典型測試系統設計實例第1頁/共84頁內容塔式起重機結構強度測試無心磨削的工件棱圓度精密檢測高速機車軸溫測試系統潤滑油膜厚度檢測縫紉機噪聲源測試分析旋轉機械故障監測診斷網絡化系統重點：掌握一些具體的測試技術，對一個測試系統的設計有一個基本的概念，學會分析方法與設計思路

牛牛文庫文檔分享第2頁/共84頁測試系統的設計涉及明確測試任務制定測試方案選擇傳感器設計后續測試系統測試系統效能分析回顧

牛牛文庫文檔分享第3頁/共84頁測試對象

10.1塔式起重機結構強度測試

牛牛文庫文檔分享第4頁/共84頁測試任務對新設計的某型號塔式起重機樣機進行強度檢測

測試目的通過測試來驗證理論計算，為產品的進一步改進提供依據對樣機提出評價意見，作為新產品鑒定的依據測試參考根據原始設計資料，選擇在應力應變最大處粘貼應變片進行測量根據兩種不同破壞情況，按照JJ30-85《塔式起重機結構試驗方法》測試靜態、動態應力應變10.1塔式起重機結構強度測試強度檢測正、切應力測量判斷最大應力是否大于許用應力

牛牛文庫文檔分享第5頁/共84頁測試方案

問題最終歸結于測量最危險截面的靜態與動態應力應變

測量方法：應變片+電橋靜態測量時由于有多個測點，通常配用預調平衡箱，利用外加電阻對電橋調平衡，以便于與應變儀連接動態測量由于測點少不需要配用預調平衡箱，直接與應變儀連接，使用光線示波器作為動態應變記錄裝置

10.1塔式起重機結構強度測試靜態應力測試系統框圖

動態應力測試系統框圖

牛牛文庫文檔分享第6頁/共84頁測點布置：測點位置和測點方向是影響結構強度試驗是否可靠的兩個重要因素10.1塔式起重機結構強度測試斷面正應力分布各種斷面的應力分布規律：a．斷面上通常只有兩種力：正應力、剪應力b．斷面角點處只有正應力，而無剪應力。正應力的最大值出現在角點處,即為主應力。c．剪應力的分布形式根據其斷面形狀不同而不同，一般來說，最大剪應力產生在中性軸處。

牛牛文庫文檔分享第7頁/共84頁10.1塔式起重機結構強度測試測點位置：最大正應力法——角點法箱形梁斷面在外力拉（壓）、彎曲、扭（轉）矩作用下的正應力分布貼片方法：在箱形斷面角點處貼應變片。

牛牛文庫文檔分享第8頁/共84頁測試方案

10.1塔式起重機結構強度測試測量系統共布置了20個測點

牛牛文庫文檔分享第9頁/共84頁測試條件

假設條件：載荷不包括吊鉤重量，載荷誤差應小于1%；各工況皆是處于空鉤離地狀態時進行儀器調零；測試數據均為吊重引起的應力，不應包括自重和風阻應力環境條件：測試溫度10～25℃，濕度50%～70%，風力1級測試工況：測試中選取了五種不同起重重量、三種變幅幅度、兩種方位角進行組合變化，分別測試各種工況下最大應力10.1塔式起重機結構強度測試

牛牛文庫文檔分享第10頁/共84頁測試步驟

檢查和調整試驗樣機粘貼應變片并干燥、密封、檢查絕緣接好應變測試系統，調試儀器，合理選擇靈敏度，消除不正常現象取空載狀態作為初始狀態，將應變儀調零按照測試工況，分別測試各種情況下的最大應力10.1塔式起重機結構強度測試工況序號R距離Q吊重α測試點備注110m29.4kN0o1～20額定載荷210m29.4kN45o1～20額定載荷310m36.75kN0o1～20超載25%410m36.75kN45o1～20超載25%518m17.15kN0o1～20額定載荷618m17.15kN45o1～20額定載荷718m21.4kN0o1～20超載25%818m21.4kN45o1～20超載25%Q起重量R幅度——吊點到塔機回轉中心的距離α起重臂與塔身之間的方位角。

牛牛文庫文檔分享第11頁/共84頁數據處理與結果分析靜態：相同試驗條件下多次測量取平均值動態：用光線示波器記錄下動態應變曲線,確定最大應力、平均應力、動載系數。1）單向應力狀態下的平面應力計算

