设备状态检测与故障诊断-振动监测系统的组成.ppt

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1、设备状态检测与故障诊断condition detection and fault diagnosis for equipment,第4讲 振动监测系统的组成,测振传感器的作用是将机械振动量转变为适于电测的电参量，俗称拾振器；信号调理器则起协调作用，使传感器和记录仪能配合起来协同工作，其主要功能包括信号放大、阻抗变换。信号记录仪的功能是存储所测振动信号；分析与处理设备则负责分析处理各种所记录的信号；,振动监测系统的组成,设备状态检测与故障诊断,根据所测振动参量和频响范围的不同，习惯上将测振传感器分为振动加速度传感器、振动位移传感器和振动速度传感器三大类。各自典型的频响范围大致如下：振动加速度传感

2、器为050kHz振动位移传感器为010kHz振动速度传感器为102kHz,测振传感器的分类,设备状态检测与故障诊断,自然界中某些电介质，如石英、钛酸钡等，当沿着一定的方向对其施力而使之变形时，其内部发生极化现象，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。介质的压电效应是可逆的，即在电介质的极化方向施加电场，这些电介质也会产生变形，这种由电能转换为机械能的现象称为逆压电效应。,振动加速度传感器的工作原理,设备状态检测与故障诊断,1.压电效应,电介质在外力作用下产生压电效应时，其表面上的电荷量与压电材料的种类

3、及其所受的压强的大小和表面积有关，即： q压电元件表面的电荷量，C； F压电元件表面上所受的压力，N； 压电元件表面的压强，N/m2 A压电元件的工作表面积，m2 压电材料的压电系数，C/N,振动加速度传感器的工作原理,设备状态检测与故障诊断,1.压电效应,具有压电效应的材料称为压电材料。压电材料主要有两大类，即压电晶体（如石英）和压电陶瓷（如钛酸钡）。其中石英晶体的应用较早，因其稳定性最好、但压电系数最小且价格昂贵，通常用作标准加速度传感器的敏感材料。钛酸钡、锆钛酸铅，特别是后者则是目前应用最广泛的压电陶瓷。,振动加速度传感器的工作原理,设备状态检测与故障诊断,2.压电材料,压电加速度传感器

4、的结构一般有纵效应型、横效应型和剪切效应型三种，其中纵效应型是最常见的一种，其结构原理和力学模型如下图所示：,振动加速度传感器的工作原理,设备状态检测与故障诊断,3.工作原理,纵效应型压电加速度传感器的结构原理及其力学模型1螺母；2质量块；3压电元件；4基座,设质量块的上下运动轨迹为坐标x的方向，静平衡位置为坐标原点，壳体运动为xs，并取质量块相对于传感器壳体的运动为xr。,振动加速度传感器的工作原理,设备状态检测与故障诊断,3.工作原理,可求得 ，则压电元件表面上的电荷量为,振动加速度传感器的工作原理,设备状态检测与故障诊断,3.工作原理,式中：n系统固有频率，rad/s; 频率比； 阻尼比

5、； Ky压电元件的弹性系数； a传感器壳体运动的加速度幅值，mm/s2,此即为压电加速度传感器的动态响应，其中 为其电荷灵敏度，只取决于传感器本身的结构参数。,振动加速度传感器的工作原理,设备状态检测与故障诊断,3.工作原理,当 ，即 时， ，此时有,即当被测振动体的运动频率远低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，这即是压电加速度传感器的工作原理。,振动位移传感器,设备状态检测与故障诊断,电涡流传感器是20世纪中期研制成功的振动位移传感器，它利用导体在交变磁场作用下的电涡流效应，将变形、位移与压力等物理量的改变转化为阻抗、电感等电磁参量的变

