導語：如何才能寫好一篇振動監測，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

[關鍵詞]航空發動機；振動信號；放大；濾波

中圖分類號：V217.39 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0330-02

1 振動通道的設計

1.1 振動通道數量的確定

在雙轉子渦輪發動機的風扇機匣、進氣機匣、渦輪機匣、發動機前安裝節和后安裝節處各安裝兩個振動傳感器。各處安裝兩個傳感器是為了防止其中一個傳感器損壞或相應電路通道失效后，仍有另一組信號傳輸至振動監測硬件系統，保證系統運行，故需要10組振動通道。另外在過程量通道處設計有兩組積分振動通道，在需要的時候可以將振動通道中10組中任意一組振動信號接入積分通道完成積分運算。

1.2 單通道內信號放大

傳感器的輸出信號需經過電壓放大后再進行濾波，之后進行A/D轉換。信號放大將采用運算放大器實現。放大方式采用反向放大方式，由運算放大器和電阻組成反向放大器。根據運算放大器“虛短”和“虛斷”原理知：

為了保證信號強度可以實現A/D 轉換，將單通道內信號分為多組進行放大，通過多組不同的反向放大器，初步設定放大值為-0.5、-1、-5、-25、-125。任意一組振動信號可對放大到上述任意一個放大倍數。

1.3 單通道內信號放大后的通道切換

為了順利將多組放大后的信號中的一組選用并進行濾波，采用CMOS模擬多路復用器進行線路選擇。CMOS模擬多路復用器選用Intersil公司的DG408。接入放大值分別為-0.5、-1、-5、-25、-125的不同信號，接地，GND接地，D端連接后端的濾波器以及其他元件。、、和EN接入數字信號，和分別接+5V與-5V。

2 低通濾波器的設計與仿真

經由CMOS模擬多路復用器選擇后的信號分為三組信號經不同頻率的有源低通濾波器，之后再經過另一個CMOS模擬多路復用器選擇低通頻率，輸出至A/D轉換。濾波器采用巴特沃斯（Butterworth）型濾波器，三組有源低通濾波器截止頻率分別為10kHz、2kHz 和500Hz。

10KHz巴特沃斯低通濾波器設計要求其通帶截止頻率（），通帶衰減；阻帶截止頻率（），阻帶衰減。

利用MATLAB軟件繪制其特性曲線，如圖1、圖2所示。從幅頻特性圖可看出所設計的低通濾波器在時信號幅值開始明顯下降，到時信號幅值趨近于零。從信號衰減特性圖可看出信號衰減為零并開始衰減，時信號衰減28dB，其通帶和阻帶截止頻率處衰減值均優于設計指標。

2kHz和500Hz巴特沃斯低通濾波器要求其通帶截止頻率、，通帶衰減均約等于1dB，阻帶截止頻率、，阻帶衰減約大于25dB。

同理獲得2kHz和500Hz巴特沃斯低通濾波器傳遞函數：

利用MATLAB 軟件繪制其特性曲線，如圖3～圖6所示。從幅頻特性圖（圖3、圖5）中可以看出信號的幅值在設計頻率附近開始衰減；從信號衰減特性圖（圖4、圖6）可看出通帶截止頻率處衰減為1dB左右，阻帶截止頻率處衰減為28dB左右，符合設計要求。

4 總結

航空發動機的振動信號監測硬件系統的振動通道部分已設計完成。振動信號經傳感器輸出至由運算放大器組成的放大電路進行分組放大，各組放大倍數不同，由模擬多路復用器選擇所需要的放大信號進行分組濾波處理，各組濾波器參數不相同，同樣由模擬多路復用器選擇濾波后的振動信號進行后續處理。

參考文獻：

[1] 王志.航空發動機整機故障診斷技術研究[D].沈陽航空工業學院，2007，1：3

[2] 孫海東，傅強.航空發動機振動監測研究[J].機械設計與制，1001-3997（2007）02-0127-02.

第一作者

袁雪松，（1985-05），安徽合肥，本科，南京理工大學，工程師，研究方向：發動機。

篇2

關鍵詞:監測室開挖 控制爆破 振動監測

中圖分類號:TB21 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(b)-0056-01

1 工程概況

溪洛渡水電站大壩為混凝土雙曲拱壩,大壩高度285.5m,電站總裝機容量12600Mw。為滿足大壩監測及儀器埋設需要,在拱壩壩基左岸AGL1～AGL5、右岸AGR1～AGR5灌漿平洞內共設11個監測室,監測觀測室開挖斷面為城門洞型,斷面尺寸為3.5×5.25m,洞深4.0m。

因灌漿廊道內部分帷幕已施工完成或正在施工,為避免監測室爆破開挖對帷幕系統造成破壞,要求開挖爆破時必須嚴格控制爆破質點振動速度。

2 設計要求及規程規范

監測室洞口控制點30m范圍內尚未進行帷幕灌漿部位監測室爆破開挖,要求質點安全振動速度小于等于2.5cm/s;監測室洞口控制點30m范圍內已進行帷幕灌漿部位監測室爆破開挖,要求在灌后齡期大于等于28天時進行,質點安全振動速度小于等于1.5cm/s。質點安全震動速度為爆破區藥量分布的幾何中心至觀測點10m控制值。

3 爆破安全監測數據

(1)爆破安全監測使用拓普UBOX-5016盒式微型記錄儀。采樣參數如表1。

(2)爆破振動監測的數據為:爆破振動監測點的質點振動速度與主振頻率。

4 爆破方案設計

4.1 爆破參數設計

壩基灌漿洞監測室基本位于Ⅲ類圍巖區,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,為了保證爆破效果,其他炮孔深200cm,間排距為40cm～60cm。

主爆破孔采用φ25乳化炸藥進行裝藥,堵長60cm～80cm;底孔裝藥結構為孔底裝2節φ32乳化炸藥,中間采用φ25藥卷連續裝藥,電雷管引爆;光爆孔裝藥結構為孔底裝1節φ32乳化炸藥,中間采用1/2節φ25藥卷間隔20cm裝藥;預計排炮進尺2m,單耗為1.2～1.6kg/m3。監測室開挖試驗階段控制爆破單響藥量不大于5kg,并根據爆破開挖效果和爆破振動監測成果及時調整爆破參數。

4.2 密集鉆孔減振

因為允許質點振動速度很小,初始爆破施工作業面距防滲帷幕和壩體距離太近,所以為滿足施工要求,必須采取減小爆破震動的減震措施。本工程采用縮短鉆孔進尺、加密布孔減震。

在開挖爆破中,根據爆破試驗測試結果,適當調整鉆孔進尺段長,嚴格控制爆破單響藥量,同時增加爆破分段數;采用加密周邊孔孔排,在爆源和帷幕間的一定范圍內形成屏障,在帷幕處質點的振幅和振動速度都較無孔排時明顯降低。

