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1.2 FFT頻譜分析
快速傅里葉變換(FFT)是另一種有用的觀察振動(dòng)信號的方法。用非數(shù)學(xué)術(shù)語來通俗解釋，原始的時(shí)域振動(dòng)信號被分解成不同分量頻率下的振幅。例如，下圖9顯示了一臺電機(jī)（左）通過聯(lián)軸器連接變速箱（右）的設(shè)備，機(jī)器的每一部件都有與之相關(guān)聯(lián)的信號頻率。
以簡化的形式表示機(jī)組，電機(jī)有一個(gè)軸和兩個(gè)軸承。變速箱有幾個(gè)軸和齒輪組。圖中的每個(gè)組件都以一定的、單獨(dú)的速率振動(dòng)。通過使用數(shù)學(xué)公式FFT來處理振動(dòng)信號，我們可以區(qū)分幾種不同的速率，并確定哪個(gè)速率的振動(dòng)與哪個(gè)分量一致。
圖9 不同部件（故障）振動(dòng)信號對應(yīng)著不同的頻率
圖10 一個(gè)FFT頻譜的示例
例如，我們在1hz測量信號的振幅，然后再次在2hz，等等，直到我們有一個(gè)信號中包含的每個(gè)頻率的值列表。然后在頻率尺度上繪制這些值或振幅。把這些振動(dòng)幅點(diǎn)連接后，所得到的圖被稱為FFT頻譜。
FFT頻譜是一個(gè)非常有用的工具。如果存在機(jī)械問題，F(xiàn)FT頻譜會(huì)提供信息來幫助確定問題的位置。此外，頻譜可以幫助確定問題的原因和階段。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們了解到某些機(jī)械問題會(huì)在一定的頻率下發(fā)生。因此，我們可以通過尋找特定頻率范圍內(nèi)的振幅變化來確定問題的原因。
除了時(shí)間波形和FFT頻譜外，振動(dòng)信號還可以通過其他類型的信號處理方法進(jìn)行分析，以確定特定的設(shè)備問題和狀態(tài)。通過多種處理方法來處理振動(dòng)信號也提供了更多的方法來分析信號和測量偏離“正常值”的偏差。下一節(jié)包含可選擇的處理方法的示例。
1.3 包絡(luò)或解調(diào)檢測
重復(fù)的滾動(dòng)軸承滾動(dòng)和齒輪嚙合會(huì)產(chǎn)生比轉(zhuǎn)子引起的振動(dòng)（如平衡、對中）和結(jié)構(gòu)振動(dòng)信號要低得多的振幅但頻率遠(yuǎn)高得多的振動(dòng)信號。
包絡(luò)或解調(diào)信號處理的目的，因?yàn)樗c軸承有關(guān)，是濾掉低頻旋轉(zhuǎn)振動(dòng)信號，增強(qiáng)軸承缺陷頻率范圍內(nèi)發(fā)生的軸承缺陷信號的重復(fù)分量。包絡(luò)檢測Z常用于滾動(dòng)軸承和齒輪嚙合分析，其中與故障相關(guān)的低振幅、重復(fù)的振動(dòng)信號通常被機(jī)器必然有的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)和結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲淹沒。
例如，當(dāng)滾動(dòng)軸承在其外圈上產(chǎn)生缺陷時(shí)，軸承的每個(gè)滾動(dòng)元件在接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊。這種沖擊會(huì)以軸承的缺陷頻率為周期產(chǎn)生一個(gè)小的重復(fù)振動(dòng)信號。然而，這個(gè)重復(fù)的振動(dòng)信號的能量非常低，以至于它在機(jī)器的其他旋轉(zhuǎn)和結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲中丟失。
類似的，您可以敲鈴而產(chǎn)生鈴聲，此鈴聲類似于軸承中的滾動(dòng)元件遇到軸承缺陷時(shí)發(fā)生的聲音。然而，與敲鐘不同的是，你不能聽到軸承上的聲間，因?yàn)樗赡軙?huì)被機(jī)器的其他聲音所掩蓋，或者它會(huì)以人的耳朵無法檢測到的頻率發(fā)生。
這種檢測方法被證明非常成功，特別是對以上類型的機(jī)械故障：滾動(dòng)軸承故障、齒輪齒有缺陷、電機(jī)/定子問題等，都是包絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。
圖11 軸承外圈缺陷的包絡(luò)譜和時(shí)間波形
包絡(luò)檢測過濾掉低頻旋轉(zhuǎn)信號，增強(qiáng)軸承的重復(fù)沖擊類型信號，以關(guān)注軸承缺陷頻率范圍內(nèi)的重復(fù)事件。（例如，重復(fù)的軸承和齒輪振動(dòng)信號）
圖12 剝落（外部缺陷）
1.4 相位測量