6、化。电涡流传感器的优点是灵敏度高、频响范围宽、测量范围大、抗干扰能力强、不受介质影响、结构简单以及非接触测量等，当今在各工业领域都得到了广泛的应用。,振动位移传感器的工作原理,设备状态检测与故障诊断,把一块金属导体放置在一个通有高频电流的线圈所产生的交变磁场中，由于电磁感应的作用，导体内将产生一个闭合的电流环（电涡流）。电涡流将产生一个与交变磁场相反的涡流磁场来阻碍原交变磁场的变化，从而使原线圈的阻抗、电感因素都发生变化，且它们的变化量与线圈到金属导体之间的距离x的变化有关，于是就把位移量转化成了电量。,电涡流传感器的工作原理,振动位移传感器的系统组成,设备状态检测与故障诊断,典型的电涡流传感

7、器系统主要包括传感器（探头）、延伸电缆和前置放大器三部分。（1）探头 通常由线圈、头部、壳体、高频电缆、高频接头组成。线圈是探头的核心，是整个传感器中最敏感的元件，线圈的物理尺寸和电气参数决定传感器系统的线性量程以及探头的电气参数稳定性。,振动位移传感器的系统组成,设备状态检测与故障诊断,（2）前置放大器 一方面前置器为探头线圈提供高频交流电源；另一方面前置器感受探头前端由于金属导体靠近引起的探头参数变化，经过处理，产生随探头端面与被测金属导体间隙线性变化的输出电压或电流信号。（3）延伸电缆 用聚氟塑料绝缘的射频同轴电缆，用于连接探头和前置放大器，长度需要根据传感器的总长度配置以保证系统总的长

8、度为5m或9m。,振动速度传感器,设备状态检测与故障诊断,在机械故障的振动诊断方法中，振动速度也是一个经常需要观测的物理量，因为振动速度与振动能量直接对应，而振动能量常常是造成振动体破坏的根本原因。磁电式速度传感器是典型的振动速度传感器，但由于该类型的传感器在结构上一般都大而笨重，给使用带来了许多不便；其频响范围又很有限，加之振动速度可由振动位移微分或由振动加速度积分而得到，因此，用磁电式速度传感器进行振动速度的直接测量在实际工作中并不多见。,振动传感器的使用原则,设备状态检测与故障诊断,在实际测试工作中，可用和优化是选用振动传感器应遵循的基本原则。可用 要使所选的传感器满足最基本的测试要求。

9、优化 在满足基本测试要求的前提下，尽量降低传感器的费用，即取得最佳的性能价格比。选用时，需要考虑的问题如下：,信号记录仪,设备状态检测与故障诊断,用于记录振动信号的仪器有很多，如光线示波器、电子示波器、笔式记录仪、磁带机以及数据采集器等。目前，在机械故障诊断领域获得广泛应用的主要是磁带机和数据采集器。,数据采集器的基本原理,设备状态检测与故障诊断,数据采集包括信号预处理和信号采集两个过程，它将监测模拟信号转换成数字信号并送入分析仪器中，其核心是A/D转换器。信号预处理 是将模拟信号中有用的、能反映设备故障部位的症状信号留下，而将不是诊断所需信号滤掉。信号采集是将预处理后的模拟信号变换为数字信号

10、，并存入到指定位置。信号采集包括采样、量化与编码三个过程。,数据采集器的基本原理,设备状态检测与故障诊断,采样过程是将模拟信号分为一系列间隔为t的时间离散信号并加以采集。量化过程是将这些离散信号的幅值修约为某些规定的量级。编码过程是将这些时间和幅值均不连续的离散信号编成一定长度的二进制数字。这样，就将原模拟信号转换成了数字信号，即所谓的A/D转换过程，也称信号采集。,设备状态检测与故障诊断,采样示意图,信号的采样、量化与编码,数据采集器的基本原理,信号分析与处理设备,设备状态检测与故障诊断,一般可将信号分析与处理设备分为通用型和专用型两大类。通用型信号分析与处理设备是指由通用计算机硬件和基于其

