《振动信号测试》课件

振动信号测试振动信号测试是机械设备故障诊断的重要手段通过测试振动信号，可以识别机械设备的运行状态，并提前预测潜在的故障课程概述课程目标课程内容本课程旨在帮助学生掌握振动信号测试的基本理论和实践方法深涵盖振动测试的基本概念、信号采集、信号处理、信号分析、故障入理解振动信号的本质，并能运用相关技术进行信号采集、分析和诊断等方面并结合实际案例，讲解振动测试在机械设备故障诊断诊断、质量控制等领域的应用振动测试的基本概念振动测试的目的振动测试仪器振动测试过程评估机械设备运行状态，识别潜在故障，确包括传感器、数据采集器、分析软件等包括传感器安装、数据采集、信号处理、分保安全可靠运行析诊断等振动信号的基本性质振幅频率振动信号的振幅代表振动幅度，通常用峰值或峰峰值表示振动信号的频率代表振动每秒钟的次数，单位为赫兹Hz相位波形振动信号的相位代表振动开始时的位置，通常用角度或弧度表振动信号的波形代表振动随时间变化的规律，常用正弦波、方示波等描述时域分析时域分析是分析振动信号在时间上的变化规律通过观察信号的波形，我们可以了解振动的幅值、频率、相位等信息，进而判断振动状态是否正常波形观察1观察信号的周期性、振幅和相位特征提取2提取振幅、频率、相位等特征参数统计分析3计算信号的平均值、方差、峰值等统计量趋势分析4分析信号随时间的变化趋势时域分析是振动信号分析的基础，为进一步的频域分析和时频分析提供依据频域分析傅里叶变换频谱分析将时域信号转换为频域信号，分析信号频率成分分析频谱图，识别信号频率特征，判断信号频率特性变化123频谱图展示信号在不同频率上的能量分布，识别信号主要频率成分时频分析时频分析概述时频分析是指同时分析信号在时间和频率上的变化，它可以揭示信号的动态特征，例如频率随时间的变化情况常用时频分析方法常见的时频分析方法包括短时傅里叶变换（STFT）、小波变换和希尔伯特-黄变换（HHT）等时频分析应用时频分析广泛应用于振动信号分析、故障诊断、语音识别、图像处理等领域信号采集传感器信号调理12传感器将振动信号转换为电信对传感器输出的信号进行放大号，例如加速度计、速度计、、滤波、转换等处理，以满足位移计数据采集设备的要求数据采集设备数据采集系统设计34采集经过处理的电信号，并将根据测试需求，设计合理的信其数字化存储，例如数据采集号采集系统，包括传感器选型卡、示波器、信号调理方式、数据采集设备配置等传感器选型传感器类型频率范围灵敏度信噪比选择合适的传感器类型，例如加确保传感器能够覆盖所需测试的选择灵敏度合适的传感器，以获选择信噪比高的传感器，减少噪速度计、速度计、位移计等频率范围，避免信号失真得准确的测量结果声对测量结果的影响信号调理放大滤波传感器输出信号通常很弱，需要放滤除噪声和干扰信号，提高信号质大才能被数据采集设备识别和处理量，确保数据分析的准确性线性化转换将非线性传感器信号转换为线性信将信号转换为数据采集设备可以识号，方便数据处理和分析别的格式，例如模拟信号转换为数字信号数据采集设备数据采集卡数据记录仪数据采集卡是采集振动信号的关键部件，数据记录仪是一种便携式设备，用于记录主要用于将传感器采集的模拟信号转换为传感器采集的信号数据数据记录仪通常数字信号数据采集卡的性能指标包括采具有内置存储器，可以存储大量数据记样率、分辨率和通道数，需要根据测试需录仪还通常包含一些处理和分析功能，可求选择合适的型号以方便地进行初步的数据分析数据采集系统设计需求分析1确定测试目标、测量参数和精度要求传感器选择2根据测试对象和参数选择合适的传感器信号调理3对传感器输出信号进行放大、滤波等处理数据采集设备4选择合适的采集设备，并进行系统配置数据处理软件5选择或开发数据处理软件，进行数据分析信号的采样与量化采样将连续信号转换为离散信号，通过等时间间隔采集信号值量化将采样后的离散信号值映射到有限个离散电平采样率每秒钟采集的样本数，决定信号的频率分辨率量化精度量化电平的数目，决定信号的幅值分辨率快速傅里叶变换快速傅里叶变换FFT是一种高效的算法，用于计算离散傅里叶变换DFT它将信号从时域转换到频域，帮助我们分析信号的频率成分离散信号采样1将连续信号转换为离散信号计算DFT2计算离散傅里叶变换频谱分析3分析信号的频率特性功率谱密度分析功率谱密度分析是分析振动信号的重要方法之一它可以帮助我们了解振动信号中不同频率成分的能量分布频率振幅10Hz10dB20Hz5dB30Hz15dB振动信号的分析方法时域分析频域分析12分析信号随时间变化的特征，如振幅、频将信号分解成不同频率成分，分析各频率率、相位等成分的能量分布和变化趋势时频分析统计分析34同时观察信号在时间和频率上的变化，揭对信号进行统计分析，计算其均值、方差示信号的非平稳性、峰值等指标，并进行概率分布分析振动异常诊断振动异常检测故障类型分析分析振动信号，识别超出正常范围的振动模式，根据异常振动模式，确定可能导致振动异常的故例如振幅、频率或相位变化障类型，例如轴承故