2）平面應力狀態的主應力計算3）與設計指標比較10.1塔式起重機結構強度測試

牛牛文庫文檔分享第12頁/共84頁10.2無心磨削的工件棱圓度精密檢測

測試對象特點：加工自動定位——3點定位導輪的摩擦力帶動工件旋轉導輪的摩擦力和砂輪的切削力使工件支撐在托架上進行自動定心，實現砂輪對工件外圓的連續加工——等直徑加工問題：回轉中心動態不穩定性造成工件外圓形狀為棱圓問題一般為低次的3、5、7次奇數棱圓和高次的12、14、16次偶數棱圓（常見為三棱圓）砂輪導輪工件托架三棱圓傳動軸無心復合磨削

牛牛文庫文檔分享第13頁/共84頁2、無心磨削的工件棱圓度精密檢測

測試任務棱圓的棱數和棱圓度檢測測量精度達到微米級實現量化分析和評估測試方案1）測量外圓直徑——工件外圓測量常規方法等分棱圓角度，測量出相應的直徑數值希望經數據處理獲得棱圓的棱數和圓度誤差由于棱圓的各個方向直徑在加工過程中是被保證的，因此，直徑測量無法反映棱圓形狀。2）測量棱圓半徑由于外圓表面到圓心的距離不同，所以使用位移傳感器測量棱圓各個方向的外圓表面到圓心的距離

牛牛文庫文檔分享第14頁/共84頁2、無心磨削的工件棱圓度精密檢測

采取測量棱圓半徑測試方案

測量系統組成回轉工作臺：以實現工件的回轉，中心不變位移測量傳感器：測量外圓位移的動態數值位移傳感器的調理裝置信號處理和顯示裝置

傳感器工件信號調理信號處理顯示回轉臺

牛牛文庫文檔分享第15頁/共84頁2、無心磨削的工件棱圓度精密檢測

選擇傳感器考慮問題精度：為了保證磨削加工的工件測量精度為微米級，必須選用高精度的位移傳感器量程：由于是磨削加工，外圓形狀誤差不會很大，小量程可滿足測量要求測量方式：工件的棱圓度測量確定為離線方式，工作臺低速回轉下測量即可，傳感器的頻響特性不需要很高接觸方式：測量方式可選用接觸或非接觸方式成本問題：盡可能減小

牛牛文庫文檔分享第16頁/共84頁2、無心磨削的工件棱圓度精密檢測

傳感器選擇

變間距電容傳感器？電渦流傳感器？電感傳感器？①變間距電容傳感器

優點：測量精度高，靈敏度高，響應速度快，能抵抗高溫、振動和潮濕，特別適用于惡劣環境中作非接觸測量，適應于測位移小量程

缺點：測量電路較為復雜，一般采用調幅電路或調頻電路，后續調理電路相對復雜，增加了系統復雜性②電渦流傳感器

優點：具有靈敏度高、響應快速、非接觸測量的特點

缺點：常規類型量程1～2mm，從實際應用來講，其精度不足；如選用高精度型，其量程為250um，分辨率0.01um，但這種類型成本較高。

牛牛文庫文檔分享第17頁/共84頁2、無心磨削的工件棱圓度精密檢測

傳感器選擇③差動變壓器位移傳感器

能提供所需的準確度、精度和可靠性，盡管為接觸式測量，但考慮作為研究使用，棱圓測量的工作量不大，而且該測量傳感器已成功應用于圓度儀作為測量頭.圓度儀差動變壓器位移傳感器因此，選用差動變壓器位移傳感器

牛牛文庫文檔分享第18頁/共84頁2、無心磨削的工件棱圓度精密檢測

信號處理方法的選擇棱圓的棱數為工件回轉一周位移波動的周期數，棱圓度為波動的幅度。由位移數據波動的頻率與工件回轉頻率的倍數可確定棱圓的棱數。數據處理可采取頻域譜分析方法：數據采集方便，頻率分辨率高，應用方便。1X為工件回轉頻率，3X的頻率為棱圓為三棱圓、其幅值的大小表現了棱圓度典型棱圓幅值譜

牛牛文庫文檔分享第19頁/共84頁2、無心磨削的工件棱圓度精密檢測

測試系統的設計與分析

棱圓測量系統基本框圖

采用虛擬儀器信號采集數據分析和處理結果輸出圖形用戶操作界面

所有軟硬件均為市售產品，此方案簡單易行。變壓器傳感器電感式測微儀數據采集卡PC主機

牛牛文庫文檔分享第20頁/共84頁任務描述——溫度測試

背景高速、重載發展——支承軸承發熱增多軸承磨損和產生缺陷——不正常發熱增大重要性軸承溫度升高，輕則熱軸、固死造成機損，影響機車正常運轉；重則造成疲勞破壞和熱切軸，車毀人亡

