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1、 bmainstrument Copyright BMA Advanced Instrument Ltd.振动和冲击脉冲的区别振动和冲击脉冲的区别第一页，共二十一页。振振动和冲和冲击脉冲的区脉冲的区别一、振一、振动和脉冲的概念：和脉冲的概念：1、振、振动的概念的概念 机械或机械或结构在平衡位置附近的往复运构在平衡位置附近的往复运动;广广义地地说，任何物理量交替增减任何物理量交替增减变化的化的现象都叫做振象都叫做振动。2、脉冲的概念、脉冲的概念 脉搏的跳脉搏的跳动产生的冲生的冲击波。脉冲的定波。脉冲的定义其其实是是这样的的:电压或或电流的波形象心流的波形象心电图上的脉搏跳上的脉搏跳动的波形。的波
2、形。第二页，共二十一页。二、振二、振动和脉冲的区和脉冲的区别1、振、振动和脉冲和脉冲产生的原因不同？生的原因不同？1冲冲击脉冲信号的脉冲信号的产生生 冲冲击脉冲是在脉冲是在刚性材料中性材料中传播的一种播的一种弹性波，是性波，是刚性物体之性物体之间如如钢相互碰撞相互碰撞的的结果。由于碰撞的原因，冲果。由于碰撞的原因，冲击点点处的材的材料分子受到加速度作用，并通料分子受到加速度作用，并通过靠近冲靠近冲击点的材料分子点的材料分子传递至周至周围的分子中，直到的分子中，直到形成一个特性波我形成一个特性波我们称称为前前导波。波。第三页，共二十一页。假假设碰撞点上的材料足碰撞点上的材料足够坚硬且碰撞硬且碰撞
3、发生在极短的生在极短的时间段内，那段内，那么会生成非常么会生成非常强烈的前烈的前导波，且波，且该波在材料中以声速波在材料中以声速传播。如播。如图1所示。前所示。前导波在波在钢中的中的传播速度通常播速度通常为5000m/s，持，持续的的时间一般一般为几微秒到几十微秒。几微秒到几十微秒。图图1：弹性波前的产生为点对点碰撞的结果：弹性波前的产生为点对点碰撞的结果 前导波第四页，共二十一页。2、振振动动信号的信号的产产生生振振动是物体受到外力的作用，在外力作用下做功，并将能量是物体受到外力的作用，在外力作用下做功，并将能量进行行传递一种形式，它是一种受到外力作用后的一种效果表达。假一种形式，它是一种受
4、到外力作用后的一种效果表达。假设不考不考虑阻尼的作用，物体必将持阻尼的作用，物体必将持续运运动。现实生活中，阻尼必然生活中，阻尼必然存在，所以，物体的振存在，所以，物体的振动必将受到持必将受到持续外力的鼓励才能持外力的鼓励才能持续的振的振动。阻尼的大小决定振。阻尼的大小决定振动的的类型和大小。型和大小。第五页，共二十一页。3、振、振动动和脉冲和脉冲产产生的先后生的先后顺顺序和关系序和关系小钢球撞击铁棒的试验小钢球撞击铁棒的试验撞击首先产生脉冲信号撞击首先产生脉冲信号-红色局部红色局部铁棒接收到冲击后铁棒接收到冲击后转换成运动形式转换成运动形式-振动振动由于持续的鼓励，振动和脉冲由于持续的鼓励，
5、振动和脉冲信号叠加在一起信号叠加在一起第六页，共二十一页。冲冲击脉冲只脉冲只传播于播于坚硬材料如硬材料如钢中，具有非常急中，具有非常急剧的上升和的上升和下降下降时间的的弹性波，在整体材料中的性波，在整体材料中的传播速度播速度为音速一般音速一般为5000m/s。冲。冲击脉冲生成于相碰撞的两个物体的接触点，如脉冲生成于相碰撞的两个物体的接触点，如滚动体撞体撞击滚道上剥落道上剥落处的的锋利利边缘，持，持续的的时间一般一般为几微秒到几几微秒到几十微秒。冲十微秒。冲击脉冲的脉冲的频率率组成范成范围非常非常宽，包含很多高，包含很多高频能量；能量；由于上面的原因，我由于上面的原因，我们通通过振振动来分析冲来
6、分析冲击信号，根本没有可能，信号，根本没有可能，分析的信号分析的信号仅仅是振是振动的信号，因的信号，因为振振动传感器的响感器的响应范范围一般一般在在10KHz左右，高左右，高频信号信号丧失；失；如如设备不平衡所不平衡所产生的机械波，并不属于冲生的机械波，并不属于冲击脉冲，不含有高脉冲，不含有高频能量，是典型的振能量，是典型的振动波；波；冲冲击脉冲的幅脉冲的幅值与冲与冲击瞬瞬间的相的相对速度成正比。速度成正比。第七页，共二十一页。三、脉冲信号的捕捉方式三、脉冲信号的捕捉方式问题一：一：前面我前面我们说到，脉冲信号持到，脉冲信号持续时间很短，持很短，持续的的时间一般一般为几微秒到几十微秒几微秒到几