相位是一種測量方法，而不是一種信號處理方法。相位測量旋轉(zhuǎn)軸上的已知標(biāo)記與軸的振動(dòng)信號之間的角度差值。這種關(guān)系提供了關(guān)于振動(dòng)振幅水平、軸心軌跡和軸位置的有價(jià)值的信息，并且對于平衡和某些分析非常有用。
1.5 高頻檢測(HFD)
高頻檢測(HFD)提供了軸承問題的早期預(yù)警。HFD處理方法顯示了發(fā)生小缺陷時(shí)所產(chǎn)生的高頻振動(dòng)在高頻帶通(5kHz到60kHz)內(nèi)的數(shù)值、總體值。該檢測傳感器的諧振頻率用于放大由小缺陷的沖擊而產(chǎn)生的微弱信號。由于其高頻范圍，HFD測量是由一個(gè)加速度計(jì)測?，顯示單位為G。HFD測量可以顯示為峰值或RMS總值。
1.6 其他傳感器共振技術(shù)
還有多種類似于HFD的使用傳感器諧振來獲得測量值的技術(shù)。傳感器諧振技術(shù)利用傳感器的諧振頻率來放大軸承缺陷范圍內(nèi)的信號。這些技術(shù)增強(qiáng)了軸承缺陷引發(fā)的重復(fù)信號，從而反映軸承的狀況。Z終系統(tǒng)提供一個(gè)總體值的讀數(shù)，，該數(shù)字表示系統(tǒng)受到的沖擊能量（通過對數(shù)增強(qiáng)）。
隨著振動(dòng)分析的發(fā)展，傳感器諧振技術(shù)的使用越來越少。相反，使用包絡(luò)或解調(diào)處理，因?yàn)樗鼈冊试S在監(jiān)控系統(tǒng)中具有更大的靈活性。例如，諧振技術(shù)要求使用完全相同，特別標(biāo)定的加速度計(jì)（以保證有一致的諧波頻率）。
2.在線測量對比離線測量
一般來說，有兩種類型的測量過程：在線和離線。在線情況下獲取數(shù)據(jù)需要永久安裝傳感器、電纜、多路復(fù)用設(shè)備和一個(gè)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)。
根據(jù)用戶定義的收集周期，從機(jī)器中連續(xù)獲取在線測量。在線數(shù)據(jù)收集的好處是巨大的，在線數(shù)據(jù)采集允許狀況監(jiān)測和維護(hù)部門集中精力放在糾正措施和系統(tǒng)修改上，以更容易診斷問題。此外，永久安裝的傳感器不會(huì)中斷制造過程，數(shù)據(jù)是可重復(fù)的和準(zhǔn)確的。在線系統(tǒng)的缺點(diǎn)是初始成本。重要的是要記住，一個(gè)在線系統(tǒng)的投資回報(bào)通常是在相對較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。
離線測量系統(tǒng)類似于基于巡檢的采集程序。在基于巡檢的采集集流程中，用戶定義了測量類型和要分析的機(jī)械設(shè)備，建立基于工廠中設(shè)備的路線圖或路線。然后，他/她按照開發(fā)的路線采集所需的數(shù)據(jù)。
此外，離線采集需要手持式分析儀、布線和傳感器。不幸的是，它需要有大量的時(shí)間來收集基于巡檢路徑的數(shù)據(jù)。它還需要來自維護(hù)或狀態(tài)監(jiān)控部門的人員或機(jī)器操作員。另一方面，離線測量方法的成本相對較低。
一旦您決定開發(fā)一個(gè)基于狀態(tài)的監(jiān)測方式，就必須遵循一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的流程來診斷、記錄和解決工廠的問題。標(biāo)準(zhǔn)的建立是為了幫助您開發(fā)一個(gè)有效的狀況監(jiān)測解決方案。
3.標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)診斷表
以下章節(jié)包含與振動(dòng)監(jiān)測有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)是制定狀況監(jiān)測計(jì)劃的基礎(chǔ)。此外，它們還將與制造商建議的特定機(jī)器和行業(yè)的可接受性水平一起使用。許多行業(yè)或機(jī)器類型的標(biāo)準(zhǔn)也可以通過狀態(tài)監(jiān)測或振動(dòng)監(jiān)測公司獲得。
4.頻譜分析表
下面包含了在振動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)的常見問題的列表。此外，它還包含了一個(gè)關(guān)于用于診斷問題的測量類型、建議的振動(dòng)特征和這些特征的相位關(guān)系的一般指南。
將此作為通用參考圖表來開發(fā)你的狀況監(jiān)測方案。制造商的參考標(biāo)準(zhǔn)也是可用的。請聯(lián)系他們得到進(jìn)一步的建議和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
未完待續(xù)......
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