11、上的信号分析与处理软件组成的系统。专用型信号分析与处理设备是指通用型之外的其他各种信号分析与处理设备。中国目前研制开发的机械设备故障诊断系统多为基于通用计算机的通用型信号分析与处理系统。,振动加速度传感器的工作原理,设备状态检测与故障诊断,传感器的动态响应特性曲线(a)幅频特性 (b)相频特性,振动加速度传感器的工作原理,设备状态检测与故障诊断,从压电传感器的动态响应特性曲线上可以看到，当阻尼比=0.60.7时，在= 00.4的范围内，加速度传感器的相对灵敏度为1，其相频特性近似一直线，从而保证了测试结果不发生波形畸变，因此，=0.60.7是加速度传感器所要求的理想阻尼系数 。压电加速度传感器

12、的固有频率很大，理论上其幅频特性没有下限，但实际上，由于受前置放大电路以及后续测试仪表的限制，其低频响应极限不能为0Hz,而一般为210Hz。,振动加速度传感器的测量电路,设备状态检测与故障诊断,压电传感器的测量电路（即前置放大器）有两个作用：一是把压电式传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出，即进行阻抗变换；二是把压电式传感器输出的微弱信号放大。目前，用于压电式传感器的测量电路有两种形式，一种是用电阻反馈的电压放大器，其输出电压与传感器的输出电压成正比。另一种是带电容反馈的电荷放大器，其输出电压与传感器的输出电荷成正比。,振动加速度传感器的测量电路,设备状态检测与故障诊断,把压电传感器看成一个静

13、电荷发生器，当传感器中的压电晶体因受力而变形时，在它的两个极面上就会产生电量相等、极性相反的电荷。也可把它看成是两极板上聚集异性电荷、中间为绝缘体的电容器。,1.传感器的等效电路,压电式传感器的等效原理(a)等效静电荷发生器 (b)等效电容器,振动加速度传感器的测量电路,设备状态检测与故障诊断,电容器的电容可表示为：,1.传感器的等效电路,式中：Ca传感器的等效电容，F； r压电材料的相对介电常数； 0空气的介电常数， 0 =8.8510-12F/m; A电极板面积，m2 压电材料的厚度，m,振动加速度传感器的测量电路,设备状态检测与故障诊断,一旦压电元件两极板上存在异性电荷时，两极板上就呈现

14、出一定的电压，可表示为：,1.传感器的等效电路,式中：q极板上存在的电荷量，C； Ua两极板间的电压，V。,振动加速度传感器的测量电路,设备状态检测与故障诊断,压电传感器可以等效地看成一个电压源Ua和一个电容Ca串联的电压等效电路，电压放大器以此等效电路为基础；压电传感器也可以等效为一个电荷源q和一个电容器Ca并联的电荷等效电路，电荷放大器以此等效电路为基础。,1.传感器的等效电路,压电式传感器的等效电路(a)电压等效电路 (b)电荷等效电路,振动加速度传感器的测量电路,设备状态检测与故障诊断,由等效电路可知，压电式传感器不适合于静态量测量，因为只有当传感器内部信号电荷没有泄漏，且外电路负载非

15、常大时，压电传感器受力后产生的电压或电荷才能长期保存下来。否则，电路将以其时间常数按指数规律放电，这对于静态标定以及低频准静态测量必然产生误差。,1.传感器的等效电路,振动加速度传感器的测量电路,设备状态检测与故障诊断,当压电加速度传感器等效为一个电压源Ua与电容器Ca串联的电路时，传感器与后续记录设备的前置放大器电路称为电压放大电路。,2.电压放大器（阻抗变换器）,压电式传感器连接电压放大器的完整等效电路(a)实际等效电路 (b)简化等效电路,振动加速度传感器的测量电路,设备状态检测与故障诊断,电压放大器的输入电压为,2.电压放大器（阻抗变换器）,A0放大器的开环增益系数；Sq传感器的电荷灵

