振动测试系统

振动测试系统（共12篇）

振动测试系统 篇1

汽车运输做为露天矿山的主要运输方式之一, 其道路的养护是露天矿的一项日常业务, 而道路的好坏直接关系到汽车的各项技术经济指标、使用寿命和驾驶员的劳动条件。而露天矿的道路路基多用岩石修筑, 因此振动压路机的好坏则直接关系到道路的质量。

振动压路机因其作业环境恶劣, 使得故障频发, 如不能及时处理故障, 将造成设备停驶, 严重影响道路的养护, 为此, 特针对在现场使用中出现最多的振动系统故障进行分析, 提供一个解决思路, 以达到举一反三的目的。

1故障现象

在日常工作中, 振动压路机振动系统常见故障主要有振动轮不振动、振动轮的振动时有时无、振动轮发出异响等。

2故障原因分析

从振动压路机结构上分析, 其可能是以下一个或几个原因引起的。

(1) 振动开关出现接触不良的现象。

(2) 液压系统液压油没有达到压力和流量的要求。

(3) 振动马达与偏心装置连接的联轴器损坏。

(4) 振动轴承的润滑散热、游隙大小造成轴承损坏。

(5) 振动轮调幅装置损坏。

3故障判断程序

如图1所示。

4具体故障分析

现场有一振动式压路机出现振动无反应或只有微弱振动的故障, 我们按照故障判断程序进行故障分析、处理。

4.1故障产生的原因分析

(1) 振动开关至振动泵控制电磁阀电路断路。

(2) 液压泵内部磨损严重。

(3) 液压马达内部磨损严重。

(4) 联轴器尼龙套损坏。

4.2故障排除方法

(1) 检查工作油箱油位是否正常, 油量不足, 则进行补充。

(2) 如油箱油位正常, 则对控制电路及电磁阀进行检测。

(3) 当确认电路正常, 电磁阀工作正常时检测液压泵输出油压, 低于标准, 则液压泵内部存在泄露, 检查处理液压泵。

(4) 如液压泵输出压力正常, 则检查液压马达的输入、输出压力, 如压力差低于标准, 则对液压马达进行检查。

(5) 如检查液压马达正常, 则将振动马达从振动轮上抽出, 检查联轴器尼龙套是否损坏, 若损坏, 则进行更换。

在工作中, 只要我们掌握了设备的工作原理, 对其出现的各类故障, 我们认真分析, 按照检修程序, 剥茧抽丝, 则一定能解决出现的问题, 使得设备更好的为生产服务。

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参考文献

[1]侯劲汝, 冯忠绪, 徐倩, 等.压路机双轮振动对整机减振性能的影响[J].郑州大学学报:工学版, 2010 (6) :13-15.

[2]张晓玉, 汤振周.冲击压路机在高速公路填方路基中的应用[J].筑路机械与施工机械化, 2010 (11) :45-46.

[3]贺良, 何志勇, 李自光.国外振动压路机发展新趋势[J].建设机械技术与管理, 2010 (11) :12.

振动测试系统 篇2

特型涡轮转子耦合系统振动特性分析

本文分析研究了特型涡轮转子多重耦合振动系统的固有特性.对分析计算中所用的单晶合金的弹性矩阵作了分析推导.全面研究了此涡轮转子耦合振动的`特性.在后处理中表述了多重耦合的模态特征.所引出的结论可供类似结构的耦合振动分析参考,有一定的工程实用价值.

作 者：程滔 张锦 CHENG Tao ZHANG Jin 作者单位：北京航空航天大学,405教研室,北京,100083刊 名：航空动力学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF AEROSPACE POWER年，卷(期)：15(4)分类号：V231.92关键词：镍基合金 单晶 粉末冶金 耦合振动

非线性振动系统的混沌研究 篇3

非线性动力学中的复杂性现象的发现及分岔和混沌理论的建立，被认为是当代的基础科学的重大成就之一，它使非线性科学有了可靠的理论保证，并激励众多的自然科学、工程学和数学工作者深入探索和研究。今天非线性科学正促使整个现代知识体系成为新科学，而动力系统、分岔、混沌和奇异性理论方法的发展也已超越原来数学的边界，广泛应用于振动、自动控制、系统工程、机械工程等部门非线性问题的研究，并且对经典力学、物理学、固体力学、流体力学、化学工程、生态学和生物医药，乃至一些社会科学部门的研究和发展都产生了深远影响。同时，科学世界的进一步深化反过来又促进非线性动力学数学理论的纵深发展。

混沌理论为研究自然界各种复杂现象提供了有效的途径，它构成了非线性动力学近代理论的基本内容之一。

1.研究混沌的主要非线性方法

1.1时间序列分析和相图法

由微分动力系统的定义可知一个微分系统的解沿着时间的方向定义了一条解曲线，即它表示了动力系统的状态变量随时间的历程。相图是系统的解在维相空间中描出的曲线，此曲线称为相轨迹。

画出了时间历程图和相图后，可以通过对比分析和综合以确定解的分岔和混沌现象。在相空间中，周期运动对应封闭曲线，混沌运动对应一定区域内随机分布的永不封闭的轨迹（奇怪吸引子）。但当动力系统的相空间的维数超过2或运动很复杂时，相轨迹可能混乱一片，很难看出规律和头绪，这是它的局限性。

1.2庞加莱截面法

法国数学家H. Poincaré利用几何的观点，对非线性动力学系统进行了深入的研究，总结出了该方法。

定义1：Poincaré映射

其中，τ=τ（q）是经q点的轨线首次回到所需的时间（一般而言， τ依赖于q，但不一定等于闭轨γ的周期T=T（p） ，但是当q→p 时，将有τ→T）。称为Poincaré截面，整个过程如图所示。

显然，p点为Poincaré映射的一个不动点"同时，由Poincaré映射的定义可知， Poincaré映射可由微分方程的通解求得。

当系统的运动为极限环运动时，在Poincaré截面上简化为一个不动点；当系统运动为周期运动时，在Poincaré截面上简化为n个点（称为周期n运动）；当系统的运动为准周期运动时，在Poincaré截面上则为沿一条直线段或一条曲线弧分布着的点的集合。因此Poincaré映射可用来判断一个系统是否为混沌系统。显然，它是一种比较直观的方法。这种方法对于判断一个三维非线性自治系统是否具有二维环面（对应的是准周期运动）特别有效，但是这种方法也有缺陷，不能很好的判断一个更为复杂的混沌系统究竟是否是混沌或准周期运动。

定义2： 频闪采样法

为了避免复杂运动在相空间中轨迹的混乱不清，类似庞加莱截面法，可以只限于观察隔一定时间间隔（称采样周期）在相空间的代表点。即不管连续运动的轨迹如何，用隔一定时间闪光一次的频闪（观察）法观察轨迹上的一部分代表点（称为采样点）。这样原来在相空间的连续运动就被一系列离散点p0、p1、p2、...所代表。

在通常情况下，变量总是取有限值，从而采样点是在一定区域内的一片密集点。如果采样点足够多，不断加大分辨力，可得到不断重复原分布形态的微细几何结构。这表明吸引子有不同层次的自相似结构，从而系统的运动是混沌。

1.3重构相空间法

重构相空间法的目的是使一个时间序列在一个合适的空间坐标系中能显示出混沌吸引子的结构。判断混沌运动的可靠方法之一是构造相图， 寻求奇异吸引子。

假设从实验中测得一个数值序列x，x，...x，...， 其中x是第i时刻测量得到的试验值，由于此数据序列是按时间序列进行测量得到，所以称为时间序列。因为不知道实际的相空间的维数是多少，我们先用测得的这些数据支起一个m维空间。现在重新回到m维嵌入空间上来。构造维空间的方法很多，这里仅介绍一种较为直观且有效的方法。如取m=10，把x，x，...，x，...x 。作为10维空间中的一个矢量y1，然后，右移一步，把x，x，...，x，...x作为维空间中的第二个矢量y2。继续如上的步骤，构造出一批矢量y，y，...，y。任意两矢量之间差的绝对值r=

y

-y为矢量yi，yj端点间的距离。任意给出一个数ε，然后与所有的点对（y，y）间距离rij相比较，看有多少个r小于ε，其数目记为N1（ε），而rij>ε的数目记为N2（ε）。若令N（ε）=N（ε）+N（ε） ，把距离小于ε的点对在所有的点对中占的比例记为C（ε），即C（ε）= 。以上整个计算过程可以利用计算机来完成。

