2022醫(yī)學(xué)課件沖擊脈沖和振動的區(qū)別(2013年10月)

1、 bmainstrument Copyright BMA Advanced Instrument Ltd.振動和沖擊脈沖的區(qū)別第一頁，共二十一頁。振動和沖擊脈沖的區(qū)別一、振動和脈沖的概念：1、振動的概念 機(jī)械或結(jié)構(gòu)在平衡位置附近的往復(fù)運動; 廣義地說，任何物理量交替增減變化的現(xiàn)象都叫做振動。2、脈沖的概念 脈搏的跳動產(chǎn)生的沖擊波。脈沖的定義其實是這樣的: 電壓或電流的波形象心電圖上的脈搏跳動的波形。 第二頁，共二十一頁。二、振動和脈沖的區(qū)別1、振動和脈沖產(chǎn)生的原因不同？1沖擊脈沖信號的產(chǎn)生 沖擊脈沖是在剛性材料中傳播的一種彈性波，是剛性物體之間如鋼相互碰撞的結(jié)果。由于碰撞的原因，沖擊點處的材料

2、分子受到加速度作用，并通過靠近沖擊點的材料分子傳遞至周圍的分子中，直到形成一個特性波我們稱為前導(dǎo)波。 第三頁，共二十一頁。假設(shè)碰撞點上的材料足夠堅硬且碰撞發(fā)生在極短的時間段內(nèi)，那么會生成非常強(qiáng)烈的前導(dǎo)波，且該波在材料中以聲速傳播。如圖1所示。前導(dǎo)波在鋼中的傳播速度通常為5000m/s，持續(xù)的時間一般為幾微秒到幾十微秒。 圖1：彈性波前的產(chǎn)生為點對點碰撞的結(jié)果 前導(dǎo)波第四頁，共二十一頁。2、 振動信號的產(chǎn)生振動是物體受到外力的作用，在外力作用下做功，并將能量進(jìn)行傳遞一種形式，它是一種受到外力作用后的一種效果表達(dá)。假設(shè)不考慮阻尼的作用，物體必將持續(xù)運動?，F(xiàn)實生活中，阻尼必然存在，所以，物體的振動必

3、將受到持續(xù)外力的鼓勵才能持續(xù)的振動。阻尼的大小決定振動的類型和大小。第五頁，共二十一頁。3、振動和脈沖產(chǎn)生的先后順序和關(guān)系小鋼球撞擊鐵棒的試驗撞擊首先產(chǎn)生脈沖信號-紅色局部鐵棒接收到?jīng)_擊后轉(zhuǎn)換成運動形式-振動由于持續(xù)的鼓勵，振動和脈沖信號疊加在一起第六頁，共二十一頁。沖擊脈沖只傳播于堅硬材料如鋼中，具有非常急劇的上升和下降時間的彈性波，在整體材料中的傳播速度為音速一般為5000m/s。沖擊脈沖生成于相碰撞的兩個物體的接觸點，如滾動體撞擊滾道上剝落處的鋒利邊緣，持續(xù)的時間一般為幾微秒到幾十微秒。沖擊脈沖的頻率組成范圍非常寬，包含很多高頻能量；由于上面的原因，我們通過振動來分析沖擊信號，根本沒有可

4、能，分析的信號僅僅是振動的信號，因為振動傳感器的響應(yīng)范圍一般在10KHz左右，高頻信號喪失；如設(shè)備不平衡所產(chǎn)生的機(jī)械波，并不屬于沖擊脈沖，不含有高頻能量，是典型的振動波；沖擊脈沖的幅值與沖擊瞬間的相對速度成正比。 第七頁，共二十一頁。三、脈沖信號的捕捉方式問題一： 前面我們說到，脈沖信號持續(xù)時間很短，持續(xù)的時間一般為幾微秒到幾十微秒，這么短的時間必然帶來一個問題-如何保證前后沖擊信號這間不互相疊加和干擾？為了解釋這個問題，我們來做一個試驗：我們用一支鋼筆敲擊杯子,會產(chǎn)生嗡嗡的聲音;連續(xù)敲擊就產(chǎn)生疊加的聲音信號如果我們敲擊1次,馬上用手抓住杯子,聲音就馬上消失第八頁，共二十一頁。通過這個試驗,我

5、們知道防止前后沖擊信號的干擾,必須在硬件上做處理.這也是為什么脈沖和振動傳感器不能互換的原因之一。振動傳感器既用來采集振動信號又采集脈沖信號是不可能的。第九頁，共二十一頁。問題二脈沖是一個高頻的信號，高頻信號一般能量很低，如何捕捉到這樣的信號？第十頁，共二十一頁。脈沖傳感器工作頻率設(shè)定在32KHz共振峰處，不同于振動傳感器設(shè)在振動傳感器靈敏度曲線直線段局部，一般頻率范圍在1-10KHz。沖擊脈沖利用共振效應(yīng)來取信號，這樣可以將信號放大5-7倍，確?？梢宰サ娇煽啃盘?。前提是共振，如何保證脈沖傳感器能在32KHz發(fā)生共振至關(guān)重要。第十一頁，共二十一頁。時域中上升和下降持續(xù)時間短的強(qiáng)烈脈沖頻域中包含

