設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)主講人：林英志學(xué)習(xí)目標(biāo)：如果沒有狀態(tài)監(jiān)測(cè)的各種軟、硬件，那么，即使是故障診斷專家也只是“巧婦難為無米之炊”。本章將簡(jiǎn)介狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟、硬件知識(shí)，要求了解傳感器的性能指標(biāo)，掌握加速度傳感器的安裝方式，了解數(shù)據(jù)采集器、濾波器、專家系統(tǒng)、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等的基本知識(shí)。第十一章狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟、硬件

知識(shí)簡(jiǎn)介第一節(jié)傳感器

一、概述傳感器是感受物體運(yùn)動(dòng)并將物體的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)的一種靈敏的換能元件，是診斷裝置的“眼”和“耳”。測(cè)量壓力的儀器可分為壓力表及壓力傳感器兩大類；流量測(cè)試儀器包括節(jié)流（壓差）式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、靶式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、計(jì)量馬達(dá)式流量計(jì)；振動(dòng)測(cè)試儀器包括壓電式加速度傳感器、電容式振動(dòng)傳感器、渦流式振動(dòng)傳感器；噪聲測(cè)試儀器主要有聲級(jí)計(jì)。傳感器的性能指標(biāo)

靈敏度它是指沿傳感測(cè)量方向，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之比，一般在某一指定頻率范圍內(nèi)測(cè)得。動(dòng)態(tài)范圍當(dāng)輸入和輸出信號(hào)保持線性關(guān)系時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)的變化范圍稱動(dòng)態(tài)范圍。頻響特性表示傳感器在不同頻率下輸出響應(yīng)對(duì)輸入信號(hào)的比值。相移是指?jìng)鞲衅麟妷狠敵鲂盘?hào)與輸入信號(hào)的相位滯后量。橫向靈敏度由于工藝、材料、設(shè)計(jì)等原因，傳感器在被測(cè)物體的非測(cè)量方向上也會(huì)有信號(hào)輸出，影響所測(cè)信號(hào)，橫向靈敏度應(yīng)盡量小。環(huán)境條件每一種傳感器都有它適用的環(huán)境條件，如溫度、濕度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、輻射場(chǎng)、聲場(chǎng)等。其它如重量、尺寸、大小等都應(yīng)考慮具體使用條件。設(shè)備故障診斷最常用的振動(dòng)傳感器主要有位移探測(cè)器、速度傳感器、加速度計(jì)三種型式。常用的速度傳感器為具有彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)的磁電式傳感器，它測(cè)量的是機(jī)器相對(duì)于地面的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此又稱為慣性式或地震式傳感器。加速度傳感器，特別是壓電式加速度傳感器，由于其體積小、重量輕、頻率范圍寬等特點(diǎn)，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械及往復(fù)機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷中應(yīng)用十分廣泛。二、加速度傳感器

1．工作原理2．壓電晶體3．壓電加速度計(jì)的主要特性靈敏度頻響特性線性范圍其它特性★

橫向靈敏度

★

溫度效應(yīng)與時(shí)間效應(yīng)

★

電纜噪聲

★

漏電效應(yīng)