障、齿轮磨损或电机不平衡故障定位维修建议确定故障发生的位置，例如哪个轴承、齿轮或电提供维修建议，例如更换轴承、修复齿轮或重新机存在问题平衡电机故障模式识别正常运行模式松动故障模式断裂故障模式轴承故障模式设备正常运行状态下的振动信号松动部件会导致振动频率发生变断裂部件会导致振动频率发生剧轴承损坏会导致振动频率出现新，通常具有稳定的频率和幅值化，振动幅值也会随之增加烈变化，振动幅值也会大幅度增的频率成分，振动幅值也可能随加之增加故障诊断案例本案例分析了某工业设备的实际故障诊断过程通过对设备运行时的振动信号进行分析，识别出轴承故障，并根据信号特征分析出故障的严重程度最终，通过更换轴承成功修复设备案例展示了振动信号分析在实际应用中的重要性，以及如何利用振动测试技术进行故障诊断，提高设备维护效率，减少生产损失振动测试标准国际标准国家标准12ISO标准，如ISO2954，定义中国国家标准GB/T10589等，了振动测试方法和规范规定了振动测试的具体要求行业标准测试规范34针对特定行业，如汽车行业，包含测试目的、测试方法、测有特定的振动测试标准试环境、数据分析方法等振动监测系统传感器数据处理传感器可监测设备运行状态，并将其转化为电信对传感器采集的信号进行处理，提取振动特征号警报系统分析软件当振动信号超过阈值时，发出警报提示故障提供专业的分析工具，用于识别故障原因并进行预测在线监测系统实时监控数据可视化异常报警维护管理在线监测系统通过传感器采集振系统可视化展示设备运行状态、当设备振动超标或出现异常时，在线监测系统可帮助用户建立完动信号，并实时传输至监控中心振动趋势和历史数据，方便用户系统会自动触发报警，提醒工作整的设备维护管理体系，提高设进行分析快速了解设备状况人员及时采取措施备维护效率，降低维护成本振动分析软件功能类型优势选择用于采集、处理和分析振动信专业软件如LMS TestLab自动化分析流程，提高分析效根据具体需求选择合适的软件号数据提供信号处理、特征、VXI、LabVIEW等，提供率，减少人工操作提供可视考虑软件功能、用户界面、提取、频谱分析等功能可进全面的振动分析功能通用软化界面，方便数据查看和结果数据格式兼容性、成本等因素行故障诊断、状态监测、结构件如MATLAB、Python等展示支持多种数据格式，兼结合项目实际情况，选择最健康评估等，可用于二次开发，定制个性容性强适合的软件化分析流程振动信号数据处理数据清理1去除噪声和异常值，确保数据质量数据转换2将原始信号转换为便于分析的形式特征提取3提取信号的特征，如频率、幅值、相位等振动信号特征提取频域特征时域特征提取信号频率、振幅等特征，识别提取信号波形、幅值、周期等特征故障类型，识别故障类型时频特征其他特征提取信号的频率和时间变化特征，提取信号的熵值、峭度、偏度等特识别故障类型征，识别故障类型基于人工智能的异常诊断机器学习算法深度学习模型人工智能诊断平台机器学习算法，如支持向量机、神经网络，深度学习模型，如卷积神经网络，可以处理人工智能诊断平台集成数据分析、模型训练可以从大量数据中学习模式，并自动识别异复杂的时间序列数据，识别细微的异常特征和预测功能，为用户提供实时异常诊断结果常信号实验案例分析本节课将通过实际案例，展示振动信号测试技术在机械故障诊断中的应用案例包括电机轴承故障、齿轮箱故障、风机叶片故障等通过对振动信号的分析，可以识别出机械设备的潜在故障，并采取措施进行维护通过案例分析，进一步加深对振动信号测试理论和方法的理解，并掌握实际应用中常见问题实验测试设备振动传感器数据采集系统信号分析软件其他设备传感器种类很多，例如加速度采集系统用于将传感器采集到分析软件可以对采集到的数据还包括振动台、激励器、信号传感器、速度传感器和位移传的信号进行数字化处理进行处理和分析，例如频谱分发生器等设备感器析、时域分析和时频分析系统需要具备高采样率、高精根据测试需求选择合适的设备选择合适的传感器需要根据测度和低噪声等特点软件需要具备友好的用户界面，确保实验顺利进行试目标和测试频率范围和丰富的分析功能实验步骤与注意事项准备工作1校准传感器，检查设备连接，配置采集参数信号采集2启动测试系统，采集振动信号数据，确保采集时间足够长数据处理3使用软件进行数据处理，分析振动信号特征，识别潜在故障结果分析4根据分析结果，撰写实验报告，总结实验结论实验过程中，注意安全，避免接触高压设备妥善保管实验数据，避免丢失仔细记录实验参数，便于后续分析测试数据分析与报告编写测试数据分析需要将采集到的数据进行整理、筛选、分析，并提取有效信息报告撰写1报告应包含测试目的、方法、结果、分析、结论、建议等内容数据处理2利用专业的分析软件对数据进行处理，如滤波、频谱分析、时域分析等数据分析3对处理后的数据进行深入分析，识别异常现象，判断故障原因课程总结本课程详细介绍了振动信号测试的相关理论和实践方法从振动信号的基本概念、测试方法、分析技术到故障诊断案例，系统地阐述了振动信号测试的流程和应用。