振动监测范文

导语：如何才能写好一篇振动监测，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

[关键词]航空发动机；振动信号；放大；滤波

中图分类号：V217.39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0330-02

1 振动通道的设计

1.1 振动通道数量的确定

在双转子涡轮发动机的风扇机匣、进气机匣、涡轮机匣、发动机前安装节和后安装节处各安装两个振动传感器。各处安装两个传感器是为了防止其中一个传感器损坏或相应电路通道失效后，仍有另一组信号传输至振动监测硬件系统，保证系统运行，故需要10组振动通道。另外在过程量通道处设计有两组积分振动通道，在需要的时候可以将振动通道中10组中任意一组振动信号接入积分通道完成积分运算。

1.2 单通道内信号放大

传感器的输出信号需经过电压放大后再进行滤波，之后进行A/D转换。信号放大将采用运算放大器实现。放大方式采用反向放大方式，由运算放大器和电阻组成反向放大器。根据运算放大器“虚短”和“虚断”原理知：

为了保证信号强度可以实现A/D 转换，将单通道内信号分为多组进行放大，通过多组不同的反向放大器，初步设定放大值为-0.5、-1、-5、-25、-125。任意一组振动信号可对放大到上述任意一个放大倍数。

1.3 单通道内信号放大后的通道切换

为了顺利将多组放大后的信号中的一组选用并进行滤波，采用CMOS模拟多路复用器进行线路选择。CMOS模拟多路复用器选用Intersil公司的DG408。接入放大值分别为-0.5、-1、-5、-25、-125的不同信号，接地，GND接地，D端连接后端的滤波器以及其他元件。、、和EN接入数字信号，和分别接+5V与-5V。

2 低通滤波器的设计与仿真

经由CMOS模拟多路复用器选择后的信号分为三组信号经不同频率的有源低通滤波器，之后再经过另一个CMOS模拟多路复用器选择低通频率，输出至A/D转换。滤波器采用巴特沃斯（Butterworth）型滤波器，三组有源低通滤波器截止频率分别为10kHz、2kHz 和500Hz。

10KHz巴特沃斯低通滤波器设计要求其通带截止频率（），通带衰减；阻带截止频率（），阻带衰减。

利用MATLAB软件绘制其特性曲线，如图1、图2所示。从幅频特性图可看出所设计的低通滤波器在时信号幅值开始明显下降，到时信号幅值趋近于零。从信号衰减特性图可看出信号衰减为零并开始衰减，时信号衰减28dB，其通带和阻带截止频率处衰减值均优于设计指标。

2kHz和500Hz巴特沃斯低通滤波器要求其通带截止频率、，通带衰减均约等于1dB，阻带截止频率、，阻带衰减约大于25dB。

同理获得2kHz和500Hz巴特沃斯低通滤波器传递函数：

利用MATLAB 软件绘制其特性曲线，如图3～图6所示。从幅频特性图（图3、图5）中可以看出信号的幅值在设计频率附近开始衰减；从信号衰减特性图（图4、图6）可看出通带截止频率处衰减为1dB左右，阻带截止频率处衰减为28dB左右，符合设计要求。

4 总结

航空发动机的振动信号监测硬件系统的振动通道部分已设计完成。振动信号经传感器输出至由运算放大器组成的放大电路进行分组放大，各组放大倍数不同，由模拟多路复用器选择所需要的放大信号进行分组滤波处理，各组滤波器参数不相同，同样由模拟多路复用器选择滤波后的振动信号进行后续处理。

参考文献：

[1] 王志.航空发动机整机故障诊断技术研究[D].沈阳航空工业学院，2007，1：3

[2] 孙海东，傅强.航空发动机振动监测研究[J].机械设计与制，1001-3997（2007）02-0127-02.

第一作者

袁雪松，（1985-05），安徽合肥，本科，南京理工大学，工程师，研究方向：发动机。

篇2

关键词:监测室开挖 控制爆破 振动监测

中图分类号:TB21 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(b)-0056-01

1 工程概况

溪洛渡水电站大坝为混凝土双曲拱坝,大坝高度285.5m,电站总装机容量12600Mw。为满足大坝监测及仪器埋设需要,在拱坝坝基左岸AGL1～AGL5、右岸AGR1～AGR5灌浆平洞内共设11个监测室,监测观测室开挖断面为城门洞型,断面尺寸为3.5×5.25m,洞深4.0m。

因灌浆廊道内部分帷幕已施工完成或正在施工,为避免监测室爆破开挖对帷幕系统造成破坏,要求开挖爆破时必须严格控制爆破质点振动速度。

2 设计要求及规程规范

监测室洞口控制点30m范围内尚未进行帷幕灌浆部位监测室爆破开挖,要求质点安全振动速度小于等于2.5cm/s;监测室洞口控制点30m范围内已进行帷幕灌浆部位监测室爆破开挖,要求在灌后龄期大于等于28天时进行,质点安全振动速度小于等于1.5cm/s。质点安全震动速度为爆破区药量分布的几何中心至观测点10m控制值。

3 爆破安全监测数据

(1)爆破安全监测使用拓普UBOX-5016盒式微型记录仪。采样参数如表1。

(2)爆破振动监测的数据为:爆破振动监测点的质点振动速度与主振频率。

4 爆破方案设计

4.1 爆破参数设计

坝基灌浆洞监测室基本位于Ⅲ类围岩区,掏槽采用直眼掏槽楔形布孔,孔深2.2m,孔距25cm～37.5cm;底部孔深2.2m,为了保证爆破效果,其他炮孔深200cm,间排距为40cm～60cm。

主爆破孔采用φ25乳化炸药进行装药,堵长60cm～80cm;底孔装药结构为孔底装2节φ32乳化炸药,中间采用φ25药卷连续装药,电雷管引爆;光爆孔装药结构为孔底装1节φ32乳化炸药,中间采用1/2节φ25药卷间隔20cm装药;预计排炮进尺2m,单耗为1.2～1.6kg/m3。监测室开挖试验阶段控制爆破单响药量不大于5kg,并根据爆破开挖效果和爆破振动监测成果及时调整爆破参数。

4.2 密集钻孔减振

因为允许质点振动速度很小,初始爆破施工作业面距防渗帷幕和坝体距离太近,所以为满足施工要求,必须采取减小爆破震动的减震措施。本工程采用缩短钻孔进尺、加密布孔减震。

在开挖爆破中,根据爆破试验测试结果,适当调整钻孔进尺段长,严格控制爆破单响药量,同时增加爆破分段数;采用加密周边孔孔排,在爆源和帷幕间的一定范围内形成屏障,在帷幕处质点的振幅和振动速度都较无孔排时明显降低。

5 振动监测

爆破振动监测的目的是确定被保护目标的安全,并为调整后续爆破的参数提供参考依据。在监测过程中应记录尽量多的数据,以保证记录数据能说明复杂地质条件下被保护目标的振动特征。本工程对每一次爆破都进行了振动监测,然后根据监测的结果判别被保护目标的振动值是否处在安全范围内。

5.1 监测数据分析

监测室采取灌浆洞扩挖方式,在灌浆廊道布置了4个爆破振动监测点,监测点质点振动速度及频率如表2。

(1)根据设计要求,爆心距10m位置为最大观测控制点位置。因此在左右两侧爆心距为10m的位置布置1#、2#检测点。其中1#测点质点振动速度径向为2.21cm/s,切向为2.05cm/s,垂直向为2.14cm/s;2#测点质点振动速度径向为2.08cm/s,切向为1.98cm/s,垂直向为2.03cm/s。爆心距10m位置最大质点振动速度为2.21cm/s(径向)。其它各测点中,3#测点最大质点振动速度为1.47cm/s(垂向),4#测点最大质点振动速度为0.92cm/s(径向)。

(2)本次监测点质点主振频率范围为52Hz～610Hz。

5.2 初步结论

从多次爆破规模及测试数据反映的情况来看,爆破振动监测质点振动速度分别为径向、切向和垂直向,爆破振动速度随爆心距增加,各测点的质点振动速度呈降低的趋势。根据设计要求,爆破区药量分布的几何中心至10m为最大控制观测点,未进行帷幕灌浆部位要求质点安全振动速度小于等于2.5cm/s;已进行帷幕灌浆部位质点安全振动速度小于等于1.5cm/s,因此测试质点振动速度满足设计要求。

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（长江工程职业技术学院，武汉 430212）

（Changjiang Institute of Technology，Wuhan 430212，China）

摘要： 爆破工程施工作业有较大的安全隐患，其中地震波对爆破区周围建（构）筑物影响很大，本文以工程实例证明，在建（构）筑物较集中区进行工程爆破就必须进行爆破振动效应监测试验，提供试验数据，便于调整、优化爆破参数，防止出现安全事故。

Abstract： Blasting engineering construction has big potential safety hazard. The seismic wave has great influence on the building and structures around the blasting area. Based on the engineering examples， this article proves that blasting vibration effect monitoring experiment is a must when engineering blasting is carried out in places when buildings and structures are concentrated， in order to provide test data， so as to adjust and optimize the blasting parameters and prevent accidents.

