医学专题一冲击脉冲和振动的区别(XX年10月).ppt

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1、 Copyright BMA Advanced Instrument Ltd.振动和冲击振动和冲击(chngj)(chngj)(chngj)(chngj)脉冲的区别脉冲的区别第一页，共二十一页。振动和冲击振动和冲击(chngj)脉冲的区别脉冲的区别一、振动和脉冲的概念：一、振动和脉冲的概念：1、振动的概念、振动的概念 机械或结构在平衡位置附近的往复运动机械或结构在平衡位置附近的往复运动;广义地说，广义地说，任何物理量交替增减变化的现象都叫做振动。任何物理量交替增减变化的现象都叫做振动。2、脉冲的概念、脉冲的概念 脉搏的跳动产生的冲击波。脉冲的定义其实是这样的脉搏的跳动产生的冲击波。脉冲的定义其

2、实是这样的:电电压或电流压或电流(dinli)的波形象心电图上的脉搏跳动的波形。的波形象心电图上的脉搏跳动的波形。第二页，共二十一页。二、振动和脉冲的区别二、振动和脉冲的区别1、振动和脉冲产生的原因不同？、振动和脉冲产生的原因不同？1）冲击脉冲信号的产生）冲击脉冲信号的产生 冲击脉冲是在刚性材料中传播的一种弹性波，是刚性物体冲击脉冲是在刚性材料中传播的一种弹性波，是刚性物体之间（如钢）相互碰撞之间（如钢）相互碰撞(pn zhun)的结果。由于碰撞的结果。由于碰撞(pn zhun)的的原因，冲击点处的材料分子受到加速度作用，并通过靠近冲原因，冲击点处的材料分子受到加速度作用，并通过靠近冲击点的材

3、料分子传递至周围的分子中，直到形成一个特性波击点的材料分子传递至周围的分子中，直到形成一个特性波（我们称为前导波）。（我们称为前导波）。第三页，共二十一页。若碰撞点上的材料足够坚硬且碰撞发生在极短的时间段内，若碰撞点上的材料足够坚硬且碰撞发生在极短的时间段内，则会生成非常强烈的前导则会生成非常强烈的前导(qindo)波，且该波在材料中以声速波，且该波在材料中以声速传播。如图传播。如图1所示。前导波在钢中的传播速度通常为所示。前导波在钢中的传播速度通常为5000m/s，持续的时间一般为几微秒到几十微秒。，持续的时间一般为几微秒到几十微秒。图图1：弹性波前的产生为点对点碰撞：弹性波前的产生为点对点

4、碰撞(pn zhun)的结果的结果 前导波第四页，共二十一页。2）、）、振动振动(zhndng)信号的产生信号的产生振动是物体受到外力的作用，在外力作用下做功，并将能量进振动是物体受到外力的作用，在外力作用下做功，并将能量进行传递一种形式，它是一种受到外力作用后的一种效果体现。行传递一种形式，它是一种受到外力作用后的一种效果体现。假如不考虑阻尼的作用，物体必将持续运动假如不考虑阻尼的作用，物体必将持续运动(yndng)。现实生活。现实生活中，阻尼必然存在，所以，物体的振动必将受到持续外力的激中，阻尼必然存在，所以，物体的振动必将受到持续外力的激励才能持续的振动。阻尼的大小决定振动的类型和大小。

5、励才能持续的振动。阻尼的大小决定振动的类型和大小。第五页，共二十一页。3）、振动和脉冲产生）、振动和脉冲产生(chnshng)的先后顺序和关系的先后顺序和关系小钢球撞击小钢球撞击(zhungj)铁棒的铁棒的试验试验撞击撞击(zhungj)首先产生脉冲信号首先产生脉冲信号-红色部红色部分分铁棒接收到冲击后转铁棒接收到冲击后转换成运动形式换成运动形式-振动振动由于持续的激励，振动和脉冲由于持续的激励，振动和脉冲信号叠加在一起信号叠加在一起第六页，共二十一页。冲击脉冲只传播于坚硬材料（如钢）中，具有非常冲击脉冲只传播于坚硬材料（如钢）中，具有非常(fichng)急剧的上急剧的上升和下降时间的弹性波，