測試任務在線監測高速機車的軸箱軸承、牽引電機軸承、抱軸承及空心軸承處的溫度在控制室實時顯示各測點的實際溫度，進行聲光報警和定位指示數據存儲，隨時調用3、高速機車軸溫測試系統

牛牛文庫文檔分享第21頁/共84頁測試要求主要技術參數測溫范圍：-55～+125℃測溫精度：±1℃（0～85℃）測溫點數：38點（可根據不同車型而增減）

報警溫度：絕對溫度（75℃）和相對溫度（環境溫度+55℃）

供電電壓：110VDC(波動范圍：65~140VDC)；功耗小于15W

其他要求抗干擾能力強、適應惡劣的工作環境、防塵防水、穩定可靠工作系統可靠性高有完善的自檢功能數據自動存儲和查詢3、高速機車軸溫測試系統

牛牛文庫文檔分享第22頁/共84頁測試方案傳感器的選擇

半導體溫度傳感器？紅外監測儀？數字溫度傳感器？1）半導體PN結溫度傳感器測量誤差大。PN結溫度傳感器容易老化、失效；兩線制使測點到儀表的引線較長，引線誤差較大連線多，環節多，每個測點到儀表均需連線、均需放大調理，使結構復雜需定期標定，工作量大，傳感器的互換性差傳輸弱小的模擬信號，抗干擾能力弱，測量結果的穩定性和可靠性差2）地面紅外線機車軸溫檢測儀只能在機車通過監測點時監測軸箱軸承——無法全程監測不能監測牽引電機軸承和抱軸承溫度3、高速機車軸溫測試系統

牛牛文庫文檔分享第23頁/共84頁

可見，傳統的模擬型溫度傳感器精度低、抗干擾能力差、多點測量不能穿行通信等。3）數字式溫度傳感器（DS1820溫度傳感器芯片）

優勢：外圍電路簡單、精度高、對電源要求不高、抗干擾能力強。原理：內部計數器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數。特征：無需外圍器件，用9位二進制數字量形式輸出溫度值

溫度測量范圍：-55-125℃，分辨率為0.5℃將溫度轉換為數字量的時間小于200ms采用串行單總線結構傳輸數據，即僅用一根數據線接收命令和傳送數據測溫誤差：＜1℃用戶可自定義永久的報警溫度設置適合于工業現場的溫度監測和控制，抗干擾能力強，能適應惡劣的工業環境，工作穩定可靠

3、高速機車軸溫測試系統因此，選用數字式溫度傳感器

牛牛文庫文檔分享第24頁/共84頁測試方案

檢測計算機系統的選擇工業控制計算機優點：功能強大、運算速度快、編程方便（采用高級計算機語言）、通用性強缺點：體積較大，價格也較高，常用于參量類型和數目較多、要求運算速度快、顯示界面復雜的監測和控制任務

ARM板的嵌入式計算機優點：功能和運算速度介于工業控制計算機與單片計算機之間，比工業控制計算機低，但比單片計算機高出許多缺點：體積比工業控制計算機小許多，但比單片計算機大；其價格比工業控制計算機低許多，但比單片計算機高單片計算機優點：結構簡單、價格低廉、功能相對簡單缺點：運行速度較慢和數據處理能力較弱，常用于參量類型和數目較少、要求運算速度不高、顯示界面簡單的小型監測和控制任務，其最典型的應用是自動（智能）監測儀表。從成本、體積、計算性能要求等方面考慮，選擇單片機。3、高速機車軸溫測試系統

牛牛文庫文檔分享第25頁/共84頁測試系統的設計系統硬件構成圖數據傳輸：串行單總線結構，為了提高數據傳輸的可靠性和節省連線，將兩根單總線連接成環形，所有傳感器連接在環形總線上；只有一根單總線處于工作狀態。3、高速機車軸溫測試系統

牛牛文庫文檔分享第26頁/共84頁測試系統的設計軟件設計程序核心是主機與傳感器的單總線串行通信抗干擾設計

強干擾源多、電磁輻射嚴重系統電源抗干擾：輸入端加濾波器磁環吸收（擬制高頻）系統主板抗干擾：加粗電源線和地線地線有效接地機殼屏蔽主電路板與電源間加屏蔽鋼板軟件抗干擾：自動復位能力對于受到干擾的數據多次測量3、高速機車軸溫測試系統主程序流程圖