1.4功率谱分析方法

功率谱表示随机运动过程在各频率成分上的统计特性，可以采用标准程序软件计算或专用的频谱分析仪器测定其功率谱。为描述混沌振动的随机性，可以应用研究随机振动的频谱分析方法识别混沌运动。通常假设混沌是各态历经的，即时间上的平均量与空间上的平均量相等。

在许多实际问题中，人们往往只能观测到如下的离散事件序列

由于它反映了实际非线性动力系统的运动状态，而吸引子正是这种状态的归宿，因此吸引子的信息就包含在这一时间序列当中。从实验中可以直接测量的对象就是时间序列分析的功率谱。

对于随机信号的样本函数，对xi进行傅立叶变换。

对n个采样值加上周期条X=x ，可计算时间序xj的自相关函数Φm=xx ，自相关函数的傅立叶变换就是功率谱：

式中，S说明第k个频率分量对xj的贡献，其意义代表单位频率上的能量。

从时间序列上分析了非线性动力系统的波动状态后，就可以很容易地从功率谱上区分出周期函数、拟周期函数和非周期函数。

2.总结

风机振动监测系统振动保护的实现 篇4

某电厂二期容量2×1000 MW, 采用哈尔滨锅炉厂生产的超超临界、一次再热变压运行直流锅炉。控制系统为日本日立提供的H5000M。锅炉设有送风机、一次风机、引风机、增压风机各2台, 采用美国本特利公司3500系统和国产SDJ-3L振动监测保护仪实现对风机的监测功能。

1系统简介

锅炉送风机、一次风机、增压风机为动叶可调轴流式风机, 引风机则为静叶可调轴流式风机。风机类型虽然不同, 振动测量方式却大同小异。该电厂机组送风机与一次风机是通过 在风机轴承上1X点 (1:驱动端;X:平行于地 面, 垂直于轴) 安装一个本特利3300压电式加速度传感器测量轴承振 动, 引风机通过安装在壳体上X向和Y向 (Y:垂直于地面, 垂直于轴) 的一对同类型传感器测量壳体振动。二者一并通过中间电缆 传至放置于电子间的本特利3500系统柜内, 再将风机 振动模拟量值传至DCS (DistributedControlSystem, 分散式控 制系统) 和TDM (TestingDataManagement, 试验数据管理系统) 柜内, 进行画面监视报警和日常数据分析。

原3500振动监测系统 模件主要 包括3500/15电源模块、3500/20框架接口模块、3500/32继电器模块、3500/42M四通道监测模块等。其中, 3500/42M模块用于 监测送风 机1X、一次风机1X、引风机壳体1X/1Y振动。监测系 统将4~20 mA电流信号送至DCS系统, 在操作员 站CRT上显示各 风机振动值。

增压风机振动系统则与一次风机、送风机、引 风机大不 相同, 采用江苏江阴第三电子仪器厂SDJ-3L振动监测保护仪, 安装在轴承上1X和1Y点的SZ-6磁电式振动探头进行轴承振动连续监视和测量, 通过延长电缆将振动信号输出至本体附近的二次表内, 该振动二次表带有就地LED实时振动 数据显示 和信号预处理并远传模拟量至DCS功能。即振动模拟量信号通过就地振动二次表输出直接送至DCS。

2存在问题及原因分析

机组运行以来, 多次出现八大风机 (增压风机A/B、送风机A/B、一次风机A/B、引风机A/B) 振动信号失真缺陷导致报警误报, 不但给运行人员监视带来不便, 同时增大了维护人员 工作量。缺陷频发的原因主要有增压风机振动二次表无防雨柜, 导致多雨季节仪表外接线进水, 信号跳变而无测量值;引风机壳体振动探头露置空气中, 导致航空插头时常受外力影响出现虚接和接线松动现象而失去监视;一次风机和送风机振动信号线接地, 导致测量不准确。八大风机工作环境 (日晒、雨淋及高温烟尘) 恶劣, 信号传输距离远, 外界环境电磁干扰导致信号陡增骤降等一系列问题说明现有振动监测系统存在抗干扰能力弱、稳定性差、可靠性低等缺点。

更为紧要的是, 该电厂机组风机振动信号高一值作报警信号、高二值为手动停 风机信号 并未作振 动大跳闸 风机逻辑 保护, 如果运行人员不能及时停运风机, 振动问题将直接威 胁到机组的安全经济运行。但是, 要在原来的振动监测系统上实现振动保护存在风险和难题。增压风机原来用的SDJ-3L振动监测保护仪虽然能提供4~20mA信号, 满足DCS监视要求, 但无法提供保护接点输出, 缺少逻辑组态必备要素;引风机外 部壳体离真正内部轴承还有一段距离, 因此引风机壳体的振动不能客观反映轴振, 远不能作为振动保护信号。还有一个八大风机共存的问题, 就是单点或双点测量不仅不能全面反映风机驱动端和非驱动端振动轴承振动情况, 而且可靠性不满足重要辅机保护信号选取要求, 一旦引入风机跳闸逻辑, 容易造成 保护误动作后果。

3改进方案

根据以上分析, 结合3500系统参数设置灵活、继电器组态方便、图表分析直观等优点, 该厂决定在3500系统基础上进行改造。

(1) 将增压风机振动信号同引风机、一次风机、送风机一样引入3500系统, 取消就地二次表, 装设防雨 接线柜, 降低雨季设备进水信号丢失的风险。引风机探头安装位置 由原来的 壳体改至轴承上, 这样, 探头的内置既防止了外力破坏性影 响又使振动信号测量的准确性达到了保护信号要求。此外, 进一步详细规划了八大风机探头安装位置、方向和数量, 统一在八 大风机驱动端 (用1表示) 和非驱动端 (用2表示) 轴承侧各安装2支本特利加速度传感器, 分别测X向和Y向振动, 即每台风机安有4支探头 (1X、1Y、2X、2Y) , 科学地反映风机振动情况, 也为下一步作保护信号提供可实施性基础。

(2) 3500振动监测系统中3500/42M监测模块改为8块, 用于接收送风机 (A/B) 、一次风机 (A/B) 、引风机 (A/B) 、增压风机 (A/B) 的32路加速度传感器信号, 每台风机1X、1Y、2X、2Y4点接入1个模块, 将模拟量信号传至日立DCS, 通过4取3 (4个信号有3个为1, 则输出为1) 后实现光字报警和保护停风机逻辑功能。八大风机同理, 仅以一次风机为 例, 保护逻辑如图1所示。

(3) 以本特利3500系统为整体规范接地处理, 保证从就地探头、3300监测系统至DCS系统单点接地, 避免接地不当导致信号受干扰。同时, 整个回路按照电缆设计安装规范重新敷设屏蔽铠装电缆, 达到降低外界噪声的影响的目的。

4效果评估

改进后的振动监测系统已投运一年多, 期间运行 正常, 出现缺陷的频率明显下降。原系统缺少风机保护的隐患得到 了整改, 避免了人为手动停风机的延迟性弊端, 真正做到了准确、可靠地连续测量 和保护机 组安全运行。

摘要：对原风机振动监测系统的不足进行了分析, 阐述了在3500系统基础上实现风机振动保护的改进方案, 给风机安全运行提供了可靠性保障。

关键词：风机,3500系统,振动监测系统,振动保护

参考文献

[1]谢麟阁.自动控制原理[M].北京:水利电力出版社, 1991

[2]梁晓明.机组状态监测系统的应用[J].石油化工自动化, 2007 (5)

振动测试系统 篇5

摘要：从独立分量分析(ICA)的原理和算法入手，用傅立叶和ICA对实际测得的地震灾害救助系统中的声波/振动信号进行分离。从分离的结果看，ICA在复杂信号的分离中更具优越性。

关键词：独立分量分析(ICA)傅立叶声波/振动信号分离

实际应用中，希望在未知源信号的情况下，从已有混合信号中分离出需要的源信号，为此，人们研究了盲信源分离BSS(BlindSourceSeparation)方法。盲信源分离是指在信号的理论模型和源信号无法精确获知的情况下，从混迭信号(观测信号)中分离出各源信号的过程。独立分量分析ICA(IndependentComponentAnalysis)是近年来由盲信源分离技术发展来的多道信号盲信源分离方法。对它的研究已成为信号处理领域的一个热点。ICA在本文运用到了一个新的领域――地震救援的声波/振动信号的分离。