关键词 ： 爆破工程；振动效应监测；爆破参数；安全

Key words： blasting engineering；vibration effect monitoring；blasting parameters；security

中图分类号：TD235 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）25-0088-02

作者简介：胡敏辉（1965-），男，湖南龙山人，教师，高级工程师，研究方向为水利工程施工与管理。

0 引言

①振动效应监测的目的与内容。

工程爆破技术使用非常普及，它加快了工程进度，提高了施工效益，但是同时也出现了一些安全问题，如冲出波、飞石、有害气体、地震波等。而爆破中最常见的就是爆破地震，它严重影响了周围建筑等的安全，必须对其进行振动效应监测。（1）通过对现场爆破振动安全监测试验，量测地表质点振动速度和爆破振动频率，并以此为依据，研究这个过程中的地表振动特性以及变化规律，分析地表质点振动峰值速度与装药量等之间的关系，回归出该场地的爆破参数。（2）根据回归出的爆破参数，计算安全爆破的用药总量和单段（响）用药量，进而指导爆破施工单位对爆破炮孔布置及爆破的单段（响）用药量的设计，以便更好的控制爆破施工对地表振动造成的危害。

②监测与分析试验的方法。

1）爆破上方地表布置监测点，采用质点振动速度测量系统，实地监测各项参数。2）在爆破区建筑屋顶（高层）以及地基（单层）埋设监测点，监测质点振动速度是否符合安全标准。3）采用专业测试分析软件对爆破震动波形进行分析，获得每个测点的主振频率、持续时间等爆破振动参数。4）爆破振动效应监测时，有针对性地选取具有代表性的位置进行振动测试，最好选取离爆区较近处布置振动测点。5）尽管在工程爆破中很多因素都会影响爆破振动，但最主要的因素为一次同时起爆炸药量Q（kg）和爆源距测点的距离R（m）。爆破振动安全多采用质点峰值振速进行控制，根据萨道夫斯基提出的经验公式计算：

式中可知，爆破振动强度与段药量Q成正比关系，与爆心距成反比关系，当段药量减少，质点振动强度降低：V为爆破地震对建筑物或构筑物产生的质点垂直振动速度，cm/s；K为与地形、地质、爆破方式有关的系数；Q为炸药量，齐发爆破时取总装药量，延期爆破时取最大一段装药量，kg；β为药包形状系数，一般取1/3；α为爆破地震随距离衰减系数；R为从爆破地点药量分布的几何中心至观测点或被保护对象的水平距离，m。

6）最大分段装药量按萨道夫斯基公式变换进行计算：

式中 Q为最大分段装药量，kg；R为爆心距，m；V为爆破安全振动速度值，cm/s；K，α为岩石性质、地质条件、爆破规模等综和因素。

③现场监测试验结果要求。

1）对爆区环境条件进行实地勘察，确定爆破振动监测方案。2）现场布置测点，获得现场数据。3）对爆破振动监测结果进行数据处理，获得振动的最大振幅、质点振动速度、主振频率等爆破参数。4）根据测试数据，结合有关规定，分析施工爆破振动的影响情况。

1 爆破振动效应现场监测试验实例

1.1 爆区环境、地质概况

某隧洞过长冲河浅埋段线路调整段长约为943.702m，隧洞坡降为1/2151，隧洞开挖断面尺寸为5.4m×5.8m。隧洞轴线仅穿越一户的围墙，隧洞轴线60m 宽度范围内有5 户居民，线路在桩号GB0+492.396～+641.208m 段暂定段为该段隧洞施工的风险控制段。由于该隧洞地质条件复杂，可供施工面积小，存在巨大的施工风险。

1.2 测点布置

①按照爆破设计单位设计要求（施工单位爆破设计）和国家安全爆破规程的要求，本次测试区域暂定为以隧洞掌子面为爆心半径50 m内的地表圆形区域。涵盖受震动影响的民居和其他建筑物。每个测点均为三向（垂向，水平径向，水平切向）。现场实施过程中可根据需要扩大监测半径以及监测区域和选择监测对象。

②通过现场条件和爆破振动监测的要求，每一个测点上放置一台TC-4850爆破测振仪和一只三轴向速度传感器（TT-3A系列三轴向电磁式振动传感器和ZCC-202型速度传感器）。传感器托盘采用石膏粉固定于预先筑好的平台上（土壤则将仪器埋入土层）。三向测点上使用的水平传感器方向与垂直向垂直。为了得到准确的数据和保护设备的安全，每个测点上的设备全部使用保护罩盖住。

③振动速度测量系统由传感器、记录仪和笔记本电脑组成。首先选用适宜的记录仪记录振动信号，然后用传感器将信号转换成数字量存储起来，最后用计算机将转换后的信息进行波形显示、数据分析、结果输出。

1.3 爆破振动效应检测结果及分析

1.3.1 测试现场概况

测试现场表面为麦田，土壤覆盖层。隧洞顶部到地面平均距离为25m。长冲村民用建筑多为砖混结构、以及简易房，抗振性能较差。有资料显示一般砖结构房屋，其最大安全允许振动速度为V=2.0~3.0cm/s。土坯房最大安全允许振动速度为0.7~1.0cm/s。在风险控制段有砖房四座，土基房2座，石棉瓦房一座，不明建筑一座。

1.3.2 测试结果

本次测试的研究内容是爆破振动对民用建筑的影响范围以及影响程度，因此根据实际情况，在爆破作业掌子面上方地面各个方向布置了监测点，总计进行了8次40个点的测试。以爆心为圆心半径50m的地面范围作为测试研究对象，本次测试的目的是爆破振动对地面建筑物的影响。一般情况下，垂直方向的震动对建筑物影响较大，但是考虑到现场民房建筑质量不高，因此也要考虑爆破振动水平切向和水平径向地震波剪切力对建筑物的破坏作用。本次测试分别在爆心各个方向不同距离布置测点，取得大量实验数据。如表1。

根据实测数据分析，并与安全允许标准比较，判断其安全性。

通过对某隧道浅埋段爆破振动进行监测，得到以下结论：①本次监测过程中，隧洞开挖爆破单段（响）装药量在1.4kg～2.2kg之间，一次爆破总装药量在26kg～42kg之间。在掌子面正上方地表质点振动速度较大，超过了相关标准，人员感到了明显的震动感。②在距离掌子面正上方地表30m半径的圆形区域之外，质点振动速度迅速衰减。③本次监测区域的地质条件非常适宜进行爆破，但由于爆破区域附近存在少量民房，因此，在实际的爆破过程中应合理控制装药量，根据计算，单段（响）装药量不宜高于0.3kg～0.5kg，总装药量不宜高于15kg～20kg。在风险控制段以外，可以逐步增大爆破装药量。④随着开挖向风险控制段接近，宜逐步减少装药量，尤其是在离保护建筑物四十米内飞范围内更应严格控制装药量。⑤振动频率分析表明，分段微差起爆能有效地控制爆破振动效应；小药量下的岩石松动控制爆破的主振频率主要集中在20～50Hz，高于建筑物自振频率，不会出现共振现象，爆破施工对周围建（构）筑物的影响较小。⑥萨道夫斯基公式计算较为复杂，为方便起见，本次测试给出了距离爆心0～97m，单段（响）装药0.2～3.6kg的振速预测表。根据该表，可以方便查询相应距离的安全装药量。