6、在整体材料中的传播速度为音速（一般为升和下降时间的弹性波，在整体材料中的传播速度为音速（一般为5000m/s）。冲击脉冲生成于相碰撞的两个物体的接触点，如）。冲击脉冲生成于相碰撞的两个物体的接触点，如滚动体撞击滚道上剥落处的尖锐边缘，滚动体撞击滚道上剥落处的尖锐边缘，持续的时间一般为几微持续的时间一般为几微秒到几十微秒秒到几十微秒。冲击脉冲的频率组成范围非常宽，包含很多高频。冲击脉冲的频率组成范围非常宽，包含很多高频能量；能量；由于上面的原因，我们通过振动来分析冲击信号，根本没有由于上面的原因，我们通过振动来分析冲击信号，根本没有可能，分析的信号仅仅是振动的信号，因为振动传感器的响可能，分析的

7、信号仅仅是振动的信号，因为振动传感器的响应范围一般在应范围一般在10KHz左右，高频信号丢失；左右，高频信号丢失；如设备不平衡所产生的机械波，并不属于冲击脉冲，不含有如设备不平衡所产生的机械波，并不属于冲击脉冲，不含有高频能量，是典型的振动波；高频能量，是典型的振动波；冲击脉冲的幅值与冲击瞬间的相对速度成正比。冲击脉冲的幅值与冲击瞬间的相对速度成正比。第七页，共二十一页。三、脉冲信号三、脉冲信号(xnho)的捕捉方式的捕捉方式问题一：问题一：前面我们说到，脉冲信号持续前面我们说到，脉冲信号持续(chx)时间很短，持续时间很短，持续(chx)的时的时间一般为间一般为几微秒到几十微秒几微秒到几十微

8、秒，这么短的时间必然带来一个问题，这么短的时间必然带来一个问题-如如何保证前后冲击信号这间不互相叠加和干扰？何保证前后冲击信号这间不互相叠加和干扰？为了解释这个问题，我们来做一个试验：为了解释这个问题，我们来做一个试验：我们用一支(y zh)钢笔敲击杯子,会产生嗡嗡的声音;连续敲击就产生叠加的声音信号如果我们敲击1次,马上用手抓住杯子,声音就马上消失第八页，共二十一页。通过这个试验通过这个试验,我们知道避免前后冲击信号的干扰我们知道避免前后冲击信号的干扰,必须在硬件上必须在硬件上做处理做处理.这也是为什么脉冲和振动这也是为什么脉冲和振动(zhndng)传感器不能互换的原因之传感器不能互换的原因

9、之一。一。振动传感器既用来采集振动信号又采集脉冲信号是不可能的。振动传感器既用来采集振动信号又采集脉冲信号是不可能的。第九页，共二十一页。问题二问题二脉冲是一个高频的信号，高频信号一般能量很低，如何脉冲是一个高频的信号，高频信号一般能量很低，如何(rh)捕捉到这捕捉到这样的信号？样的信号？第十页，共二十一页。脉冲传感器工作频率设定在脉冲传感器工作频率设定在32KHz共振峰处，不同于振动传感器共振峰处，不同于振动传感器设在振动传感器灵敏度曲线直线段部分，一般设在振动传感器灵敏度曲线直线段部分，一般(ybn)频率范围在频率范围在1-10KHz。冲击脉冲利用共振效应来取信号，这样可以将信号放大冲击脉

10、冲利用共振效应来取信号，这样可以将信号放大5-7倍，倍，确保可以抓到可靠信号。确保可以抓到可靠信号。前提是共振，前提是共振，如何保证脉冲传感器能在如何保证脉冲传感器能在32KHz发生共振至关重要。发生共振至关重要。第十一页，共二十一页。时域中上升和下降持续时间短的强烈脉冲频域中包含很宽高能量的频率成分能量频率时间幅值傅里叶变换前面我们讲过，脉冲信号持续时间很短，在时域中相当于一根线。如上左图所示。前面我们讲过，脉冲信号持续时间很短，在时域中相当于一根线。如上左图所示。对这样的信号进行傅里叶变换，根据数学上的斯托克斯定律，就能看到如上右图所示的频对这样的信号进行傅里叶变换，根据数学上的斯托克斯定