牛牛文庫文檔分享第27頁/共84頁測試任務：背景對于在高速、重載、高溫條件下工作的機器，摩擦、磨損是其發生故障的最主要原因潤滑是減少摩擦與磨損的簡便而有效的方法軸承的有效潤滑必須滿足最小油膜厚度處軸承兩表面不直接接觸任務對摩擦副間微小區域內的油膜厚度進行直接測量監測油膜的工作狀態4、潤滑油膜厚度檢測

牛牛文庫文檔分享第28頁/共84頁測試方案傳感器選擇1）電阻法——定性測量通過測量油膜的電阻大小來判斷其厚度油膜的電學性能極不穩定——電阻標定困難，難以定量

2）放電電壓法利用電壓擊穿原理，根據電壓與電流的關系來推算出代表油膜厚度的放電電壓潤滑膜的性質和純潔程度對放電電壓的影響——測量結果穩定性差，難以定量測定3）電容法當潤滑油的介電常數已知，根據電容值隨油膜的厚度增大而降低的變化關系測得油膜厚度建立電容值與油膜厚度關系時油膜間隙形狀不明確

4）X光透射法利用X光穿過潤滑油,光強度與油膜厚度成正比進行測量困難是光束位置精確的調整4、潤滑油膜厚度檢測

牛牛文庫文檔分享第29頁/共84頁5)激光衍射法：激光束通過縫隙時，由于衍射現象將在屏幕上出現條紋,測量衍射條紋的寬度即可算出縫隙的寬度.

主要困難是所測縫隙的下限值較大。例如對于功率為1mW的激光器，若縫隙小于7.62μm時，屏幕上的條紋就模糊。因此要測量較窄的縫隙得采用更大功率的激光器6）光纖檢測法——光纖位移傳感器光纖傳感器具有靈敏度高、頻帶寬、測量范圍大、抗干擾性強、體積小、可彎曲、極易接近被測對象、靈敏度高、耐高壓、耐腐蝕、可非接觸測量。

4、潤滑油膜厚度檢測因此，選擇光纖傳感器。

牛牛文庫文檔分享第30頁/共84頁光纖傳感器設計：

——采用反射式強度調制光纖位移傳感器（非功能型）輸出光纖的光功率取決于光纖端部與反射部件之間的距離d。假設:T=tanθ

根據幾何光學可知：4、潤滑油膜厚度檢測當d<a/(2T),即a>2dT時，耦合進輸出光纖的光功率為零；當d>(a+2r)/（2T）時，輸出光纖與輸入光纖的像發出的光錐底端相交，其相交的截面積恒為πr2，此光錐的底面積為π(2dT)2,故在此范圍內間隙的傳光系數恒定（一般定義為相交截面積與光錐底面積之比）為（r/2dT）2；當a/2T≤d≤(a+2r)/2T時，耦合到輸出光纖的光通量由輸入光纖的像發出的光錐底面與輸出光纖相重疊部分的面積所決定。

牛牛文庫文檔分享第31頁/共84頁

根據幾何關系易得故輸出光纖接受的光功率PO與入射光功率Pi之比為

因此，我們可以根據檢測到的光強信號推演出被測距離的大小。4、潤滑油膜厚度檢測

利用線性近似法進行計算，幾何分析即可給出輸出光纖端面受光錐照射的表面所占的百分比為

牛牛文庫文檔分享第32頁/共84頁光纖位移傳感器的性能分析

1）當0<d<a/2T時：光電二極管輸出的電壓為V=V0，其中，V0是沒有光輸入時的暗電壓，即：耦合進輸出光纖的光功率為0；

2）當a/2T≤d≤(a+2r)/2T時：光電二極管輸出的電壓為V=V0+Sβ(δ/r)(r/2dT)2

，其中，S是各種因素決定的靈敏度，可見輸出電壓V隨d的增大而單調增大；

3）當d>(a+2r)/2T時：光電二極管輸出的電壓為V=V0+S(r/2dT)2，可見輸出V隨d的增大而單調減小。

因此，當d=(a+2r)/2T時，輸出電壓V達到最大。

4、潤滑油膜厚度檢測

牛牛文庫文檔分享第33頁/共84頁光纖位移傳感器的安裝在滑動軸承的軸頸上貼一塊反射紙，在軸瓦上安裝兩根光纖。兩根光纖測量端的端面對齊固定在軸瓦上。輸入光纖的另一端對準激光光源，輸出光纖的另一端則對準光電二極管。光電二極管（PIN管）輸出的信號進入后續處理裝置