5 振動監測

爆破振動監測的目的是確定被保護目標的安全,并為調整后續爆破的參數提供參考依據。在監測過程中應記錄盡量多的數據,以保證記錄數據能說明復雜地質條件下被保護目標的振動特征。本工程對每一次爆破都進行了振動監測,然后根據監測的結果判別被保護目標的振動值是否處在安全范圍內。

5.1 監測數據分析

監測室采取灌漿洞擴挖方式,在灌漿廊道布置了4個爆破振動監測點,監測點質點振動速度及頻率如表2。

(1)根據設計要求,爆心距10m位置為最大觀測控制點位置。因此在左右兩側爆心距為10m的位置布置1#、2#檢測點。其中1#測點質點振動速度徑向為2.21cm/s,切向為2.05cm/s,垂直向為2.14cm/s;2#測點質點振動速度徑向為2.08cm/s,切向為1.98cm/s,垂直向為2.03cm/s。爆心距10m位置最大質點振動速度為2.21cm/s(徑向)。其它各測點中,3#測點最大質點振動速度為1.47cm/s(垂向),4#測點最大質點振動速度為0.92cm/s(徑向)。

(2)本次監測點質點主振頻率范圍為52Hz～610Hz。

5.2 初步結論

從多次爆破規模及測試數據反映的情況來看,爆破振動監測質點振動速度分別為徑向、切向和垂直向,爆破振動速度隨爆心距增加,各測點的質點振動速度呈降低的趨勢。根據設計要求,爆破區藥量分布的幾何中心至10m為最大控制觀測點,未進行帷幕灌漿部位要求質點安全振動速度小于等于2.5cm/s;已進行帷幕灌漿部位質點安全振動速度小于等于1.5cm/s,因此測試質點振動速度滿足設計要求。

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（長江工程職業技術學院，武漢 430212）

（Changjiang Institute of Technology，Wuhan 430212，China）

摘要： 爆破工程施工作業有較大的安全隱患，其中地震波對爆破區周圍建（構）筑物影響很大，本文以工程實例證明，在建（構）筑物較集中區進行工程爆破就必須進行爆破振動效應監測試驗，提供試驗數據，便于調整、優化爆破參數，防止出現安全事故。

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.

關鍵詞 ： 爆破工程；振動效應監測；爆破參數；安全

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

中圖分類號：TD235 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2015）25-0088-02

作者簡介：胡敏輝（1965-），男，湖南龍山人，教師，高級工程師，研究方向為水利工程施工與管理。

0 引言

①振動效應監測的目的與內容。

工程爆破技術使用非常普及，它加快了工程進度，提高了施工效益，但是同時也出現了一些安全問題，如沖出波、飛石、有害氣體、地震波等。而爆破中最常見的就是爆破地震，它嚴重影響了周圍建筑等的安全，必須對其進行振動效應監測。（1）通過對現場爆破振動安全監測試驗，量測地表質點振動速度和爆破振動頻率，并以此為依據，研究這個過程中的地表振動特性以及變化規律，分析地表質點振動峰值速度與裝藥量等之間的關系，回歸出該場地的爆破參數。（2）根據回歸出的爆破參數，計算安全爆破的用藥總量和單段（響）用藥量，進而指導爆破施工單位對爆破炮孔布置及爆破的單段（響）用藥量的設計，以便更好的控制爆破施工對地表振動造成的危害。

②監測與分析試驗的方法。

1）爆破上方地表布置監測點，采用質點振動速度測量系統，實地監測各項參數。2）在爆破區建筑屋頂（高層）以及地基（單層）埋設監測點，監測質點振動速度是否符合安全標準。3）采用專業測試分析軟件對爆破震動波形進行分析，獲得每個測點的主振頻率、持續時間等爆破振動參數。4）爆破振動效應監測時，有針對性地選取具有代表性的位置進行振動測試，最好選取離爆區較近處布置振動測點。5）盡管在工程爆破中很多因素都會影響爆破振動，但最主要的因素為一次同時起爆炸藥量Q（kg）和爆源距測點的距離R（m）。爆破振動安全多采用質點峰值振速進行控制，根據薩道夫斯基提出的經驗公式計算：

式中可知，爆破振動強度與段藥量Q成正比關系，與爆心距成反比關系，當段藥量減少，質點振動強度降低：V為爆破地震對建筑物或構筑物產生的質點垂直振動速度，cm/s；K為與地形、地質、爆破方式有關的系數；Q為炸藥量，齊發爆破時取總裝藥量，延期爆破時取最大一段裝藥量，kg；β為藥包形狀系數，一般取1/3；α為爆破地震隨距離衰減系數；R為從爆破地點藥量分布的幾何中心至觀測點或被保護對象的水平距離，m。

6）最大分段裝藥量按薩道夫斯基公式變換進行計算：

式中 Q為最大分段裝藥量，kg；R為爆心距，m；V為爆破安全振動速度值，cm/s；K，α為巖石性質、地質條件、爆破規模等綜和因素。

③現場監測試驗結果要求。

1）對爆區環境條件進行實地勘察，確定爆破振動監測方案。2）現場布置測點，獲得現場數據。3）對爆破振動監測結果進行數據處理，獲得振動的最大振幅、質點振動速度、主振頻率等爆破參數。4）根據測試數據，結合有關規定，分析施工爆破振動的影響情況。

1 爆破振動效應現場監測試驗實例

1.1 爆區環境、地質概況

某隧洞過長沖河淺埋段線路調整段長約為943.702m，隧洞坡降為1/2151，隧洞開挖斷面尺寸為5.4m×5.8m。隧洞軸線僅穿越一戶的圍墻，隧洞軸線60m 寬度范圍內有5 戶居民，線路在樁號GB0+492.396～+641.208m 段暫定段為該段隧洞施工的風險控制段。由于該隧洞地質條件復雜，可供施工面積小，存在巨大的施工風險。

1.2 測點布置

①按照爆破設計單位設計要求（施工單位爆破設計）和國家安全爆破規程的要求，本次測試區域暫定為以隧洞掌子面為爆心半徑50 m內的地表圓形區域。涵蓋受震動影響的民居和其他建筑物。每個測點均為三向（垂向，水平徑向，水平切向）。現場實施過程中可根據需要擴大監測半徑以及監測區域和選擇監測對象。

②通過現場條件和爆破振動監測的要求，每一個測點上放置一臺TC-4850爆破測振儀和一只三軸向速度傳感器（TT-3A系列三軸向電磁式振動傳感器和ZCC-202型速度傳感器）。傳感器托盤采用石膏粉固定于預先筑好的平臺上（土壤則將儀器埋入土層）。三向測點上使用的水平傳感器方向與垂直向垂直。為了得到準確的數據和保護設備的安全，每個測點上的設備全部使用保護罩蓋住。

③振動速度測量系統由傳感器、記錄儀和筆記本電腦組成。首先選用適宜的記錄儀記錄振動信號，然后用傳感器將信號轉換成數字量存儲起來，最后用計算機將轉換后的信息進行波形顯示、數據分析、結果輸出。

