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1、第一节 传感器 一、概述传感器是感受物体运动并将物体的运动转换成模拟电信号的一种灵敏的换能元件，是诊断装置的“眼”和“耳”。n测量压力的仪器可分为压力表及压力传感器两大类；n流量测试仪器包括节流（压差）式流量计、涡轮流量计、靶式流量计、容积式流量计、计量马达式流量计；n振动测试仪器包括压电式加速度传感器、电容式振动传感器、涡流式振动传感器；n噪声测试仪器主要有声级计。第1页/共44页传感器的性能指标 灵敏度 它是指沿传感测量方向，输出信号与输入信号之比，一般在某一指定频率范围内测得。动态范围 当输入和输出信号保持线性关系时所对应的输入信号的变化范围称动态范围。频响特性 表示传感器在不同频率下输
2、出响应对输入信号的比值。相移 是指传感器电压输出信号与输入信号的相位滞后量。横向灵敏度 由于工艺、材料、设计等原因，传感器在被测物体的非测量方向上也会有信号输出，影响所测信号，横向灵敏度应尽量小。环境条件 每一种传感器都有它适用的环境条件，如温度、湿度、磁场强度、辐射场、声场等。其它如重量、尺寸、大小等都应考虑具体使用条件。第一节 传感器 第2页/共44页 设备故障诊断最常用的振动传感器主要有位移探测器、速度传感器、加速度计三种型式。n常用的速度传感器为具有弹簧-质量系统的磁电式传感器，它测量的是机器相对于地面的绝对运动，因此又称为惯性式或地震式传感器。n加速度传感器，特别是压电式加速度传感器
3、，由于其体积小、重量轻、频率范围宽等特点，在旋转机械及往复机械的振动监测与诊断中应用十分广泛。第一节 传感器 第3页/共44页二、加速度传感器 1工作原理2压电晶体3压电加速度计的主要特性灵敏度 频响特性 线性范围 其它特性 横向灵敏度 温度效应与时间效应 电缆噪声 漏电效应 噪声输出第一节 传感器 第4页/共44页4安装与使用 安装方式 图（a）是用双头钢制螺栓固定，为测试效果最理想安装方法。被测物体与传感器可看成整体，因而共振频率与其它方式相比为最高，可承受最大加速度，适于冲击测量。图（b）是用绝缘螺栓固定，需要电气绝缘时使用。其共振频率略低于图（a）方式，承受的负荷加速度大。图（c）是靠
4、永久磁铁固定，便于装拆和现场使用。其共振频率中等，承受的负荷加速度中等（200g），使用温度150。图（d）是用渗腊层粘结，其共振频率较高，承受的负荷加速度小，不宜在高温下使用。图（e）是用粘结剂固定，如502胶或环氧树脂连接，其共振频率低（5000Hz），承受的负荷加速度小。用手持探针测量，其共振频率最低（1000kHz），负荷加速度也小，特点是使用方便。第一节 传感器 第5页/共44页传感器常用安装方法及特点磁座使用方便而性能适中，是最常用的方法磁座使用方便而性能适中，是最常用的方法第一节 传感器 第6页/共44页 加速度传感器的选择与使用 加速度传感器选择的主要因素包括精确性，适当的使用
5、、安装。具体而言，选用加速度传感器时应考虑下列指标：灵敏度 通常为100mV/g或250mV/g，也有10mV/g和1000mV/g的加速度计。频率范围 一般加速度计使用频率范围为1Hz-10kHz，共振频率通常为20-30kHz，使用范围的上限一般为共振频率的1/3，其测量误差1dB。测量范围 通常的测量范围为0.1-100g 与电荷放大器的配置 传感器安装点 传感器应避免安装在高温、潮湿以及有腐蚀气体的环境。接地 应使测量系统在一点接地，也可采用绝缘螺栓及安装面加绝缘片等措施。5加速度计的标定 加速度传感器经使用一段时间后应进行标定以保证其测试的精确可靠。绝对法：标定标准加速度计 比较法：
