传感器选择
振动
转子振动：非接触式、振动 涡流传感器——Bently 激光传感器——米依
机壳振动：接触式、速度/加速度
转速：非接触式：涡流式、光电式 推荐传感器 • 振动、转速——涡流传感器
精度、成本适中 非接触测试、可靠稳定 安装容易
• 机壳振动——加速度传感器
使用方便 安装容易
静态应力测试系统框图
动态应力测试系统框图
静态测量时由于有多个测点，通常配用预调平衡箱，利用外 加电阻对电桥调平衡，以便于与应变仪连接
动态测量由于测点少不需要配用预调平衡箱，直接调应变仪 即可，使用光线示波器作为动态应变记录装置
1、塔式起重机结构强度测试
测试方案
测点布置：测点位置和测点方向是影响结构强度试验是 否可靠的两个 重要因素 测点方向：找出最大应变方向 测点位置： •断面正应力布点：采用角点法，在角点处沿棱线方向布 置应变片 •平面应力布点：一般应用应变花测量主应力
测试参考
根据原始设计资料，选择在应力应 变最大处粘贴应变片进行测量 根据两种不同破坏情况，按照 JJ30-85《塔式起重机结构试验方法》 测试静态、动态应力应变
强度检测正、切应力测量 判断最大应力是否大于许用应力
1、塔式起重机结构强度测试
测试方案
问题最终归结于测量最危险截面的静态与动态应力应变 测量方法：应变片+电桥
测量结果及分析
频谱分析
146.5Hz
73.3H z
146.5 Hz
517.6 Hz
振动加速度信号幅值谱
声压级信号幅值谱
• 振动表现出明显的谐波特性，峰值主要出现在主轴回转频率73.3Hz及二 倍频上（146.5Hz）
• 工频及二倍工频振动实际上就是由缝纫机运动部件的动不平衡引起
设法改进运动部件的动平衡是减小振动噪声的关键
预测设备状态的未来发展变化趋势、指导机组预知维修 建立完整的设备运行状态信息，支持机组的更新换代
测试内容
信号检测及调理 实时采集机组关键参数：振动、转速、工艺 特征提取、进行机组状态监测 提供分析诊断的各种工具 评估机组运行的性能状态 机组数据存储
4、旋转机械故障监测诊断网络化系统
• 声压级Lp：衡量声音的强弱
Lp
20 lg
p p0
p：声压 p0：基准声压
• 噪声频率：噪声主要频率成分
• 频谱分析仪进行连续谱测量 • 测量各个频率带宽内方案
测试目的 对某型号缝纫机噪声进行测试，目的是寻找噪声源，从而为降低 其噪声水平、提高产品质量提供依据——噪声大小、噪声源 缝纫机噪声主要是由结构振动产生 ——噪声级测量+振动测量
• 声级计：电容传声器、放大器、衰减器、计权网 络、检波电路、指示电表、电源
• 测量条件：必须处于半自由场，一般在半消声室 或开阔空间
• 关键部位：缝纫机主轴、缝纫机针板孔
振动测量仪器与测量方法 • 加速度传感器 • 部位：缝纫机针板上送布牙的右侧、垂直于底板
3、缝纫机噪声源测试分析
振动峰峰值/um 噪声级/dB(A)
重要性 在高速、重载、高温条件下工作
的机器，摩擦、磨损又是其发生 故障的最主要原因 润滑是减少摩擦与磨损的简便而 有效的方法 轴承的润滑状态检测——满足最 小油膜厚度处轴承两表面不直 接接触
任务 对摩擦副间微小区域内的油膜厚
度进行直接测量 监测油膜的工作状态
2、润滑油膜厚度检测
测量型材断面正应力布点 平面应力测量应变花布点
1、塔式起重机结构强度测试
测试方案
测量系统共布置了20个测点
1、塔式起重机结构强度测试
测试条件
假设条件：载荷不包括吊钩重量，载荷误差应小于1%；各工况皆是
处于空钩离地状态时进行仪器调零；测试数据均为吊重引起的应力， 不应包括自重和风阻应力
300
60
55
200
50
100 1074 1245 1420 1600 1791 1966 2149 2325 2677 2960 3230 3462 3743 3960 4191 4447 4749 4852
转速/rpm
缝纫机在不同转速下的振动位移
转速/rpm 缝纫机在不同转速下的噪声级
3、缝纫机噪声源测试分析
乌石化热电厂3号汽轮发电机组特大事故（1999）
• 汽轮机超速飞车至4500rpm • 发电机及机组油系统着火 • 设备直接经济损失1916万元
4、旋转机械故障监测诊断网络化系统
测试对象——重大设备
维修成本高
计划维修 设备不分状态好坏，一律执行计划预修，对设备大面积拆装
• 使有些还可以使用的零部件被提前更换 • 有些部件在拆卸过程中被损坏 • 原来磨合得很好的部件又被重新装配