由于地震后，会有活着的人被埋在废墟中。他们通过各种方式发送信号，希望得到援助。研制开发声波/振动生命探测定位仪的基本目的是发现幸存者的移动、敲击、刮擦和呼喊等表示他们依然活着的信号。技术上，就是通过高灵敏的传感器，探测分析通过固体或空气传播的表示生存的微弱振动信号。

对于一个传感器接收的只是一个信号的情况，比较容易处理。但是，当同一传感器接收到不同呼救者传来的信号时，就要对接收的信号进行分离。即把不同的呼救者传来的信号分开，以便通过数学计算，确定呼救者(即振源)的位置(或方向)。

1ICA的理论基础

噪声的存在使源信号的恢复变得困难，所以应先对混合信号去噪。即根据测量结果，得出在不同介质中传输的信号的频率，进而去掉噪声部分，进行预处理。

1.1预处理

实际上，独立分量分析是一种优化问题，即如何使分离出的各独立分量更好地逼近各源信号。但它的前提是源信号相互独立，且最多有一个源信号是高斯分布。而实际的观测信号也许并不满足这个要求。基于此，在对观测数据进行ICA处理前，应先对其进行预处理，包括去均值、白噪化。预处理后，使采集的实际信号尽可能满足ICA的前提条件。

1.2ICA原理

设观测信号X={x1(t),x2(t),…,xn(t)}是未知的相互独立的源信号S={s1(t),s2(t),…,sm(t)}(m≤n)的线性组合，m=n时的ICA的线性组合模型如下面的矩阵所示。

矩阵中的aij(i)j=1,2,…)是未知的模型系数，可描述为:

X=AS(1)

式(1)中，A是未知的.混合矩阵。由(1)式可以得到未知的源信号为:

S=A-1X=WTX(2)

式(2)中，A-1是A的逆矩阵，WT为矩阵W的转置矩阵。从该式中，可以清楚地知道，要想求出源信号S，求未知的混合矩阵W是关键。

在本文中，因为多个传感器所围成的区域比较小，所以考虑源信号的个数小于等于得到的混合信号个数(m≤n)的情况。当m>n时演。

1.3ICA算法

本文采用了一种快速定点算法[1]。该算法通过kurtosis的最大化得到W的学习过程，即：

kurt(y)=E(y4)-3(E(y2))2(3)

由此，W的递推公式如(4)式：

W(k)=E(X(WT(k-1)X)3)-3W(k-1)(4)

具体的算法实现如下：

(a)初始化W(0)，令‖W(0)‖=1，置k=1;

(b)代入(4)式求W(k)，其中的期望值可由大量X向量的采样点计算出来;

(c)用‖W(k)‖去除W(k);

(d)如果|WT(k)W(k-1)|不是足够接近1,那么置k=k+1，返回至(b);否则,输出向量。

图1、图2和图3

本算法最后给出的向量W(k)等于正交混合矩阵中的一列，在信号分离中意味着分离了其中的一个非高斯信号。即WT(k)X(t)，t=1,2，…等于其中的一个源信号。该算法一个显著的特性是迭代次数非常

少，一般3～20次(次数用误差矩阵控制)。为了估计n个独立成分，必须运行上面的算法n次。

2声波信号的分离

原始语音信号如图1，它们的混合信号如图2。

在图2(b)中，信号的低频和高频部分有比较明显的分界线(虽然也有很少的非主频的混叠)，可以用传统的傅立叶对它进行分离。分离的结果如图3。从图3中可看出，结果是可以接受的。但用ICA分离的效果更好,如图4。

图4、图5和图6

3振动信号的分离

在实际的采集试验中(以两个振源为例),如果各个呼救者传来的信号间的时间间隔很小，使它们完全混合在一起，就无法轻易地看出混合信号的组成成分，如图5(a)。当然，它们也许在频率域是分开的，所以，对混合信号进行傅立叶变换，如图5(b)。从图5(b)中可知，它们的频谱也是混叠的，用傅立叶变换仍无法分离。因此，处理这种复杂信号，选用ICA。图6是用ICA分离的结果。用ICA分离后的信号进行数学计算，得出的振源位置和实际试验时得出的位置是一致的。

振动测试系统 篇6

关键词： 光纤振动传感系统； 复用； 相位生成载波

中图分类号： TN 911.74文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.009

引言

随着科技的发展，安全防范的重要性越显突出。一些重要的保密部门、军事要地、银行、机场等对大范围、长距离、高可靠性的安防技术的需求越来越显著。目前，已有大量的光纤传感技术应用于安防系统，其特点是抗干扰性强、可靠性高，隐蔽性好、可防探测，易于安装和维护[12]。

在实际应用中，常常会遇到需要对多个对象进行监测，而一个被监测对象需要对应一套光纤传感结构，这不仅大大提高了整个监测系统的成本，而且系统的复杂程度也逐级上升，给维护也带来了很大的困难[3]。為了解决上述问题，通常采用复用的方法，来达到简化系统，降低成本，易于维护的目的。

1背景技术

在光纤传感所采用的复用技术中，相位载波复用是较常采用的技术，即通过相位载波复用，使不同的感应单元复用共同的光源、光纤光路以及光电探测器等。这种复用方法，如文献[45]所描述，通过对不同的感应单元施以不同频率的相位载波进行调制，每个载波频率对应于一个感应单元，各感应单元产生的干涉信号被共同的光电探测器检测。为了实现复用与解复用的目的，上述的相位载波复用技术一般具有以下特征：

（1）为了使复用的信号不发生混叠，相邻载波频率之间的频率差必须大于外界扰动引起的信号基波频率上限的两倍；

（2）对于光电探测器后的信号，通过信号处理技术，采用载波基波或谐波作为参考信号，对载波基波或谐波边带信号进行处理，以达到将干涉信号解调出来的目的。

在该技术中，由于对相邻频率的间隔要求，同时为了使不同载波的基波、谐波频率不发生混叠，使得调制频率的选择受到较多限制，由此会影响到实际复用的数量；同时，为了使复用的数量足够大，对调制器件的工作点要求可能会很分散，并要求调制器件具有高的工作频率，这不利于实际应用。在信号的解调中，如引入信号处理技术，会增加信号处理部分的技术难度和技术复杂性，并大大提高后端的开发成本和设备成本。

在光纤传感系统的许多实际应用场合，两个事件完全同时发生的概率很小，即两个感应单元同时感应到信号的可能性很小。针对这种情况，本文提出一种新型的基于相位载波复用技术的光纤传感复用方法。在光纤干涉系统中，对感应外界扰动的不同感应光纤单元产生的干涉信号，用不同频率的载波进行调制，相邻载波频率之间的频率差无需大于外界扰动引起的信号基波频率上限的两倍，各光纤感应单元形成的信号被共同的光电探测器检测后，利用信号基波来分析扰动信号的物理量，并利用载波基波或谐波的边带判断感应扰动信号的光纤。

由于每次扰动事件只发生在一个感应单元，即只有一个感应单元感应到扰动信号，设该单元为第i个感应单元，从式（4）可以看出，调制频率fmj（j≠i）的基波和谐波将不会出现边带，而调制频率fmi的基波和谐波则出现边带，根据这一特点即可判断感应扰动的感应单元。由于仅需观察是否出现边带，仅需相邻的调制频率有一定的间隔，不影响边带判断即可，不需要传统的相位载波复用方案那样要求具有两倍于基波最大频率的要求。图1为i单元发生扰动时的频谱示示意，在该图中，载波频率fmi出现了明显的边带，说明感应信号来自于感应单元i。对于出现边带的载波频率的确定，利用一些便捷的分析手段，例如边带的能量、谱线的对称性等，即可实现；信号基波则可用来恢复干涉信号。

由于仅用信号基波来恢复干涉信号信息，无需像传统相位载波复用那样用载波基波或谐波作为参考信号来解调干涉信号，相应的信号处理手段简单，由于这个特点，也可以很方便地应用于施加载波的调制端远离解调端的情况下（例如图3的结构中），而无需将调制信号引回解调端或在解调端恢复出解调所用的参考信号。