6、标定一般加速度计第一节 传感器 第7页/共44页第二节 数据采集器 设置采集器回收数据建立参数库数据分析打印报告现场测量第8页/共44页单单片片计计算算机机程程序序存储器存储器数数据据存储器存储器电电荷荷放大放大传感器传感器积积分分共振解调共振解调程控程控放大放大抗混抗混滤波滤波A/D转换转换速度速度位移位移键键盘盘通讯模块通讯模块电电源源显显示示器器积积分分数采器原理框图数采器原理框图第二节 数据采集器 第9页/共44页 在数据采集器内A/D转换器是设备的关键，它将连续的模拟输入信号转化为数字信号，即量化过程，使之变成微机能接受的二进制数，以进一步用于处理、显示、记录等。下面是典型数据采集器
7、的性能指标：A/D转换器的分辨率 目前A/D的分辨率有8位、10位、12位，有的达16位或更高，为求得高分辨率，需提高A/D的位数，随着位数的增加，信噪比也不断提高。频率范围 0-20kHz或0-40kHz。频率分辨率 100，200，400，800，1600，3200，或更高（谱线）。存贮器内存 256kB-1MB，目前可以更大。动态范围 70dB。通道数 1-4。功能 可进行数据采集、谱分析、数据分析、动平衡等。数据采集器的性能指标数据采集器的性能指标 第二节 数据采集器 第10页/共44页滤波器 未滤波的原始信号 滤波后的信号高高通通滤滤波波低低通通滤滤波波带带通通滤滤波波带带阻阻滤滤波
8、波第二节 数据采集器 第11页/共44页第三节 专家系统 一、专家系统概述 “专家系统（Expert System，简称ES）是一个智能计算机程序，它利用知识和推理过程来解决那些需要大量的人类专家知识才能解决的复杂问题。所用的知识和推理过程可认为是最好的领域专家的专门知识的模型”。一般将专家系统的设计人员称知识工程师（Knowledge Engineer），将参加专家系统开发的人类专家称为领域专家（Domain Expert）。作为人工智能一个重要分支的专家系统专家系统（Expert System，ES）是在20世纪60年代初期产生和发展起来的一门新兴的应用科学，而且正随着计算机技术的不断发展
9、而日臻完善和成熟。1982年美国斯坦福大学教授费根鲍姆给出了专家系统的定义：第12页/共44页第三节 专家系统 专家系统是一种智能的计算机程序，这种程序使用使用知识与推理过程，求解求解那些需要杰出人物的专门知识才才能求解能求解的复杂问题。专家系统有三个特点，即：启发性，能运用运用专家的知识和经验进行进行推理和判断；透明性，能解决解决本身的推理过程，能回答回答用户提出的问题；灵活性，能不断地增长知识，修改修改原有的知识。第13页/共44页第三节 专家系统 专家系统通常由5个基本组成部分基本组成部分：知识库(核心)、推理机（灵魂）、数据库以及解释程序、知识获取程序。二、建立专家系统的目的和任务 建
10、立专家系统的主要目的就是为了保存和推广人类专家的宝贵知识。建立专家系统的一个主要任务就是形式化表达人类专家的专门知识。第14页/共44页三、专家系统与传统程序的区别 专家系统的目标是获取和使用人类专家的启发性知识，传统程序的目标是实现一组算法。其中最基本的区别是在于专家系统以知识为处理对象，而传统程序是以数据为处理对象，因此，专家系统注重知识表示和推理方法，而传统程序则强调数据结构和算法。n如果传统程序的结构可表示成：数据结构数据结构+算法算法=程序程序n那么，专家系统的结构为：知识知识+推理推理=专家系统专家系统专家系统专家系统传统程序传统程序知识知识的表示和使用数据数据的表示和使用作出决定
11、计算结果基于启发式启发式基于算法基于算法符号推理数值计算数值计算能处理信息的不确定性不能能处理信息的不完全性需要全部信息能提供解释不能控制和知识分离控制和知识混合第三节 专家系统 第15页/共44页四、专家系统的结构知识库和推理机称为专家系统的核心。专家系统的基本构成专家系统的基本构成 设备故障诊断专家系统结构设备故障诊断专家系统结构 第三节 专家系统 第16页/共44页CAN/485 Network1-8 sensors(Vibration,rpm,&etc.)1-256 Netmonitor.计算机监测第四节 网络化在线监测与故障诊断DCS系统/MIS系统电话语音服务互连网Internet