★

噪聲輸出4．安裝與使用

⑴安裝方式

圖（a）是用雙頭鋼制螺栓固定，為測(cè)試效果最理想安裝方法。被測(cè)物體與傳感器可看成整體，因而共振頻率與其它方式相比為最高，可承受最大加速度，適于沖擊測(cè)量。圖（b）是用絕緣螺栓固定，需要電氣絕緣時(shí)使用。其共振頻率略低于圖（a）方式，承受的負(fù)荷加速度大。圖（c）是靠永久磁鐵固定，便于裝拆和現(xiàn)場(chǎng)使用。其共振頻率中等，承受的負(fù)荷加速度中等（<200g），使用溫度<150℃。圖（d）是用滲臘層粘結(jié)，其共振頻率較高，承受的負(fù)荷加速度小，不宜在高溫下使用。圖（e）是用粘結(jié)劑固定，如502膠或環(huán)氧樹脂連接，其共振頻率低（<5000Hz），承受的負(fù)荷加速度小。用手持探針測(cè)量，其共振頻率最低（<1000kHz），負(fù)荷加速度也小，特點(diǎn)是使用方便。傳感器常用安裝方法及特點(diǎn)磁座使用方便而性能適中，是最常用的方法⑵加速度傳感器的選擇與使用加速度傳感器選擇的主要因素包括精確性，適當(dāng)?shù)氖褂?、安裝。具體而言，選用加速度傳感器時(shí)應(yīng)考慮下列指標(biāo)：靈敏度通常為100mV/g或250mV/g，也有10mV/g和1000mV/g的加速度計(jì)。頻率范圍一般加速度計(jì)使用頻率范圍為1Hz-10kHz，共振頻率通常為20-30kHz，使用范圍的上限一般為共振頻率的1/3，其測(cè)量誤差<1dB。測(cè)量范圍通常的測(cè)量范圍為0.1-100g與電荷放大器的配置傳感器安裝點(diǎn)傳感器應(yīng)避免安裝在高溫、潮濕以及有腐蝕氣體的環(huán)境。接地應(yīng)使測(cè)量系統(tǒng)在一點(diǎn)接地，也可采用絕緣螺栓及安裝面加絕緣片等措施。5．加速度計(jì)的標(biāo)定加速度傳感器經(jīng)使用一段時(shí)間后應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定以保證其測(cè)試的精確可靠。⑴絕對(duì)法⑵比較法第二節(jié)數(shù)據(jù)采集器設(shè)置采集器回收數(shù)據(jù)建立參數(shù)庫(kù)數(shù)據(jù)分析打印報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量單片計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電荷放大傳感器積分共振解調(diào)程控放大抗混濾波A/D轉(zhuǎn)換速度位移鍵盤通訊模塊電源顯示器積分?jǐn)?shù)采器原理框圖在數(shù)據(jù)采集器內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器是設(shè)備的關(guān)鍵，它將連續(xù)的模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，即量化過程，使之變成微機(jī)能接受的二進(jìn)制數(shù)，以進(jìn)一步用于處理、顯示、記錄等。下面是典型數(shù)據(jù)采集器的性能指標(biāo)：A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率目前A/D的分辨率有8位、10位、12位，有的達(dá)16位或更高，為求得高分辨率，需提高A/D的位數(shù)，隨著位數(shù)的增加，信噪比也不斷提高。頻率范圍

0-20kHz或0-40kHz。頻率分辨率

100，200，400，800，1600，3200，或更高（譜線）。存貯器內(nèi)存

256kB-1MB，目前可以更大。動(dòng)態(tài)范圍

70dB。通道數(shù)

1-4。功能可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、譜分析、數(shù)據(jù)分析、動(dòng)平衡等。數(shù)據(jù)采集器的性能指標(biāo)濾波器未濾波的原始信號(hào)濾波后的信號(hào)高通濾波低通濾波帶通濾波帶阻濾波第三節(jié)專家系統(tǒng)

一、專家系統(tǒng)概述“專家系統(tǒng)（ExpertSystem，簡(jiǎn)稱ES）是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序，它利用知識(shí)和推理過程來解決那些需要大量的人類專家知識(shí)才能解決的復(fù)雜問題。所用的知識(shí)和推理過程可認(rèn)為是最好的領(lǐng)域?qū)＜业膶ｉT知識(shí)的模型”。一般將專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員稱知識(shí)工程師（KnowledgeEngineer），將參加專家系統(tǒng)開發(fā)的人類專家稱為領(lǐng)域?qū)＜遥―omainExpert）。二、建立專家系統(tǒng)的目的和任務(wù)建立專家系統(tǒng)的主要目的就是為了保存和推廣人類專家的寶貴知識(shí)。建立專家系統(tǒng)的一個(gè)主要任務(wù)就是形式化表達(dá)人類專家的專門知識(shí)。三、專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)程序的區(qū)別專家系統(tǒng)的目標(biāo)是獲取和使用人類專家的啟發(fā)性知識(shí)，傳統(tǒng)程序的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一組算法。其中最基本的區(qū)別是在于專家系統(tǒng)以知識(shí)為處理對(duì)象，而傳統(tǒng)程序是以數(shù)據(jù)為處理對(duì)象，因此，專家系統(tǒng)注重知識(shí)表示和推理方法，而傳統(tǒng)程序則強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。如果傳統(tǒng)程序的結(jié)構(gòu)可表示成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法=程序那么，專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為知識(shí)+推理=專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)傳統(tǒng)程序知識(shí)的表示和使用數(shù)據(jù)的表示和使用作出決定計(jì)算結(jié)果基于啟發(fā)式基于算法符號(hào)推理數(shù)值計(jì)算能處理信息的不確定性不能能處理信息的不完全性需要全部信息能提供解釋不能控制和知識(shí)分離控制和知識(shí)混合四、專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)稱為專家系統(tǒng)的核心。