1.3 爆破振動效應檢測結果及分析

1.3.1 測試現場概況

測試現場表面為麥田，土壤覆蓋層。隧洞頂部到地面平均距離為25m。長沖村民用建筑多為磚混結構、以及簡易房，抗振性能較差。有資料顯示一般磚結構房屋，其最大安全允許振動速度為V=2.0~3.0cm/s。土坯房最大安全允許振動速度為0.7~1.0cm/s。在風險控制段有磚房四座，土基房2座，石棉瓦房一座，不明建筑一座。

1.3.2 測試結果

本次測試的研究內容是爆破振動對民用建筑的影響范圍以及影響程度，因此根據實際情況，在爆破作業掌子面上方地面各個方向布置了監測點，總計進行了8次40個點的測試。以爆心為圓心半徑50m的地面范圍作為測試研究對象，本次測試的目的是爆破振動對地面建筑物的影響。一般情況下，垂直方向的震動對建筑物影響較大，但是考慮到現場民房建筑質量不高，因此也要考慮爆破振動水平切向和水平徑向地震波剪切力對建筑物的破壞作用。本次測試分別在爆心各個方向不同距離布置測點，取得大量實驗數據。如表1。

根據實測數據分析，并與安全允許標準比較，判斷其安全性。

通過對某隧道淺埋段爆破振動進行監測，得到以下結論：①本次監測過程中，隧洞開挖爆破單段（響）裝藥量在1.4kg～2.2kg之間，一次爆破總裝藥量在26kg～42kg之間。在掌子面正上方地表質點振動速度較大，超過了相關標準，人員感到了明顯的震動感。②在距離掌子面正上方地表30m半徑的圓形區域之外，質點振動速度迅速衰減。③本次監測區域的地質條件非常適宜進行爆破，但由于爆破區域附近存在少量民房，因此，在實際的爆破過程中應合理控制裝藥量，根據計算，單段（響）裝藥量不宜高于0.3kg～0.5kg，總裝藥量不宜高于15kg～20kg。在風險控制段以外，可以逐步增大爆破裝藥量。④隨著開挖向風險控制段接近，宜逐步減少裝藥量，尤其是在離保護建筑物四十米內飛范圍內更應嚴格控制裝藥量。⑤振動頻率分析表明，分段微差起爆能有效地控制爆破振動效應；小藥量下的巖石松動控制爆破的主振頻率主要集中在20～50Hz，高于建筑物自振頻率，不會出現共振現象，爆破施工對周圍建（構）筑物的影響較小。⑥薩道夫斯基公式計算較為復雜，為方便起見，本次測試給出了距離爆心0～97m，單段（響）裝藥0.2～3.6kg的振速預測表。根據該表，可以方便查詢相應距離的安全裝藥量。

2 結語

通過以上案例分析可知，對于建（構）筑物集中的地區，進行爆破設計施工時，必須提前進行振動效應監測試驗，找到最合理、最安全的爆破參數，確保爆區周圍人員和建筑物等的安全，也可采取如下措施來控制或減弱爆破地震效應，將爆破震動效應控制在允許范圍之內。

①采用微差爆破技術。根據微差爆破原理，采用微差爆破技術可以使爆破地震波的能量在時空上分散，使主震相的相位錯開，從而有效地降低爆破地震強度，一般可降低30％～50％。

②預裂爆破或減震溝減震。為了提高減震效果，預裂孔、縫和溝應有一定的超深（20～30cm）或寬度（不小于1.0cm），而且切忌充水。

③采用合理的裝藥結構。實踐證明：裝藥結構對爆破震動有明顯的影響。裝藥越分散，地震效應越小。常采用不耦合裝藥、空氣間隔裝藥、孔底空氣墊層裝藥等減震。

④采用合理的起爆順序。試驗研究表明，在垂直于炮孔連心線方向上地震速度較大。因此，根據爆區條件和被保護物體情況，選擇合適的起爆方向或順序可以起到一定的減震作用。

⑤注重爆破地震效應監測。對于一些重要的保護設施或爆破，應采用振動儀表進行爆破安全監測，為安全檢算提供較為準確的數據。

參考文獻：

[1]凌同華，李夕兵.多段微差爆破振動信號頻帶能量分布特征的小波包分析[J].巖石力學與工程學報，2005（07）.

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【關鍵詞】變壓器故障；振動信號；在線監測

【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

在電力變壓器的各種故障中，絕大多數變壓器故障來源于變壓器的繞組和鐵芯發生的變形或松動。因此研究開發基于振動法的變壓器在線監測裝置能有效地了解設備的運行狀況，及時發現設備的潛伏性故障，避免突發事故的發生。

1 監測原理

在變壓器運行中，壓緊力的變化、溫度的升高、絕緣層的損傷都能通過鐵芯振動加速度值的變化反映出來。

2 裝置介紹

2.1 裝置結構

本裝置主要由加速度傳感器、信號調理模塊、CPU和AD模數轉換器、通信模塊和電源五個部分組成。硬件結構圖如圖1所示：

2.2 裝置各模塊

2.2.1 MEMS加速度傳感器

本裝置采用了MS9002D加速度芯片，該芯片的主要技術指標為：靈敏度1000mV/g，帶寬≥100Hz，量程±2g，噪聲密度18μv，工作電壓5V，工作電流0.4mA，輸出阻抗50kΩ，提供模擬電壓信號輸出。

2.2.2 信號調理模塊

信號調理電路包括兩級放大和有源濾波電路。第一級放大采用了高共模抑制比、高輸入阻抗、高精度、高速、低漂移、極低噪聲的運算放大器，可實現阻抗變換。第二級放大電路將前置放大器單端輸出信號轉換為AD要求的雙端差分輸入信號，且采用程控放大，由采集系統控制放大倍數，防止振動信號飽和輸入。

2.2.3 AD模數轉換器

本裝置選用轉換芯片ADS1274，在采樣率20kHz時能達到19位分辨率，其滿量程輸入電壓為VREF=+/-2.5V，對應的轉換數字范圍：0x7FFFFF至0x800000；量化電平：2.5V/8388608=0.298uV，滿足微弱振動信號探測的要求。

2.2.4 CPU模塊

本裝置控制器采用ARM芯片STM32F107，包括10個定時器、兩個12位AD模數轉換器、兩個12位DA數模轉換器、兩個I2C接口、五個USART接口和三個SPI端口和高質量數字音頻接口IIS，并且擁有全速USB（OTG）接口，兩路CAN2.0B接口，以及以太網10/100 MAC模塊。

2.2.5 通信模塊

本裝置的通信模塊可采用2.4G的無線通信技術，進行數據的傳輸；也可采用CAN總線進行數據傳輸，還可以通過RS485總線將數據上傳到監控主機。2.4G無線通信采用WIFI芯片選擇Marvell 88W8686芯片，采用SDIO接口和其控制芯片STM32103芯片接口，通過STM32F103和主CPU芯片STM32F107交換數據。如果利用CAN總線和RS485總線則利用主CPU芯片STM32F107自帶的CAN2.0接口和USART接口，在外部擴展相應的物理層芯片，實現CAN總線通信或RS485通信。