12、第17页/共44页大型在线监测系统大型在线监测系统使用复杂 维护困难价格太高模拟式在线仪表功能过于简单只能现场监测不能诊断老式在线技术的缺点第四节 网络化在线监测与故障诊断第18页/共44页-在线监测的发展趋势在线监测的发展趋势数字化网络监测数字化-抗干扰、低成本硬件标准化、模块化-易于安装维护软件中文组态-设计简单快速第四节 网络化在线监测与故障诊断第19页/共44页两种网络在线监测方式 传感器 调理模块调理模块 DCS系统传感器 网络数采器网络数采器 计算机振值远程监测振值远程监测第四节 网络化在线监测与故障诊断第20页/共44页-可远程输出振值(真有效值)和报警信号振动调理模块振动调理模
13、块 NETMONITOR第四节 网络化在线监测与故障诊断第21页/共44页 设备振动保护；现场仪表盘上的振值监测；远程计算机连续监测；在已有工控系统中增加振动监测功能（如DCS系统）；作为电荷放大积分器用于通用振动测量主要用途主要用途：振动调理模块振动调理模块-NETMONITOR第四节 网络化在线监测与故障诊断第22页/共44页输入：压电加速度传感器振值输出:0-5 V 静态电压 4-20 mA 静态电流 真有效值测量波形输出（+5V电压）：加速度 速度 位移状态输出：超限报警（TTL）第四节 网络化在线监测与故障诊断第23页/共44页其其它它特特点点与与规规格格：振值输出,可选加速度、速度
14、和位移的真有效值、等效峰值或峰峰值 振值超限开关量输出(TTL电平)，可外接声光报警系统 加速度、速度和位移动态波形输出，可接示波器、分析仪诊断设备故障 可配接模拟量数据采集模块和Windows工控组态软件做远程设备监测 振值输出可选单参数型或三参数型 电源和振值超限LED指示 24V直流供电，本安型防爆 输出有短路/开路保护 国际标准工业端子外壳 频率范围:10 Hz 20 KHz 工作温度：0 50 oC 测量精度：5%体积：258075mm第四节 网络化在线监测与故障诊断第24页/共44页监测诊断型网络数采器-N1:-兼具振值监测和波形诊断功能第四节 网络化在线监测与故障诊断第25页/共
15、44页主要特点：主要特点：可分析振动趋势 配故障诊断专家系统 有转速测量 14位A/D，80dB 信号动态范围 包络共振解调 滚动轴承、齿轮诊断特效药 标准Windows组态软件，使用极方便、灵活 多种传感器输入：加速度计(电荷和ICP)、电涡流位移、磁电式速度、电压、电流第四节 网络化在线监测与故障诊断第26页/共44页技技术术规规格：格：触发采样可做时域平均同步采集数据 2 x 8 方式高可靠的CAN网络数据传输也可用作多通道动态信号分析仪。可选多种信号的真有效值、等效峰值、真峰值和平均值等可在计算机上发出声光报警内置电涡流和ICP传感器电源;24VDC供电，内置电源隔离减少地线干扰可灵活
16、选择上传的参数、特征值和波形波形长度(32-4096)点可选8阶椭圆抗混滤波：频率程控可设、可切除第四节 网络化在线监测与故障诊断第27页/共44页系统其它特点可同时监测振动,转速,轴温和其它参数可选语音查询功能，用普通电话拨号方式查询测点振值、设备状态或诊断结论可接互连网,支持远程设备医院第四节 网络化在线监测与故障诊断第28页/共44页填表和搭积木方式为网采系统编程第四节 网络化在线监测与故障诊断第29页/共44页网采设置主程序网采设置主程序网采设置主程序网采设置主程序第四节 网络化在线监测与故障诊断第30页/共44页以动态数据交换方式（DDE）向Windows发送数据第四节 网络化在线监
17、测与故障诊断第31页/共44页组态软件：系统主界面组态软件：系统主界面组态软件：系统主界面组态软件：系统主界面第四节 网络化在线监测与故障诊断第32页/共44页网采监测系统主界面示例网采监测系统主界面示例网采监测系统主界面示例网采监测系统主界面示例第四节 网络化在线监测与故障诊断第33页/共44页组态王中定义组态王中定义DDE设备设备第四节 网络化在线监测与故障诊断第34页/共44页第四节 网络化在线监测与故障诊断第35页/共44页第四节 网络化在线监测与故障诊断第36页/共44页您熟悉的信号分析与故障诊断工具您熟悉的信号分析与故障诊断工具第四节 网络化在线监测与故障诊断第37页/共44页CA