16、敏度，只取决于传感器本身的结构和参数； SV传感器的电压灵敏度,振动加速度传感器的测量电路,设备状态检测与故障诊断,电荷放大器实际上是一个具有深度电容负反馈的高增益放大器，它将高内阻的电荷源转换为低内阻的电压源，输出电压与输入电荷成正比，其输入阻抗很高，而输出阻抗很低，一般小于100。,3.电荷放大器,压电式传感器与电荷放大器联接后的完整等效电路(a)实际等效电路 (b)简化等效电路,振动加速度传感器的测量电路,设备状态检测与故障诊断,电荷放大器的输入电压为：,3.电荷放大器,放大器的输出电压与输入电荷正成比，与反馈电容成反比，而与传感器的等效电容、电缆电容以及放大器的输出电容无关。正是因为这

17、个特点，使电荷放大器获得了比电压放大器更为广泛的应用。,电荷放大器的输出电压为：,振动加速度传感器的测量电路,设备状态检测与故障诊断,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，但不足之处是电缆长度对传感器测量精度的影响较大。电荷放大器在一定条件下其放大倍数不受电缆电容的影响，它克服了电压放大器的缺点，因而当采用电荷放大器进行放大时，连接电缆可达数百米，甚至更长也不必重新标定。因此大多数情况下都优先选用电荷放大器。但电荷放大器也有它的缺点，比如价格较贵，电路较复杂，调整也比较困难。,4.两种前置放大器的比较,振动加速度传感器的结构,设备状态检测与故障诊断,压电元件大致有厚度变形、

18、长度变形、体积变形和厚度剪切变形四种，它们受力和变形的方式如下图所示：,与此四种变形方式相对应，理论上应有四种结构的传感器，但实际最常见的是基于厚度变形的压缩式和基于剪切变形的剪切式两种，其中压缩式压电传感器最为常用。,压电元件的受力变形方式示意图(a) 厚度变形 (b)长度变形 （c）体积变形 (d)剪切变形,振动加速度传感器的结构,设备状态检测与故障诊断,1.周边压缩式加速度传感器,通过硬弹簧对压电元件施加预压力。这种形式传感器的优点是结构简单，而且灵敏度高，但对噪声、基座应变、瞬时温度冲击等的影响比较敏感，这是因为其外壳本身就是弹簧-质量系统中的一个弹簧，它与具有弹性的压电元件并联。由于

19、壳体和压电元件之间的这种机械上的并联连接，壳体内的任何变化都将影响到传感器的弹簧-质量系统，使传感器的灵敏度发生变化。,周边压缩式加速度传感器1-基座；2-压电元件；3-质量块；4-预紧弹簧,振动加速度传感器的结构,设备状态检测与故障诊断,2.中心压缩式加速度传感器,弹簧、质量块和压电元件用一根中心柱牢固地固定在基座上，而不与外壳直接接触（此处外壳仅起保护作用），因此它不仅具有周边压缩式灵敏度高、频响宽的优点，而且克服了其对环境敏感的缺点。但它也受安装表面应变的影响。,中心压缩式加速度传感器1-基座；2-压电元件；3-质量块；4-预紧弹簧,振动加速度传感器的结构,设备状态检测与故障诊断,3.倒

20、置中心压缩式加速度传感器,避免了基座应变引起的误差，这是由于中心柱离开了基座。但壳体的谐振会使传感器的谐振频率有所下降，从而降低了传感器的频响范围。此外，这种形式的传感器加工装配也比较困难。,倒置中心压缩式加速度传感器1-基座；2-压电元件；3-质量块；4-预紧弹簧,振动加速度传感器的结构,设备状态检测与故障诊断,4.剪切式加速度传感器,工作原理：当传感器受到向上的振动时，由于惯性的作用使质量环保持滞后，这样会在压电元件中出现剪应力而发生剪切变形，从而在压电元件的内外表面上产生电荷，其电场方向垂直于极化方向。如果某瞬时传感器感受到向下的运动，则压电元件的内外表面上的电荷极性与前次相反。,剪切式

