分析线数(#lines):频谱图上有效的谱线数
#lin eN s2.56
频域分辨率(△f)：频域两谱线间距离
f f N s
f f #lines max
采样点数的选择
f f N s
N不能无限长，采样点数一般选择2M。对旋转机械，一般 是整周期采样。
示例
• 采样点数(N)：1024点（1K） • 采样频率(fs)：2048Hz（2K） • 采样时间(T)：0.5s • 采样间隔(△t)：约0.000488s • 分析线数(#lines)：
解调后，再做频 谱，容易分析出 特征！
BH500系统应用案例介绍
1、辽阳石化锅炉装置＃1炉乙侧排粉机不 平衡故障
2、高碑店污水处理厂消化泵轴承故障
3、独山子石化乙烯装置轻烃反应高速泵 齿轮箱故障
辽化锅炉装置＃1炉乙侧排粉机
一、排粉机概况 二、故障原因分析 三、故障解决方案
运行状态图 趋势图 测点：GL#1PF2_4h
•测量位置靠近滚动轴承，且为冲击性故障 ；考虑到存在两 个特征频率，可能是滚动轴承的部件上存在缺陷
•gSE值超大已经比较明显，说明故障已经不可忽略，建议做 好维修准备
13号右侧泵4通道圆锥滚子轴承外圈损坏情况
13号右侧泵4通道圆锥滚子轴承滚动体损坏情况
独山子石化乙烯装置 轻烃反应高速反应泵齿轮箱故障
包络解调基本原理：什么是调制？！ 敲杯子的信号……
原始数据频率
包络频率
包络波形
gSE值
gSE谱/包络谱
Accelerometer 1#(High SNR)
Bearing with outer race fault
Accelerometer 2#(Low SNR)
Normal Bearing
原始信号，直接 做频谱，很难分 析出特征！
信号样本的点数。
采样间隔(△t):时域图中两采样点间的间隔
t 1 f s
采样定理：如果需要分析的最高频率为fmax，那么fs 必须至少是fmax的2倍，工程上，一般取2.56倍。
f 2 .5~ 64f
s
max
采样频率
f 512H0z s
最大分析频率 f 200H0z
max
采样间隔
t1f 151 2 0.0 00s1 s
要得到频域的数据，是通过离散傅里叶变换（DFT）实现的
Xkf N1x(nt)ej2nkN k1,2, ,N n0
• 幅值谱 横坐标：频率 k△f
• 功率谱 横坐标：频率 k△f
纵坐标: X(k) 的模 纵坐标: X(k) 模的平方
常见信号频谱
FT
Xf x tej2fd t t
Nk0
n1,2, ,N
快速傅里叶变换(FFT)与 DFT本质是一致的,只不过是 DFT的一种快速实现算法
其速度是DFT的数十倍 因此，利用FFT求解频谱图 是目前应用最广泛的方法
采样频率（fs）：指振动信号通过电路传入数采设备后，(通 过A/D转换)转化为数字量的速率。也即：每秒钟采得的振动
振动信号分析方法
1、时域波形分析 2、概貌图 3、振动趋势图 4、频谱图 5、包络解调谱(gse谱/峰值能量谱)
简易分析方法
• 幅值分析：振动总值（振动水平、烈度）、变化趋势、 • 频谱分析：引起设备振动原因的具体分析 • 相位分析：设备振动原因的进一步确认、共振（相频特
性）、动平衡分析 • 波形分析：振动总值（峰值、峰峰值…）、周期、拍节 • 峰值能量谱分析：轴承、齿轮…
124.76
啮合频率/Hz 5703.33 9357.03
名称
内圈旋转 外圈旋转 频率（Hz） 频率（Hz）
滚动体保 持架组件 旋转频率 （Hz）
滚动体旋 转频率 （Hz）
滚动体滚 过内圈滚 道上一点
的频率 （Hz）
滚动体滚 过外圈滚 道上一点
的频率 （Hz）
滚动体上 一点滚过 内外圈滚 道的频率 （Hz）
DFT Xk f N 1x(n t)ej2 nk N k1,2, ,N n 0
IDFT xnt 1 N1Xkf ej2n/kN
Nk0
n1,2, ,N
—DFT是为了便于计算机处理而对FT改造构造出 的变换.
—它可以将N个时域的点与N个频域的点对应起来.