3数据分析

本文采用的是图2的结构。所使用的第一耦合器1为3×3均分耦合器，第二耦合器2为2×2耦合器，有2个复用的感应单元：4（1）、4（2），使用的是光缆中的一芯，相应的光缆长度分别为21 km、14 km。光源为中国电子科技集团公司第44所生产的SO3B型超辐射发光管（SLD）型稳定光源。光纤延迟器3使用的是美国 “康宁”生产的G652型单模光纤，光电检测装置8中使用的光电探测器为中国电子科技集团公司第44所生产的型号为GT322C500的InGaAs光电探测器。使用的相位调制器是将光纤绕在压电陶瓷上制作而成。经测试，信号基波的最高频率小于80 kHz，施加在相位调制器7（1）、7（2）上的频率分别为100 kHz、110 kHz。低通滤波器9的带宽为80 kHz，从光电检测装置8输出的信号经低通滤波器输出的信号，经信号采集卡采样后，进行扰动位置以及扰动性质的判断。同时，对光电检测装置8输出的信号进行采样，对载波基波的边带，即频率100 kHz、110 kHz的边带进行分析，即可判断扰动来自那根感应光纤。系统中所使用的采集卡为NI公司产品。

当敲击加有100 kHz载波频率的传感光纤时，所得到的的信号依次如下，图4（a）为加载波后信号波形。图4（b）为其频谱图，可以看到，100 kHz左右的边带有信号，而110 kHz左右边带比较干净，所以可以判定敲击信号是加在100 kHz所在的传感光纤上的。图4（c）为经过80 kHz低通滤波器后得到的振动信号。

当敲击加有110 kHz载波频率的传感光纤时，所得到的信号依次如下，图5（a）为加载波后信号波形。图5（b）为其频谱图，可以看到，110 kHz左右的边带有信号，而100 kHz左右边带比较干净，所以可以判定敲击信号是加在110 kHz所在的传感光纤上的。图5（c）为经过80 kHz低通滤波器后得到的振动信号。

由以上数据分析可以看出，可以用载波基波或谐波的边带来判断信号发生的感应单元，可以通过低通滤波器解调出相应的线路上的信号。

4结论

本论文使用载波基波或谐波的边带来判断信号发生的感应单元，这种判断方法简单易行，系统结构简化。本方法的另一优点是相邻载波的频率差无需大于信号基波的频率上限的两倍，这方便了载波频率的选取以及相位调制器件的选择，也使得复用单元的数量更大。

参考文献：

[1]JUAREZ J C，MAIER E W，CHOI K N，et al.Distributed fiber optic intrusion sensor system[J].Lightwave Technology，2005，23（6）：20812087.

[2]潘岳，王健.双马赫曾德尔型干涉仪定位技术研究[J].光学仪器，2012，34（3）：5459.

[3]DAKIN J P.Distributed optical fiber sensors[J].Proc SPIE，1992，1797：76108.

[4]韩泽，陈哲，胡永明，等.光纤水听器阵列的多路复用技术[J].半导体光电，1999，2（4）：231234.

[5]吴媛，卞庞，肖倩.基于相位载波复用的光纤周界安防系统及其实现方法[J].光子学报，2011，40（7）：967970.

[6]DANDRIDGE A，TVETEN A B，GIALLORENZI T G.Homodyne demodulation scheme for fiber optic sensors using phase generated carrier[J].IEEE Trans.Microwave Theory Tech，1982，30（10）：16351641.

工程机械电气系统的振动测试 篇7

工程机械作业环境恶劣、作业工况多变,其电气系统故障比较频繁。以全液压振动压路机故障统计为例,与振动有直接联系的电气元器件故障概率在10%左右。所以在进行工程机械电气系统设计和电气配件选型时,必须通过振动可靠性试验来优化电气系统设计,以提高整机的操纵性、可靠性和安全性。

2. 电气系统振动测试平台的选型

目前振动试验设备按其激振方式可分为3类:即机械式、电液式和电动式振动台。

(1)机械式振动台

机械式振动台可分为不平衡重块式和凸轮式两类。不平衡重块式是以不平衡重块旋转时产生的离心力来激振振动台台面,其结构简单,成本低,但只能在5-100 Hz频率范围内工作,最大位移为6 mm,最大加速度约10 g,且不能进行随机振动。凸轮式振动台的工作频率仅限于低频,上限频率为20 Hz左右,最大加速度为3 g左右,加速度波形失真很大。总体来看,机械式振动台整体复杂,价格较贵,随机振动困难。

(2)电液式振动台

电液式振动台是用小电动振动台驱动可控制的伺服阀,通过油压使传动装置产生振动。这种振动台产生的激振力可高达104 kN,位移可达2.5 m,工作频率在0.1-200 Hz,而且在很低的频率下可得到很大的激振力。其局限性在于高频性能较差,上限工作频率低,波形失真较大。电液式振动台结构和组成更加复杂,对场地也有一定的要求,价格十分昂贵,适合于大型结构件以及整机振动测试。

(3)电动式振动台

电动式振动台是以激振器为原型开发出来的一种现代振动设备,也是我国目前使用最广泛的一种振动测试设备。它的频率范围宽,小型振动台频率范围为0～10 kHz,大型振动台频率范围为0-2 kHz;动态范围宽,易于实现自动或手动控制;加速度波形良好,适合产生随机波,可得到很大的加速度;价格适中,应用范围广。

根据工程机械振动响应特性,选用电动振动台作为电气系统振动测试平台,下面主要介绍电动式振动测试平台的选型和测试方法。

3. 电动式振动台的结构和工作原理

电动式振动台主要由控制仪、功率放大装置、振动台体、冷却系统、信号反馈系统以及其他辅助设备等组成。如图1所示。在各种工况下,测试人员用数据采集仪采集工程机械上待测部件(例如电控柜)的路谱数据,将路谱数据经过傅立叶变换转化成相应的能量谱数据,再通过等效加速试验处理方法,将处理过的数据转化为控制仪可以识别的试验参考谱,直接导入控制仪;控制仪根据参考谱生成相应的控制电流信号,经过功率放大器放大后直接驱动振动台动作;反馈系统采集振动台的运动信号反馈给控制仪,控制仪对控制电流进行修正,使振动台的运动参数与参考谱基本一致,使待测部件始终按照参考谱的要求进行振动测试。

4. 电动式振动台选型方案

电动振动台的选型应考虑以下几个方面:

(1)激振力和工作频率等参数

激振力是振动台的核心参数,必须首先确定,它由以下公式确定,再增加30%冗余量。

式中:

m1为垂直扩展台面或水平滑台台面质量;

m2为动圈质量;

m3为气候试验箱连接轴质量;

m4为夹具质量:

m5为待测部件质量;

a为测试部件的等效加速度。

其次,根据试验规范的频率范围,选择所需振动台工作频率的上限和下限、最大加速度以及最大位移等,以此确定所需振动台型号,如附表所示。

(2)振动方式与振动台配置

振动台必须能满足X、Y、Z 3个方向的振动测试。因此电动式振动台配备了垂直台和水平滑台,由垂直台完成垂直方向的振动,而水平滑台则完成水平面2个方向的往复位移。另外,应按垂直台尺寸配置水平滑台,其选型应考虑承载能力要求。

(3)振动控制仪

由于振动台必须满足正弦和随机振动测试要求,因此振动控制仪应选择集正弦振动和随机振动控制于—体的随机振动控制仪,并且具备反馈控制功能。

结合上述几个方面内容综合考虑,即可以确定电动振动台的具体型号。

5. 振动测试

以某型号振动压路机的电控柜为测试对象,采集其在多种工况下的振动加速度数据并进行数据处理。完成数据处理并得到最终的参考谱数据后,导入振动台控制仪。

测试前,先将该型号振动压路机的电控柜按原安装方式安装到振动台的辅助夹具上,再将辅助夹具与电控柜一起安装在振动台上,分X、Y、Z 3个方向进行试验。Z方向的振动测试在振动台的台体上完成;X、Y 2个方向的振动测试分别在振动台的水平滑台上完成,测试前需将台体向水平滑台一侧旋转90°角,与水平滑台连接,驱动水平滑台动作。每个方向分别进行12 h的连续振动测试。其测试现场和监控画面如图2和图3所示。

6. 测试结果

螺旋桨飞机振动实时测试系统设计 篇8

螺旋桨发动机拉力大、推进效率高、经济性好, 且螺旋桨飞机对跑道的依赖程度不高, 因此螺旋桨飞机在航空领域仍具有重要地位。目前, 大多数支线客机、通用飞机仍采用螺旋桨推进, 如国产运五飞机、运七飞机、日本US系列飞机、加拿大CL系列飞机等。