21、加速度传感器1-基座；2-压电元件；3-质量块；4-预紧弹簧；5-输出引线,振动加速度传感器的结构,设备状态检测与故障诊断,4.剪切式加速度传感器,这种结构形式的传感器灵敏度大、横向灵敏度小，且能减小基座应变的影响。又由于弹簧-质量系统与其外壳分离，因此，噪声和温度冲击等环境因素对其影响也较小。此外，剪切式传感器具有较高的固有频率，所以其频响范围很宽，特别适用于高频振动的测量。制造难度大，在高温环境中使用有困难。剪切式加速度传感器有替代压缩式加速度传感器的趋势。,振动加速度传感器的性能指标,设备状态检测与故障诊断,（1）频响范围 是指传感器的幅频特性为水平线的频率范围，一般测量的上限频率取传感

22、器固有频率的1/3。频响范围越宽越好，它是加速度传感器的一个最重要的指标。（2）灵敏度 分电荷灵敏度（Sq输出电荷与所承受的加速度之比）和电压灵敏度(Sv输出电压与所承受的加速度之比, Sq=Ca Sv)。传感器的灵敏度越高，越便于检测微小信号。（3）温度范围 传感器的一个重要指标，要求越宽越好。（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，越小越好。（5）测量范围 指传感器所能测量的加速度大小，要求越大越好。,压电加速度传感器的使用注意事项,设备状态检测与故障诊断,使用压电加速度传感器时，测量结果的真实性会受到很多因素的影响，产生测量误差，这些因素有环境因素、安装

23、因素及传感器本身的特性。（1）湿度的影响 环境温度增大，会使传感器的绝缘电阻（汇漏电阻）减小，从而使传感器频响应特性变坏。,压电加速度传感器的使用注意事项,设备状态检测与故障诊断,幅频特性曲线反映信号的频率在1Hz到3KHz这一段，加速度计能比较好的复现信号的波形。,幅频特性曲线告诉我们，测量装置对信号中不同的频率波形有不同的放大倍数。为了测得的电信号波形能真实地复现振动波形，就必需使所测信号中最高的频率位于幅频特性曲线上的水平段。为此，要使安装后的加速度计特性具有足够高的共振频率。,压电加速度传感器的使用注意事项,设备状态检测与故障诊断,（2）温度的影响 周围环境温度的变化将影响压电材料的压

24、电系数、介电常数，会使传感器的灵敏度发生变化。石英晶体对温度不敏感，而温度对压电陶瓷的压电常数和介电常数的影响则大得多，为了提高压电陶瓷的温度稳定性和长期稳定性，一般要进行人工老化处理。温度还会影响压电材料的电阻率以及电路元件、连接电缆的耐温特性的测量结果等。,压电加速度传感器的使用注意事项,设备状态检测与故障诊断,（3）电缆噪声 压电式传感器信号电缆一般多采用柔软的具有良好挠性的小型同轴导线，电缆受到突然的扰动或振动时，自身会产生噪声。由于压电式传感器是电容性的，所以在低频（小于等于20Hz）时其内阻抗极高（上百兆欧），这样，电缆里产生的噪声不会很快消失，以致进入前置放大器，成为一种干扰信号

25、。,压电加速度传感器的使用注意事项,设备状态检测与故障诊断,电缆噪声是由电缆自身产生的。普通的同轴电缆是由多股绞线组成的，聚乙烯或聚四氟乙烯材料作绝缘保护层，由一个纺织编织的多股镀银金属套套在绝缘材料上形成外部屏蔽。当机器扰动电缆使其弯曲振动时，电缆芯线和绝缘体之间以及绝缘体和金属屏蔽套之间就可能发生相对移动，以致它们彼此之间形成了空隙。由于相对移动，空隙中将因摩擦而产生静电感应，静电荷放电时将直接送到放大器中，形成电缆噪声。,同轴电缆结构及电缆噪声的产生机理,压电加速度传感器的使用注意事项,设备状态检测与故障诊断,为减小电缆噪声常采用下述方法：一是选用特制的低噪声电缆，二是在测量过程中将电缆