• 耦合原理 耦合到输出光纤的光通量取决于输入 光纤的像发出的光锥底面与输出光纤 相重叠部分的面积——距离有关
距离变小
最佳位置
距离变大
2、润滑油膜厚度检测
传感器选择
• 光源——激光光源为氦氖激光灯 • 光电检测元件
• 光电二极管(PIN管)＋运算放大器芯片 • 直接输出电压，输出电压与芯片接受到的光功率成正比
6、旋转机械故障监测诊断网络化系统
测试方案
设 备
企业级 Web
服务器
企业级 数据库 服务器
监测诊断平台 （用户终端）
网上 组态
状
态 监
企业网
测
系
设备监测单元
设备监测单元
统
振动量 转速 工艺量
关键机组
关键机组
• 网络化的CPCI设备状态监测单元 • 网络数据库 • 基于网络的监测诊断软件平台
4、旋转机械故障监测诊断网络化系统
测试方案
传感器选择
电阻法——定性测量 通过测量油膜的电阻大小来判断其厚度 油膜的电学性能极不稳定——标定困难，难以定量
放电电压法 根据电压与电流的关系来推算出代表油膜厚度的放电电压 润滑膜的性质和纯洁程度对放电电压的影响——难以定量测定
电容法 • 当润滑油的介电常数已知后，根据电容值随油膜的厚度增大而降 低的变化关系测得油膜厚度——困难在于油膜间隙形状不明确
测试方案
监测诊断发展趋势 网络化： 远程、分布式监测；异地托管 专业化：产品厂家参与、专业机构参与 标准化：信息标准化、分析模块标准化
方案 利用信息网络，实现旋转设备状态信息采集、存储、传输、分析和
共享等 传感器＋信号处理＋测量、分析、传输
指标 振动：快变信号，0～150μm±5％、带宽0～10kHz 转速：脉冲信号，0～12000rpm 工艺：慢变信号，0～5V±0.5％
X光透射法 • 金属能够吸收X光而不能使X光穿过，而润滑油却允许X光穿过— —光强度与油膜厚度成正比，困难是光束位置精确的调整
2、润滑油膜厚度检测
测试方案
光纤检测法——光纤位移传感器
• 输入光纤、输出光纤、反光物体、光 敏二极管组成
• 反光物体——平面反射镜：垂直于输 入和输出光纤而移动，光源发出的光 经输入光纤，在反光面的形成反射锥 体——输出光纤——光敏二极管
工况序号
R距离
Q吊重
α
测试点
备注
1
10m
29.4kN
0º
1～20
额定载荷
2
10m
29.4kN
45º
1～20
额定载荷
3
10m
36.75kN
0º
1～20
超载25%
4
10m
36.75kN
45º
1～20
超载25%
5
18m
17.15kN
0º
1～20
额定载荷
6
18m
17.15kN
45º
1～20
额定载荷
7
18m
21.4kN
3、缝纫机噪声源测试分析
测量结果及分析
相干分析——不同频率下振动与噪声的相关程度
声振相干函数图（4500rpm）
• 分析结果 噪声与针板的振动有很大的相关程度。针板——机壳底板镶嵌，降噪也应 从抑制机壳表面振动入手
分步运转试验——找出哪一个部件是主要激励源 • 分析结果：针刺挑线机构是缝纫机运转时最主要的激励源，应对该机构进
后续测量系统
系统分析
解决了其他方法无法消除的电磁干扰、使用寿命短、不耐高温、不 耐腐蚀等问题,实现了油膜厚度的精密检测
3、缝纫机噪声源测试分析
测试对象
3、缝纫机噪声源测试分析
测试任务 噪声测量基础
• 噪声 物理定义——大量频率和相位各异的声音复合而成的无序合声 生理感受——一种与人体有害的声音，它已成为主要公害之一
•探头直径（mm） φ8 •量程（mm） 2 •灵敏度（v/mm） 8 •频率响应（KHz） 0～5 •温漂（％/℃ FS） ≤0.1 •线性度误差（％FS） ≤±2.0
•灵敏度：100mV/g •量程：50g •频率范围：0.5-8000Hz（±10%) •安装谐振点:30kHz •分辨率：0.0002g •重量：8gm •线性：≤1% •输出偏压：8-12VDC •恒定电流：2-20mA •输出阻抗：＜150Ω •激励电压：18-30VDC
测量内容 • 不同转速下的噪声水平及振动水平（了解噪声源大小） • 同时测量噪声与各部件的振动（判断噪声由那部分振动引起） • 采取分步运转方法测量各部件的振动（找出振动的主要原因）
3、缝纫机噪声源测试分析
声压级
计权声压级 （声级）
测量仪器与方法
噪声测量仪器与测量方法
声级计（噪声计）工作方框图
测试技术—— 典型测试系统设计实例