2 结语

通过以上案例分析可知，对于建（构）筑物集中的地区，进行爆破设计施工时，必须提前进行振动效应监测试验，找到最合理、最安全的爆破参数，确保爆区周围人员和建筑物等的安全，也可采取如下措施来控制或减弱爆破地震效应，将爆破震动效应控制在允许范围之内。

①采用微差爆破技术。根据微差爆破原理，采用微差爆破技术可以使爆破地震波的能量在时空上分散，使主震相的相位错开，从而有效地降低爆破地震强度，一般可降低30％～50％。

②预裂爆破或减震沟减震。为了提高减震效果，预裂孔、缝和沟应有一定的超深（20～30cm）或宽度（不小于1.0cm），而且切忌充水。

③采用合理的装药结构。实践证明：装药结构对爆破震动有明显的影响。装药越分散，地震效应越小。常采用不耦合装药、空气间隔装药、孔底空气垫层装药等减震。

④采用合理的起爆顺序。试验研究表明，在垂直于炮孔连心线方向上地震速度较大。因此，根据爆区条件和被保护物体情况，选择合适的起爆方向或顺序可以起到一定的减震作用。

⑤注重爆破地震效应监测。对于一些重要的保护设施或爆破，应采用振动仪表进行爆破安全监测，为安全检算提供较为准确的数据。

参考文献：

[1]凌同华，李夕兵.多段微差爆破振动信号频带能量分布特征的小波包分析[J].岩石力学与工程学报，2005（07）.

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【关键词】变压器故障；振动信号；在线监测

【Abstract】At present， the methods of transformer fault diagnosis belong to off-line detection method， and it is not economical and convenient for the transformer to withdraw from operation. The vibration method is a sensor with the tank surface vibration signal acquisition， and then further analysis of the signal with the relevant system to predict the core winding fault method. The device is an on-line transformer monitoring device based on the vibration method. The device comprises an acceleration sensor， a signal conditioning module， a CPU and an acquisition module， a communication module and a power supply.

【Key words】Transformer fault； Vibration signal； On-line monitoring

0 引言

在电力变压器的各种故障中，绝大多数变压器故障来源于变压器的绕组和铁芯发生的变形或松动。因此研究开发基于振动法的变压器在线监测装置能有效地了解设备的运行状况，及时发现设备的潜伏性故障，避免突发事故的发生。

1 监测原理

在变压器运行中，压紧力的变化、温度的升高、绝缘层的损伤都能通过铁芯振动加速度值的变化反映出来。

2 装置介绍

2.1 装置结构

本装置主要由加速度传感器、信号调理模块、CPU和AD模数转换器、通信模块和电源五个部分组成。硬件结构图如图1所示：

2.2 装置各模块

2.2.1 MEMS加速度传感器

本装置采用了MS9002D加速度芯片，该芯片的主要技术指标为：灵敏度1000mV/g，带宽≥100Hz，量程±2g，噪声密度18μv，工作电压5V，工作电流0.4mA，输出阻抗50kΩ，提供模拟电压信号输出。

2.2.2 信号调理模块

信号调理电路包括两级放大和有源滤波电路。第一级放大采用了高共模抑制比、高输入阻抗、高精度、高速、低漂移、极低噪声的运算放大器，可实现阻抗变换。第二级放大电路将前置放大器单端输出信号转换为AD要求的双端差分输入信号，且采用程控放大，由采集系统控制放大倍数，防止振动信号饱和输入。

2.2.3 AD模数转换器

本装置选用转换芯片ADS1274，在采样率20kHz时能达到19位分辨率，其满量程输入电压为VREF=+/-2.5V，对应的转换数字范围：0x7FFFFF至0x800000；量化电平：2.5V/8388608=0.298uV，满足微弱振动信号探测的要求。

2.2.4 CPU模块

本装置控制器采用ARM芯片STM32F107，包括10个定时器、两个12位AD模数转换器、两个12位DA数模转换器、两个I2C接口、五个USART接口和三个SPI端口和高质量数字音频接口IIS，并且拥有全速USB（OTG）接口，两路CAN2.0B接口，以及以太网10/100 MAC模块。

2.2.5 通信模块

本装置的通信模块可采用2.4G的无线通信技术，进行数据的传输；也可采用CAN总线进行数据传输，还可以通过RS485总线将数据上传到监控主机。2.4G无线通信采用WIFI芯片选择Marvell 88W8686芯片，采用SDIO接口和其控制芯片STM32103芯片接口，通过STM32F103和主CPU芯片STM32F107交换数据。如果利用CAN总线和RS485总线则利用主CPU芯片STM32F107自带的CAN2.0接口和USART接口，在外部扩展相应的物理层芯片，实现CAN总线通信或RS485通信。

2.2.6 电源

电源可采用内置的锂电池供电，也可通过外接的电源给整个装置提供电能。内设电源转换电路将电源提供的12V转换为5V、3.3V和1.8V，给相应的器件供电。图2是主CPU和电源转换板以及采集电路板。

2.3 装置的工作流程

将多个MEMS加速度传感器均匀分布在油箱壁平板结构的对称结构位置，避开变压器的顶部、底部、支撑结构、油箱接缝处等易造成测量结果不准确的位置。

图3加速度传感器在变压器上的安装示意图，黑点为传感器安装位置。

传感器拾取到变压器的振动信号后，将拾取到的信号送往信号调理模块进行进一步的信号处理。AD模数转换器在CPU的控制下实现对经信号调理模块处理过的变压器振动信号采集，转换为数字信号送给CPU。采集到的振动信号将通过通信模块将数据上传到监控主机。

3 实验数据

由于实验条件有限，未能在电力变压器上测试本装置的有效性，考虑到本装置的目的是检测变压器的振动信号，采用了轻微的敲击来代替模拟信号。将MEMS加速度传感器紧贴在桌面上，用手敲击桌面，加速度传感器拾取到振动信号后，送往监测装置采集，转换为数字信号后，通过通信模块传送至监控主机。采集的时候采用的是5K的采样频率，每周期采集512点。

【参考文献】

[1]郭洁.500kV电力变压器偏磁振动分析[J].电网技术，2012（3）.

[2]朱光伟，张彼德.电力变压器振动监测研究现状与发展方向[J].变压器，2009（2）.

[3]王慧君.基于振动信号的变压器在线监测系统研究[D].华北电力大学，2014（3）.

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【关键词】 热轧设备 监测 故障诊断

1 前言

在钢铁厂中热轧机械是非常关键的设备之一，不过在日常生产中，热轧设备机械常常会发生受到冲击或者重荷等情况，久而久之这对于设备来说就会容易出现大量问题，比如结构强度减弱、振动增加、可靠性降低及噪声增加等。由此，如果我们在生产过程中及时地掌握热轧设备机械的工作状态，根据实际情况做出合理判断，并实施相应的应对方案，可以有效避免故障的发生，还能够让热轧设备工作的可靠性得到提高和保障，进而提高整个钢铁厂的生产工作效率。不过，对于现代化钢铁厂的管理者和经营者来说，如何有效保证设备的良好工作状态同时对发生的故障进行有效的预防、排查和修理是一项非常严峻的问题。如今伴随着科技的高速发展，故障诊断和排查技术日臻完善，计算机和应用电子技术的成熟运用，让通过网络实时地监测车间内热轧设备工作状态成为了可能。

2 系统功能和系统结构

针对变负荷、低转速或者变转速的减速机，那么热轧机械振动信号就会进行监测。针对那些故障信号是反映齿轮、转轴或者滚动轴承的则一般而言会更多地选择加速度传感器。不过加速度传感器也有缺点，钢铁厂内的轧钢机械如若发生故障，则它的振动频率范围会十分宽，而加速度传感器对于转速低的低频振动并不敏感，所以，就非常有需要一如位移传感器，即涡流传感器来测量轴的振动。比如，对于轴承来说，磨损是最常见的一种现象，而轴承的振动却无法被加速度传感器清晰捕捉并分辨出来，而涡流传感器能够对旋转轴和探头体之间的相对的间隙变化进行不间断地测量，从而有利于及时地发现磨损给轴承带来的径向间隙的变化，有利于钢铁厂管理人员对故障进行最早的诊断。在对系统进行配置时，可以设置多个参数以保证整套系统正常稳定地工作，并且还能够避免对软件的修改却又能够实现对监测设备参数的修改。这一点对于一些时常需要调整系统参数的大型监测诊断系统来说是非常有意义的。