11、律，就能看到如上右图所示的频谱，在这个频谱图中包含几乎谱，在这个频谱图中包含几乎(jh)所有的频率成分，当然也包含所有的频率成分，当然也包含32KHz频率成分，必然频率成分，必然激起冲击脉冲传感器发生共振。激起冲击脉冲传感器发生共振。第十二页，共二十一页。时域中上升和下降时域中上升和下降(xijing)(xijing)持续时间较长的轻微脉持续时间较长的轻微脉冲冲频域中包含较少高频能量的频率频域中包含较少高频能量的频率(pnl)(pnl)成分成分幅值 能量 时间 频率 傅里叶变换(binhun)轻微脉冲，进行傅里叶变换后，频域中不含高频率能量成分，也就不可能激起传感器共振，也就轻微脉冲，进行傅里

12、叶变换后，频域中不含高频率能量成分，也就不可能激起传感器共振，也就抓不到放大的信号。抓不到放大的信号。第十三页，共二十一页。问题三问题三反过来，脉冲传感器可以用来做振动分析吗？反过来，脉冲传感器可以用来做振动分析吗？答案是否定的，为了说明这个答案是否定的，为了说明这个(zh ge)问题，我们看一下脉冲信号的问题，我们看一下脉冲信号的处理过程：处理过程：第十四页，共二十一页。信号进行1次带通滤波，过滤掉低频的信号0半波整流0包络处理0共振捕捉(bzhu)的信号由于信号由于信号(xnho)中的低频率信号中的低频率信号(xnho)被过滤，所以如设备不平衡、不对中信号被过滤，所以如设备不平衡、不对中信

13、号(xnho)、松动等信号、松动等信号(xnho)被彻底拿掉了，所以脉冲信号被彻底拿掉了，所以脉冲信号(xnho)不能分析普通振不能分析普通振动的问题。动的问题。第十五页，共二十一页。问题四问题四冲击冲击(chngj)脉冲信号能做什么分析？脉冲信号能做什么分析？我们通过对轴承滚动体和滚道间相互作用的研究，我们发现即我们通过对轴承滚动体和滚道间相互作用的研究，我们发现即使在状况非常良好的轴承中，每秒内也会产生上百次的冲击脉冲，使在状况非常良好的轴承中，每秒内也会产生上百次的冲击脉冲，这些冲击脉冲正是源自所有滚动轴承中极小的微米级的碰撞。这些冲击脉冲正是源自所有滚动轴承中极小的微米级的碰撞。在健康

14、、润滑在健康、润滑(rnhu)良好的轴承中，只有粗糙表面中最高的凸起良好的轴承中，只有粗糙表面中最高的凸起会产生接触（贯穿油膜），所以会产生相对来说比较低幅的冲击脉会产生接触（贯穿油膜），所以会产生相对来说比较低幅的冲击脉冲；而在润滑冲；而在润滑(rnhu)较差的轴承中，重复率和幅值都会增高。我们还较差的轴承中，重复率和幅值都会增高。我们还发现滚道或滚动体有损坏的轴承会产生很高幅值的冲击脉冲，其重发现滚道或滚动体有损坏的轴承会产生很高幅值的冲击脉冲，其重复率取决于轴承的几何参数和轴的转速。冲撞所产生的冲击脉冲的复率取决于轴承的几何参数和轴的转速。冲撞所产生的冲击脉冲的力量和碰撞物体间的相对速度

