设备故障诊断 - 信号分析及处理技术
发布时间：2017-08-15来源：装备保障管理网 编辑：俏电工
设备故障诊断 - 信号分析及处理技术
基于振动（噪声）测量与分析，在这里所提及的状态监测与故障诊断，均是指基于振动测量与分析方面的技术。事实上状态监测与故障诊断是一门综合性极强、涉及面非常广泛、学科交叉渗透十分丰富的技术，除了应用振动分析方法之外，还可采用油液分析、红外热像、超声探伤以及温度、压力分析等多种不同技术。
振动是自然界中的一种很普遍的运动，机械振动信号中包含了丰富的机器状态信息，它是机械设备故障特征信息的良好载体。
利用振动信号来获取机械设备的运行状态并进行故障诊断具有如下优点：方便性：利用各种振动传感器及分析仪器，可以很方便地获得振动信号；
在线性：振动监测可在现场不停机的情况下进行；无损性：在振动监测过程中，不会对被测对象造成损伤；信号处理技术是进行故障诊断的基础，是特征提取必不可少的工具。
信号处理技术分为传统和现代两大类，其中：传统的信号处理技术是指以FFT为核心的信号分析技术，在实际运用中发挥着重要的作用；而近年来发展起来的现代信号处理技术在故障特征提取方面正崭露出头角。
现代信号处理的本质可用七个“非”字来高度概括，即研究：非线性、非因果、非最小相位系统、非高斯、非平稳、非整数维（分形）信号、非白色加性噪声
为准确、有效地获得故障特征信息，目前重点是：研究和发展基于非高斯、非平稳及非线性故障信号的分析理论及方法。时频分布、小波分析、高阶统计量分析、循环平稳信号处理、非线性分析等等。
监测与诊断系统，监测与诊断系统前的考虑。建立监测与诊断系统之前应考虑如下问题：经济性-应能够尽可能地节省投资；可靠性-自身应具有更高的可靠性；实用性-实用的功能，操作简便；有效性-分析、诊断结果有效；扩展性-较好的可扩展性和自开发性能。
一般情况下，根据经验企业用于设备状态监测与故障诊断的投资应占其固定资产的1%—5%。并且，随着设备复杂程度和技术先进性的加，此项投资的额度还应有相应的增加；
监测与诊断系统的分类与选用、离线系统（巡检系统）、在线系统（集中式、分布式）、远程系统、离线系统与在线系统相互交融，最终形成一体化远程监测与诊断系统，其中：分析方法和算法等共享、数据库、知识库共享、设备管理机制共享、在线系统负责关键机组设备、巡检系统面向尚无固定测点的中小设备、设备管理功能占重要地位。
振动与测试
振动信号分类：振动分为确定性振动和随机振动两大类、确定性振动可分为周期性振动和非周期性振动。周期性振动包括简谐振动和复杂周期振动。非周期性振动包括准周期振动和瞬态振动。
准周期振动由一些不同频率的简谐振动合成，在这些不同频率的简谐分量中，总会有一个分量与另一个分量的频率之比值为无理数，因而是非周期振动。
机械系统中，回转体不平衡引起的振动，往往也是一种周期性运动。准周期信号是非周期信号的特例，处于周期与非周期的边缘情况，是由有限个周期信号合成的，但各周期信号的频率相互间不是公倍数关系，其合成信号不满足周期条件。
振动测量方法分类：振动测量方法按振动信号转换的方式可分为电测法、机械法和光学法。电测法振动测量系统。测振传感器：测振用的传感器又称拾振器，它有接触式和非接触式之分。接触式中有磁电式、电感式、压电式等；
非接触式中又有电涡流式、电容式、霍尔式、光电式等。拾振部分是振动测量仪器的最基本部分，它的性能往往决定了整个仪器或系统的性能。下面介绍压电式测振传感器及其应用。
信号中不同频率成分通过测量系统后的输出：压电传感器的工作原理。压电式传感器是一种自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量电测的目的。
压电传感元件是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，例如动态力、动态压力、振动加速度等，但不能用于静态参数的测量。
压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、信噪比大等特点。由于它没有运动部件，因此结构坚固、可靠性、稳定性高。
压电效应：天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用金刚石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体薄片受到压力时，晶格产生变形，表面产生正电荷，电荷Q与所施加的力F成正比，这种现象称为压电效应。还有一些人造的材料也具有压电效应。
若在电介质的极化方向上施加交变电压，它就会产生机械变形。当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。