系统具有非常晚上的故障诊断信号判别方法，这套方法适用于滚动轴承和齿轮的各章诊断，主要包括：频域分析，包括细化谱、倒频谱、瀑布图、频谱及其数据特征、包络分析；时频分析，包括小波变换；时域分析，包括趋势分析、波形及其数据特征；除此以外还有对比分析。

系统为了能够更好地排查和诊断滚动轴承和齿轮的故障，对于传递回来的某些传统信号根据需要进行特殊化处理。比如，在波形图中显示除了峰值以外的波峰因子、均方根值、峭度、歪度和绝对均值，或者针对波形图进行滤波和通频再显示。而在频谱图中，在显示传统的功率谱和幅值谱基础上，可以额外地计算振动的频率方差、均方频率、均方根频率和中心频率以及选择分析频率范围。

3 故障诊断专家系统

利用计算机对设备进行故障诊断便是故障诊断专家系统。影响故障诊断专家系统准确性有三个重要因素，分别是否拥有强力的先兆收集能力、丰富的诊断资料以及科学合理的诊断排查方法。故障诊断专家系统依据发生故障的充分条件和必要条件，结合原有故障的案例分析，在专家故障张原理的研究和咨询基础之上，建立了非常丰富的故障诊断资料数据库，比如先兆库、决策库、诊断原则库和故障库，这些不仅仅适用于轴承和齿轮，也适用于风机的故障。在运用系统的过程中，在实践经验的基础上，对原有的数据库进行适当地修改、删除、新增等，保证诊断知识能够适应时代的发展和需求。

案例、模型和原则相互结合是该系统采取的主要推理模式，通过正反向的混合推理方法，当发生异常或者人工进行干预之后都能够及时启动在线的诊断，甚至也可以进行离线诊断。现在，由于拥有强大的故障先兆自动收集获取能力，系统能够对多种情况进行自动诊断，比如轴承间隙增大、螺栓松动、滚动体故障、偏心、点蚀、轴承外圈故障、轴承内圈故障、局部断齿、不平衡、不对中、齿轮磨损等。除此以外，该系统还有很多其他功能，例如打印诊断报告、事故追忆、存储诊断结果、对故障处理提出建议、对话诊断、对诊断结果进行解释等。

4 结语

钢铁厂的热轧设备机械振动在线监测和故障诊断系统有非常先进的设计，并且还对监测和故障诊断提供了一些新的参考方法。该系统还具有非常多有点，稳定的运行状态，准确可靠的数据收集，强大的先兆收集能力。能够让工作人员及时掌握设备工作状态，有效预防故障的发生给生产带来的影响。

参考文献：

[1]梅宏斌.滚动轴承振动监测与诊断.北京：机械工业出版社，1995.

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【关键词】汽轮机组；轨迹识别；滤波；故障诊断

近年来，状态监测和故障诊断技术与系统的研究得到了高速发展。随着电力工业的发展，汽轮发电机组的总装机容量和单机容量都得到了迅速提高，机组轴系也越来越复杂，诱发机组振动的潜在因素也相应增加。振动问题在机组安全运行中的影响越来越大，人们也越来越关注机组振动对于生产安全稳定经济运行的影响。

1.研究意义

结合兰州石化公司动力厂背压发电装置，发电装置的各监控仪器仪表中，没有对整个机组在运行中的振动进行直接的监控。操作人员只能通过机组在运行过程中，对轴瓦的温度监控或是通过机组运行时所产生的声音进行经验性判断。因此，针对汽轮发电机组振动监测的数据采集和预处理做出大胆的设计。

本设计的实施对发电装置的生产运行的意义：

（1）避免汽轮机转子发生重大安全事故而造成的巨大经济损失，保证转子在规定的期间内无故障安全可靠运行。

（2）振动监测诊断系统可及时判断转子是否有故障，并能够迅速查明故障原因、部位、预测故障影响，提高汽轮机转子的维修管理水平，而本文所做的汽轮机发电机组振动监测的数据采集和预处理工作正是振动监测诊断系统的基础。它将对今后的汽轮发电机组进行全面远程监控及自动化改造提供可靠的数据来源。

2.振动信号采集

旋转机械轴系振动信号是以转速为基频的周期信号。在转子系统的振动检测中，需要对振动信号进行整周期采样来避免由于泄露、栅栏等不良效应带来的相位严重失真。传统振动分析方法通过硬件电路锁相倍频法来实现整周期采样，该方法的核心是锁相倍频电路的应用。键相信号经锁相电路倍频后，产生采样脉冲序列，控制采样电路的触发与关闭。该方法的优点在于同步性能好，结合并行采样/保持电路，可自动实现对各个通道振动信号的实时同步采样。但这种方法需要专用的数据采集卡，因此系统硬件成本比较高，开发周期长，且适应能力及硬件升级能力较差。

伪同步采样法充分发挥了通用数据采集卡中数据采集通道资源多的特点，将键相信号与振动信号进行同步采样，对振动信号的整周期截取则在采集后通过数据处理来实现。结合对柔性转子实验系统进行动平衡的实验结果表明：这种伪同步采样方法可有效满足转子振动信号处理对信号采样的要求。

3.振动信号的处理

在机械设备状态监测和故障诊断过程中，传感器的输出信号经采样和 A/D 转换为数字信号送入计算机，这些信号往往要经过预处理才能交付给后面的应用程序。信号的预处理就是除掉原始数据中的无意义而有害的噪声(干扰)，同时加工成便于进行精密分析的信号。信号的预处理方法有：滤波、包络线处理、平均法以及其它很多方法。

3.1汽轮机组振动的滤波

在实际数据采集过程中，由于现场生产车间各种因素的影响，采集的数据不可避免的混有噪声，有时，噪声甚至可以把有用的信息完全淹没。此外，采集的信号经传感器、放大器、A/D 转换板等一系列板卡电路和通道后，又会增加大量的噪声信号。虽然在数据采集电路中都加入了滤波电路，但在最终采集到的数据中仍会残存一些噪声信号。这些噪声的存在将使后续诊断工作出现错误，如造成误报警和误诊断。

3.2数字滤波

一个数字滤波器可以用系数函数表示为：

H(z)=

直接由此式可得出表示输入输出关系的常系数现行差分方程为：

y(n)=aky(n-k)+bkx(n-k)

可以看出，数字滤波器的功能就是把输入序列通过一定的运算变换成输出序列，从而达到改变输入信号中所含频率分量的相对比例或滤除某些频率分量。通常有两种方法实现数字滤波器：一种方法是把滤波器所完成的运算变成程序并让计算机执行，即用计算机软件来实现：另一种方法是设计专用的数字硬件、专用的数字信号处理器或采用通用的数字信号处理器来实现。

3.3轴心轨迹信号频谱分析

在轴心轨迹的测试中，由于轴心轨迹一般都比较复杂，难以分析识别，因此在实际应用中常常需要对轴心轨迹进行提纯。本文采用的方法是让转子的两路振动信号分别通过低通滤波器，然后再进行合成，从而得到提纯的轴心轨迹。在一般情况下，转子振动信号中除包含由不平衡引起的同步振动分量外，还存在亚同步（其频率低于转子转速）分量和高次谐波振动（其振动频率是转子转速的整数倍）分量，使得轴心轨迹形状比较复杂，甚至非常混乱，很难分析。为了克服轴心轨迹分析的这个缺点，采用了频谱分析的原理。频谱分析是将一个振动信号分解为一系列的简谐振动分量，使我们对复杂振动信号的组成情况一目了然，极大地提高了分析转子振动的能力。