6、很寬高能量的頻率成分能量頻率時間幅值傅里葉變換前面我們講過，脈沖信號持續(xù)時間很短，在時域中相當(dāng)于一根線。如上左圖所示。對這樣的信號進(jìn)行傅里葉變換，根據(jù)數(shù)學(xué)上的斯托克斯定律，就能看到如上右圖所示的頻譜，在這個頻譜圖中包含幾乎所有的頻率成分，當(dāng)然也包含32KHz頻率成分，必然激起沖擊脈沖傳感器發(fā)生共振。第十二頁，共二十一頁。時域中上升和下降持續(xù)時間較長的輕微脈沖頻域中包含較少高頻能量的頻率成分幅值 能量 時間 頻率 傅里葉變換輕微脈沖，進(jìn)行傅里葉變換后，頻域中不含高頻率能量成分，也就不可能激起傳感器共振，也就抓不到放大的信號。第十三頁，共二十一頁。問題三反過來，脈沖傳感器可以用來做振動分析嗎？答案

7、是否認(rèn)的，為了說明這個問題，我們看一下脈沖信號的處理過程：第十四頁，共二十一頁。信號進(jìn)行1次帶通濾波，過濾掉低頻的信號0半波整流0包絡(luò)處理0共振捕捉的信號由于信號中的低頻率信號被過濾，所以如設(shè)備不平衡、不對中信號、松動等信號被徹底拿掉了，所以脈沖信號不能分析普通振動的問題。第十五頁，共二十一頁。問題四沖擊脈沖信號能做什么分析？ 我們通過對軸承滾動體和滾道間相互作用的研究，我們發(fā)現(xiàn)即使在狀況非常良好的軸承中，每秒內(nèi)也會產(chǎn)生上百次的沖擊脈沖，這些沖擊脈沖正是源自所有滾動軸承中極小的微米級的碰撞。 在健康、潤滑良好的軸承中，只有粗糙外表中最高的凸起會產(chǎn)生接觸貫穿油膜，所以會產(chǎn)生相對來說比較低幅的沖擊

8、脈沖；而在潤滑較差的軸承中，重復(fù)率和幅值都會增高。我們還發(fā)現(xiàn)滾道或滾動體有損壞的軸承會產(chǎn)生很高幅值的沖擊脈沖，其重復(fù)率取決于軸承的幾何參數(shù)和軸的轉(zhuǎn)速。沖撞所產(chǎn)生的沖擊脈沖的力量和碰撞物體間的相對速度有關(guān)。以滾動軸承為例，生成的沖擊脈沖的幅值和滾動體的速度成正比。 第十六頁，共二十一頁。 通過40多年大量的實踐證明，沖擊脈沖來診斷滾動軸承故障具有振動無法比較的優(yōu)勢。1比振動提前預(yù)知滾動軸承的故障，因為沖擊脈沖共振放大的作用；2能診斷滾動軸承的故障，而且可以診斷潤滑的狀況；見動畫。3診斷齒輪箱滾動軸承故障更清晰。因為齒輪箱上齒輪的嚙合振動信號很強(qiáng)，常常把滾動軸承的振動信號淹沒掉。沖擊脈沖把齒輪的嚙

9、合信號過濾掉，只保存滾動軸承的信號，分析起來更容易。第十七頁，共二十一頁。問題五為什么設(shè)定沖擊脈沖傳感器共振頻率為32KHz？沖擊脈沖傳感器包含黃銅棒和帶通濾波器的設(shè)計，確保每個傳感器都在32KHz發(fā)生共振。由于沖擊脈沖包含很寬范圍的頻率信號，其中必然含有觸發(fā)傳感器振動的32KHz頻率成分，這樣沖擊脈沖傳感器在接觸沖擊脈沖時由于共振放大的作用，使得傳感器反響很明顯。第十八頁，共二十一頁。所有沖擊脈沖傳感器都經(jīng)過一致校準(zhǔn)，在接觸沖擊脈沖時，能具有完全同等的性能，即幅值和衰減時間都是一致的，且所有傳感器幾乎完全相同。這也振動傳感器做不到的主要原因，我們都知道每個振動傳感器都有自己的靈敏度，需要單獨

10、設(shè)置。與使用標(biāo)準(zhǔn)振動傳感器的振動包絡(luò)技術(shù)比較，由于其技術(shù)是基于設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)共振頻率，不同設(shè)備結(jié)構(gòu)共振頻率差異很大，所以當(dāng)振動傳感器接觸沖擊脈沖時，其性能表現(xiàn)特征非常不明顯。32KHz的共振頻率是個最佳答案的折中方法，因為其大于由不平衡、不對中和齒輪嚙合所產(chǎn)生的干擾性低頻信號的頻率，又也低于設(shè)備所產(chǎn)生的超聲段頻率信號。這是我們設(shè)置32KHz的主要原因。第十九頁，共二十一頁。 Copyright BMA Advanced Instrument Ltd.At your service . . . bmainstrument 第二十頁，共二十一頁。內(nèi)容總結(jié)bmainstrument。由于碰撞的原因，沖擊點處的材料分子受到加速度作用，并通過靠