18、N总线通信协议总线通信协议一、一、CAN总线标识符定义总线标识符定义ID10ID4节点节点ID（0127）ID3ID0命令字（最多支持命令字（最多支持16种命令）种命令）二、二、CAN命令（命令（ID3ID0）0、（、（0000）联络命令）联络命令用于上位机和各个网采之间的握手联络。为远程帧用于上位机和各个网采之间的握手联络。为远程帧1、（、（0001）初始化命令）初始化命令l lPCtoCollector：（上位机初始化网采各通道）：（上位机初始化网采各通道）发送发送8个字节的数据，其中字节个字节的数据，其中字节18代表组代表组18的各参数字。其各字节定义：的各参数字。其各字节定义：D7：组
19、别标志（：组别标志（1电压组；电压组；0电荷组）电荷组）D6D5（两通道公用）：设置上传的振值参数和存储在黑匣子中的波形参数（两通道公用）：设置上传的振值参数和存储在黑匣子中的波形参数00加速度加速度A波形、波形、25.6khz；01速度速度V波形、波形、2.56khz；10位移位移D、1.28khz；11包络包络E、5.12khz；D4D3：传感器类型（：传感器类型（A，V，D，E）00电荷加速度传感器（电荷加速度传感器（A）两次积分两次积分可与各种诊断软件连接可与各种诊断软件连接-开放协议开放协议第四节 网络化在线监测与故障诊断第38页/共44页小 结传感器是感受物体运动并将物体的运动转换
20、成模拟电信号的一种灵敏的换能元件，是诊断装置的“眼”和“耳”。加速度传感器，特别是压电式加速度传感器，由于其体积小、重量轻、频率范围宽等特点，在旋转机械及往复机械的振动监测与诊断中应用十分广泛。加速度传感器根据不同的使用条件和环境有各种安装方式：用双头钢制螺栓固定、用绝缘螺栓固定、靠永久磁铁固定、用渗腊层粘结、用粘结剂固定、用手持探针测量。数据采集器可以进行数据采集、谱分析、数据分析、动平衡等操作。滤波器是数据采集器的重要组成部分。使用滤波器可以有目的清除频谱中某些频段的数据，或者抽取频谱中某一频段的数据。常用滤波器有高通、低通、带通、带阻四种。设备故障诊断专家系统是利用各种类型的诊断知识，对
21、设备运行状态（正常和异常）进行判断和推理的软件系统，一旦设备发生异常，它可以通过推理判断找出故障的原因和发生的部位，最后给出诊断推理过程的解释和故障处理对策。数字化网络监测是在线监测的发展趋势。第39页/共44页问 题 与 回 答互动时间第40页/共44页一、单项选择题（在备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题干中的横线上）1 由于其体积小、重量轻、频率范围宽等特点，在旋转机械及往复机械的振动监测与诊断中应用最广泛。A、位移探测器 B、速度传感器 C、加速度计 D、计数器2在现场实际测量时，尤其是大范围的普查测试，以采用 传感器最简便且性能适中，是最常用的方法。A、螺栓固定 B、永久性磁
22、座安装 C、手持 D、粘结剂固定3当仅需要拾取高频信号时，采用 滤波器。A、高通 B、低通 C、带通 D、带阻第41页/共44页二、判断题（在括号内选择打“”或“”）1传感器是将物体的运动转换成数字电信号的一种灵敏的换能元件。（）2在数据采集器内，A/D转换器将连续的模拟输入信号转化为数字信号。（）3滤波器是数据采集器的重要组成部分。（）4建立专家系统的主要目的就是为了保存和推广人类专家的宝贵知识。（）5专家系统以数据为处理对象，而传统程序是以知识为处理对象。（）6知识库和推理机是专家系统的核心。（）7数字化网络监测是在线监测的发展趋势。（）第42页/共44页第十一章 结束谢谢大家!2023/3/3043第43页/共44页感谢您的观看！第44页/共44页