3.4轴心轨迹进动方向的识别

轴心轨迹是汽轮发电机组振动状态检测与诊断系统中的一个重要特征，轴心轨迹的自动识别包括形状、进动方向和稳定性 3 个方面。首先整周期采集转子两个相互垂直方向振动位移信号，经拟合得到轴心轨迹图，然后截取某一旋转周期内的采样点，形成平面复杂多边形，利用平面图形的平移旋转变换判断得到轴心轨迹的进动方向。

轴心轨迹进动方向分正进动和反进动，当轴心轨迹的进动方向与旋转方向相同时，就称为正进动；反之称为反进动。轴心轨迹的进动方向即为轴心轨迹上采样点构成的复杂多边形的旋转方向，可利用上述判断各点凹凸性原理的逆向过程来判断此复杂多边形的旋转方向。

由于本论文研究的中心是对汽轮机轴振动信号的采集过程，而要结合汽轮机的振动信号完成频谱分析从而判断振动原因和调节解决振动故障是比较复杂的过程，所以在这对频谱的分析只做简单的轴心轨迹信号频谱分析。

4.总结

本文结合汽轮机情况对振动信号的采集过程做了详细分析研究。

（1）对信号采集过程中常用的伪同步采样过程做了介绍和说明，证明其方法的有效性和可用性。

（2）对振动信号的滤波方法做了介绍和说明，滤波过程在信号分析中有极其重要的意义。

（3）简单的分析了轴心轨迹信号频谱。　[科]

【参考文献】

［1］（波）巴尔卡.J．汽轮发电机组振动分析．华北电力设计院．

［2］张延峰．汽轮机改造技术．中国电力出版社．

［3］张学延．汽轮机轴系振动故障诊断技术．西安热工院．

篇7

【关键词】风力发电机组；在线震动监测；现场应用

引言

风电机组工况与一般机械相比较为复杂，时常在变速变载的条件下工作。风电机组在线振动监测系统在风电机组各部件（齿轮、轴、轴承）损坏之前，便能给出设备的运行状态报告进行预报警，使现场 人员能够制定合理的维修计划，及时对设备进行维修，从而避免了由损坏部件的运转造成关联部件的损伤。

一、风力发电机组在线振动监测系统架构

对于单个风电机组的发电机，在线监测系统设计包括：声发射/振动一体传感器，数据传输线，数据采集终端，数据处理软件。主要采集传动系统和发电机前后轴承处的声发射/振动信号，发电机的接地电压等信号。对于某风电场，采用分层的管理架构对每一台机组进行实时的状态监控和故障诊断，监测系统主要分为硬件和软件两部分，硬件主要包括振动传感器、8通道数据采集仪、现场服务器和中心服务器，软件部分如下图1：

二、监测系统工作原理

本监测系统主要实时测试布置在风电机组发电机前后轴承座表面的声发射和振动数据。对于声发射数据，通过时域信号特征参数统计的分析方法记录下每一时刻的测试结果，在一个较长的监测周期内进行趋势分析，确定发电机前后轴承的健康状况，提早发现发电机内部损伤。对于振动数据，通过频域信号处理分析确定振动幅值是否超过相关标准要求，并结合机组当前工作状态，判断下一步需要进行的动作。

经过对风电机组发电机状态的长期监测，最终形成一个完整机组部件故障数据库，为进一步采用FEMA故障诊断方案确定发电机故障来源奠定基础。

三、监测系统数据管理与分析

监测系统的数据处理包括数据管理部分与数据分析程序，其中数据管理涉及程序管理和权限管理功能，数据分析程序主要对测试数据进行时域特征参数统计和频域分析处理，利用分析结果，与相关标准和机组当前工作信息一起，对机组发电机健康状况进行识别。

四、系统功能介绍

（一）振动分析流程

振动分析数据处理流程如图2所示，频域处理所包括的速度谱分析是将加速度传感器得到的加速度信号经过数字积分得到速度信号，再进行分析。

（二）测点部置

进行准确振动分析必须遵循如下的测点选择原则：一是能够反映真实振动情况的部位；二是尽可能靠近轴承的承载区，轴承到传感器之间有坚实金属。风电机组机械传动部分主要由主轴、齿轮箱、发电机组成。在各部件轴承位置安放振动加速度传感器采集它们的加速度信号，同时在主轴叶轮端安放转速传感器采集机组的转速信号。

（三）数据采集

根据各部件转速的不同设定相应的采样率，实时采集各部件的振动稻荨8据采集周期的不同，可以分为实时数据和波形数据。实时数据主要是反映部件整体振动状态的时域振动指标，波形数据主要是存储一段时间内的振动数据。

（四）数据上传

传感器采集到的振动数据传至采集仪，再通过电缆传输由机舱顶部传至机舱底部，经由光纤转换设备通过机组备用光纤传至主控室现场服务器，最后通过互联网将数据上传到诊断中心服务器。

（五）时域分析

现场数据上传到诊断中心服务器，首先经过时域处理，时域处理方法主要涉及以下指标：均值、方差、标准差、均方值、有效值、峰值、峰峰值、波形指标、峰值指标和脉冲指标。通过时域指标统计，可以进行定性诊断，却无法指出具体的故障部位。选取有效值，实时显示设备各部件的振动总值来反映它们的振动水平。设定不同级别的阈值：报警阈值和警告阈值，通过在风电场采用离线振动设备对现场近300台次4种机型风电机组振动数据进行分析，对振动阈值不断地调整和修改，从而总结出不同机型机组相应的阈值。低于报警阈值属于正常，高于警告阈值属于严重故障状态，中间阶段属于一般故障状态。

五、结束语

在线振动监测系统基于振动分析的原理，在机组部件损坏之前对机组运行状态进行评估，有效避免了现场维护人员采取处理措施的盲目性，对现场机组的危害和管理有着具体的指导意义。

参考文献

[1]金嘉琦，关新，单光坤.小波理论在风力发电机振动监测中的应用[J].沈阳工业大学学报. 2008（05）.

[2]蒋东翔，洪良友，黄乾，丁勇山.风力机状态监测与故障诊断技术研究[J]. 电网与清洁能源. 2008（09）.

篇8

【关键词】环境；振动；检测；技术

由于振动的位移、速度和加速度等参量，对于简揩振动或多共振系统的随机振动中。它们之间存在着一定的关系。因此，原则上只要测量其中的一个量就可以计算其它两个量。最常遇到的是测量加速度、然后用积分器对加速度经一次积分求得振动速度，经两次积分求得振动位移。一般来说，测量位移用静电式换能器，测量速度用动圈式换能器，测量加速度用压电式换能器。

振动测量可以用位移'、速度或加速度表示。显然位移测量比较容易，但在许多实际问题中不一定是振动的主要特性。因此位移测量用于运动的振幅是主要因素的情况中。而在声辐射的噪声控制问题中要测量速度。在机械零件损伤主要的地方则测量加速度最有用。

环境振动的测量一般测量1～8Hz范围内的振动。要在x、y、z三个方向分别测量。为了精确测定人体的振动，振动测点应该尽可能选在振动物体与人体接触的地方。在房间内测量振动，在地面中心附近几点测量然后取平均。对振动源的测量则应该在基础上及其附近测量，当测量公路两侧由于机动车辆驶过引起的振动时，测点应该选在公路边缘处。

由于振动和声音有着较密切的关系，因此，振动测量系统基本与噪声测量系统相同，不过主要区别是将加速计及其前置放大器来替代传声器和前置放大器，所以一般测量声级的声级计亦可非的计权网不同，衰减刻度盘和表盘要调换；所需滤波器可不同。当然，更大量地被使用的仪器是一些专门测量振动的振动计。