26、固定以避免相对运动。,传感器连接电缆的正确固定,压电加速度传感器的使用注意事项,设备状态检测与故障诊断,(4)接地回路噪声 在振动测试中，往往同时使用几台测量仪器，各仪器和传感器都应有接地线，如果接地点不同，如图 (a)所示，不同接地点之间易存在电位差U，该电位差会在接地回路中形成回路电流，这样在测量系统中就产生了噪声信号。,同轴电缆结构及电缆噪声的产生机理,压电加速度传感器的使用注意事项,设备状态检测与故障诊断,防止接地回路中产生噪声信号的办法是整个测量系统在一点接地，见图 (b)。此时由于没有接地回路，也就消除了回路电流和噪声信号接地点最好选在记录设备的输入端。安装时要将传感器和放大器对地

27、隔离，电气绝缘是传感器的简单隔离方法，应用绝缘螺栓和云母垫片将传感器与它所安装的构件绝缘。,压电加速度传感器的使用注意事项,设备状态检测与故障诊断,(5)传感器横向灵敏度的影响 横向灵敏度是指传感器受到垂直于主轴方向的横向加速度作用时的灵敏度。加速度传感器只有当振动沿其主轴方向发生时才会有信号输出，这是最理想的工作状态。也就是说，传感器最大灵敏度的方向应该与传感器的主轴重合，而垂直于主轴方向的振动不应使传感器产生信号输出。但是，任何加速度传感器都做不到这一点，这主要有以下几个方面的原因：压电材料性能的非均匀性；压电片表面粗糙或两个表面不平行；压电片表面有杂质或接触不良；,压电加速度传感器的使用

28、注意事项,设备状态检测与故障诊断,传感器安装不对称或安装基础不平。因此，传感器的最大灵敏度方向就不可能与主轴线完全重合。人们将传感器最大灵敏度在主轴线方向的投影称为主轴灵敏度，或基本灵敏度，简称灵敏度，而将最大灵敏度在垂直于主轴线方向的投影称为横向灵敏度，见下图。,传感器的横向灵敏度,压电加速度传感器的使用注意事项,设备状态检测与故障诊断,传感器的横向灵敏度是有方向性的，不同的方向，其横向灵敏度系数不同。根据这一特点，在装配传感器时，只要精细地调整两片压电片的相互位置，就可以起互相补偿的作用，从而使传感器的横向灵敏度最小。 横向灵敏度是测量误差的一个来源，为了减小横向灵敏度的影响，除尽量提高压

29、电元件的加工精度和传感器的装配精度以及调整压电片的相互位置外，在测量过程中正确选择传感器的安装方位是一个实用措施。如果使传感器的最小横向灵敏度方向与被测物体的横向振动方向一致，则可最大限度地降低横向灵敏度的影响，使测量误差减为最小。,压电加速度传感器的使用注意事项,设备状态检测与故障诊断,(6)传感器安装方式的影响 安装方式是影响测量结果的重要因素，因为不同的安装方式对传感器频响特性的影响是不同的。下表给出了加速度传感器的儿种常见的安装方式及各自的特点，以便安装时参考。,压电加速度传感器 安装方式及其特点,压电加速度传感器的使用注意事项,设备状态检测与故障诊断,压电加速度传感器的使用注意事项,

30、设备状态检测与故障诊断,压电加速度传感器的使用注意事项,设备状态检测与故障诊断,被测物体尺寸与材料的影响,设备状态检测与故障诊断,（1）被测物体性能的影响 在被测物体中电涡流场作用的深度由频率、材料导电率及导磁率决定。（2）被测物体尺寸的影响 探头线圈产生的磁场范围是一定的，在被测物体表面形成的涡流场也是一定的。试验表明，当被测面为平面时，以正对探头中心线的点为中心，被测面直径应当大于探头头部直径1.5倍以上；当被测体为圆轴而且探头中心线与轴心线正交时，一般要求被测轴直径为探头头部直径的3倍以上，否则灵敏度就会下降。一般当被测面大小与探头头部直径相同时，灵敏度会下降至70左右。另外，被测物体的