7、十微秒，这么短的么短的时间必然必然带来一个来一个问题-如何如何保保证前后冲前后冲击信号信号这间不互相叠加和干不互相叠加和干扰？为了解了解释这个个问题，我，我们来做一个来做一个试验：我们用一支钢笔敲击杯子,会产生嗡嗡的声音;连续敲击就产生叠加的声音信号如果我们敲击1次,马上用手抓住杯子,声音就马上消失第八页，共二十一页。通通过这个个试验,我我们知道防止前后冲知道防止前后冲击信号的干信号的干扰,必必须在硬件在硬件上做上做处理理.这也是也是为什么脉冲和振什么脉冲和振动传感器不能互感器不能互换的原因之一。的原因之一。振振动传感器既用来采集振感器既用来采集振动信号又采集脉冲信号是不可能的。信号又采集脉冲
8、信号是不可能的。第九页，共二十一页。问题二二脉冲是一个高脉冲是一个高频的信号，高的信号，高频信号一般能量很低，如何捕捉到信号一般能量很低，如何捕捉到这样的信号？的信号？第十页，共二十一页。脉冲脉冲传感器工作感器工作频率率设定在定在32KHz共振峰共振峰处，不同于振，不同于振动传感器感器设在振在振动传感器灵敏度曲感器灵敏度曲线直直线段局部，一般段局部，一般频率范率范围在在1-10KHz。冲冲击脉冲利用共振效脉冲利用共振效应来取信号，来取信号，这样可以将信号放大可以将信号放大5-7倍，倍，确保可以抓到可靠信号。确保可以抓到可靠信号。前提是共振，如何保前提是共振，如何保证脉冲脉冲传感器能在感器能在3
9、2KHz发生共振至关生共振至关重要。重要。第十一页，共二十一页。时域中上升和下降持续时间短的强烈脉冲频域中包含很宽高能量的频率成分能量频率时间幅值傅里叶变换前面我们讲过，脉冲信号持续时间很短，在时域中相当于一根线。如上左图所示。前面我们讲过，脉冲信号持续时间很短，在时域中相当于一根线。如上左图所示。对这样的信号进行傅里叶变换，根据数学上的斯托克斯定律，就能看到如上右图所示的对这样的信号进行傅里叶变换，根据数学上的斯托克斯定律，就能看到如上右图所示的频谱，在这个频谱图中包含几乎所有的频率成分，当然也包含频谱，在这个频谱图中包含几乎所有的频率成分，当然也包含32KHz频率成分，必然激起频率成分，必
10、然激起冲击脉冲传感器发生共振。冲击脉冲传感器发生共振。第十二页，共二十一页。时域中上升和下降持续时间较长的轻微脉冲时域中上升和下降持续时间较长的轻微脉冲频域中包含较少高频能量的频率成分频域中包含较少高频能量的频率成分幅值 能量 时间 频率 傅里叶变换轻微脉冲，进行傅里叶变换后，频域中不含高频率能量成分，也就不可能激起轻微脉冲，进行傅里叶变换后，频域中不含高频率能量成分，也就不可能激起传感器共振，也就抓不到放大的信号。传感器共振，也就抓不到放大的信号。第十三页，共二十一页。问题三三反反过来，脉冲来，脉冲传感器可以用来做振感器可以用来做振动分析分析吗？答案是否答案是否认的，的，为了了说明明这个个问
11、题，我，我们看看一下脉冲信号的一下脉冲信号的处理理过程：程：第十四页，共二十一页。信号进行1次带通滤波，过滤掉低频的信号0半波整流0包络处理0共振捕捉的信号由于信号中的低频率信号被过滤，所以如设备不平衡、不对中信号、松动等信号被彻底拿掉了，由于信号中的低频率信号被过滤，所以如设备不平衡、不对中信号、松动等信号被彻底拿掉了，所以脉冲信号不能分析普通振动的问题。所以脉冲信号不能分析普通振动的问题。第十五页，共二十一页。问题四四冲冲击脉冲信号能做什么分析？脉冲信号能做什么分析？我们通过对轴承滚动体和滚道间相互作用的研究，我们发现我们通过对轴承滚动体和滚道间相互作用的研究，我们发现即使在状况非常良好的