1.使用振动仪器注意事项

在振动测量中最广泛应用的是压电加速度计，它具有体积小，重量轻、频响宽、稳定性好和坚固等优点。近几年来就灵敏度而言，其频率宽度可达0.01Hz～100kHz。使用时应注意下述几点：加速度计的下限频率因低到几赫，甚至百分之几赫，故后面的放大，分析仪器必须满足低频要求。如果测量振动频谱时，须配用低通或带通滤波器；加速度计须妥贴，牢固地安装在被测物件上，否则除了加速度计自身固有的共振峰外，又附加了，低频率范围内的共振峰；要考虑加速度计本身质量的影响问题，例如对薄板的振动测量将会引起测量值的降低；调节声级计的下限截止频率，拨下输入级，可看到一螺槽调节开关，逆时针旋转为10Hz，反之为2Hz；应配用不同序号的衰减器刻度盘，一般声级计所附衰减器刻度盘有十块20面，前三块用于噪声，后七块用于振动；振动的绝对值的表盘刻度在声学量刻度的反面；计权网络开关置于线性，并加接低通滤波器，或用外接滤波器来进行频率分析；避免环境中的强电磁场和温度剧变的影响；放置在混凝土、金刚板等坚硬面上时，不得晃动，表面易滑时，使用橡皮泥粘牢；放置在如沥清面的坚硬地面时，轻轻地放稳即可；要避开草地、田地等柔软的地表面，不得已时，应先除草，并将土地充分踩实后放置。

除采用加速度计测振外，尚有将加速度计连接到输入阻抗为数千兆欧的电荷放大器输入级，就形成了振动计的一种类型。有了电荷放大器作前置放大器后，可使加速度计接以长达数百米的电缆，而不致引起灵敏度有明显的损失。通过积分器使仪器可测速度和位移。当进行环境振动测量时，在条件许可下，还可以选用磁带机、频谱分析仪、实时分析仪、记录仪、滤波器等其它设备与其配合，以使测试手段要更加完善。选用磁带机，主要是在许多实际应用中并非仅仅依靠现场测试，而是通过现场用合适的磁带机记录后，供回实验室分析使用。

2.对环境振动测量的数据分析整理及布点问题

2.1修正本底振动影响

当测量对象的振动指示值和本底振动（指测量对象以外的，在该测量场所发生的振动）指示值的差不到10dB时，应将测量对象的振动指示值减去相应的修正值。当指示值与本底值相差10dB以上时，则认为振动对象不受本底振动的影响。

2.2各种振动类型的读数方法P

①稳态振动：像鼓风机、空压机正常运转时，属于稳态振动，每个测点测量一次，取5s内的平均值。

②冲击振动：如打桩机或自由煅造等工作的冲击振动，以最大值10个值的算术平均值作为振动级的读数。

③随机振动：作为随机事件，读取按某时间间隔区分的瞬时值，再从中推导出统计数值的方法。

④间歇振动（铁路振动）：原则是不分上行和下行列车，对连续通过的20辆列车读取该处每次通过列车的峰值振级。

2.3测量数据记录和整理

要填写环境振动测量记录表，并要画出"测点分布示意图"，在图上标出测点与主要振动源的相对方位和距离，测点周围的环境条件，如公路交通干线的铁路的走向、附近的工厂及车间的分布等。

3.对人体振动暴露测量的问题

从环境保护角度来说，对人体的健康考虑是主要的，为此，简略介绍一下有关人体振动暴露测量的有关问题：

3.1人的整体振动测量

人体振动测量国际上采用加速度均方根值来表示，单位为米秒2。用此均方根值同有关的标准曲线进行评价比较，可得出容许的暴露时间等其它参量，然而目前振级用得更多的读数是经过频率计数的对数分贝值，要换成米秒2值后再去同有关标准对照。如果标准已用分贝值，就可直接对比。

结果测量读数是峰值，则要换算成均方根值才能与标准曲线进行评价比较。此外，为监示人在振动环境下与规定的各种暴露界限中的极限值之间的关系，也可用等效暴露剂量读数，用%来表示达到暴露极限值的程度。

振动测量的位置应当尽可能接近振动传递到人体表面的位置，若当一个人站在地面上或坐在平台上，在身体与支撑物之间没有缓冲势，则测量换能器应牢固地放在刚性结构上。在人体与振动构件之间若有软性材料如坐垫，则在人体与坐垫之间插入一件刚性结构（如形状适宜的薄板、用以固定换能器，并需仔细安装，以免造成较大影响或引起旋转运动。

3.2手一臂振动的测量

对手一臂振动的检测，由于工具的瞬态冲击以及空转运行时的强烈激励，会使讯号有很大的峰值因数，所以精确的测量就比较困难。一般总希望用整个计权频率来读数和分析，若用1/3倍频程滤波器进行分析话，则更为理想了。对冲击式的手用工具，要用FFT分析仪分析。注意的是即使多次采样、平均，仍会带来误差，这主要由于在功率谱的高频段，因采样的长度受到限制之故。同时要尽可能选用重量轻，体积小并能承受高压的压电加速计来作手一臂测量。

作用于手的振动测量主要取决于振动工具和手一臂系统耦合和所用的握紧力大小及动力方向，希望能反映这方面的情况，而目前的国际标准，还不能做到这一点，但必须认识到耦合形式的改变，将会大大地影响振动暴露的测量结果。 [科]

【参考文献】

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关键词： 振动环境； 建筑工程； 抗震设计； 检测系统； DSP

中图分类号： TN710?34； TP181 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）03?0106?04

Design and implementation of building engineering anti?seismic detection

system under vibration environment

ZHANG Min1， 2， LI Feng2

（1. School of Civil Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China；

2. Department of Architecture and Civil Engineering， Yibin Vocational and Technical College， Yibin 644000， China）

Abstract： Since the building engineering anti?seismic detection system has big output error and high power consumption， a building engineering anti?seismic detection system under vibration environment was designed. The detection system includes the vibration signal sensor module， baseline recovery module， clock sampling module of the vibration data， A/D module and program load module. The circuit of each function module was designed. The integrated design and software development of the detection system were realized， and applied to the engineering practice. The analysis results show that the detection system has good real?time performance for the vibration data sampling and detection of the building engineering， and high accuracy， which can guide the anti?seismic design of the building engineering effectively.

Keywords： vibration environment； building engineering； anti?seismic design； detection system； DSP

0 引 言

建筑工程的抗震性检测是保障建筑设计和建筑施工有效开展的基础性工作，在振动环境下构建建筑工程抗震性检测系统，采用振动传感器进行振动信号采集，指导建筑工程的抗震性设计和检验[1]。

建筑工程的抗震性检测采用振动传感器结合数字信号处理芯片进行振动信号分析[2]，传统的建筑工程抗震性检测系统采用的是可编程逻辑PLC设计方法，采用RFID射频读写进行振动监测，实现在振动环境下的建筑工程抗震性检测和数据信息分析[3]，但是传统的抗震性检测系统不能实现多道抗震防线振动性检测，输出误差较大，抗振动调谐性能不好，受到的振动干扰较大使检测准确性降低[4]。

针对当前建筑工程抗震性检测系统存在的弊端，构建了一种新型建筑工程抗震性检测系统，并在Visual DSP++ 4.5环境下进行抗震性检测系统的性能测试。

1 系统总体设计

1.1 建筑工程抗震性检测系统总体设计

建筑工程抗震性检测系统包括硬件系统和软件系统两部分，总体结构模型如图1所示。

在建筑工程抗震性检测系统中，系统的功耗主要来自静态功耗[Pspc]和动态功耗[Pdpc，]即：

[Pspc=VddIdd] （1）

[Pdpc=VddITC+αCTfpV2dd] （2）

式中：[Vdd]表示不同加载机制下系统的额定电压值；[Idd]表示步串行电流值；[ITC]表示全双工同步串行脉冲电流的均值；[CT]表示建筑工程抗震性检测系统的负载电容；[fp]表示系统的外部DMA频率；[α]表示D/A转换器AD554的功率损耗。

建筑工程抗震性检测系统的静态功耗[Pspc]由[Vdd]和[Idd]决定，选择空闲功耗较低的处理器和芯片，实现检测系统的低电压启动[5]。根据式（2）得知，系统的动态功耗与[ITC，CT]和[fp]相关，由于[Pspc]仅占总功耗的1%左右，因此，系统的主要功耗为[Pdpc。]