螺旋桨飞机飞行过程中, 存在多种振源扰动, 如由发动机、螺旋桨、大气突风等传给机体的激励。而飞机结构是一个弹性组合体, 各部件都有其固有的振动属性, 这些扰动会使飞机产生各种周期性、非周期性的振动。飞机发生振动时, 机上乘员会感到不适, 机载设备的正常工作能力也会降低。因此, 应对螺旋桨飞机的振动特性引起重视, 防止飞机发生妨碍安全飞行的振动现象。

由于飞机振动问题的高度复杂性, 目前很难通过数值仿真进行有效的分析, 而主要采用飞行试验进行机体响应的实时测试, 根据测试结果进行分析评估。本文根据某布局特殊的单发螺旋桨飞机的研制需要, 开发了机载振动实时测试系统, 并进行了地面开车测试检查, 从而为飞机的颤振、振动特性评估奠定基础。

2 振动实时测试系统

某螺旋桨飞机的布局如图1所示。该飞机可在水面起降, 故采用悬臂式中单翼、“+”字型尾翼、背负式单螺旋桨发动机布局形式。其平尾浸润在螺旋桨滑流中, 有可能带来平尾的振动问题。此外, 发动机布置在机身顶部, 距离驾驶舱、客舱较近, 也可能会对舱内环境的舒适性产生影响。

根据飞机振动测试分析的需要, 本文设计了一种机载振动实时测试系统, 采用飞行试验进行机体动态响应测试, 用以评估飞机的颤振、振动特性。系统总体框图如图2所示。

机载振动实时测试系统由德国PXA8000数据采集器和传感器、信号线等构成, 可对过载、振动及总线参数同时进行数据采集、编码。其中, 由加速度传感器感受机体振动, 再经放大器将信号转换成电压信号并放大, 由数据采集模块按设定的采样率进行采集, 并利用SD卡进行数据存储, 通过i NET以太网进行系统监控和调试。测试完毕后将数据导出, 由数据处理模块进行分析处理。

测试系统采用机上直流28V电源供电, 总电流不大于8A, 从飞机配电盒内的“中央汇流条”上采用端子并线的方式引取, 通过加装在配电盒附近的保险丝供给测试系统。应急情况下, 测试系统可自动断开与飞机电源的连接, 以保护机上系统。

对于总线参数, 需要从飞机系统直接抽引, 通过增加转接电缆和在原机插头对应导线上进行接头并线的方式引出抽引信号。信号进入测试系统保证阻抗匹配, 并在改装后通过系统的联合通电实验保证测试电缆和设备不影响飞机的原机状态。

系统设计完成后, 对测试系统工作情况进行了通电检查, 确定了测试电源引出点和测试信号引出点处导线连接的逻辑正确性和可靠性, 且测试设备能正常工作, 测试参数满足零位要求。

3 测试系统检查

测试系统工作时, 由机载采集器对传感器的零线信号和输出信号分别进行数据采集、编码, 利用输出信号减去零线信号确定各通道的实际输出量, 然后通过数据转化得到工程量的时间响应特性, 利用傅里叶变换分析信号的频率响应特性。

系统配置完成后, 为了检查测试系统的有效性, 进行了飞机地面开车测试检查, 典型的测试结果如图3、图4所示。

从图3测试结果来看, 随着发动机转速不断增大, 机体受到的激励不断增强, 平尾的振动量也随之增大。对照图4的频谱响应分析结果, 频谱响应的峰值点均是螺旋桨的一阶、二阶通过频率点, 即平尾的高频、大幅振动主要是螺旋桨高速旋转引起的谐振。可见, 测试结果与实际情况基本一致, 测试系统是稳定、可靠的。

4 结论

本文针对某背负式单发、“+”字型尾翼布局飞机颤振、振动测试的需要, 设计了一种机载振动实时测试系统, 可对机体动态响应进行实时测试, 以评估飞机的颤振、振动特性。

为了检查系统的可靠性, 进行了系统地面开车测试检查, 结果表明:测试过程中, 测试系统工作正常, 测试结果符合实际情况, 且测试系统对机上系统无不利影响, 满足飞机试飞测试的要求。

对于螺旋桨飞机, 本文的机载振动实时测试系统对飞机的颤振、振动特性分析评估有重要意义。

摘要：螺旋桨飞机飞行过程中, 存在多种振源扰动。根据某螺旋桨飞机振动测试分析的需要, 设计了一种机载振动实时测试系统, 采用飞行试验进行机体动态响应测试, 以评估飞机的颤振、振动特性。系统测试检查结果表明, 测试过程中、系统工作正常, 测试结果符合实际情况, 且测试系统对机上系统无不利影响。对于螺旋桨飞机, 机载振动实时测试系统对飞机的颤振、振动评估有重要意义。

振动测试系统 篇9

关键词：理论力学,单自由度系统振动,仪器研制,振动实验

机械振动是日常生活和工程实际中的重要力学现象.单自由度系统的振动反映了振动的一些最基本、最重要的特性,是研究复杂振动问题的基础,同时工程上许多振动系统都可以简化为单自由度振动系统,因此研究单自由度系统的振动特性具有重要的意义.

为了使学生更好地理解单自由度系统振动的概念和特性,加强学生的实践能力,作者研制了扭转振动实验仪,并在理论力学课程中开设了单自由度系统振动实验,收到了很好的教学效果.

1 扭转振动实验仪的构造和原理

图1为扭转振动实验仪实物图,与一般的单自由度振动实验仪器不同,该仪器的主体部分是一个扭转振动系统,应用该仪器可以测定系统的固有频率、阻尼系数、强迫振动的响应幅值和相位差,从而绘制系统的幅频特性和相频特性曲线.

图2为该仪器的原理图,其中扭簧④与摆盘⑤构成一个单自由度扭转振动系统,驱动轮①、连杆②、摇杆③和机座组成一个四杆机构,并由直流调速电机带动驱动轮,为系统提供角位移激励,摇杆③的摆动规律近似为简谐函数

其中Θ为摇杆③的摆动幅值,ω为驱动轮的角速度.

由式(1)可见,调节电机转速和改变连杆在驱动轮上的偏心距,即可改变激励的频率和幅值.阻尼器⑥是一个马蹄形的磁铁,当摆盘⑤在磁场中摆动而切割磁力线时,摆盘中即产生电涡流,在磁场作用下,使摆盘受到阻尼作用,阻尼的大小与摆盘的角速度成正比,故为线性阻尼.调节阻尼器的位置,即可改变有效磁通面积,从而改变阻尼的大小.

“自动/手动开关”位于“自动”位置时,仪器可以自动显示驱动轮的转动周期,亦即摇杆③的激励周期.“手动”位置配合“计时按钮”提供计时秒表人工计时.

摇杆③的激励幅值可由红指针⑦在面板上的指示刻度读出,摆盘⑤的响应幅值可由与摆盘固连的蓝指针⑧在面板上的指示刻度读出.

按下“放电按钮”,当摇杆红指针由左向右通过零位置时,与摆盘固连的蓝指针火花放电,记录此时蓝指针在面板上的放电位置Φ*及摆盘的摆动方向,可求得摆盘响应与摇杆激励的相位差ε(见式(3)).

2 单自由度系统振动实验

单自由度系统振动实验的内容主要包括系统固有频率、阻尼、强迫振动的响应幅值和相位差的测定,从而绘制系统的幅频特性和相频特性曲线.

2.1 实验前的准备

仪器未通电时,蓝指针和红指针均应指向零刻度,用手轻轻转动驱动轮,红指针的左右最大偏角应相等,且阻尼器置零时,摆盘应能灵活自由摆动.