2.2.6 電源

電源可采用內置的鋰電池供電，也可通過外接的電源給整個裝置提供電能。內設電源轉換電路將電源提供的12V轉換為5V、3.3V和1.8V，給相應的器件供電。圖2是主CPU和電源轉換板以及采集電路板。

2.3 裝置的工作流程

將多個MEMS加速度傳感器均勻分布在油箱壁平板結構的對稱結構位置，避開變壓器的頂部、底部、支撐結構、油箱接縫處等易造成測量結果不準確的位置。

圖3加速度傳感器在變壓器上的安裝示意圖，黑點為傳感器安裝位置。

傳感器拾取到變壓器的振動信號后，將拾取到的信號送往信號調理模塊進行進一步的信號處理。AD模數轉換器在CPU的控制下實現對經信號調理模塊處理過的變壓器振動信號采集，轉換為數字信號送給CPU。采集到的振動信號將通過通信模塊將數據上傳到監控主機。

3 實驗數據

由于實驗條件有限，未能在電力變壓器上測試本裝置的有效性，考慮到本裝置的目的是檢測變壓器的振動信號，采用了輕微的敲擊來代替模擬信號。將MEMS加速度傳感器緊貼在桌面上，用手敲擊桌面，加速度傳感器拾取到振動信號后，送往監測裝置采集，轉換為數字信號后，通過通信模塊傳送至監控主機。采集的時候采用的是5K的采樣頻率，每周期采集512點。

【參考文獻】

[1]郭潔.500kV電力變壓器偏磁振動分析[J].電網技術，2012（3）.

[2]朱光偉，張彼德.電力變壓器振動監測研究現狀與發展方向[J].變壓器，2009（2）.

[3]王慧君.基于振動信號的變壓器在線監測系統研究[D].華北電力大學，2014（3）.

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【關鍵詞】 熱軋設備 監測 故障診斷

1 前言

在鋼鐵廠中熱軋機械是非常關鍵的設備之一，不過在日常生產中，熱軋設備機械常常會發生受到沖擊或者重荷等情況，久而久之這對于設備來說就會容易出現大量問題，比如結構強度減弱、振動增加、可靠性降低及噪聲增加等。由此，如果我們在生產過程中及時地掌握熱軋設備機械的工作狀態，根據實際情況做出合理判斷，并實施相應的應對方案，可以有效避免故障的發生，還能夠讓熱軋設備工作的可靠性得到提高和保障，進而提高整個鋼鐵廠的生產工作效率。不過，對于現代化鋼鐵廠的管理者和經營者來說，如何有效保證設備的良好工作狀態同時對發生的故障進行有效的預防、排查和修理是一項非常嚴峻的問題。如今伴隨著科技的高速發展，故障診斷和排查技術日臻完善，計算機和應用電子技術的成熟運用，讓通過網絡實時地監測車間內熱軋設備工作狀態成為了可能。

2 系統功能和系統結構

針對變負荷、低轉速或者變轉速的減速機，那么熱軋機械振動信號就會進行監測。針對那些故障信號是反映齒輪、轉軸或者滾動軸承的則一般而言會更多地選擇加速度傳感器。不過加速度傳感器也有缺點，鋼鐵廠內的軋鋼機械如若發生故障，則它的振動頻率范圍會十分寬，而加速度傳感器對于轉速低的低頻振動并不敏感，所以，就非常有需要一如位移傳感器，即渦流傳感器來測量軸的振動。比如，對于軸承來說，磨損是最常見的一種現象，而軸承的振動卻無法被加速度傳感器清晰捕捉并分辨出來，而渦流傳感器能夠對旋轉軸和探頭體之間的相對的間隙變化進行不間斷地測量，從而有利于及時地發現磨損給軸承帶來的徑向間隙的變化，有利于鋼鐵廠管理人員對故障進行最早的診斷。在對系統進行配置時，可以設置多個參數以保證整套系統正常穩定地工作，并且還能夠避免對軟件的修改卻又能夠實現對監測設備參數的修改。這一點對于一些時常需要調整系統參數的大型監測診斷系統來說是非常有意義的。

系統具有非常晚上的故障診斷信號判別方法，這套方法適用于滾動軸承和齒輪的各章診斷，主要包括：頻域分析，包括細化譜、倒頻譜、瀑布圖、頻譜及其數據特征、包絡分析；時頻分析，包括小波變換；時域分析，包括趨勢分析、波形及其數據特征；除此以外還有對比分析。

系統為了能夠更好地排查和診斷滾動軸承和齒輪的故障，對于傳遞回來的某些傳統信號根據需要進行特殊化處理。比如，在波形圖中顯示除了峰值以外的波峰因子、均方根值、峭度、歪度和絕對均值，或者針對波形圖進行濾波和通頻再顯示。而在頻譜圖中，在顯示傳統的功率譜和幅值譜基礎上，可以額外地計算振動的頻率方差、均方頻率、均方根頻率和中心頻率以及選擇分析頻率范圍。

3 故障診斷專家系統

利用計算機對設備進行故障診斷便是故障診斷專家系統。影響故障診斷專家系統準確性有三個重要因素，分別是否擁有強力的先兆收集能力、豐富的診斷資料以及科學合理的診斷排查方法。故障診斷專家系統依據發生故障的充分條件和必要條件，結合原有故障的案例分析，在專家故障張原理的研究和咨詢基礎之上，建立了非常豐富的故障診斷資料數據庫，比如先兆庫、決策庫、診斷原則庫和故障庫，這些不僅僅適用于軸承和齒輪，也適用于風機的故障。在運用系統的過程中，在實踐經驗的基礎上，對原有的數據庫進行適當地修改、刪除、新增等，保證診斷知識能夠適應時代的發展和需求。

案例、模型和原則相互結合是該系統采取的主要推理模式，通過正反向的混合推理方法，當發生異常或者人工進行干預之后都能夠及時啟動在線的診斷，甚至也可以進行離線診斷。現在，由于擁有強大的故障先兆自動收集獲取能力，系統能夠對多種情況進行自動診斷，比如軸承間隙增大、螺栓松動、滾動體故障、偏心、點蝕、軸承外圈故障、軸承內圈故障、局部斷齒、不平衡、不對中、齒輪磨損等。除此以外，該系統還有很多其他功能，例如打印診斷報告、事故追憶、存儲診斷結果、對故障處理提出建議、對話診斷、對診斷結果進行解釋等。

4 結語

鋼鐵廠的熱軋設備機械振動在線監測和故障診斷系統有非常先進的設計，并且還對監測和故障診斷提供了一些新的參考方法。該系統還具有非常多有點，穩定的運行狀態，準確可靠的數據收集，強大的先兆收集能力。能夠讓工作人員及時掌握設備工作狀態，有效預防故障的發生給生產帶來的影響。

參考文獻：

[1]梅宏斌.滾動軸承振動監測與診斷.北京：機械工業出版社，1995.