12、轴承中，每秒内也会产生上百次的冲击脉即使在状况非常良好的轴承中，每秒内也会产生上百次的冲击脉冲，这些冲击脉冲正是源自所有滚动轴承中极小的微米级的碰撞。冲，这些冲击脉冲正是源自所有滚动轴承中极小的微米级的碰撞。在健康、润滑良好的轴承中，只有粗糙外表中最高的凸起会在健康、润滑良好的轴承中，只有粗糙外表中最高的凸起会产生接触贯穿油膜，所以会产生相对来说比较低幅的冲击脉产生接触贯穿油膜，所以会产生相对来说比较低幅的冲击脉冲；而在润滑较差的轴承中，重复率和幅值都会增高。我们还发冲；而在润滑较差的轴承中，重复率和幅值都会增高。我们还发现滚道或滚动体有损坏的轴承会产生很高幅值的冲击脉冲，其重现滚道或滚动体有
13、损坏的轴承会产生很高幅值的冲击脉冲，其重复率取决于轴承的几何参数和轴的转速。冲撞所产生的冲击脉冲复率取决于轴承的几何参数和轴的转速。冲撞所产生的冲击脉冲的力量和碰撞物体间的相对速度有关。以滚动轴承为例，生成的的力量和碰撞物体间的相对速度有关。以滚动轴承为例，生成的冲击脉冲的幅值和滚动体的速度成正比。冲击脉冲的幅值和滚动体的速度成正比。第十六页，共二十一页。 通通过40多年大量的多年大量的实践践证明，冲明，冲击脉冲来脉冲来诊断断滚动轴承故障具有振承故障具有振动无法比无法比较的的优势。1比振比振动提前提前预知知滚动轴承的故障，因承的故障，因为冲冲击脉冲共振放大的作用；脉冲共振放大的作用；2能能诊断
14、断滚动轴承的故障，而且可以承的故障，而且可以诊断断润滑的状况；滑的状况；见动画。画。3诊断断齿轮箱箱滚动轴承故障更清晰。因承故障更清晰。因为齿轮箱上箱上齿轮的的啮合振合振动信号很信号很强，常常把常常把滚动轴承的振承的振动信号淹没掉。冲信号淹没掉。冲击脉冲把脉冲把齿轮的的啮合信号合信号过滤掉，只保存掉，只保存滚动轴承的信号，分析起来更容易。承的信号，分析起来更容易。第十七页，共二十一页。问题五五为什么什么设定冲定冲击脉冲脉冲传感器共振感器共振频率率为32KHz？冲冲击脉冲脉冲传感器包含黄感器包含黄铜棒和棒和带通通滤波器的波器的设计，确保每个，确保每个传感器都在感器都在32KHz发生共振。生共振。
15、由于冲由于冲击脉冲包含很脉冲包含很宽范范围的的频率信号，率信号，其中必然含有触其中必然含有触发传感器振感器振动的的32KHz频率率成分，成分，这样冲冲击脉冲脉冲传感器在接触冲感器在接触冲击脉脉冲冲时由于共振放大的作用，使得由于共振放大的作用，使得传感器反感器反响很明响很明显。第十八页，共二十一页。所有冲所有冲击脉冲脉冲传感器都感器都经过一致校准，在接触冲一致校准，在接触冲击脉冲脉冲时，能具，能具有完全同等的性能，即幅有完全同等的性能，即幅值和衰减和衰减时间都是一致的，且所有都是一致的，且所有传感感器几乎完全相同。器几乎完全相同。这也振也振动传感器做不到的主要原因，我感器做不到的主要原因，我们都
16、知都知道每个振道每个振动传感器都有自己的灵敏度，需要感器都有自己的灵敏度，需要单独独设置。置。与使用与使用标准振准振动传感器的振感器的振动包包络技技术比比较，由于其技，由于其技术是是基于基于设备自身的自身的结构共振构共振频率，不同率，不同设备结构共振构共振频率差异率差异很大，所以当振很大，所以当振动传感器接触冲感器接触冲击脉冲脉冲时，其性能表，其性能表现特征特征非常不明非常不明显。32KHz的共振的共振频率是个最佳答案的折中方法，因率是个最佳答案的折中方法，因为其大于由不平衡、其大于由不平衡、不不对中和中和齿轮啮合所合所产生的干生的干扰性低性低频信号的信号的频率，又也低于率，又也低于设备所所产
17、生的超声段生的超声段频率信号。率信号。这是我是我们设置置32KHz的主要原因。的主要原因。第十九页，共二十一页。 Copyright BMA Advanced Instrument Ltd.At your service.At your service.bmainstrument bmainstrument 第二十页，共二十一页。内容总结bmainstrument。由于碰撞的原因，冲击点处的材料分子受到加速度作用，并通过靠近冲击点的材料分子传递至周围的分子中，直到形成一个特性波我们称为前导波。假设碰撞点上的材料足够坚硬且碰撞发生在极短的时间段内，那么会生成非常强烈的前导波，且该波在材料中以声速传播。前导波在钢中的传播速度通常为5000m/s，持续的时间一般为几微秒到几十微秒。3、振动和脉冲产生的先后顺序和关系第二十一页，共二十一页。