刘林 卓微科技
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1.2 FFT频谱分析
快速傅里叶变换(FFT)是另一种有用的观察振动信号的方法。用非数学术语来通俗解释，原始的时域振动信号被分解成不同分量频率下的振幅。例如，下图9显示了一台电机（左）通过联轴器连接变速箱（右）的设备，机器的每一部件都有与之相关联的信号频率。
以简化的形式表示机组，电机有一个轴和两个轴承。变速箱有几个轴和齿轮组。图中的每个组件都以一定的、单独的速率振动。通过使用数学公式FFT来处理振动信号，我们可以区分几种不同的速率，并确定哪个速率的振动与哪个分量一致。
图9 不同部件（故障）振动信号对应着不同的频率
图10 一个FFT频谱的示例
例如，我们在1hz测量信号的振幅，然后再次在2hz，等等，直到我们有一个信号中包含的每个频率的值列表。然后在频率尺度上绘制这些值或振幅。把这些振动幅点连接后，所得到的图被称为FFT频谱。
FFT频谱是一个非常有用的工具。如果存在机械问题，FFT频谱会提供信息来帮助确定问题的位置。此外，频谱可以帮助确定问题的原因和阶段。根据经验，我们了解到某些机械问题会在一定的频率下发生。因此，我们可以通过寻找特定频率范围内的振幅变化来确定问题的原因。
除了时间波形和FFT频谱外，振动信号还可以通过其他类型的信号处理方法进行分析，以确定特定的设备问题和状态。通过多种处理方法来处理振动信号也提供了更多的方法来分析信号和测量偏离“正常值”的偏差。下一节包含可选择的处理方法的示例。
1.3 包络或解调检测
重复的滚动轴承滚动和齿轮啮合会产生比转子引起的振动（如平衡、对中）和结构振动信号要低得多的振幅但频率远高得多的振动信号。
包络或解调信号处理的目的，因为它与轴承有关，是滤掉低频旋转振动信号，增强轴承缺陷频率范围内发生的轴承缺陷信号的重复分量。包络检测Z常用于滚动轴承和齿轮啮合分析，其中与故障相关的低振幅、重复的振动信号通常被机器必然有的旋转振动和结构振动噪声淹没。
例如，当滚动轴承在其外圈上产生缺陷时，轴承的每个滚动元件在接触时会产生冲击。这种冲击会以轴承的缺陷频率为周期产生一个小的重复振动信号。然而，这个重复的振动信号的能量非常低，以至于它在机器的其他旋转和结构振动噪声中丢失。
类似的，您可以敲铃而产生铃声，此铃声类似于轴承中的滚动元件遇到轴承缺陷时发生的声音。然而，与敲钟不同的是，你不能听到轴承上的声间，因为它可能会被机器的其他声音所掩盖，或者它会以人的耳朵无法检测到的频率发生。
这种检测方法被证明非常成功，特别是对以上类型的机械故障：滚动轴承故障、齿轮齿有缺陷、电机/定子问题等，都是包络技术的应用。
图11 轴承外圈缺陷的包络谱和时间波形
包络检测过滤掉低频旋转信号，增强轴承的重复冲击类型信号，以关注轴承缺陷频率范围内的重复事件。（例如，重复的轴承和齿轮振动信号）
图12 剥落（外部缺陷）
1.4 相位测量
相位是一种测量方法，而不是一种信号处理方法。相位测量旋转轴上的已知标记与轴的振动信号之间的角度差值。这种关系提供了关于振动振幅水平、轴心轨迹和轴位置的有价值的信息，并且对于平衡和某些分析非常有用。
1.5 高频检测(HFD)
高频检测(HFD)提供了轴承问题的早期预警。HFD处理方法显示了发生小缺陷时所产生的高频振动在高频带通(5kHz到60kHz)内的数值、总体值。该检测传感器的谐振频率用于放大由小缺陷的冲击而产生的微弱信号。由于其高频范围，HFD测量是由一个加速度计测?，显示单位为G。HFD测量可以显示为峰值或RMS总值。
1.6 其他传感器共振技术
还有多种类似于HFD的使用传感器谐振来获得测量值的技术。传感器谐振技术利用传感器的谐振频率来放大轴承缺陷范围内的信号。这些技术增强了轴承缺陷引发的重复信号，从而反映轴承的状况。Z终系统提供一个总体值的读数，，该数字表示系统受到的冲击能量（通过对数增强）。
随着振动分析的发展，传感器谐振技术的使用越来越少。相反，使用包络或解调处理，因为它们允许在监控系统中具有更大的灵活性。例如，谐振技术要求使用完全相同，特别标定的加速度计（以保证有一致的谐波频率）。
2.在线测量对比离线测量
一般来说，有两种类型的测量过程：在线和离线。在线情况下获取数据需要永久安装传感器、电缆、多路复用设备和一个用于数据存储的计算机。
根据用户定义的收集周期，从机器中连续获取在线测量。在线数据收集的好处是巨大的，在线数据采集允许状况监测和维护部门集中精力放在纠正措施和系统修改上，以更容易诊断问题。此外，永久安装的传感器不会中断制造过程，数据是可重复的和准确的。在线系统的缺点是初始成本。重要的是要记住，一个在线系统的投资回报通常是在相对较短的时间内实现的。
离线测量系统类似于基于巡检的采集程序。在基于巡检的采集集流程中，用户定义了测量类型和要分析的机械设备，建立基于工厂中设备的路线图或路线。然后，他/她按照开发的路线采集所需的数据。
此外，离线采集需要手持式分析仪、布线和传感器。不幸的是，它需要有大量的时间来收集基于巡检路径的数据。它还需要来自维护或状态监控部门的人员或机器操作员。另一方面，离线测量方法的成本相对较低。
一旦您决定开发一个基于状态的监测方式，就必须遵循一个标准的流程来诊断、记录和解决工厂的问题。标准的建立是为了帮助您开发一个有效的状况监测解决方案。
3.标准的振动诊断表
以下章节包含与振动监测有关的标准。这些标准是制定状况监测计划的基础。此外，它们还将与制造商建议的特定机器和行业的可接受性水平一起使用。许多行业或机器类型的标准也可以通过状态监测或振动监测公司获得。
4.频谱分析表
下面包含了在振动领域内的常见问题的列表。此外，它还包含了一个关于用于诊断问题的测量类型、建议的振动特征和这些特征的相位关系的一般指南。
将此作为通用参考图表来开发你的状况监测方案。制造商的参考标准也是可用的。请联系他们得到进一步的建议和相关行业标准。
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