篇6

【關鍵詞】汽輪機組；軌跡識別；濾波；故障診斷

近年來，狀態監測和故障診斷技術與系統的研究得到了高速發展。隨著電力工業的發展，汽輪發電機組的總裝機容量和單機容量都得到了迅速提高，機組軸系也越來越復雜，誘發機組振動的潛在因素也相應增加。振動問題在機組安全運行中的影響越來越大，人們也越來越關注機組振動對于生產安全穩定經濟運行的影響。

1.研究意義

結合蘭州石化公司動力廠背壓發電裝置，發電裝置的各監控儀器儀表中，沒有對整個機組在運行中的振動進行直接的監控。操作人員只能通過機組在運行過程中，對軸瓦的溫度監控或是通過機組運行時所產生的聲音進行經驗性判斷。因此，針對汽輪發電機組振動監測的數據采集和預處理做出大膽的設計。

本設計的實施對發電裝置的生產運行的意義：

（1）避免汽輪機轉子發生重大安全事故而造成的巨大經濟損失，保證轉子在規定的期間內無故障安全可靠運行。

（2）振動監測診斷系統可及時判斷轉子是否有故障，并能夠迅速查明故障原因、部位、預測故障影響，提高汽輪機轉子的維修管理水平，而本文所做的汽輪機發電機組振動監測的數據采集和預處理工作正是振動監測診斷系統的基礎。它將對今后的汽輪發電機組進行全面遠程監控及自動化改造提供可靠的數據來源。

2.振動信號采集

旋轉機械軸系振動信號是以轉速為基頻的周期信號。在轉子系統的振動檢測中，需要對振動信號進行整周期采樣來避免由于泄露、柵欄等不良效應帶來的相位嚴重失真。傳統振動分析方法通過硬件電路鎖相倍頻法來實現整周期采樣，該方法的核心是鎖相倍頻電路的應用。鍵相信號經鎖相電路倍頻后，產生采樣脈沖序列，控制采樣電路的觸發與關閉。該方法的優點在于同步性能好，結合并行采樣/保持電路，可自動實現對各個通道振動信號的實時同步采樣。但這種方法需要專用的數據采集卡，因此系統硬件成本比較高，開發周期長，且適應能力及硬件升級能力較差。

偽同步采樣法充分發揮了通用數據采集卡中數據采集通道資源多的特點，將鍵相信號與振動信號進行同步采樣，對振動信號的整周期截取則在采集后通過數據處理來實現。結合對柔性轉子實驗系統進行動平衡的實驗結果表明：這種偽同步采樣方法可有效滿足轉子振動信號處理對信號采樣的要求。

3.振動信號的處理

在機械設備狀態監測和故障診斷過程中，傳感器的輸出信號經采樣和 A/D 轉換為數字信號送入計算機，這些信號往往要經過預處理才能交付給后面的應用程序。信號的預處理就是除掉原始數據中的無意義而有害的噪聲(干擾)，同時加工成便于進行精密分析的信號。信號的預處理方法有：濾波、包絡線處理、平均法以及其它很多方法。

3.1汽輪機組振動的濾波

在實際數據采集過程中，由于現場生產車間各種因素的影響，采集的數據不可避免的混有噪聲，有時，噪聲甚至可以把有用的信息完全淹沒。此外，采集的信號經傳感器、放大器、A/D 轉換板等一系列板卡電路和通道后，又會增加大量的噪聲信號。雖然在數據采集電路中都加入了濾波電路，但在最終采集到的數據中仍會殘存一些噪聲信號。這些噪聲的存在將使后續診斷工作出現錯誤，如造成誤報警和誤診斷。

3.2數字濾波

一個數字濾波器可以用系數函數表示為：

H(z)=

直接由此式可得出表示輸入輸出關系的常系數現行差分方程為：

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

可以看出，數字濾波器的功能就是把輸入序列通過一定的運算變換成輸出序列，從而達到改變輸入信號中所含頻率分量的相對比例或濾除某些頻率分量。通常有兩種方法實現數字濾波器：一種方法是把濾波器所完成的運算變成程序并讓計算機執行，即用計算機軟件來實現：另一種方法是設計專用的數字硬件、專用的數字信號處理器或采用通用的數字信號處理器來實現。

3.3軸心軌跡信號頻譜分析

在軸心軌跡的測試中，由于軸心軌跡一般都比較復雜，難以分析識別，因此在實際應用中常常需要對軸心軌跡進行提純。本文采用的方法是讓轉子的兩路振動信號分別通過低通濾波器，然后再進行合成，從而得到提純的軸心軌跡。在一般情況下，轉子振動信號中除包含由不平衡引起的同步振動分量外，還存在亞同步（其頻率低于轉子轉速）分量和高次諧波振動（其振動頻率是轉子轉速的整數倍）分量，使得軸心軌跡形狀比較復雜，甚至非常混亂，很難分析。為了克服軸心軌跡分析的這個缺點，采用了頻譜分析的原理。頻譜分析是將一個振動信號分解為一系列的簡諧振動分量，使我們對復雜振動信號的組成情況一目了然，極大地提高了分析轉子振動的能力。

3.4軸心軌跡進動方向的識別

軸心軌跡是汽輪發電機組振動狀態檢測與診斷系統中的一個重要特征，軸心軌跡的自動識別包括形狀、進動方向和穩定性 3 個方面。首先整周期采集轉子兩個相互垂直方向振動位移信號，經擬合得到軸心軌跡圖，然后截取某一旋轉周期內的采樣點，形成平面復雜多邊形，利用平面圖形的平移旋轉變換判斷得到軸心軌跡的進動方向。

軸心軌跡進動方向分正進動和反進動，當軸心軌跡的進動方向與旋轉方向相同時，就稱為正進動；反之稱為反進動。軸心軌跡的進動方向即為軸心軌跡上采樣點構成的復雜多邊形的旋轉方向，可利用上述判斷各點凹凸性原理的逆向過程來判斷此復雜多邊形的旋轉方向。

由于本論文研究的中心是對汽輪機軸振動信號的采集過程，而要結合汽輪機的振動信號完成頻譜分析從而判斷振動原因和調節解決振動故障是比較復雜的過程，所以在這對頻譜的分析只做簡單的軸心軌跡信號頻譜分析。

4.總結

本文結合汽輪機情況對振動信號的采集過程做了詳細分析研究。

（1）對信號采集過程中常用的偽同步采樣過程做了介紹和說明，證明其方法的有效性和可用性。

（2）對振動信號的濾波方法做了介紹和說明，濾波過程在信號分析中有極其重要的意義。

（3）簡單的分析了軸心軌跡信號頻譜。　[科]

【參考文獻】

［1］（波）巴爾卡.J．汽輪發電機組振動分析．華北電力設計院．

［2］張延峰．汽輪機改造技術．中國電力出版社．

［3］張學延．汽輪機軸系振動故障診斷技術．西安熱工院．

篇7

【關鍵詞】風力發電機組；在線震動監測；現場應用

引言

風電機組工況與一般機械相比較為復雜，時常在變速變載的條件下工作。風電機組在線振動監測系統在風電機組各部件（齒輪、軸、軸承）損壞之前，便能給出設備的運行狀態報告進行預報警，使現場 人員能夠制定合理的維修計劃，及時對設備進行維修，從而避免了由損壞部件的運轉造成關聯部件的損傷。