31、厚度也会影响测量结果。,被测物体尺寸与材料的影响,设备状态检测与故障诊断,（3）被测物体表面加工状况的影响 不规则的被测物体表面会给实际的测量值造成附加误差，特别是对于振动测量，这个附加误差信号与实际的振动信号叠加在一起，往往很难进行分离，因此被测物体表面应该光洁。通常对于振动测量表面粗糙度Ra要求在0.40.8um之间，一般需要对被测面进行珩磨或抛光；对于位移测量，由于指示仪表的滤波效应或平均效应，可稍放宽，一般表面粗糙度Ra不超过0.8 1.6um 。,被测物体尺寸与材料的影响,设备状态检测与故障诊断,（4）被测物体材料的影响 传感器特性与被测物体的电导率和磁导率有关，当被测物体为导磁材料

32、（如普通钢、结构钢等）时，由于磁效应和涡流效应同时存在，而且磁效应与涡流效应产生的磁场方向相反，要抵消部分涡流效应，使得传感器感应灵敏度降低；而当被测物体为非导磁或弱导磁材料（如铜、铝、合金钢等）时，由于磁效应弱，相对来说涡流效应要强，因此传感器感应灵敏度要高。,被测物体尺寸与材料的影响,设备状态检测与故障诊断,（5）被测物体表面镀层的影响 被测物体表面的镀层对传感器测量的影响，相当于改变了被测物体材料，镀层的材质不同，传感器灵敏度会发生变化。如果镀层均匀，且厚度大于涡流渗透深度，则将传感器按镀层材料重新校准，不会影响使用，否则应考虑镀层的影响。,被测物体尺寸与材料的影响,设备状态检测与故障诊

33、断,(6)被测物体表面残磁效应的影响 电涡流效应主要集中在被测物体表面，由于加工过程中形成的残磁效应，以及淬火不均匀、硬度不均匀、结晶结构不均匀等都舍影响传感器性能，AP1670标准推荐被测物体表面残磁不超过。0.5uT,当需要更高的测量精度时，应该用实际被测物体进行校准。,传感器探头的安装,设备状态检测与故障诊断,（1）各探头间距离 探头头部线圈中的电流会在头部周围产生磁场，因此在安装时要注意两个探头的安装距离不能太近，否则两探头之间会互相干扰，在输出信号上叠加两探头的差频信号，造成测量结果的失真，这种情况称之为相邻干扰。,各探头间的距离,传感器探头的安装,设备状态检测与故障诊断,相邻干扰与

34、被测物体的形状，探头的头部直径以及安装方式等有关。通常情况下探头之间的最小距离见下表 。,各种型号探头之间最小距离,单位：mm,传感器探头的安装,设备状态检测与故障诊断,（2）探头与安装面之间的距离 探头头部发射的磁场在径向和轴向上都有一定的扩散。因此在安装时，就必须考虑安装面金属导体材料的影响，应保证探头的头部与安装面之间不小于一定的距离，工程塑料头部要完全露出安装面，否则应将安装面加工成平底孔或倒角，其具体要求见下图。,探头头部与安装面的距离,传感器探头的安装,设备状态检测与故障诊断,（3）探头安装支架选择 实际的测量值是被测物体相对于探头的相对值，而需要的测量结果是被测体相对于其基座的，

