信号处理与检测实验

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一、测试系统基本组成及类型1 基本组成传感器：拾取信号， 将振动信号变为电荷信号 电荷放大器：放大信号， 将电荷信号变为电压信号

A/D卡：转换信号， 将电压信号变为数字信号 计算机：分析信号 进行诊断

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2.测量量

– 振动位移– 振动速度 – 振动加速度

3、振动的位移、速度、加速度指标 位移： x(t)=A*sin(2πft+φ) A-振幅，大小 f-频率，快慢 速度： v(t)=dx(t)/dt=fAcos(2πft+φ) 加速度：a(t)=dv(t)/dt=-f2Asin(2πft+φ) 三者间频率 f 不变，最大幅值呈 f 倍递增 位移xmax=A 速度 vmax=fA 加速度 amax=f2A

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安装方法

压电加速度计的安装方法 1.钢螺栓 2.绝缘螺栓和云母垫 3.磁铁吸附 4.胶合 5.蜡和橡胶泥粘附 6手持探头

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二、采样定理为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信 息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成 分的2倍，亦称仙农(香农)定理。

f s 2 f max注意：满足采样定理时，只保证不发生混叠，而不 能保证采样信号能真实地反映原信号 x(t) 。工程实际 中采样频率通常大于信号最高频率成分的3~5倍。

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混叠现象

(a) 采样频率等于信号频率的2倍，正弦信号离散后得到三角波信号

(b) 采样频率等于信号频率，正弦信号离散后得到直流信号

(c) 采样频率小于信号频率的2倍，正弦信号离散后得到更低频 率的正弦信号

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采样定理1 Amplitude 0

[以 y sin( 8πx) 为例]1 Amplitude 0.5

采样频率大于 信号频率2倍以上0 5 10 15 20 25 30 Frequency/Hz 35 40 45 50

-1 1 Amplitude

0

1

2

3 Time/s

4

5

6

0 1 Amplitude

0

0.5

采样频率等于 2倍信号频率0 1 2 3 4 Frequency/Hz 5 6 7 8

-1

0

1

2

3 Time/s

4

5

6

0

1 Amplitude Amplitude

1

0

0.5

采样频率小于信号 频率2倍，大于信号频率0 1 2 3 Frequency/Hz 4 5 6

-1

0

1

2

3 Time/s

4

5

6

0

1 Amplitude Amplitude

1

采样频率等于信号频率0.5

0

-1

0

1

2

3 Time/s

4

5

6

0

0

0.5

1

1.5

2 2.5 Frequency/Hz

3

3.5

4

1 Amplitude Amplitude

1

0

0.5

采样频率小于信号频率， 出现虚假频率0 0.5 1 1.5 Frequency/Hz 2 2.5 3

-1

0

1

2

3 Time/s

4

5

6

0

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确定采样频率时有几个问题需要注意。 一，正确估计原信号中最高频率成分的频率，一般确定为最高 分析频率的3-5倍。 二，同样的数据量可以通过改变每周期采样点数提高基频分辨 率，但降低了最高分析频率，如何确定视具体情况而定。

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二、总采样时间控制分辨率 频谱的分辨率(谱线间隔)受控于总采样时间，即

Xs(Fi) , Fi = i *Fs/N , i = 0,1,2,.....,N/2Δf=Fs/N=1/(△t*N)

f 1

T

其中△f为频谱分辨率，T为总采样时间。 ① 如果采样总时间为0.5秒，则频谱分辨率为2Hz; ② 若区分0.1Hz的频谱成分，则总采样时间

至少为10秒； 三、采样点数控制频谱线数

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三、滚动轴承的故障监测与 故障诊断

主要介绍以下内容： 滚动轴承失效的基本形式 滚动轴承的振动诊断

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3-1 滚动轴承失效的基本形式 滚动轴承的磨损失效(最常见的失效形式)

滚动轴承的疲劳失效(接触负荷的反复作用) 滚动轴承的腐蚀失效(化学、电、微振腐蚀) 滚动轴承的压痕失效(塑性变形) 滚动轴承的断裂失效(过载、过速、润滑不良、装配不善等产生的热应力所致)

滚动轴承的胶合失效(摩擦热过大所致)

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§ 3 -2 滚动轴承的振动诊断振动诊断原理：滚动轴承运动时，出现随机性机械故 障，其运转所产生的随机振动的振幅相应增 加。

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1. 滚动轴承的振动机理(1)轴承刚度变化引起的振动

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(2). 由滚动轴承的运动副引起的振动 轴承振动：既是随机的，又含有滚动体 的传输振动，其主要频率成分为滚动轴 承的特征频率。 特征频率：接触激发的基频，可由元件 间的接触速度关系方程求得。 向心推力球轴承模型：外圈不动，内圈 与轴一起旋转。

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滚动体具有缺陷后的故障频率(通过频率)

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(4). 与滚动轴承安装有关的振动 轴承与轴的歪斜状态

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滚动轴承安装过紧或过松

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(5). 滚动轴承故障所产生的振动 表面皱裂： 与正常振 动的区别 是振动振 幅变大了。 表面剥落： 振动特点 是频谱中 含有低频 脉动形式， 其能量更 为突出。

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2. 滚动轴承振动信号的拾取 传感器必须安装 在轴承载荷区的 中心。 要考虑信号传递 通道的影响。图 中A、B、C分别 是单通道、多通 道和混响三种情 况，通道越多， 信号越复杂、失 真，不便识别。

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3. 滚动轴承振动故障识别--几种常用方法(1)振幅监测法 有效值和峰值判别法： 有效值反映 振动能量的大小，判别轴承是否正常；峰值用于 瞬态冲击振动的判别。 波峰系数法：(波峰系数=峰值/有效值) 正常时，波峰系数=5左右， 不正常时，波峰系数=几十。 谐振信号接受法：监测频率为30~40kHz 正常时，监测频率内轴承与传感器不出现共振峰， 不正常时，则出现共振峰。

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(3)频谱分析法 基频识别： 在频谱上根据特征频率变化判别故障。图a为有外环划伤故障的轴承频谱图， 图b无故障，对比可知：有故障轴承有较大的周期成分，其基频为 184.2Hz,并有184.2Hz的5个谐波。