一、風力發電機組在線振動監測系統架構

對于單個風電機組的發電機，在線監測系統設計包括：聲發射/振動一體傳感器，數據傳輸線，數據采集終端，數據處理軟件。主要采集傳動系統和發電機前后軸承處的聲發射/振動信號，發電機的接地電壓等信號。對于某風電場，采用分層的管理架構對每一臺機組進行實時的狀態監控和故障診斷，監測系統主要分為硬件和軟件兩部分，硬件主要包括振動傳感器、8通道數據采集儀、現場服務器和中心服務器，軟件部分如下圖1：

二、監測系統工作原理

本監測系統主要實時測試布置在風電機組發電機前后軸承座表面的聲發射和振動數據。對于聲發射數據，通過時域信號特征參數統計的分析方法記錄下每一時刻的測試結果，在一個較長的監測周期內進行趨勢分析，確定發電機前后軸承的健康狀況，提早發現發電機內部損傷。對于振動數據，通過頻域信號處理分析確定振動幅值是否超過相關標準要求，并結合機組當前工作狀態，判斷下一步需要進行的動作。

經過對風電機組發電機狀態的長期監測，最終形成一個完整機組部件故障數據庫，為進一步采用FEMA故障診斷方案確定發電機故障來源奠定基礎。

三、監測系統數據管理與分析

監測系統的數據處理包括數據管理部分與數據分析程序，其中數據管理涉及程序管理和權限管理功能，數據分析程序主要對測試數據進行時域特征參數統計和頻域分析處理，利用分析結果，與相關標準和機組當前工作信息一起，對機組發電機健康狀況進行識別。

四、系統功能介紹

（一）振動分析流程

振動分析數據處理流程如圖2所示，頻域處理所包括的速度譜分析是將加速度傳感器得到的加速度信號經過數字積分得到速度信號，再進行分析。

（二）測點部置

進行準確振動分析必須遵循如下的測點選擇原則：一是能夠反映真實振動情況的部位；二是盡可能靠近軸承的承載區，軸承到傳感器之間有堅實金屬。風電機組機械傳動部分主要由主軸、齒輪箱、發電機組成。在各部件軸承位置安放振動加速度傳感器采集它們的加速度信號，同時在主軸葉輪端安放轉速傳感器采集機組的轉速信號。

（三）數據采集

根據各部件轉速的不同設定相應的采樣率，實時采集各部件的振動稻蕁8據采集周期的不同，可以分為實時數據和波形數據。實時數據主要是反映部件整體振動狀態的時域振動指標，波形數據主要是存儲一段時間內的振動數據。

（四）數據上傳

傳感器采集到的振動數據傳至采集儀，再通過電纜傳輸由機艙頂部傳至機艙底部，經由光纖轉換設備通過機組備用光纖傳至主控室現場服務器，最后通過互聯網將數據上傳到診斷中心服務器。

（五）時域分析

現場數據上傳到診斷中心服務器，首先經過時域處理，時域處理方法主要涉及以下指標：均值、方差、標準差、均方值、有效值、峰值、峰峰值、波形指標、峰值指標和脈沖指標。通過時域指標統計，可以進行定性診斷，卻無法指出具體的故障部位。選取有效值，實時顯示設備各部件的振動總值來反映它們的振動水平。設定不同級別的閾值：報警閾值和警告閾值，通過在風電場采用離線振動設備對現場近300臺次4種機型風電機組振動數據進行分析，對振動閾值不斷地調整和修改，從而總結出不同機型機組相應的閾值。低于報警閾值屬于正常，高于警告閾值屬于嚴重故障狀態，中間階段屬于一般故障狀態。

五、結束語

在線振動監測系統基于振動分析的原理，在機組部件損壞之前對機組運行狀態進行評估，有效避免了現場維護人員采取處理措施的盲目性，對現場機組的危害和管理有著具體的指導意義。

參考文獻

[1]金嘉琦，關新，單光坤.小波理論在風力發電機振動監測中的應用[J].沈陽工業大學學報. 2008（05）.

[2]蔣東翔，洪良友，黃乾，丁勇山.風力機狀態監測與故障診斷技術研究[J]. 電網與清潔能源. 2008（09）.

篇8

【關鍵詞】環境；振動；檢測；技術

由于振動的位移、速度和加速度等參量，對于簡揩振動或多共振系統的隨機振動中。它們之間存在著一定的關系。因此，原則上只要測量其中的一個量就可以計算其它兩個量。最常遇到的是測量加速度、然后用積分器對加速度經一次積分求得振動速度，經兩次積分求得振動位移。一般來說，測量位移用靜電式換能器，測量速度用動圈式換能器，測量加速度用壓電式換能器。

振動測量可以用位移'、速度或加速度表示。顯然位移測量比較容易，但在許多實際問題中不一定是振動的主要特性。因此位移測量用于運動的振幅是主要因素的情況中。而在聲輻射的噪聲控制問題中要測量速度。在機械零件損傷主要的地方則測量加速度最有用。

環境振動的測量一般測量1～8Hz范圍內的振動。要在x、y、z三個方向分別測量。為了精確測定人體的振動，振動測點應該盡可能選在振動物體與人體接觸的地方。在房間內測量振動，在地面中心附近幾點測量然后取平均。對振動源的測量則應該在基礎上及其附近測量，當測量公路兩側由于機動車輛駛過引起的振動時，測點應該選在公路邊緣處。

由于振動和聲音有著較密切的關系，因此，振動測量系統基本與噪聲測量系統相同，不過主要區別是將加速計及其前置放大器來替代傳聲器和前置放大器，所以一般測量聲級的聲級計亦可非的計權網不同，衰減刻度盤和表盤要調換；所需濾波器可不同。當然，更大量地被使用的儀器是一些專門測量振動的振動計。

1.使用振動儀器注意事項

在振動測量中最廣泛應用的是壓電加速度計，它具有體積小，重量輕、頻響寬、穩定性好和堅固等優點。近幾年來就靈敏度而言，其頻率寬度可達0.01Hz～100kHz。使用時應注意下述幾點：加速度計的下限頻率因低到幾赫，甚至百分之幾赫，故后面的放大，分析儀器必須滿足低頻要求。如果測量振動頻譜時，須配用低通或帶通濾波器；加速度計須妥貼，牢固地安裝在被測物件上，否則除了加速度計自身固有的共振峰外，又附加了，低頻率范圍內的共振峰；要考慮加速度計本身質量的影響問題，例如對薄板的振動測量將會引起測量值的降低；調節聲級計的下限截止頻率，撥下輸入級，可看到一螺槽調節開關，逆時針旋轉為10Hz，反之為2Hz；應配用不同序號的衰減器刻度盤，一般聲級計所附衰減器刻度盤有十塊20面，前三塊用于噪聲，后七塊用于振動；振動的絕對值的表盤刻度在聲學量刻度的反面；計權網絡開關置于線性，并加接低通濾波器，或用外接濾波器來進行頻率分析；避免環境中的強電磁場和溫度劇變的影響；放置在混凝土、金剛板等堅硬面上時，不得晃動，表面易滑時，使用橡皮泥粘牢；放置在如瀝清面的堅硬地面時，輕輕地放穩即可；要避開草地、田地等柔軟的地表面，不得已時，應先除草，并將土地充分踩實后放置。