2.2 系统固有频率的测定

接通电源,调节电机“调速旋钮”,使驱动轮不转动.用手轻轻转动驱动盘,使摇杆红指针指零;阻尼器置零.将摆盘转过一定角度,然后无初速释放,此时系统作无阻尼自由振动.将“自动/手动开关”拨向手动,记录摆盘摆动i(i=5～10)个周期所用的时间ti,则可求得系统的固有频率为

2.3 系统阻尼的测定

调节阻尼器,使摆盘切割磁力线,将摆盘转过一定角度Φ0,然后无初速释放,此时系统作有阻尼自由振动.记录摆盘摆动j(j=2～3)个周期后的摆幅Φj和所用的时间tj,则系统的阻尼比为

2.4 系统强迫振动的响应幅值和相位差的测定

保持上述阻尼器的位置不变,将“自动/手动开关”拨向自动.调节电机“调速旋钮”,使驱动轮转动,此时系统作有阻尼强迫振动.当摆盘运动稳定后,其强迫振动的规律为

其中ω为驱动轮的转动角速度,亦即摇杆的激励频率,Φ>为摆盘的响应幅值.此时记录驱动轮的转动周期T、摆盘的响应幅值Φ,则系统的频率比为

振幅比为

然后按下“放电按钮”,记录蓝指针的放电位置Φ*及摆动方向,由于蓝指针放电时,摇杆红指针恰好由左向右通过零位置,故

将上式代入式(2),有Φ*=Φsinε,考虑到蓝指针的摆动方向,最后得到系统的相位差ε为

调节电机“调速旋钮”,使驱动轮获得由低到高的不同转速,重复上述过程若干次.同时注意在共振点附近(λ=1附近)测点应密集一些,以使绘制的幅频特性曲线更为准确.

3 典型实验结果

利用作者研制的扭转振动实验仪,获得的典型实验结果如下:ω0=3.33,ξ=0.15.系统的幅频特性和相频特性分别如图3和图4所示.

由图3和图4可见,实验结果与理论结果非常吻合,表明扭转振动实验仪具有较高的精度.

4 结束语

研制的扭转振动实验仪,具有结构简单、操作方便、运行稳定、体积小、重量轻、携带方便、占用实验场地少等特点,不做实验时可以方便收起,故非常适用于开设本科生实验.此外,扭转振动实验仪与常见的振动实验仪不同,由于采用摆振系统作为其主要结构,因而尽可能地减小了系统运动部件之间的摩擦对实验结果带来的误差,大大提高了仪器的精度.

本实验仪已推广到多所高校,收到了良好的教学效果.十多年的教学实践表明,借助扭转振动实验仪,通过单自由度系统振动实验,不仅激发了学生学习理论力学的兴趣,而且有助于学生对振动概念的理解和掌握,加强了学生的动手能力和实验能力,为他们进-一步学习有关课程打下了良好的基础,受到师生的普遍欢迎.

参考文献

[1]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学(第七版).北京:高等教育出版社,2009

振动测试系统 篇10

关键词：数控机床,故障,振动诊断,便携式

1 前言

数控机床是电子技术和计算机发展的产物,利用数字技术对机械零件进行加工,具有高精度以及自动化加工的特点。它是机械加工的必须工具,在我国的机械加工与机械设计中,起着重要的作用。它主要由机床体和计算机数控系统两大部分组成[1]。机床本体是数控机床的主体,由基础件(如床身、底盘)和运动件(如工作台、床鞍、主轴箱等)组成,采用了高性能主轴部件、高效传动部件(如滚珠丝杠、静压导轨、滚动导轨等)。数控系统是数控机床的核心,其中包括硬件装置和数控软件两大部分,由输入/输出设备、数控装置、伺服单元、驱动装置(或执行机构)、可编程控制器(PLC)及电气控制装置和检测反馈装置组成。

2 数控机床故障的分类

数控机床故障可分为软件故障、硬件故障和干扰故障三种[2,3]。软件故障是指由程序编制错误、机床操作失误、参数设定不正确等引起的故障。软件故障可通过认真消化、理解随机资料、掌握正确的操作方法和编程方法,就可避免和消除。硬件故障是指由CNC电子元器件、润滑系统、换刀系统、限位系统、机床本体等硬件因素造成的故障。干扰故障则表现为内部干扰和外部干扰,主要指由于系统工艺、线路设计、电源、地源配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产生的。

随着电子技术和计算机的发展,特别是软件技术发展越来越成熟,软件故障和干扰故障在数控机床所有故障中出现比例有所减小,而硬件故障特别是机床本体产生的故障仍然没有得到合理的解决。机床传动系统的各个部件在运行过程中产生的故障,主要是以下几个方面的原因:机床的基础件在运行过程中出现了松动,从而导致机床产生故障使其在工作过程中达不到工作要求精度;传动系统中的运动件,如电机、变速箱、主轴箱等在长期的超负荷运行、外界干扰以及自身因素的影响下,出现各种类型的故障。

3 数控机床的诊断方法

所谓振动是指物体在平衡位置附近所做的具有周期性的往复运动。剧烈的振动常常会危害结构物的强度或妨碍机器的正常功能,振动会使机器的联接件产生松动,从而影响加工精度,振动的噪音还会妨害人体的健康。

简谐振动是振动中最基本、最简单的振动形式。其振动位移d与时间t的关系可用正弦曲线表示,表达式为

式中:D为最大振幅,又称峰值,2D称为峰峰值,其单位为mm或μm;T为振动的周期,即再现相同振动状态的最小时间间隔,单位为s;φ为振动的初相位,单位为rad。

振动周期的倒数称为振动频率,单位为Hz,即:

频率f又可用角频率来表示,即:

ω和f的关系为:

描述机械振动的三个基本要素即是上述的振幅、频率和相位。简谐振动除可用位移表示外,同样可用相应的振动速度和加速度表示。速度和加速度的表达式经过一次和二次微分求得

数控机床传动系统的构件在发生故障时通常伴随着振动的产生,所以采取振动故障诊断是常用的方法,从振动的信息可以探测故障的来源以及特点。机床运转时发生的振动一般用加速度、速度和位移表示,它们的特征值分别为幅值、频率、相位。由于机床传动系统中各个部件是相互联接的,各部件产生的振动总是能传递到其他的部件,所以在运行过程中所测量的振动往往是由多个频率成分组成,其时域振动波形是由多个谐振波形合成的。通过分析频率—幅值图和时域波形图,从而判断振动故障损害程度。

由于数控机床的传动系统中各个部件运行方式以及发生的故障类型不同,所以采取的振动测量形式也不同。如电机产生的振动故障主要为定子偏心、转子偏心、转子故障、轴位移等,在实际测量中通常对其进行加速度或者位移测量。变速箱是由齿轮对组成,通常产生的振动故障为齿轮磨损、断齿、齿轮不对正等,而这些振动信息都可以传递到机箱,所以通常采用加速度测量,从而得到各个构件的振动特征值。

4 测试系统设计

随着电子技术和计算机的发展,传统的采集电路由微处理器进行处理,其精度和速度比以往提高很多。目前流行的振动信号采集系统都会采用如图1所示的通用组成模式,包括传感器、采集模块以及软件等部分,本系统设计也是根据这种组成模式,测试系统由传感器、采集模块、计算机以及相应软件组成,具有便携性,方便在车间中对数控机床进行各种测量。

根据数控机床的测试系统的要求,要具备如图2所示的功能模块。

5 硬件系统设计

根据数控机床产生的振动分类,本系统采用ENTEK公司生产的工业采集模块XM120、XM121、XM500,传感器测选取E2103电涡流传感器、9200加速度传感器,通过这些有机组成一个系统,具有测试机床产生的各种振动以及网络传输的功能。

XM-120振动监测模块是一种双信道通用监测表,用于监测旋转机械的轴振、机壳振动或轴承座振动。XM-120可以接收来自电涡流传感器,内置压电回路的加速度传感器或其它电压输出的传感器如速度传感器或压力传感器的信号输入。此外,模块还可以接收一路转速信号输入用于转速测量和节比分析。模块采用24位A/D转换器,具有极高精度,是检测机械故障的理想工具。

XM-121是一个双通道低频振动监测模块,它的基本功能和XM-120模块完全相同,差别是可以测量低转速机器的振动,最低可以测量12cm/min转速的低速设备,所以在某些机床在运动速度比较低时,可以对其进行测量。

XM-500是一个以太网关模块,可以连接Device Net网络和信息或控制层Ethernet/IP网络,起到不同网络层之间协议转换的网关功能。XM-500可以作为Device Net的主站和其它XM模块建立连接,采集XM模块的测量数据和报警/继电器数据。XM-500能够连结63个从XM模块,并且提供一个Ethernet TCP/IP接口,支持IT协议SMTP、FTP、HTTP和控制协议Etherne/IP。

