旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的提取需要用到階次分析嗎

對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其振動(dòng)和噪聲信號(hào)的頻率、幅度隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化。旋轉(zhuǎn)頻率被稱為基頻，而基頻的整數(shù)倍頻率稱為階次頻率。旋轉(zhuǎn)機(jī)械通常由軸承、齒輪、風(fēng)葉等構(gòu)成，這些零部件發(fā)生振動(dòng)時(shí)通常振動(dòng)頻率是旋轉(zhuǎn)頻率的整數(shù)倍，與階次相對(duì)應(yīng)。因此，從階次譜可以分析出那個(gè)機(jī)械零件存在異常。

階次分析需要一個(gè)轉(zhuǎn)速通道，一個(gè)或多個(gè)噪聲、振動(dòng)通道。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，分析不同轉(zhuǎn)速時(shí)的噪聲、振動(dòng)頻譜，生成轉(zhuǎn)速、頻率、幅度的色譜圖，從中提取階次譜。根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)，選取關(guān)鍵階次，一般以總值為參考進(jìn)行限值，可對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行質(zhì)量狀況評(píng)估、控制。

1.轉(zhuǎn)速提取

轉(zhuǎn)速提取是階次分析的關(guān)鍵，必須保證轉(zhuǎn)速信號(hào)與頻譜分析信號(hào)的同步。AWA6290L/L+采集硬件,自帶脈沖輸入通道，內(nèi)置轉(zhuǎn)速算法，實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)速，并與原始噪聲、振動(dòng)采集數(shù)據(jù)同步上傳，保證了轉(zhuǎn)速信號(hào)與噪聲信號(hào)的同步。

轉(zhuǎn)速傳感器包括光電型、霍爾型、振動(dòng)信號(hào)、電源脈沖等，同時(shí)也支持汽車OBD等數(shù)字接口。如下圖從左到右分別是光電型、霍爾型傳感器和汽車OBD接口。

下表列舉了主要的轉(zhuǎn)速傳感器優(yōu)缺點(diǎn)及使用注意事項(xiàng) 

類型	優(yōu)缺點(diǎn)	使用注意事項(xiàng)
光電	優(yōu)點(diǎn):經(jīng)典、準(zhǔn)確 缺點(diǎn):要保證激光可以照射到轉(zhuǎn)子	1.提高轉(zhuǎn)子與采樣點(diǎn)的反光差，提高信噪比 2.低轉(zhuǎn)速測(cè)量時(shí)，可貼幾段發(fā)光帶，增加精度
霍爾	優(yōu)點(diǎn):使用方便  缺點(diǎn):外磁場(chǎng)干擾	注意霍爾傳感器的裝配距離及位置
振動(dòng)	優(yōu)點(diǎn):使用方便，適合看不到轉(zhuǎn)子的場(chǎng)合 缺點(diǎn):易受到干擾，特別是復(fù)雜系統(tǒng)	1.傳感器的敏感反向要與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向一致 2.選取轉(zhuǎn)子振動(dòng)傳感明顯的區(qū)域取振
電源	優(yōu)點(diǎn)：提取簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：易受干擾，穩(wěn)定性差	1.設(shè)置轉(zhuǎn)速上下限、脈沖閾值來(lái)降低測(cè)量誤差 2.通過給定轉(zhuǎn)速校準(zhǔn)
OBD	數(shù)字接口，提取簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：同步性略差	支持ISO9141-2、ISO14230(KWP)、ISO15765等 支持大部分汽車現(xiàn)有obd接口

通過AWA6290脈沖輸入接口測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)，脈沖幅值需大于3V；默認(rèn)每12個(gè)脈沖計(jì)算一次轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，可增加脈沖源來(lái)增加計(jì)算速度。在階次分析時(shí)，緩慢調(diào)速，可獲得更好的轉(zhuǎn)速與噪聲頻譜的對(duì)應(yīng)關(guān)系及轉(zhuǎn)速分辨率。

使用杭州愛測(cè)公司提供的光電、霍爾等轉(zhuǎn)速采集模塊，與AWA6290硬件配合，可實(shí)現(xiàn)多種模式轉(zhuǎn)速測(cè)量，滿足不同測(cè)量場(chǎng)合需要。

2.階次譜

噪聲、振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)在時(shí)域上同步采樣計(jì)算，根據(jù)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行階次跟蹤，最終實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速的階次譜分析。

階次譜的主要表達(dá)方式有：瀑布圖、色譜圖和階次切片圖。

瀑布圖以時(shí)間、頻率、幅度三維坐標(biāo)形式展現(xiàn)產(chǎn)品一段時(shí)間的頻譜變化色譜圖與瀑布圖類似，將幅度以顏色深淺方式顯示。

階次切片圖根據(jù)轉(zhuǎn)速信號(hào)，提取感興趣的階次以二維顯示，更方便的進(jìn)行分析

階次在線判斷軟件為滿足生產(chǎn)線診斷應(yīng)用開發(fā)，可與第三方軟件通信，對(duì)zhi定階次做限值判斷，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的在線診斷。

3.階次應(yīng)用

傳統(tǒng)的FFT分析方法對(duì)于穩(wěn)態(tài)信號(hào)有很好的判斷效果，能分辨出被測(cè)信號(hào)的頻率成分，確定故障原因；加入轉(zhuǎn)速信息，可與旋轉(zhuǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)，查找故障點(diǎn)；通過對(duì)升速、降速狀態(tài)的跟蹤，更清晰的將與轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的頻譜結(jié)構(gòu)與固定頻譜結(jié)構(gòu)區(qū)分開來(lái)。

階次分析方案已在汽車風(fēng)機(jī)、總成，電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，對(duì)產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)提供有力支持。