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基于DSP的FFT分析儀在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷振動(dòng)分析中的應(yīng)用

Giovanni Betta, Student Member, IEEE, Consolatina Liguori,
Alfredo Paolillo, and Antonio Pietrosanto

摘要：設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)門(mén)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析的基于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)(DSP)的測(cè)量系統(tǒng)，并成功實(shí)現(xiàn)。振動(dòng)信號(hào)是通過(guò)在線獲取并經(jīng)過(guò)處理得到連續(xù)監(jiān)測(cè)的機(jī)器狀態(tài)。在故障發(fā)生的情況下，這個(gè)系統(tǒng)能夠隔離故障并保持較高的可靠性。這篇文章詳細(xì)描述了這種方法并且建立了故障和無(wú)故障模型，連同所選硬件和軟件的解決方案。小規(guī)模三相異步電動(dòng)機(jī)上的一些試驗(yàn)突出地表明了在檢測(cè)故障時(shí)的優(yōu)秀的靈敏性、低誤報(bào)率和非常好的診斷性能。
關(guān)鍵詞：DSP，故障診斷，頻域分析，旋轉(zhuǎn)機(jī)械，振動(dòng)分析。
一、引言
在旋轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)測(cè)和在線診斷領(lǐng)域，振動(dòng)分析是非常有效的[1]-[10]。事實(shí)上，每部有缺陷的機(jī)器都會(huì)產(chǎn)生具有顯著特征的的振動(dòng)，為了實(shí)行故障檢測(cè)和診斷，可以通過(guò)測(cè)定振動(dòng)并與參考值比較。
時(shí)域和頻域方法都可以用來(lái)分析振動(dòng)信號(hào)。通過(guò)時(shí)域的方法，即使提供針對(duì)振動(dòng)物理性質(zhì)的深入洞察，也會(huì)在多基調(diào)振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)變成幾乎不可能的。反之亦然，頻域方法，允許振幅和相位譜被識(shí)別，對(duì)振動(dòng)分析更有用，如參考文獻(xiàn)[11]-[13]。對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻率分析，然后再對(duì)所產(chǎn)生的頻譜進(jìn)一步加工，可以獲取精確的診斷信息，如參考文獻(xiàn)[14]、[15]。其中采用頻率分析方法的有軸承缺陷頻率分析方法、高頻振動(dòng)脈沖和摩擦力方法以及籠罩譜方法[14]。
振動(dòng)信號(hào)頻域分析中最常用的工具是動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀（DSA）[16], 它可以評(píng)估頻譜在時(shí)間上是如何變化的，并因此支持有限時(shí)間事件的描述。在市場(chǎng)上有多種類(lèi)型的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀（手持式的，工作臺(tái)式的儀器，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)），要選擇最合適的進(jìn)行振動(dòng)分析，就要基于考慮擬定的速度、分辨率顯示、價(jià)格及可移植性。