压电传感器的工作原理。螺母质量块压电元件机座mckxτxs=x0sinωt122．测量电路压电式传感器的测量电路（即前置放大器）的作用有两个：一是进行阻抗变换，把压电式传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；二是放大压电式传感器输出的微弱信号。目前，用于

6、压电式传感的测量电路有电压放大器和电荷放大器两种，其中电压放大器的输出电压与传感器的输出电压成正比，而电荷放大器的输出电压与传感器的输出电荷成正比。它们各有有缺点，其中，电压放大器具有电路简单、元件少、价格便宜、工作可靠等优点，其不足之处，电缆长度对传感器测量精度的影响大，这在一定程度上限制了压电式传感器的应用；而电荷放大器则克服了电压放大器的这个显著缺点，在一定的条件下其放大倍数不受电缆电容的影响，因而当采用电荷放大器进行放大时，连接电缆可以长达数百米，甚至更长，而不必重新标定。因此，在绝大多数情况下都优先选

7、用电荷放大器。但电荷放大器的电路复杂，价格较贵，调整也比较困难，这就是它的缺点。3、压电加速度传感器的性能指标表征压电加速度传感器性能特征的指标主要有：(1)灵敏度分电荷灵敏度(Sq)和电压灵敏度(Sv)两种。电荷灵敏度(Sq)是单位加速度下的电荷量大小(pC／g)。电压灵敏空(Sq)则是单位加速度下的输出电压大小(mV／g)，它们之间有如下的关系式：Sq=SvCa(Ca传感器等效电容)。要求传感器的灵敏度尽量高，以便检测微小信号。(2)频响范围是指传感器的幅频特为水平线的频率范围，一般以3dB为截止频率点。频

8、响范围是加速度传感器的一个最重要的指标．要求越宽越好。(3)测量范围是指传感器所能测量的加速度大小，要求越大越好。(4)最大横向灵敏度是指传感器的最大灵敏度在垂直于主轴的水平面的投影值，以主轴方向的灵敏度的百分比表示，要求越小越好-(5)使用温度范围也是传感器的一个重要指标，要求越宽越好。（一般石英573℃，锆钛酸铅180～350℃）此外，传感器的重量、尺寸以及输出阻抗等也是经常需要考