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第九章　设备故障诊断技术

(三)常用的测振传感器

振动测量有机械方法、光学方法和电测方法，其中，电测方法应用最广泛。采用电测法测量振动，传感器的作用是感受被测振动参数，将其转换为电量。

1.压电式加速度传感器。

某些晶体在一定方向上受力变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷;当外力去除后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称为“压电效应”。

压电加速度传感器就是基于压电效应工作的，压电晶体输出电荷与振动的加速度成正比。压电式加速度计常见的结构形式为中心压缩式，分为正置压缩型、倒置压缩型、环形剪切型、三角形剪切型等如图9-4，不管是哪一种，都包括压紧弹簧、质量块、压电晶片和基座等基本部分。其中，压电晶片是加速度计的核心。

压电式加速度计属于能量转换型(即发电型)传感器。无需外电源，灵敏度高而且稳定，有比较理想的线性。

没有移动元件，不易造成磨损。

值得注意的是，压电式加速度计使用的上限频率随其固定方式而变。最佳的固定方式是采用钢螺栓固定，只有这种固定方式能达到出厂标示的上限使用频率。

2.磁电式速度传感器。这种传感器是利用电磁感应原理，将振动速度转换为线圈中的感应电动势输出。

测振时，将传感器固定或紧压在被测设备的指定位置，磁钢与壳体一起随被测系统的振动而振动，线圈和磁场之间产生相对运动，切割磁力线而产生感应电动势，从而输出与振动速度成正比的电压。它的工作也不需要外加电源，而是直接从被测对象吸取机械能量，并将其转换成电量输出。因此，它也是一种典型的能量转换型传感器，即发电型传感器。

这种传感器输出功率大，因而可以大大简化配用的二次仪表电路。另外，它的性能比较稳定，可以针对不同测量场合做成不同结构形式，因此在工程中获得了较普遍的应用。但这种传感器中存在着机械运动部件，它与被测体同频率振动，因而寿命比较短。

3.电涡流位移传感器。

它基于金属体在交变磁场中的电涡流效应工作，属于能量控制型传感器。测量时， 将传感器顶端与被测对象表面之间的距离变化转换成与之成正比的电信号。

电涡流位移传感器必须借助电源才能将振动位移转变为电信号。

涡流位移传感器属于非接触式测量。这种传感器具有线性范围大、灵敏度高、频率范围宽(300～1000μm)、抗干扰能力强、频率范围宽、不受油污等介质影响以及非接触测量等特点。电涡流位移传感器被广泛用来测量汽轮机、压缩机、电动机等旋转轴系的振动、轴向位移、转速等。

(四)异常振动分析方法

1.振动总值法

通过传感器直接测量，将测得的数据以表格或图样表示其趋向，并对照“异常振动判断基准”判别实际测量值是否超过界限或极限规定值，以评价设备工作状态的正常与否。

振动值可用加速度、速度或位移来表示，通常都选用振动速度这个参数。如表9-4

2.通过频谱分析法诊断异常振动

可以用振动总值法判别整机或者部件的异常振动，如果要进一步查出异常的原因和位置，就要对振动信号进行频谱分析。

频谱分析就是将时域信号变换为频域信号(在时域信号中，横坐标是时间;而在频域信号中，横坐标是频率或圆频率。)，得到频谱图，从而获得信号的频率结构(组成信号的各个频率分量及振动能量在各频率分量上的分布)。频谱分析通常由频谱分析仪完成。

由于一台设备中各个零部件具有确定的振动频率，因此做出频谱图与其正常谱图(或称原始谱)进行比较就能较方便地寻找振源，诊断出故障部位和严重程度。当频谱图上出现新的谱线时，就要考虑到设备是否发生了新的故障。

通常是先采用测振仪进行振动总值的检测。当发现振动总值有较快增大，并有接近或超出最大允许界限值的趋向时，再对实测振动信号进行频谱分析。前置放大器是将输入信号放大到需要的幅度的电压放大器;抗混淆滤波器用来滤去高于分析频率量程的频率成分，防止高频成分与要分析的频率成分发生混叠;

A/D转换将模拟量转换为数字量;高速数据处理器用于完成频谱分析，它可以是一台微型计算机，也可以是专用的硬件电路。

3.振动脉冲测量法：专门用于滚动轴承的磨损和损伤的故障诊断。其原理是利用滚动轴承失效时由于滚道产生点蚀、剥落等缺陷使轴承内外环上出现凹痕，每当与滚珠接触时，都会发生一个冲击力，虽然这也增加了振动的有效值，但影响最大的是峰值。这种冲击脉冲波经设备本体传至压电式传感器，传感器输出的信号峰值，基本上只与脉冲波的幅值有关，对其他因素相对来说并不敏感，因此当测量系统对冲击效应进行放大时，不会受普通机器振动的影响。

根据实际冲击水平与正常冲击水平之差(即冲击水平增加值)来判断轴承性能的好坏。

二、噪声测量法

噪声：不规则的机械振动在空气中引起的振动波。

设备噪声也能在不同程度上反映出设备所处的工作状态。

(一)噪声测量的主要参数

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（责任编辑：中大编辑）

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