專家系統(tǒng)的基本構(gòu)成設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CAN/485Network1-8sensors(Vibration,rpm,&etc.)1-256Netmonitor...計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)第四節(jié)網(wǎng)絡(luò)化在線監(jiān)測(cè)與故障診斷DCS系統(tǒng)/MIS系統(tǒng)電話語(yǔ)音服務(wù)互連網(wǎng)Internet大型在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用復(fù)雜維護(hù)困難價(jià)格太高模擬式在線儀表功能過于簡(jiǎn)單只能現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)不能診斷老式在線技術(shù)的缺點(diǎn)-在線監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)數(shù)字化-抗干擾、低成本硬件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化-易于安裝維護(hù)軟件中文組態(tài)-設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單快速兩種網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)方式

傳感器調(diào)理模塊

DCS系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)采器計(jì)算機(jī)振值遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)-可遠(yuǎn)程輸出振值(真有效值)和報(bào)警信號(hào)振動(dòng)調(diào)理模塊

NETMONITOR設(shè)備振動(dòng)保護(hù)；現(xiàn)場(chǎng)儀表盤上的振值監(jiān)測(cè)；遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)連續(xù)監(jiān)測(cè)；在已有工控系統(tǒng)中增加振動(dòng)監(jiān)測(cè)功能（如DCS系統(tǒng)）；作為電荷放大積分器用于通用振動(dòng)測(cè)量主要用途：振動(dòng)調(diào)理模塊-NETMONITOR輸入：壓電加速度傳感器振值輸出: 0-5V靜態(tài)電壓

4-20mA

靜態(tài)電流真有效值測(cè)量波形輸出（+5V電壓）：加速度速度位移狀態(tài)輸出：超限報(bào)警（TTL）其它特點(diǎn)與規(guī)格：振值輸出,可選加速度、速度和位移的真有效值、等效峰值或峰峰值振值超限開關(guān)量輸出(TTL電平)，可外接聲光報(bào)警系統(tǒng)加速度、速度和位移動(dòng)態(tài)波形輸出，可接示波器、分析儀診斷設(shè)備故障可配接模擬量數(shù)據(jù)采集模塊和Windows工控組態(tài)軟件做遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)測(cè)振值輸出可選單參數(shù)型或三參數(shù)型電源和振值超限LED指示

24V直流供電，本安型防爆輸出有短路/開路保護(hù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)端子外殼頻率范圍:10Hz~20KHz

工作溫度：0~50oC

測(cè)量精度：5%

體積：258075mm監(jiān)測(cè)診斷型網(wǎng)絡(luò)數(shù)采器-N1:-兼具振值監(jiān)測(cè)和波形診斷功能主要特點(diǎn)：可分析振動(dòng)趨勢(shì)配故障診斷專家系統(tǒng)有轉(zhuǎn)速測(cè)量