采样定理
FT
时域
采样频率
离散采样Biblioteka 隔采样频率混叠时域
频率泄漏
加窗
截断
频域
频域分辨率
离散 采样
DFT
栅栏效应
DFT IDFT
Xk f N 1x(n t)ej2 nk N k1,2, ,N n 0
xnt 1 N1Xkf ej2n/kN
2
精密诊断的方法
• 频谱分析法 • 趋势分析法
通频值趋势分析、频谱趋势分析
• 时域分析法
波形分析、相关函数分析
• 倒频谱分析法 • 模态分析法 • 包络解调法
其他数学方法
• 模式识别法 • 模糊诊断法 • 故障树诊断法 • 神经网络法 • 小波分析法 • 灰色系统法 • 分形几何法 • EMD方法
耗损期
劣化曲线
危险值
报警值
时间
报停 警机 日日 期期
趋势分析法
通频值趋势分析
• 简单易行
• 不易发现早期故障
频谱趋势分析
• 能早期发现齿轮、轴承等早期故障
• 能较快判定故障的部位
4、频谱图
复杂振动信号从时域很难分辨出其含有哪些简谐振动成分 怎么办？
答：从频域看。 频谱图—按频率规律排列起来的各简谐振动成分
1024/2.56=400线 • 频率分辨率(△f) ：
2048/1024=2Hz • 最高分析频率(fmax) ：800Hz
5、包络解调谱(gse谱/峰值能量谱)
轴承、齿轮箱等冲击类故障
• 基本原理：调制与解调(modulation/demodulation) • 基本方法：包络(enveloping) • 基本参数：gSE值 (Spike Energy in g, g=10m/s2)
•螺杆泵由电机通过减速箱减速后转速为210RPM，BH500 巡检仪对电机出口侧、齿轮箱入口侧和泵侧轴承进行监测， 主要通过加速度传感器对轴承箱进行加速度振动值测量， 并配合进行gSE分析，发现加速度值和gSE值都偏大。
13号右侧4h和16号右侧4h加速度振动值比较
13号泵右侧 明显偏大!
13号右侧4V和16号右侧4V加速度振动值比较
•更深层次的物理意义，是测不准原理(Indeterminate Principle)，时频两域无法同时无 限增加精度……
—除非创立新的数学理论，发现新的物理定律；国外已经有人在做这方面研究，并有一 些成果，如：Robust Indeterminate Principle, Compressive Sensing
1、时域波形
1.图谱对监测、诊断起到什么作用？ 2.用户会如何使用（察看）图谱？
1.图谱对监测、诊断起到什么作用？ 2.用户会如何使用（察看）图谱？
2、概貌图
3、振动趋势图
趋势分析法的理论根据
• 监视机器的劣化过程 • 预测机器的失效时间
“浴盆曲线”
故
故
障
障
征
率
兆
时间
正常使用期 磨 合 期
一、高速反应泵概况 二、故障原因分析 三、故障解决方案
电
1h、1v
机
2h、2v 泵
高速反应泵测点示意图
轻烃高速泵齿轮箱加速度趋势图
轻烃高速泵齿轮箱有关部件特征频率计算
名称 低速轴 中速轴
高速轴
传动比 116／64 75／105
转速(r/min) 2950.00 5346.88
7485.63
转 频/Hz 49.17 89.11
频谱图
•＃1炉乙侧排粉机的振动4h点水平速度值最大达到4.63mm/s 使用BH500测量显示（如上图）振动一直很大；
•从频谱图上分析1倍频的数值很大
•综上：可能为不平衡故障
动平衡前
动平衡后
1、动平衡后的振动数值4h点振动从89μm 减小到12μm。 速度值从4.63mm/s减低到1.08mm/s。机组运行恢复正常状态。
信号采样长度T=信号采样点数N×采样间隔△t
信号采样点数
N1024
采样间隔
t1f 151 2 0.0 00s1 s
采样长度T
T N * t N f 10 52 1 0 .2 4 2 s s
频率泄漏
加矩形窗效果示意图
变换 变换 变换
•这是傅里叶变换的固有性质，人为因素和手段无法彻底抗拒，只能尽量权衡！
低速轴
49.667
0
19.045
100.746 244.976 152.357 201.493
中速轴
90.021
0
34.518
182.603 444.019 276.148 365.205
冲击激起的 固有频率
齿轮箱加速度最大部位2h加速度频谱图
齿轮啮合频率
中速轴的力錘敲击试验频谱图
gSE谱（包络谱）分析
2、利用BH500掌上智能巡检仪及智能维修管理系统系统真正实 现了预测维修，从而可避免因事后维修所造成的相关损失，对 指导生产运行，起到了重要的参考作用。
高碑店污水处理厂消化加热循环泵故障
一、消化加热循环泵概况 二、故障原因分析 三、故障解决方案
消化加热循环泵实物照片和BH500设备组态图
•巡检人员通过每天对所监测的设备进行巡检，发现一台 二期消化加热循环泵即13号右侧振动值偏大。
16号泵右侧 正常