除采用加速度計測振外，尚有將加速度計連接到輸入阻抗為數千兆歐的電荷放大器輸入級，就形成了振動計的一種類型。有了電荷放大器作前置放大器后，可使加速度計接以長達數百米的電纜，而不致引起靈敏度有明顯的損失。通過積分器使儀器可測速度和位移。當進行環境振動測量時，在條件許可下，還可以選用磁帶機、頻譜分析儀、實時分析儀、記錄儀、濾波器等其它設備與其配合，以使測試手段要更加完善。選用磁帶機，主要是在許多實際應用中并非僅僅依靠現場測試，而是通過現場用合適的磁帶機記錄后，供回實驗室分析使用。

2.對環境振動測量的數據分析整理及布點問題

2.1修正本底振動影響

當測量對象的振動指示值和本底振動（指測量對象以外的，在該測量場所發生的振動）指示值的差不到10dB時，應將測量對象的振動指示值減去相應的修正值。當指示值與本底值相差10dB以上時，則認為振動對象不受本底振動的影響。

2.2各種振動類型的讀數方法P

①穩態振動：像鼓風機、空壓機正常運轉時，屬于穩態振動，每個測點測量一次，取5s內的平均值。

②沖擊振動：如打樁機或自由煅造等工作的沖擊振動，以最大值10個值的算術平均值作為振動級的讀數。

③隨機振動：作為隨機事件，讀取按某時間間隔區分的瞬時值，再從中推導出統計數值的方法。

④間歇振動（鐵路振動）：原則是不分上行和下行列車，對連續通過的20輛列車讀取該處每次通過列車的峰值振級。

2.3測量數據記錄和整理

要填寫環境振動測量記錄表，并要畫出"測點分布示意圖"，在圖上標出測點與主要振動源的相對方位和距離，測點周圍的環境條件，如公路交通干線的鐵路的走向、附近的工廠及車間的分布等。

3.對人體振動暴露測量的問題

從環境保護角度來說，對人體的健康考慮是主要的，為此，簡略介紹一下有關人體振動暴露測量的有關問題：

3.1人的整體振動測量

人體振動測量國際上采用加速度均方根值來表示，單位為米秒2。用此均方根值同有關的標準曲線進行評價比較，可得出容許的暴露時間等其它參量，然而目前振級用得更多的讀數是經過頻率計數的對數分貝值，要換成米秒2值后再去同有關標準對照。如果標準已用分貝值，就可直接對比。

結果測量讀數是峰值，則要換算成均方根值才能與標準曲線進行評價比較。此外，為監示人在振動環境下與規定的各種暴露界限中的極限值之間的關系，也可用等效暴露劑量讀數，用%來表示達到暴露極限值的程度。

振動測量的位置應當盡可能接近振動傳遞到人體表面的位置，若當一個人站在地面上或坐在平臺上，在身體與支撐物之間沒有緩沖勢，則測量換能器應牢固地放在剛性結構上。在人體與振動構件之間若有軟性材料如坐墊，則在人體與坐墊之間插入一件剛性結構（如形狀適宜的薄板、用以固定換能器，并需仔細安裝，以免造成較大影響或引起旋轉運動。

3.2手一臂振動的測量

對手一臂振動的檢測，由于工具的瞬態沖擊以及空轉運行時的強烈激勵，會使訊號有很大的峰值因數，所以精確的測量就比較困難。一般總希望用整個計權頻率來讀數和分析，若用1/3倍頻程濾波器進行分析話，則更為理想了。對沖擊式的手用工具，要用FFT分析儀分析。注意的是即使多次采樣、平均，仍會帶來誤差，這主要由于在功率譜的高頻段，因采樣的長度受到限制之故。同時要盡可能選用重量輕，體積小并能承受高壓的壓電加速計來作手一臂測量。

作用于手的振動測量主要取決于振動工具和手一臂系統耦合和所用的握緊力大小及動力方向，希望能反映這方面的情況，而目前的國際標準，還不能做到這一點，但必須認識到耦合形式的改變，將會大大地影響振動暴露的測量結果。 [科]

【參考文獻】

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關鍵詞： 振動環境； 建筑工程； 抗震設計； 檢測系統； DSP

中圖分類號： TN710?34； TP181 文獻標識碼： A 文章編號： 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

建筑工程的抗震性檢測是保障建筑設計和建筑施工有效開展的基礎性工作，在振動環境下構建建筑工程抗震性檢測系統，采用振動傳感器進行振動信號采集，指導建筑工程的抗震性設計和檢驗[1]。

建筑工程的抗震性檢測采用振動傳感器結合數字信號處理芯片進行振動信號分析[2]，傳統的建筑工程抗震性檢測系統采用的是可編程邏輯PLC設計方法，采用RFID射頻讀寫進行振動監測，實現在振動環境下的建筑工程抗震性檢測和數據信息分析[3]，但是傳統的抗震性檢測系統不能實現多道抗震防線振動性檢測，輸出誤差較大，抗振動調諧性能不好，受到的振動干擾較大使檢測準確性降低[4]。

針對當前建筑工程抗震性檢測系統存在的弊端，構建了一種新型建筑工程抗震性檢測系統，并在Visual DSP++ 4.5環境下進行抗震性檢測系統的性能測試。

1 系統總體設計

1.1 建筑工程抗震性檢測系統總體設計

建筑工程抗震性檢測系統包括硬件系統和軟件系統兩部分，總體結構模型如圖1所示。

在建筑工程抗震性檢測系統中，系統的功耗主要來自靜態功耗[Pspc]和動態功耗[Pdpc，]即：

[Pspc=VddIdd] （1）

[Pdpc=VddITC+αCTfpV2dd] （2）

式中：[Vdd]表示不同加載機制下系統的額定電壓值；[Idd]表示步串行電流值；[ITC]表示全雙工同步串行脈沖電流的均值；[CT]表示建筑工程抗震性檢測系統的負載電容；[fp]表示系統的外部DMA頻率；[α]表示D/A轉換器AD554的功率損耗。

建筑工程抗震性檢測系統的靜態功耗[Pspc]由[Vdd]和[Idd]決定，選擇空閑功耗較低的處理器和芯片，實現檢測系統的低電壓啟動[5]。根據式（2）得知，系統的動態功耗與[ITC，CT]和[fp]相關，由于[Pspc]僅占總功耗的1%左右，因此，系統的主要功耗為[Pdpc。]