4、潤滑油膜厚度檢測安裝示意圖

牛牛文庫文檔分享第34頁/共84頁光源及后續測量系統選擇光源——激光光源為氦氖激光燈光電信號采集系統電路板組成：光電二極管(PIN管)＋運算放大器芯片直接輸出電壓，輸出電壓與芯片接受到的光功率成正比系統分析

解決了其他方法無法消除的電磁干擾、使用壽命短、不耐高溫、不耐腐蝕等問題,可實現油膜厚度的精密檢測。

4、潤滑油膜厚度檢測

牛牛文庫文檔分享第35頁/共84頁1）噪聲測量基礎噪聲定義：物理定義：大量頻率和相位各異的聲音復合而成的無序合聲。

實際定義：不需要的聲音。噪聲測量專用環境：全消聲室：六個面全有吸聲材料。吸聲本領特別強、室內聲音主要是直達聲而反射聲極小的房間。提供自由聲場。

半消聲室：五個面有吸聲材料，地面沒有。提供半自由聲場。

混響室：吸聲本領盡量低，室內聲音經過多次反射形成聲能分布均勻的房間。提供擴散聲場。5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第36頁/共84頁（1）聲壓P及聲壓級LP

聲壓P：聲波作用于物體上的壓力，單位是帕（Pa）聽閾聲壓：人耳可聽到的最弱聲壓，210－5

Pa痛閾聲壓：人耳感覺疼痛的聲壓，20Pa(100萬倍

)聲壓級LP

——單位是分貝（dB）定義為：式中：P表示測量聲壓，P0表示基準聲壓（其值為聽閾聲壓）。則：人耳可聽聲范圍是0～120dB。0dB是否表示無聲音？2）噪聲測量基本參數5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第37頁/共84頁（2）聲強I及聲強級LI聲強I：單位時間內垂直于聲波傳播方向上單位面積內所通過的能量，單位是W／m2

聲強級LI定義：

I表示測量聲強，I0表示基準聲強，取為10－12W／m2

可見：聲強為矢量。5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第38頁/共84頁（3）聲功率W及聲功率級LW

聲功率：聲源在單位時間內發射出的總能量。定義：聲功率級：定義：式中，W0表示基準聲功率，取為10－12W

聲功率級是反映聲源發射總能量的物理量，且與測量位置無關，因此它是聲源特性的重要指標之一。聲功率為標量。5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第39頁/共84頁幾種物理量的比較：聲壓或聲壓級測量優點：測量容易

缺點：測量結果受測量環境的影響和限制聲功率測量優點：測量結果反應被測物實際發出的能量缺點：不能直接測得，只能通過聲壓級計算獲得聲強測量

優點：能反映噪聲的方向性缺點：測量比較困難5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第40頁/共84頁問題：如果已知聲場中兩個聲源的聲壓級均為80分貝，則總聲壓級為多少？ú?ùê?é=?=niLwtotwiL110/10lg10則：聲場中總聲壓級與總聲功率級合成方法為：

當噪聲源是由兩個或n個組成，總聲壓級應該是兩個或n個噪聲源聲壓能量的疊加。所以，聲壓合成方法為：

3）噪聲級的合成5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第41頁/共84頁背景噪聲的扣除本底噪聲：在噪聲測量時，即使所測量的聲源停止發聲，環境也存在著一定的噪聲，稱之為本底噪聲。工程意義：只有從測量結果中扣除本底噪聲后，才能得到所考察噪聲的正確聲壓級值。扣除值：

注意：

若被測噪聲源的聲級高于本底噪聲的聲級10dB，則可忽略本底噪聲的影響；若被測噪聲源的聲級與本底噪聲相差3～10dB，則按上表進行修正；若兩者相差小于３dB，則測量結果無效。

兩聲壓級算術差345678910扣除值△L3.002.301.701.250.950.750.600.455、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第42頁/共84頁4）聲功率的測量與計算

聲功率無法直接測量，只能通過測量聲壓級經計算而得到。（1）在自由聲場中(如果測量面是球面)，則有：式中，是在測試球面半徑Ｒ上所測的多點聲壓級的平均值。設有n

個測點，求法如下：（2）若在半球方向上傳播，相當于開闊地面或半消聲室，則：注意：球面半徑要求足夠大，通常約大于整個被測物尺度的2倍。5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第43頁/共84頁