1.2 器件选择及技术指标分析

建筑工程抗震性检测系统的技术指标为：

（1） 输出振动信号幅度

（2） 选用具有双16位MAC进行同步双工振动信号通信；检测系统具有低功耗特点，整体功耗

（3） 抗震性检测系统的串行D/A转换分辨率不低于8位，建筑工程抗震性检测精度不低于98%。

（4） 检测系统抗干扰强度>10 dB，内部时钟振荡不低于8位；

（5） 采用8个32位定时器/计数器进行振动频率测试技术；

（6） A/D芯片的采样时钟具有基线恢复和漂移抑制功能。

根据上述设计的技术指标，振动环境下建筑工程抗震性检测系统的器件选用ADI公司的A/D和D/A转换器，A/D选择ADI公司的高速A/D芯片AD9225，D/A芯片选用ADI的串行D/A转换器AD5545，采样频率为13 MHz，建立时间为2 μs，采用有源晶振电路作为时钟电路，如图2所示。

振动传感器接收的信号通过模拟信号预处理放大、滤波后，作为DSP输入数据进行振动幅值检测，对振动信号的有效性检测、频谱分析[6]在D/A转换器进行数/模转换，在晶振每一个电源引脚处放一个10～100 μF的钽电容，在靠近时钟输出引脚的地方串接10～50 Ω电阻，提高建筑工程抗震性检测时钟的波形质量。

2 系统设计与实现

2.1 系统的负载功率分析及硬件布局

在建筑工程抗震性检测系统的传感器模块中，振动传感器的电导[G=1RL，]振动传感器基阵通过动态增益控制码转化为电信号，产生的导纳为[B=jωC，]继电器的开关控制状态系数[BL=-j1ωL，]传感基阵阻抗匹配滤波的激励电压的有效相角描述为[7]：

[φ0=tan-1BG] （3）

[φX=tan-1ZXR′L=tan-1[ZL?G?（1+tan2φ0）-tanφ0]] （4）

通过功率放大器调制输出的振动信号，选用不同的稳压块进行基线恢复[8]，得到检测系统的负载功率为：

[PL=V20?GX=V20?G×1+tan2φ01+tan2φX] （5）

设计LC滤波电路来逐级滤波[9]，振动传感器的负载仅为[G，]有：

[PL=V20?G] （6）

建筑工程抗震性检测系统的输出功率为：

[PLmax=V2L?GXmax] （7）

通过上述设计，建筑工程抗震性检测系统输出振动能量谱密度信号放大后的指向性增益匹配函数为：

[η=10PL-WL-DI-170.710] （8）

在建筑工程抗震性检测系统工作中心频率[f0]处，使输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配[10]，根据上述设计原理，得到振动环境下的建筑工程抗震性检测系统布局框图如图3所示。

2.2 系统的模块化电路设计

（1） 传感器模块。采用振动传感器进行数据采集与信息处理，数据采集与处理是整个系统设计的关键，考虑到系统自激和噪声干扰问题，传感器模块采用三级放大器进行逐级放大，采用模数转换器（ADC）进行A/D采样，由DSP控制SEL1电平，振动传感器的放大分贝数由它的控制电压决定，传感器模块的电路设计如图4所示。

（2） 基线恢复模块。通过对基线恢复模块的设计，有效滤除了建筑工程抗震性检测系统接收信号中的杂波干扰，采用电容进行交流耦合，采用自缓冲基线恢复器提高系统的实际分辨率。设计时考虑到输入的建筑工程检测振动信号幅值较低，处于低频情况时，将D0～D12与DSP的PPI接口相连，设置PPI的操作模式，实现建筑工程抗震性检测系统输出1.15～5.5 V电平的自由转换，基线恢复模块设计电路如图5所示。

（3） A/D模块。采用DSP信号采集振动性原始信号，通过A/D模块进行数模转换，检测系统的外部I/O设备包括A/D转换器AD7864，硬件设计时AD7864的输出通道数设置为VIN1A～VIN4A接信号输入，VIN1B～ VIN4B接地。[H/S]接高电平，采用±10 V的双极性输入，触发DSP中断引脚[INT0，]在A/D中断设计中，由软件控制采样通道，系统的A/D接口设计如图6所示。

（4） 程序加载模块。先对SPCR1（串口接收控制寄存器）和SPCR2（串口发送控制寄存器）写0H选择非SPI时钟停止模式。在程序加载模块中，模拟电源和模拟地间添加10 μF和0.1 μF的去耦电容以去除高频噪声。经过一级反向的2倍放大，采用ADSP?BF537程序加载电路，使得振动检测的输出互为备份，外部接口片选信号和控制信号在CPLD上利用汇编指令PORTW，PORTR产生对外部I/O的控制指令，设计RS触发器选择信号电平，由此提高检测精度，得到系统的程序加载模块电路设计如图7所示。

3 系统调试与实验分析

振动环境下建筑工程抗震性检测系统的调试建立在Visual DSP++ 4.5开发平台上，调试平台分为集成的开发环境和调试器两大部分，配置PCR（串口控制引脚寄存器）的FSXM=1进行检测程序的写入，对振动传感器采集的振动信号进行离散采样，设置发送和接收控制寄存器（RCR[1，2]和XCR[1，2]），波特率和同步信设定为[XRST，][RRST，][FRST]=1，选用32位标准C编译和ANSIC码库集成在一个交互式开发平台中，进行建筑工程抗震性测试和振动信号检测。实验过程中，首先运用WIN32 API函数CreateFile（）打开PCI设备，DSP从右端口相应地址读取数据，启动DMA传输振动数据，然后进行系统的初始化，包括DMA模式寄存器、源地址寄存器、目标地址寄存器的初始化，数字信号处理芯片DSP在软件上对振动信号进行带通补偿，由此进行振动信号采集和抗震性检测，得到振动信号的输入信号波形和频谱如图8所示。

对信号作FFT，采用本文设计的抗震性检测系统进行振动数据分析和特征采样，检测到的振动信号波形和输出频谱如图9所示。

比较图8和图9这两幅图对应的幅频值可知，本文设计的系统具有较好的频谱响应，宽带信号输出幅度一致，说明能准确、实时地检测到振动信号，在建筑工程抗震性检测中具有预测预报作用。

4 结 语

为了提高建筑的抗震强度，需要在建筑设计和施工中进行抗震性检测，建筑工程的抗震性检测是保障建筑施工有效展开的基础性工作，采用振动传感器进行振动信号采集，指导建筑工程的抗震性设计和检验，本文设计了一种振动环境下的建筑工程抗震性检测系统，调试实验结果表明，该检测系统对建筑工程的振动数据采样和检测的实时性较高，精度较传统方法明显提高，具有较好的工程应用价值。

参考文献

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[3] 程桂芳，丁志帅，慕小武.自治非光滑时滞系统的有限时间稳定[J].应用数学学报，2013，36（1）：14?21.

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[9] 荣少魏，李斌，李昊.基于ARM9的直线电机潜油机无杆泵监测系统研究[J].国外电子测量技术，2011，30（3）：60?63.

篇10

机动雷达结构系统的维修保障通常是在发现故障后再进行修理或是定期进行预防性维修，但这种方法不能直观地反映雷达即时的使用状况，也不能有效避免故障的发生或在发生故障后进行准确判断。为了解决这些问题，提高雷达的智能性，迫切需要研究_种预知维修和智能维修系统，以监测雷达结构系统状态，实时感知外部环境和自身的状态变化，推测状态的变化趋势，估计故障的传播、发展和系统的劣化趋势，实现在线故障诊断和维修，提高系统的可用度m。

机动雷达结构系统的智能化监测首先需要通过传感器采集结构系统运行中的信息，再将其输入到信号处理系统中进行处理，得到相关的特征参数或变化曲线，然后通过诊断系统判别雷达是否存在故障，最后对有故障或异常状态的结构系统进行评价，提供预防和修正的方法。

1机动雷达结构智能化监测系统总体设计

i.i机动雷达结构智能化监测系统组成

_般地，机动雷达结构系统主要包括天线结构、天线座、液压系统、冷却系统、车辆和方舱等。智能化监测系统不仅对雷达结构各分系统的关键参数进行监测,还要提供雷达工作的外部环境参数，如温度、湿度、风速等，以便操作人员获取完整的信息,对雷达结构系统进行准确的评估。应综合雷达的成本、结构系统的重要性选取合适的监测特征参数。机动雷达结构智能化监测系统主要包括传感器、数据采集及信号处理机、智能诊断及显示系统，其基本工作原理为：传感器将特征数据送至信号处理机进行滤波等预处理，再通过