基于振动（噪声）测量与分析，在这里所提及的状态监测与故障诊断，均是指基于振动测量与分析方面的技术。事实上状态监测与故障诊断是一门综合性极强、涉及面非常广泛、学科交叉渗透十分丰富的技术，除了应用振动分析方法之外，还可采用油液分析、红外热像、超声探伤以及温度、压力分析等多种不同技术。
振动是自然界中的一种很普遍的运动，机械振动信号中包含了丰富的机器状态信息，它是机械设备故障特征信息的良好载体。
利用振动信号来获取机械设备的运行状态并进行故障诊断具有如下优点：方便性：利用各种振动传感器及分析仪器，可以很方便地获得振动信号；
在线性：振动监测可在现场不停机的情况下进行；无损性：在振动监测过程中，不会对被测对象造成损伤；信号处理技术是进行故障诊断的基础，是特征提取必不可少的工具。
信号处理技术分为传统和现代两大类，其中：传统的信号处理技术是指以FFT为核心的信号分析技术，在实际运用中发挥着重要的作用；而近年来发展起来的现代信号处理技术在故障特征提取方面正崭露出头角。
现代信号处理的本质可用七个“非”字来高度概括，即研究：非线性、非因果、非最小相位系统、非高斯、非平稳、非整数维（分形）信号、非白色加性噪声
为准确、有效地获得故障特征信息，目前重点是：研究和发展基于非高斯、非平稳及非线性故障信号的分析理论及方法。时频分布、小波分析、高阶统计量分析、循环平稳信号处理、非线性分析等等。
监测与诊断系统，监测与诊断系统前的考虑。建立监测与诊断系统之前应考虑如下问题：经济性-应能够尽可能地节省投资；可靠性-自身应具有更高的可靠性；实用性-实用的功能，操作简便；有效性-分析、诊断结果有效；扩展性-较好的可扩展性和自开发性能。
一般情况下，根据经验企业用于设备状态监测与故障诊断的投资应占其固定资产的1%—5%。并且，随着设备复杂程度和技术先进性的加，此项投资的额度还应有相应的增加；
监测与诊断系统的分类与选用、离线系统（巡检系统）、在线系统（集中式、分布式）、远程系统、离线系统与在线系统相互交融，最终形成一体化远程监测与诊断系统，其中：分析方法和算法等共享、数据库、知识库共享、设备管理机制共享、在线系统负责关键机组设备、巡检系统面向尚无固定测点的中小设备、设备管理功能占重要地位。
振动与测试
振动信号分类：振动分为确定性振动和随机振动两大类、确定性振动可分为周期性振动和非周期性振动。周期性振动包括简谐振动和复杂周期振动。非周期性振动包括准周期振动和瞬态振动。
准周期振动由一些不同频率的简谐振动合成，在这些不同频率的简谐分量中，总会有一个分量与另一个分量的频率之比值为无理数，因而是非周期振动。
机械系统中，回转体不平衡引起的振动，往往也是一种周期性运动。准周期信号是非周期信号的特例，处于周期与非周期的边缘情况，是由有限个周期信号合成的，但各周期信号的频率相互间不是公倍数关系，其合成信号不满足周期条件。
振动测量方法分类：振动测量方法按振动信号转换的方式可分为电测法、机械法和光学法。电测法振动测量系统。测振传感器：测振用的传感器又称拾振器，它有接触式和非接触式之分。接触式中有磁电式、电感式、压电式等；
非接触式中又有电涡流式、电容式、霍尔式、光电式等。拾振部分是振动测量仪器的最基本部分，它的性能往往决定了整个仪器或系统的性能。下面介绍压电式测振传感器及其应用。
信号中不同频率成分通过测量系统后的输出：压电传感器的工作原理。压电式传感器是一种自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量电测的目的。
压电传感元件是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，例如动态力、动态压力、振动加速度等，但不能用于静态参数的测量。
压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、信噪比大等特点。由于它没有运动部件，因此结构坚固、可靠性、稳定性高。
压电效应：天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用金刚石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体薄片受到压力时，晶格产生变形，表面产生正电荷，电荷Q与所施加的力F成正比，这种现象称为压电效应。还有一些人造的材料也具有压电效应。
若在电介质的极化方向上施加交变电压，它就会产生机械变形。当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。