（3）在混響聲場中測量

(a)用傳聲器在房間中幾個位置上測量聲級，取平均值；

(b)被測聲源聲功率如下：

式中：V為混響室房間體積，T為混響時間。混響時間定義為:在一定頻帶,房間內發一聲音,等聲音穩定后,突然切斷聲源,其聲強衰減60dB時所需要的時間,其值為：式中：S為房間總面積，為各表面平均吸聲系數，m為空氣中聲波傳播的強度衰減常數。

混響室是測量機器聲功率的理想環境,只要測量較少的點就能求得聲功率,但在混響室中不能測量聲源的指向性.5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第44頁/共84頁噪聲頻譜測量的目的：找出噪聲產生的原因噪聲頻譜的測量技術

頻譜分析儀恒定頻率帶寬分析儀恒定頻率百分比分析儀（噪聲測量常用）測量各個頻帶的聲壓級在某一頻帶中，聲音的聲壓級稱為該頻帶聲壓級討論頻帶聲壓級時應該指明頻帶的寬度5）噪聲的頻譜測量5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第45頁/共84頁中心頻率頻率范圍中心頻率頻率范圍31.522.4～451000710～14006345～9020001400～2800125905600250180～35580005600～11200500355～7101600011200～22400中心頻率頻率范圍中心頻率頻率范圍2522.4～28800710～90031.528～35.51000900～11204035.5～4512501120～14005045～5616001400～18006356～7120001800～22408071～9025002240～280010090～11231502800～355012511245001601405600200180～22463005600～7100250224～28080007100～9000310280～355100009000～11200400355～45012500112005601600014000710倍頻程中心頻率與頻率范圍1/3倍頻程中心頻率與頻率范圍5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第46頁/共84頁某電容器45A工頻電流下噪聲頻譜圖

5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第47頁/共84頁6）噪聲的主觀評價人耳對聲音所感覺的強度取決于：

(1)聲壓大小

(2)聲音的頻率特征

人耳對高頻聲敏感,對低頻聲不敏感根據人耳的這種特性，引入一個把頻率和聲壓統一起來的、可以反映主觀感覺的量，即響度及響度級：響度是人耳判別聲音強度大小的量，單位是“宋”。響度級LS的單位是方（phon）,即：以1kHz純音作為基準，任何頻率的聲音聽起來與該1kHz純音一樣響，那么這個聲音的響度級就是這個1kHz純音聲壓級分貝值。5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第48頁/共84頁等響度曲線5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第49頁/共84頁計權聲壓級：

從等響度曲線出發，在聲測量儀器中添加頻率計權網絡，使得儀器的輸出能近似地表達人耳對聲音響度的感覺。通常設置A、C兩種計權網絡

A計權可較好地模仿人耳對低頻段(500Hz以下)不敏感、對1000～5000Hz敏感的特點。

C計權接近水平，有時表示總聲壓級。在噪聲測量中，使用最廣泛的是A聲級，國際上已把A聲級作為評價噪聲的主要指標。

表示方法：dB(A)或dB(C)

若一個噪聲源分別采用A計權與C計權測量，測量結果相差較大，表明該聲源頻譜具有什么特點？5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第50頁/共84頁一般常用聲級計：功能：聲級計不僅能直接測量聲級，還能與多種輔助儀器配合進行頻譜分析、記錄噪聲的時間特性等。特點：體積小，重量輕、操作簡單等特點，適用于現場測量。組成：電容傳聲器、計權網絡、檢波電路放大器、衰減器、指示電表、電源等7）噪聲測量儀器5、縫紉機噪聲源測試分析電容傳聲器——聲傳感器：組成：由一個非常薄的金屬膜和與它相距很近的一個后極板組成，膜片和后極板相互絕緣，構成一個電容器。特點：電容傳聲器的靈敏度與膜片面積成正比，面積越大，靈敏度越高，但固有頻率越低。優點：靈敏度高，頻率響應平直，受電磁場和外界振動影響較小等，常用來進行精密聲學測量；缺點：在較大濕度下，電容傳聲器兩極板間容易放電并產生電噪聲，嚴重時甚至無法使用、結構復雜、成本高；膜片又薄又脆，容易破損。

聲級計（噪聲計）工作方框圖聲壓級計權聲壓級（聲級）

牛牛文庫文檔分享第51頁/共84頁聲級計校準器：活塞發聲器活塞發聲器是一種標準聲源：產生頻率為250Hz±2%

聲壓級為124dB的聲音聲壓級精度為±0.2%聲級校準器聲級校準器也是一種標準聲源：精度較活塞發聲器低產生頻率為1000Hz±2%

聲壓級為94dB的聲音聲壓級精度為±0.3dB

5、縫紉機噪聲源測試分析噪聲精密測量必須經常校準。

牛牛文庫文檔分享第52頁/共84頁聲學照相機——聲陣列傳聲器

是一類小巧的、非常靈活的噪聲源定位和分析系統。通過精確的噪聲源定位和標記，可對聲音生動、精確和快速的可視化呈現。用于聲學實驗室的環型話筒陣列用于遠距離測試和低頻分析的星型陣列用于車內測量的球型話筒陣列系統5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第53頁/共84頁8）噪聲測量實例——縫紉機噪聲測量