FFT(快速傅里叶变换）等方法进行信号处理，分析结果送智能诊断中心进行故障诊断，最后将决策和建议送至显示系统，如图1所示。

1.2雷达结构系统监测方法选择

常用的监测技术有振动监测、声监测、油样分析、光学监测、流量与压力监测、风速监测、温度与湿度监测等2。

振动监测是通过监测雷达结构系统工作中代表其动态特性的振动信号的异常来判断该结构是否处于正常状态。常用的振动信号有位移、速度、加速度、转速、应变、应力、力、转矩等。常用的传感器有压电式、电阻应变式、压阻式、涡流式、光电式和磁电式等，主要用于雷达天线座、天线结构、冷却系统中的风机、二次冷却装置等设备的在线监测。

声监测是根据雷达结构系统在运行中发出的声音或噪声来判别设备是否发生故障。其传感器主要是送话器和传声器。在现场监测中还用到超声波检测，即用一个探头发射超声波，另一个探头接收超声波，通过其信号形式来判断管路腐蚀或设备内部裂纹等，可用于雷达冷却或天线座系统的监测。

温湿度监测是根据雷达结构及其周围环境温度、湿度的变化，来识别系统运行状态的变化。传感器主要有热电偶式、红外探测器等，主要应用于雷达外部工作环境测量、设备舱内环境测量、局部小环境测量及天线座稀油系统、液压系统、冷却系统等。

油样分析技术是对雷达液压系统液压油或天线座油中的颗粒物进行检验分析,以判断油是否被污染或劣化的监测方法，常见的有铁谱分析、光谱分析等。

2机动雷达典型结构系统监测技术

2.1天线座监测技术

机动雷达天线座主要由方位传动、同步轮系、转台和底座和系统组成，包括电机、方位减速箱、带齿方位大轴承、数据小齿轮及圆柱齿轮等。方位减速箱一般采用稀油，方位大轴承和同步轮系可根据需要采用油脂或稀油。

雷达天线座是一种旋转机械，包括电机、齿轮、轴承等典型机械部件，可采用以振动监测为主并辅助监测油温、液位、力矩、转速的方法，即在传动系统轴向、径向及关键部位安装传感器，测得相关数据后送后端进行处理。典型雷达天线座测点布置如图2所示。

天线座振动监测采集的信号需通过信号处理机提取出特征参数（位移、速度或加速度），信号处理机先进行预处理，再进行精确处理。常用的预处理方法主要有滤波、包络和相加平均法。精确处理方法主要有时域分析、幅值域分析、频域分析、小波分析等。

时域分析主要通过直观测量加上波形分析进行，可用于对设备故障的初步判断。幅值域分析主要是利用振幅概率密度图来分析故障信号源的性质。频域分析是对振动信号进行分析的传统而有效的方法，主要是基于快速傅里叶变换的谱密度函数分析，时域函数x(t)的傅里叶变换为

式中:t为时间；f为频率。

 

  

另外，还可通过自相关函数或幅值谱求得自功率谱3。这样，就可以通过频谱图来判断故障的部位及严重程度。某减速箱投入使用后先后测得的频谱图（图3和图4)表明，齿轮磨损显著加大。

有时，为得到信号的局部特征，还需采用加窗及频率细化技术。如图5所示,对以图3中减速箱一级啮合频率为中心频率进行细化，可大大提高频率分辨率。

近年来发展的小波分析、时间序列法、分形处理等

方法进一步提高了故障信号分辨的精确性。因此，对天线座系统的振动进行状态监测，再结合监测出的油温、力矩和转速，可对天线座各部分的运行状态进行准确预测和故障判断。

2.2液压系统监测技术

液压系统因其具有体积小、重量轻、功率大、承载能力强、工作平稳等独特的优点而在机动雷达中得到了广泛应用。液压系统主要包括液压泵、电机、油箱组件、阀组、执行油缸、液压马达和油管等，需要监测的特征参数包括油源压力和流量、阀组压力和流量、各执行油缸及液压马达的压力和流量、油温、执行油缸位移、油液质量等，可用温度传感器、压力传感器、位移传感器和流量传感器实现数据采集，采用铁谱分析、光谱分析等多种方法，全面、综合地监测与诊断液压系统的磨损、腐蚀、污染或油质变化情况。

与天线座监测系统类似，可通过绘制各特征参数的时域波形来直观显示液压系统的运行状态。还可通过监测液压系统动力源三相电信号来获取液压系统加减载、冲击、过载和溢流等不同工况及功率匹配情况。2.3冷却系统监测技术

机动雷达中常用的冷却方法有强迫风冷和液冷。强迫风冷又分为开式风冷和闭式循环风冷，开式风冷的主要设备有通风机、通风管道、滤尘器及电源等，闭式风冷除了具有上述设备外，还需增加具有制冷散热功能的冷却风柜或空调；液冷的主要设备包括二次冷却装置（含水泵、水箱、热交换器等）、阀及管路等。

风冷系统监测的特征参数主要有温度、压差、风量、转速等，液冷系统监测的特征参数主要有液温、压力、流量、液位等，风机、水泵运行状态仍然可以采用类似于天线座的振动监测方法。另外，漏液监测既是液冷系统监测的重点，也是难点。漏液监测方法包括负压波法、声波法、流量监测法、感应线监测法等,在实际应用时，为便于工程实施,可采用接水盘漏液监测和流量监测法4。3机动雷达结构系统智能化诊断技术机动雷达结构系统可用的故障诊断技术主要有：

1)统计法，从时域和频域中提取映射设备运行状态的特征元素或特征向量，与标准谱数据库中的进行比较来确诊设备是否出现故障。该方法需要大量测试和统计数据。

2)逻辑诊断法，其中最重要的是故障树分析法,它是将系统故障形成的原因由总体至部件按树枝状逐级细化，一直追溯到那些不能展开或无需再深究的最基本因素为止。故障树是由顶事件、中间事件和底事件用适当的逻辑门自上而下逐级连接起来构成的结构图。故障树既可用作定性分析，也可用作定量分析。故障树分析法广泛应用在雷达结构系统故障诊断中，图6是某雷达液压系统天线无法倒竖故障树。Xi?X22为底事件，从该故障树可以求出最小割集，但上行法或下行法搜索盲目性大且较费时，因此需结合专家系统确定最佳搜索方案。

1)模糊诊断法和灰色识别法，考虑到系统故障不确定性的各种因素，模糊数学建立了一种基于模糊逻辑算法的隶属度分析识别方法，可精确反映系统故障的不确定性,但该方法的前提是数据完整，在工程实际很难取得完整信息时，需采用灰色识别法，即采用灰色模型GM(1,1)来对故障进行预测。这2种方法广泛应用于液压系统的故障诊断。

2)人工神经网络诊断法，从模式识别角度应用神经网络作为分类器进行故障诊断，从预测角度应用神经网络作为动态预测模型进行故障预测。基本神经元的数学模型为

   

5)专家系统，它是根据结构系统故障诊断专家提供的知识和经验进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，帮助普通人员解决复杂问题。专家系统一般由知识库、推理机、数据库及解释程序、知识获取程序及人机接口组成。专家系统知识具有永久性、共享性和易于编写性等优点，适用于比较规范的大型复杂动态系统。近年来,结合其他诊断技术发展的模糊专家系统、神经网络专家系统和网络专家系统等，为研究结构系统的智能诊断方法提供了更具价值的方向指引。

4结束语

雷达电讯系统自测试（Built~inTest,BIT)技术已取得成功,而其机械结构系统的故障监测和诊断尚处于起步阶段。美国在《系统和设备测试性大纲》中，将BIT扩展到机械结构中，但目前对机动雷达结构系统如何进行智能化监测，还没有一套完整规范的方法可供参考。本文以机动雷达机械结构各分系统为研究对象，分别从关键特征参数的获取、信号处理及诊断决策3个方面进行了研究，给出了机动雷达结构系统智能化监测的总体框架和方法选择，这也是雷达结构系统BIT技术发展的一个重要研究方向。

                      　赵新舟