6 机床测试数据分析

本次测试对象是机床的主轴,根据主轴的振动而诊断故障程度。采用的传感器是E2103电涡流传感器以及配套前置器,在主轴垂直轴向安装两个相互垂直的传感器,通过电缆连接到便携式系统中的输入通道,从而测试主轴振动位移。由机床的传动系统,可以知道机床振动主要是电机、齿轮箱等。主轴的振动会伴随着转速增加而增加,而且在加工和空载时的振动也不一样,为了有效测试出主轴的振动以及诊断出故障原因,以下是以不同的转速在空载和加工时进行测试主轴的振动位移。

从图3和图4可以看到,机床在空载运行时,在低转速进行测量,所测的波形不平稳,可以推断出主轴有振动。当转速增大时,可以看到主轴振动增大,并且一倍转速幅值最大,其啮合频率次之。

从图5和图6可以看到,通过在加工过程进行测量,主轴的振动比空载时的振动更明显,说明振动来源主要是与主轴联接处的机构。从频谱图看到一倍转速的振动最大,从时域图可以看到隔一个周期产生一个冲击信号而且波形不平稳。从机床的传动系统可以知道,与主轴联接的是齿轮,根据诊断齿轮故障的经验,可以推断齿轮发生齿裂或断齿故障。

7 结论

数据机床是机械加工的高技术的产业,其运行稳定程度以及精度关系到加工精度和加工质量,所以对其进行振动故障测试非常重要。本论文综合分析机床产生的各种故障振动,利用一些高精度的测试模块组成一个便携式系统,该系统在机床振动测试以及其它机械振动测试领域可广泛应用。

参考文献

[1]孙伟.振动在数控机床故障诊断中的应用[J].机械研究与应用,2004,17(3):31-32.

[2]任建平,白恩远.现代数控机床故障诊断及维护[M].北京:国防工业出版社,2002.

汽轮机振动监测系统的分析与应用 篇11

关键词：600MW超临界机组 汽轮机振动监测系统 电源升级 优缺点

中图分类号：TK264 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（b）-0049-01

内蒙古神华国华呼伦贝尔发电有限公司已经投运的600MW超临界机组汽轮机采用的是上海汽轮机厂生产的超临界、一次中间再热、两缸两排汽、单轴、直接空冷凝汽式汽轮机，整个轴系由7个支持轴承支撑，对应安装7套轴振及瓦振探头[1]。

汽轮机TSI监测系统采用epro公司生产的MMS6000系列产品，而在2009年艾默生公司收购了epro公司（原菲利普）后，艾默生公司对旗下产品进行了升级和更新换代。原有TSI系统上的框架电源模块UES815已经停止生产，而且替代产品也不能接入到现有的框架内（管脚定义，安装槽位不一致）[2]。为了提高系统的安全性和长效性，更换最新的TSI框架和外置电源模块势在必行。另外在安装调试阶段也发现新产品同样存在一些不足之处，该文将给予介绍，并提出建议。

1 TSI振动检测系统介绍

汽轮机监测仪表系统TSI[2]（Turbine Supervisory Instrumentation）是一种可靠的连续监视汽轮发电机组转子和汽缸的机械工作参数的多路监控系统，可用于连续显示机组的启停和运行状态，为记录表提供输出信号，并在被测参数超出预置的运行极限时发出报警信号，必要时采取自动停机保护。此外，还能提供用于故障诊断的各种测量数据[3]。

2 系统框架升级前功能组成

现有的TSI系统采用框架式电源模块，每个框架配有型号为UES815，（24V 3.4A）的电源模块2个，经过外部二极管冗余后給继电器供电。

现有的TSI系统采用的是48芯插针式框架，该框架内部接线复杂，无法检查和更改内部线路，需要使用专用工具才能更改接线和修改逻辑，操作极其不方便，给日常维护带来了诸多不便。

现有的TSI系统的开关量输出使用的是外置继电器，每一个开关量输出都需要从各个模块自身发出，因此为一一对应型，若要将多个模块进行逻辑运算后再发出信号则需要通过外部硬接线来实现完成，需增加外部接线，这样既增加了工作量也降低了可靠性，大大增加了出现事故的几率。

3 系统框架升级方案及功能组成

将现有的框架电源取消，更换为机柜电源。220V交流强电不再接入到系统框架中，提高了安全性。两路220V交流电源仍分别由保安段和UPS提供。

对TSI系统供电电源和框架进行升级。将原有的48芯插针式框架替换为最新的系统框架IMR6000/10，该框架为背板式框架，后面为接线端子，接线简单明了，日常维护极其方便，检查和更改接线简单易懂

增加A6824通讯模块，该模块通过RMS485方式和系统内所有模块进行通讯，只需通过CSI6500软件就可以通过该通讯模块对TSI系统内任意一个测量模块进行组态，修改报警及危险值，解除保护等操作。

4 升级前后优劣性对比

升级改造产品后的TSI系统是美国艾默生[5]公司近几年推出的CSI6500监测系统，原MMS6000系统中的所有模块在CSI6500系统可正常使用，CSI6500系统主要有以下几个方面的变化。

重新设计了框架、方便了接线和系统设置：新框架型号为IMR6000/10。框架槽位可安装的模块：10个A6000模块，1个A6740逻辑模块，1个A6824通讯模块。外部接线通过专用接插件与框架背板相连，从而避免了因为没有专用工具及材料而无法更改接线的被动局面。原48芯插针式框架内部接线是裸露的，容易造成各针脚之间的短路，烧坏TSI测量模块，影响TSI系统的正常工作，存在一定的安全隐患。

A6824通讯模块插在专用的第14槽位，它通过RS485总线与框架上的其它模块进行通讯，可方便查看各个模块的测量状态、检查或修改组态数据，方便故障的检查，较改造前一对一的连接方式有较大改进，原来所有的状态都需要通过指示灯和传输到DCS的实时数据来分析，很是不方便。

有了可编程继电器后，可满足用户各种逻辑输出的需求，从根本上解决了原TSI系统的上述缺陷。应用起来十分灵活、简便，只要通过连接笔记本电脑与继电器模块或通讯模块，所有数据状态便可一目了然[4]。如果有故障，马上可以有针对性地查找，大大缩短了故障排除的时间，另外通过继电器模块来进行逻辑组态，逻辑关系非常明确，易学易懂，更改也方便。

5 结论

1#机的TSI系统升级改造后，通讯模块A6824与各测量模块通讯畅通，各测量模块的通道加信号测试正常，而且继电器的逻辑完全能满足机组正常投运的要求，该次系统升级圆满成功，本次改造后系统具有如下优点：

（1）系统供电稳定可靠。

（2）输出逻辑通过软件以逻辑图方式编程，功能强、直观、易操作，彻底摆脱了用硬接线搭逻辑的困境。

（3）修改逻辑方便、灵活，能满足用户的各种逻辑传送需求。

（4）信号传输快捷、可靠，且具有屏蔽输出的功能，可以临时解除部分保护，系统维护时可灵活运用，十分方便、安全。

升级版的几点不足：

（1）框架底板需要人工做的跳环线过多，容易出错降低可靠性，考虑能否优化，在电路板上完成。

（2）每块底板的电源冗余设计，也应考虑集成到底板上，不要靠外部环线来完成，一旦线路松动直接影响可靠性，也给现场施工带来麻烦。

（3）继电器卡缺少冗余，尤其是框架1。一旦某个继电器故障，就要更换掉整个继电器卡，使得用户备品备件成本大大提高。

参考文献

[1]神华国华发电有限责任公司汽轮机说明书.上海汽轮机厂.

[2]王鹏，潘维加.基于LabVIEW的汽轮机振动监测系统[J].电站系统工程，2007，23（4）：59-61.

[3] 施圣康.汽轮发电机组振动故障诊断技术的发展现状[J].动力工程，2001（4）：1298-1298.

[4] 张广志.汽轮发电机组振动故障的多征兆诊断方法[J].汽轮机技术，2001，43（5）304-305.