5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第54頁/共84頁測試任務測試目的對某型號縫紉機噪聲進行測試，目的是尋找噪聲源，從而為降低其噪聲水平、提高產品質量提供依據——噪聲大小、噪聲源

縫紉機噪聲主要是由結構振動產生，因此，需進行：噪聲級測量+振動測量測量內容不同轉速下的噪聲水平及振動水平（了解噪聲源大小）同時測量噪聲與各部件的振動（判斷噪聲由哪部分振動引起）采取分步運轉方法測量各部件的振動（找出振動的主要原因）5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第55頁/共84頁測量方案噪聲測量儀器與測量方法采用聲級計測聲壓級測量條件：在半消聲室或開闊空間測量方法：依據行業標準測量振動測量儀器與測量方法采用加速度傳感器——兩次積分后獲得位移測量方法：依據行業標準測量測量部位：縫紉機針板上送布牙的右側、垂直于底板

5、縫紉機噪聲源測試分析

牛牛文庫文檔分享第56頁/共84頁測量結果及分析1）噪聲與振動與轉速的關系因此，工作頻率有可能激起結構固有頻率發生共振。5、縫紉機噪聲源測試分析縫紉機在不同轉速下的振動位移縫紉機在不同轉速下的噪聲級

牛牛文庫文檔分享第57頁/共84頁測量結果及分析2）噪聲與振動的頻譜分析（給定轉速：最高轉速90%）振動表現出明顯的諧波特性，峰值主要出現在主軸回轉頻率73.3Hz及二倍頻上（146.5Hz）工頻及二倍工頻振動實際上就是由縫紉機運動部件的動不平衡引起因此，設法改進運動部件的動平衡是減小振動與噪聲的關鍵5、縫紉機噪聲源測試分析73.3Hz146.5Hz振動加速度信號幅值譜聲壓級信號幅值譜146.5Hz517.6Hz

牛牛文庫文檔分享第58頁/共84頁測量結果及分析3）相干分析——不同頻率下振動與噪聲的相關程度

分析結果噪聲與針板的振動有很大的相關程度，在73.3Hz及146.5Hz處相干系數達到了0.996及0.997，因此，降噪應從抑制機殼表面振動入手

5、縫紉機噪聲源測試分析聲振相干函數圖（4500rpm）

牛牛文庫文檔分享第59頁/共84頁5、縫紉機噪聲源測試分析測量結果及分析4）分步運轉試驗——找出哪一個部件是主要激勵源分析結果：針刺挑線機構是縫紉機運轉時最主要的激勵源，應對該機構進行動平衡分部運行狀態工頻（X）對應加速度幅值二倍工頻（2X）對應加速度幅值加速度均方根值整機164.3213.9278.5單獨去旋梭147.9193.4261.6去旋梭，斷抬牙、送布軸141.7181.6239.4單獨去針刺挑線機構147.521.4152.0去針刺挑線機構、旋梭148.89.0148.3去針刺挑線機構、旋梭，斷抬牙、送布軸141.81.98134.0

牛牛文庫文檔分享第60頁/共84頁測試對象——重大設備

流程工業的核心發電機壓縮機風機6、旋轉機械故障監測診斷網絡化系統

牛牛文庫文檔分享第61頁/共84頁背景

一旦發生事故，損失慘重，直接經濟損失至少在幾十萬元以上秦嶺200MW5號汽輪發電機組特大事故（1988）軸系7處、軸體5處發生斷裂，共斷為13段，主機基本毀壞由油膜失穩開始的，突發性、綜合性強烈振動造成的軸系嚴重破壞

沒有監測數據整個機組解體，損失慘重烏石化熱電廠3號汽輪發電機組特大事故（1999）汽輪機超速飛車至4500rpm發電機及機組系統著火設備直接經濟損失1916萬元6、旋轉機械故障監測診斷網絡化系統