35、因此探头必须牢固地安装在基座上，通常需要用安装支架来固定探头。对于不同的测量要求和不同的结构，安装支架的形状和尺寸多种多样。机器内部探头安装支架 在机器内部安装探头，对规格要求比较灵活。内部安装探头时通常采用角型支架，但在设计加工角型支架时，应保证支架的刚度，否则会由于支架的振动造成附加误差（见下图）。,传感器探头的安装,设备状态检测与故障诊断,探头安装支架的影响,传感器探头的安装,设备状态检测与故障诊断,另一种常见的机器内部探头安装支架见下图。这种支架的结构便于调整探头安装间隙：当探头与被测面间隙调整到合适位置时，拧紧固定螺栓，即可将探头安装间隙锁定。这种安装支架还可有效地防止由于振动而造成

36、的探头松动。,内部探头安装支架,传感器探头的安装,设备状态检测与故障诊断,机器外部探头安装支架如下图所示，采用专用的安装支架组件通过机器的外壳（如轴承盖）将探头固定，这种安装的好处是不必打开机壳就可以调整探头安装间隙、拆卸或者更换探头，另外这种专用的安装支架可以起到电缆密封保护作用，不需另外的电缆密封装置。轴向位移通常采用双探头同时测量，当两探头并列测量同一轴端面时，可以采用类似于如图示的双探头安装支架组件通过机器的外壳将探头固定。这种支架组件的结构可以在机器外面分别调整每个探头的安装间隙、拆卸或者更换探头，这种装置同样也能起到电缆密封保护作用，不需另外的电缆密封装置。,传感器探头的安装,设备

37、状态检测与故障诊断,机器外部双探头安装支架,采样间隔与频率混淆,设备状态检测与故障诊断,采样的基本问题是如何确定合理的采样时间间隔t以及采样长度，以保证采样所得的数字信号能真实地代表原来的连续信号。时间间隔t越小，离散化后的信号越能代表原模拟信号，当t 0时，时间离散信号与原模拟信号几乎没有差别。因此，从减小采样误差的角度出发，希望t越小越好。然而， t取得越小，相同时间长度段内取样个数越多，所需的计算机存储量和计算量就越大，后续信号分析工作量相应地也越大，即希望t越大越好；但反过来若t取得过大，会发生所谓的“频率混淆效应”。,采样间隔与频率混淆,设备状态检测与故障诊断,从时域上看，采样信号是

38、由频率和振幅均不同的两个信号x1(t)和x2(t)组合而成，如果只在t1，t2，t3，t4点进行采样，就不能把x1(t)和x2(t)区别开来，这就是频率混淆效应。,Shannon采样定理给出了信号采样时应遵循的原则：,频率混淆的时域说明,数据采集器的主要性能指标,设备状态检测与故障诊断,1.采样频率 指采集器采集数据的快慢，单位为Hz，其值越大越好。2.通道数 指采集器可同时记录的信号路数，一般为1、2、4、8。3.信号输入 指采集器所能采集的最大信号幅值，分为电压和电流两种。4.分辨力 指采集器感知信号幅值微小变化的能力，取决于A/D芯片的位长。,数据采集器的主要性能指标,设备状态检测与故障

39、诊断,5.信噪比 是决定采集器动态范围的指标，单位为dB6.存储容量 采集器所能容纳的数据多少，一般指采集器的基本内存。7.输入输出阻抗 是采集器与其他仪器相联时需要考虑的指标，要求输入阻抗尽量大些，而输出阻抗尽量小些。,数据采集器的主要类型,设备状态检测与故障诊断,（1）同步采集 指采集器所采集的是发生在同一时刻的多路信号，如图所示的t1、t2、t3等时刻，这样，多路信号之间没有时间上的超前与滞后，也就不会产生相位差。在测定系统的传递函数以及两路信号的互相关系等应用时，要求进行同步采集。,同步采集示意图,数据采集器的主要类型,设备状态检测与故障诊断,（2）巡步采集 是采集器依次采集各路信号，各路采集结果之间因有时间上的超前与滞后而存在相位差，见图。大多数应用场合只要求这种形式的采集。在具体实现上，同步采集比巡回采集更困难，因而成本也相对较高。,巡回采集示意图,