14位A/D，80dB信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍包絡(luò)共振解調(diào)–滾動(dòng)軸承、齒輪診斷特效藥標(biāo)準(zhǔn)Windows組態(tài)軟件，使用極方便、靈活多種傳感器輸入：加速度計(jì)(電荷和ICP)、電渦流位移、磁電式速度、電壓、電流技術(shù)規(guī)格：觸發(fā)采樣可做時(shí)域平均同步采集數(shù)據(jù)–2x8方式高可靠的CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸也可用作多通道動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀。可選多種信號(hào)的真有效值、等效峰值、真峰值和平均值等可在計(jì)算機(jī)上發(fā)出聲光報(bào)警內(nèi)置電渦流和ICP傳感器電源;24VDC供電，內(nèi)置電源隔離減少地線干擾可靈活選擇上傳的參數(shù)、特征值和波形波形長(zhǎng)度(32-4096)點(diǎn)可選8階橢圓抗混濾波：頻率程控可設(shè)、可切除系統(tǒng)其它特點(diǎn)可同時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng),轉(zhuǎn)速,軸溫和其它參數(shù)可選語(yǔ)音查詢功能，用普通電話撥號(hào)方式查詢測(cè)點(diǎn)振值、設(shè)備狀態(tài)或診斷結(jié)論可接互連網(wǎng),支持遠(yuǎn)程設(shè)備醫(yī)院填表和搭積木方式為網(wǎng)采系統(tǒng)編程網(wǎng)采設(shè)置主程序以動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換方式（DDE）向Windows發(fā)送數(shù)據(jù)組態(tài)軟件：系統(tǒng)主界面網(wǎng)采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面示例組態(tài)王中定義DDE設(shè)備

您熟悉的信號(hào)分析與故障診斷工具CAN總線通信協(xié)議一、CAN總線標(biāo)識(shí)符定義ID10~~ID4——節(jié)點(diǎn)ID（0——127）ID3~~ID0——命令字（最多支持16種命令）

二、CAN命令（ID3~~ID0）0、（0000）聯(lián)絡(luò)命令 用于上位機(jī)和各個(gè)網(wǎng)采之間的握手聯(lián)絡(luò)。為遠(yuǎn)程幀1、（0001）初始化命令l

PCtoCollector：（上位機(jī)初始化網(wǎng)采各通道）發(fā)送8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，其中字節(jié)1~~8代表組1~~8的各參數(shù)字。其各字節(jié)定義：D7：組別標(biāo)志（1——電壓組；0——電荷組）D6D5（兩通道公用）：設(shè)置上傳的振值參數(shù)和存儲(chǔ)在黑匣子中的波形參數(shù)

00——加速度A波形、25.6khz；

01——速度V波形、2.56khz；

10——位移D、1.28khz；

11——包絡(luò)E、5.12khz；D4D3：傳感器類型（A，V，D，E）00——電荷加速度傳感器（A）[兩次積分]可與各種診斷軟件連接-開放協(xié)議小結(jié)傳感器是感受物體運(yùn)動(dòng)并將物體的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)的一種靈敏的換能元件，是診斷裝置的“眼”和“耳”。加速度傳感器，特別是壓電式加速度傳感器，由于其體積小、重量輕、頻率范圍寬等特點(diǎn)，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械及往復(fù)機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷中應(yīng)用十分廣泛。加速度傳感器根據(jù)不同的使用條件和環(huán)境有各種安裝方式：用雙頭鋼制螺栓固定、用絕緣螺栓固定、靠永久磁鐵固定、用滲臘層粘結(jié)、用粘結(jié)劑固定、用手持探針測(cè)量。數(shù)據(jù)采集器可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、譜分析、數(shù)據(jù)分析、動(dòng)平衡等操作。濾波器是數(shù)據(jù)采集器的重要組成部分。使用濾波器可以有目的清除頻譜中某些頻段的數(shù)據(jù)，或者抽取頻譜中某一頻段的數(shù)據(jù)。常用濾波器有高通、低通、帶通、帶阻四種。設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)是利用各種類型的診斷知識(shí)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（正常和異常）進(jìn)行判斷和推理的軟件系統(tǒng)，一旦設(shè)備發(fā)生異常，它可以通過推理判斷找出故障的原因和發(fā)生的部位，最后給出診斷推理過程的解釋和故障處理對(duì)策。數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)是在線監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)。問題與回答互動(dòng)時(shí)間一、單項(xiàng)選擇題（在備選答案中選出一個(gè)正確答案，并將其號(hào)碼填在題干中的橫線上）

1．

由于其體積小、重量輕、頻率范圍寬等特點(diǎn)，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械及往復(fù)機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷中應(yīng)用最廣泛。A、位移探測(cè)器B、速度傳感器C、加速度計(jì)D、計(jì)數(shù)器2．在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量時(shí)，尤其是大范圍的普查測(cè)試，以采用

傳感器最簡(jiǎn)便且性能適