牛牛文庫文檔分享第62頁/共84頁維修成本高——兩種維修模式計劃維修設備不分狀態好壞，一律執行計劃預修，對設備大面積拆裝使有些還可以使用的零部件被提前更換有些部件在拆卸過程中被損壞原來磨合得很好的部件又被重新裝配狀態維修以設備狀態作為維修的出發點，有針對性的糾正設備非正常狀態各個部件的使用壽命充分利用依靠對設備進行測試、檢查和診斷來掌握其運行狀態6、旋轉機械故障監測診斷網絡化系統

牛牛文庫文檔分享第63頁/共84頁設計任務：基于國內外網絡化設備狀態遠程監測、故障診斷與服務系統的技術發展現狀及趨勢，以大型關鍵設備為對象，開發出先進適用的網絡化設備狀態遠程監測與故障診斷系統

設計目的保障設備的長周期安全、高效運行；及時、準確地反映設備的運行狀態、捕捉設備的運行隱患、確診設備的故障類型與部位，以消除災難故障，避免嚴重故障，減少一般故障預測設備狀態的未來發展變化趨勢、指導機組預知維修建立完整的設備運行狀態信息，支持機組的更新換代6、旋轉機械故障監測診斷網絡化系統

牛牛文庫文檔分享第64頁/共84頁具體目標：

1）充分利用信息網絡，實現旋轉設備狀態信息采集、存儲、傳輸、分析和共享等的高度協調和統一

2）系統可靠性高、實時處理能力強的采集和監測硬件平臺

3）圖形化語言的設備網絡監測診斷分析軟件系統測試內容信號檢測及調理實時采集機組關鍵參數：振動、轉速、工藝特征提取、進行機組狀態監測提供分析診斷的各種工具評估機組運行的性能狀態機組數據存儲6、旋轉機械故障監測診斷網絡化系統

牛牛文庫文檔分享第65頁/共84頁測試方案

原則：網絡化：遠程、分布式監測；異地托管專業化：產品廠家參與、專業機構參與標準化：信息標準化、分析模塊標準化方案：利用信息網絡，實現旋轉設備狀態信息采集、存儲、傳輸、分析和共享等傳感器＋信號處理＋測量、分析、傳輸指標：振動：快變信號，0～150μm±5％、帶寬0～10kHz轉速：脈沖信號，0～12000rpm工藝：慢變信號，0～5V±0.5％6、旋轉機械故障監測診斷網絡化系統

牛牛文庫文檔分享第66頁/共84頁測試方案框圖

6、旋轉機械故障監測診斷網絡化系統網絡化的CPCI設備狀態監測單元網絡數據庫基于網絡的監測診斷軟件平臺

牛牛文庫文檔分享第67頁/共84頁傳感器選擇

振動轉子振動：非接觸式渦流傳感器——Bently

激光傳感器——米依機殼振動：接觸式、速度/加速度轉速：非接觸式：渦流式、光電式推薦傳感器振動、轉速——渦流傳感器精度、成本適中非接觸測試、可靠穩定安裝容易機殼振動——加速度傳感器使用方便安裝容易6、旋轉機械故障監測診斷網絡化系統加速度計：靈敏度：100mV/g量程：50g頻率范圍：0.5-8000Hz（±10%)安裝諧振點:30kHz分辨率：0.0002g重量：8gm線性：≤1%輸出偏壓：8-12VDC

恒定電流：2-20mA輸出阻抗：＜150Ω激勵電壓：18-30VDC渦流傳感器：探頭直徑（mm）φ8量程（mm）2靈敏度（v/mm）8頻率響應（KHz）0～5溫漂（％/℃FS）≤0.1線性度誤差（％FS）≤±2.0

牛牛文庫文檔分享第68頁/共84頁工藝傳感器溫度：熱電偶/熱電阻壓力：應變式推薦傳感器輸出標準信號0～5V、4～20mA輸出阻抗≤200Ω

6、旋轉機械故障監測診斷網絡化系統STWB系列溫度變送器STP壓力變送器MHM-04B信號調理

牛牛文庫文檔分享第69頁/共84頁測試部位——推薦測點位置振動每個支承面選擇2個徑向振動測點每段轉子選擇1個軸向位移點徑向振動傳感器互為90°布置被測表面材質均勻6、旋轉機械故障監測診斷網絡化系統

牛牛文庫文檔分享第70頁/共84頁加速度機殼四角選擇測點（靠近支承面）垂直安裝、鋼柱螺栓連接轉速/鑒相鑒相槽槽深1mm、寬l取決于轉速、轉子直徑、探頭直徑

6、旋轉機械故障監測診斷網絡化系統可選測點

牛牛文庫文檔分享第71