振动测试系统 篇12

通常在针对乘/载员座椅处的振动测试中, 一般会选取特定的越野路面作为试验场地, 并以特定速度条件进行相关测试内容。传感器位置安装在样车驾驶员座椅、炮长座椅以及乘载室左排后座椅处, 系统由12 V直流电瓶供电, 从行驶平顺性以及乘坐舒适性考虑, 一般要求乘/载员座椅处加速度不大于2G。在评价轮式装甲车辆性能中, 除乘/载员座椅处的振动参数外, 动力舱位置处的振动状态也是非常重要的评价指标。

1 国内外研究现状

国内外研究人员对于军用装甲车辆动力系统振动测试技术的研究一直不曾停止, 丹麦BK公司以计算机为基础开发的PLUSE多分析仪, 可以多通道、多点同时采样, 完成全面综合的测试。美国国家仪器有限公司 (National Instruments, 简称NI) 推出可应用于噪音、振动和平顺性 (NVH) 测试、机器状态监测与音频测试应用的新版分析与信号处理工具———NI声音和振动测量套件7.0。此外, NI推出了NI USB-4432型号, 它是一款便携式的总线供电驱动的动态信号采集模块, 可应用于高精度的声音与振动测试[1]。日本理音RION公司研发的振动参数测试与分析系统, 通过压电式加速度探头采集振动信号, 能精密测试振动并提供比较全面的测试方案[2]。

我国的坦克装甲车辆在从仿制走向自行设计的过程中, 已经进行了一些基本动态参数的测试, 目前在国内, 此类测试仪器大多是利用高精度的传感器、数据采集卡和相应的数据处理软件完成了车辆某些局部区域的动态参数测试。通常此类测试仪器较大而且不易安装, 引线多, 而且应用的环境也比较有限, 测试的距离不能太远。对传感器与数据采集卡之间的引线布放也有很高的限制, 在恶劣的现场环境中, 测试仪器抗振动与抗电磁干扰的能力也有限, 不易于高温、高电磁干扰环境下的动态参数, 很难应用在动力舱内部测试当中。

2 被测环境分析与测试系统设计

2.1 被测环境分析

在针对整车进行动力舱振动测试中, 进行动态测试获取振动数据属于新概念动态测试的研究范畴, 要求测试仪器整体置于动力舱内, 承受与被测对象相同环境的影响, 获取行车过程中动力舱的实时振动参数。要想实现该套测试系统, 在设计上必须考虑如下几点。

1) 测试空间比较狭小, 测试仪器体积受限。为了实现整车高紧凑性、高机动性的目的, 并且最大程度降低车身高度, 在车辆各系统设计方面强调集成化、模块化, 舱内各种装置器件排列更加紧密使得动力舱的空间几乎已经没有再增大的可能[3]。

2) 在车辆动力舱中, 存在着很强的电磁干扰, 这对测试仪器的抗干扰特性有很高的要求。各类负载、开关类部件、电子控制单元等部件产生的电磁干扰相互影响, 从而产生更杂的电磁环境[4]。

3) 动力系统工作产生的高频振动。发动机各缸交替压缩工作, 产生高频周期冲击。此外动力系统高速运行, 造成动力舱局部可能产生90℃以上的高温[5], 这也是设计测试系统必须考虑的因素。

2.2 测试系统设计

2.2.1系统总体设计

动力舱内振动测试系统分为舱内部分和车载部分:舱内部分由振动传感器、信号调理电路、CPLD控制电路、采集存储电路以及电源管理模块构成。当测试系统开始工作时, 在微处理器芯片的控制下, AD转换电路开始采集经滤波放大后的电信号, 并存储数据。车载部分主要是以计算机和配套软件为主, 在计算机上通过USB通信接口读取存储器中压力数据, 进行分析处理等操作。测试系统原理框图 (见图1) 。

通过对测试环境进行分析, 在设计该套测试系统时, 必须遵循以下原则。

1) 抗干扰设计原则。为克服车辆动力舱内存在的电磁干扰, 测试系统采用了双层组合屏蔽的壳体来屏蔽外界的干扰环境, 保护内部电路。要想有效抑制强电磁带来的负面效应, 就必须选择高电导率、高磁导率的材料。但目前还没有此类材料的进一步研究和应用。因此, 本次屏蔽体的设计采用了双层混合屏蔽的设计。当外界强磁场过来以后, 先通过外层磁导率较低、不易饱和的材料将电场屏蔽并将磁场强度衰减到较低的程度, 然后再用内层高磁导率材料来提供较高的电磁屏蔽效能[6]。其次, 系统电路板的PCB制作和元器件选型也要考虑电磁兼容性[7], 此外, 选用必须选用集成度高的元器件, 使电路尽可能简单化, 降低受干扰的概率。此外, 将系统金属外壳与车体结构连在一起, 以提供稳定的低阻抗电气通路, 使仪器良好接地, 并提供电源电流返回通路, 防静电、防雷电和抗干扰的性能。

2) 抗高温抗振动设计原则。在保护测试电路不受强电磁影响的基础上, 利用隔热特性较好的陶瓷纤维纸将电路模块进行高温防护, 并使用环氧树脂将防护后的整套电路灌封固化于屏蔽壳体中。通过加工制后的陶瓷纤维具备了质量轻、耐高温、热稳定性好、极低的导热率、比热小, 抗拉强度高、化学性能稳定及耐机械震动等优点, 适合应用于动力舱这种高温、振动的测试环境中。这样不仅使电路有了较好的高温防护特性, 而且是测试电路在多工况下条件下不受振动冲击的影响。

3) 微体积设计原则。动力舱内部狭小的安装空间决定了测试仪器体积微型化的必要性。通过甄选集成化高、小体积的传感器和芯片, 精简电路的设计, 做到精确测量而不浪费硬件性能;存储测试技术本身在仪器的微体积方面就有很大的优势, 采用模拟电路、数字电路单独的模块化设计减小电路的体积, 各模块最后通过柔性连接灌封于抗干扰壳体中进一步缩小测试仪器的体积。选择外层高导体铝和内层高磁导率的坡莫合金作为屏蔽材料, 利用着两种材料的特性来实现测试系统的轻型化和高抗干扰性的设计。

2.3 低功耗设计

测试系统采用5 V锂电池供电, 为防止电源电压波动损坏电路或者影响测试精度, 故采用电源管理芯片LP5996为测试系统供电, 具体电路见第112页图2。电池电源VCC接入芯片输入管脚, 输出管脚分别输出VDD、VEE, 其值均为3.3 V, 其中VDD为数字电路部分电源, VEE为模拟电路部分电源, 分别通过来自单片机信号ONA、ONB控制, 通过单片机控制此二引脚的高低电平输出, 可以实现系统的分时/分区供电管理, 使得系统可按测试的需求开启或关闭系统内各部分电路模块, 来实现测试系统的低功耗, 提高系统在井下压力测试中的实用性。

2.4 数据采集控制设计

数据采集控制单元用于产生存储器与AD转换器配合工作所需的时序信号以及逻辑信号, 并由单片机给存储器发送写指令以及存储数据首址, AD转换器将采集来的模拟信号转化成数字信号缓存至XCR3064, 与此同时循环写入给存储器, 以此作为比较触发控制单元的信号输入。在没有达到设定好的压力触发阈值之前, AD转换器采集到的压力信号将循环写进存储器, 当满足触发阈值条件时, 负延迟控制单元通过比较触发控制单元启动, 数据采集一定时间后停止工作并进入待读数状态。单片机与CPLD配合工作实现数据采集过程的原理见图3。

3 结论

1) 在元器件的甄选中, 尽量选取耐高温高压的芯片作为测试系统硬件部分, 并将电源与电路部分焊接置于壳体中, 因此在器件选取中, 芯片的低功耗也成为主要的考虑因素。

2) 在软件方面, 整体编程必须围绕低功耗设计, 便于仪器的多次使用和保证测试过程中的可靠性。

3) 设计耐压壳体及其防护结构, 使得在高压高冲击环境下确保内部电路不受损坏。

参考文献

[1]Rubinol, Bonnel, Krasenbrink.Development of an official test method for on-board PM measurements from heavyduty diesel engines in the European Union[R].SAE Paper, 2007:61-94.

[2]葛振华, 施展.车辆振动测试系统研究[J].数据采集与处理, 2008 (9) :200-204.

[3]范锦彪.存储测试技术在坦克装甲车辆中的测试研究[D].太原:中北大学, 2001.

[4]张戟, 孙泽昌.现代汽车电磁兼容理论与设计基础[M].北京:清华大学出版社, 2009:60-82.

[5]毕小平, 黄小辉, 王普凯.装甲车辆动力舱温度场试验[J].装甲兵工程学院学报研究, 2009 (2) :26-28.

[6]肖胜武.多参数智能电子测试仪的研究[D].太原:中北大学, 2009.