15、有关。以滚动轴承为例，生成的冲击力量和碰撞物体间的相对速度有关。以滚动轴承为例，生成的冲击脉冲的幅值和滚动体的速度成正比。脉冲的幅值和滚动体的速度成正比。第十六页，共二十一页。 通过通过40多年大量的实践证明，冲击脉冲来诊断滚动轴承故障具有振动无法比拟的优势。多年大量的实践证明，冲击脉冲来诊断滚动轴承故障具有振动无法比拟的优势。（1）比振动提前预知滚动轴承的故障，因为冲击脉冲共振放大的作用；）比振动提前预知滚动轴承的故障，因为冲击脉冲共振放大的作用；（2）能诊断滚动轴承的故障，而且可以诊断润滑的状况；见动画。）能诊断滚动轴承的故障，而且可以诊断润滑的状况；见动画。（3）诊断齿轮箱滚动轴承故障更

16、清晰。因为齿轮箱上齿轮的啮合）诊断齿轮箱滚动轴承故障更清晰。因为齿轮箱上齿轮的啮合(nih)振动信号很强，振动信号很强，常常把滚动轴承的振动信号淹没掉。冲击脉冲把齿轮的啮合常常把滚动轴承的振动信号淹没掉。冲击脉冲把齿轮的啮合(nih)信号过滤掉，只保留信号过滤掉，只保留滚动轴承的信号，分析起来更容易。滚动轴承的信号，分析起来更容易。第十七页，共二十一页。问题五问题五为什么设定冲击脉冲传感器共振频率为为什么设定冲击脉冲传感器共振频率为32KHz？冲击脉冲传感器包含黄铜棒和带通滤波器的设计，确保每个传感冲击脉冲传感器包含黄铜棒和带通滤波器的设计，确保每个传感器都在器都在32KHz发生共振。由于冲击

17、脉冲包含很宽范围的频率信号，发生共振。由于冲击脉冲包含很宽范围的频率信号，其中必然含有触发传感器振动的其中必然含有触发传感器振动的32KHz频率成分，这样频率成分，这样(zhyng)冲冲击脉冲传感器在接触冲击脉冲时由于共振放大的作用，使得传击脉冲传感器在接触冲击脉冲时由于共振放大的作用，使得传感器反应很明显。感器反应很明显。第十八页，共二十一页。所有冲击脉冲传感器都经过一致校准，在接触冲击脉冲时，能所有冲击脉冲传感器都经过一致校准，在接触冲击脉冲时，能具有完全同等的性能，即幅值和衰减时间都是一致的，且所有具有完全同等的性能，即幅值和衰减时间都是一致的，且所有传感器几乎完全相同。这也振动传感器做

18、不到的主要原因，我传感器几乎完全相同。这也振动传感器做不到的主要原因，我们都知道每个振动传感器都有自己的灵敏度，需要单独设置。们都知道每个振动传感器都有自己的灵敏度，需要单独设置。与使用标准振动传感器的振动包络技术比较，由于其技术是与使用标准振动传感器的振动包络技术比较，由于其技术是基于设备自身的结构共振频率，不同设备结构共振频率差异基于设备自身的结构共振频率，不同设备结构共振频率差异很大，所以当振动传感器接触冲击脉冲时，其性能表现特征很大，所以当振动传感器接触冲击脉冲时，其性能表现特征非常不明显。非常不明显。32KHz的共振频率是个最佳的共振频率是个最佳(zu ji)的折中办法，因为其大于由

19、的折中办法，因为其大于由不平衡、不对中和齿轮啮合所产生的干扰性低频信号的频率，不平衡、不对中和齿轮啮合所产生的干扰性低频信号的频率，又也低于设备所产生的超声段频率信号。这是我们设置又也低于设备所产生的超声段频率信号。这是我们设置32KHz的主要原因。的主要原因。第十九页，共二十一页。 Copyright BMA Advanced Instrument Ltd.At your 第二十页，共二十一页。内容(nirng)总结。由于碰撞的原因，冲击点处的材料分子受到加速度作用，并通过靠近冲击点的材料分子传递至周围的分子中，直到形成一个特性波（我们称为前导波）。若碰撞点上的材料足够坚硬且碰撞发生在极短的时间段内，则会生成非常强烈的前导波，且该波在材料中以声速传播。前导波在钢中的传播速度通常(tngchng)为5000m/s，持续的时间一般为几微秒到几十微秒。3）、振动和脉冲产生的先后顺序和关系第二十一页，共二十一页。