1.2 器件選擇及技術指標分析

建筑工程抗震性檢測系統的技術指標為：

（1） 輸出振動信號幅度

（2） 選用具有雙16位MAC進行同步雙工振動信號通信；檢測系統具有低功耗特點，整體功耗

（3） 抗震性檢測系統的串行D/A轉換分辨率不低于8位，建筑工程抗震性檢測精度不低于98%。

（4） 檢測系統抗干擾強度>10 dB，內部時鐘振蕩不低于8位；

（5） 采用8個32位定時器/計數器進行振動頻率測試技術；

（6） A/D芯片的采樣時鐘具有基線恢復和漂移抑制功能。

根據上述設計的技術指標，振動環境下建筑工程抗震性檢測系統的器件選用ADI公司的A/D和D/A轉換器，A/D選擇ADI公司的高速A/D芯片AD9225，D/A芯片選用ADI的串行D/A轉換器AD5545，采樣頻率為13 MHz，建立時間為2 μs，采用有源晶振電路作為時鐘電路，如圖2所示。

振動傳感器接收的信號通過模擬信號預處理放大、濾波后，作為DSP輸入數據進行振動幅值檢測，對振動信號的有效性檢測、頻譜分析[6]在D/A轉換器進行數/模轉換，在晶振每一個電源引腳處放一個10～100 μF的鉭電容，在靠近時鐘輸出引腳的地方串接10～50 Ω電阻，提高建筑工程抗震性檢測時鐘的波形質量。

2 系統設計與實現

2.1 系統的負載功率分析及硬件布局

在建筑工程抗震性檢測系統的傳感器模塊中，振動傳感器的電導[G=1RL，]振動傳感器基陣通過動態增益控制碼轉化為電信號，產生的導納為[B=jωC，]繼電器的開關控制狀態系數[BL=-j1ωL，]傳感基陣阻抗匹配濾波的激勵電壓的有效相角描述為[7]：

[φ0=tan-1BG] （3）

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

通過功率放大器調制輸出的振動信號，選用不同的穩壓塊進行基線恢復[8]，得到檢測系統的負載功率為：

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

設計LC濾波電路來逐級濾波[9]，振動傳感器的負載僅為[G，]有：

[PL=V20?G] （6）

建筑工程抗震性檢測系統的輸出功率為：

[PLmax=V2L?GXmax] （7）

通過上述設計，建筑工程抗震性檢測系統輸出振動能量譜密度信號放大后的指向性增益匹配函數為：

[η=10PL-WL-DI-170.710] （8）

在建筑工程抗震性檢測系統工作中心頻率[f0]處，使輸出阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配[10]，根據上述設計原理，得到振動環境下的建筑工程抗震性檢測系統布局框圖如圖3所示。

2.2 系統的模塊化電路設計

（1） 傳感器模塊。采用振動傳感器進行數據采集與信息處理，數據采集與處理是整個系統設計的關鍵，考慮到系統自激和噪聲干擾問題，傳感器模塊采用三級放大器進行逐級放大，采用模數轉換器（ADC）進行A/D采樣，由DSP控制SEL1電平，振動傳感器的放大分貝數由它的控制電壓決定，傳感器模塊的電路設計如圖4所示。

（2） 基線恢復模塊。通過對基線恢復模塊的設計，有效濾除了建筑工程抗震性檢測系統接收信號中的雜波干擾，采用電容進行交流耦合，采用自緩沖基線恢復器提高系統的實際分辨率。設計時考慮到輸入的建筑工程檢測振動信號幅值較低，處于低頻情況時，將D0～D12與DSP的PPI接口相連，設置PPI的操作模式，實現建筑工程抗震性檢測系統輸出1.15～5.5 V電平的自由轉換，基線恢復模塊設計電路如圖5所示。

（3） A/D模塊。采用DSP信號采集振動性原始信號，通過A/D模塊進行數模轉換，檢測系統的外部I/O設備包括A/D轉換器AD7864，硬件設計時AD7864的輸出通道數設置為VIN1A～VIN4A接信號輸入，VIN1B～ VIN4B接地。[H/S]接高電平，采用±10 V的雙極性輸入，觸發DSP中斷引腳[INT0，]在A/D中斷設計中，由軟件控制采樣通道，系統的A/D接口設計如圖6所示。

（4） 程序加載模塊。先對SPCR1（串口接收控制寄存器）和SPCR2（串口發送控制寄存器）寫0H選擇非SPI時鐘停止模式。在程序加載模塊中，模擬電源和模擬地間添加10 μF和0.1 μF的去耦電容以去除高頻噪聲。經過一級反向的2倍放大，采用ADSP?BF537程序加載電路，使得振動檢測的輸出互為備份，外部接口片選信號和控制信號在CPLD上利用匯編指令PORTW，PORTR產生對外部I/O的控制指令，設計RS觸發器選擇信號電平，由此提高檢測精度，得到系統的程序加載模塊電路設計如圖7所示。

3 系統調試與實驗分析

振動環境下建筑工程抗震性檢測系統的調試建立在Visual DSP++ 4.5開發平臺上，調試平臺分為集成的開發環境和調試器兩大部分，配置PCR（串口控制引腳寄存器）的FSXM=1進行檢測程序的寫入，對振動傳感器采集的振動信號進行離散采樣，設置發送和接收控制寄存器（RCR[1，2]和XCR[1，2]），波特率和同步信設定為[XRST，][RRST，][FRST]=1，選用32位標準C編譯和ANSIC碼庫集成在一個交互式開發平臺中，進行建筑工程抗震性測試和振動信號檢測。實驗過程中，首先運用WIN32 API函數CreateFile（）打開PCI設備，DSP從右端口相應地址讀取數據，啟動DMA傳輸振動數據，然后進行系統的初始化，包括DMA模式寄存器、源地址寄存器、目標地址寄存器的初始化，數字信號處理芯片DSP在軟件上對振動信號進行帶通補償，由此進行振動信號采集和抗震性檢測，得到振動信號的輸入信號波形和頻譜如圖8所示。

對信號作FFT，采用本文設計的抗震性檢測系統進行振動數據分析和特征采樣，檢測到的振動信號波形和輸出頻譜如圖9所示。

比較圖8和圖9這兩幅圖對應的幅頻值可知，本文設計的系統具有較好的頻譜響應，寬帶信號輸出幅度一致，說明能準確、實時地檢測到振動信號，在建筑工程抗震性檢測中具有預測預報作用。

4 結 語

為了提高建筑的抗震強度，需要在建筑設計和施工中進行抗震性檢測，建筑工程的抗震性檢測是保障建筑施工有效展開的基礎性工作，采用振動傳感器進行振動信號采集，指導建筑工程的抗震性設計和檢驗，本文設計了一種振動環境下的建筑工程抗震性檢測系統，調試實驗結果表明，該檢測系統對建筑工程的振動數據采樣和檢測的實時性較高，精度較傳統方法明顯提高，具有較好的工程應用價值。

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篇10

機動雷達結構系統的維修保障通常是在發現故障后再進行修理或是定期進行預防性維修，但這種方法不能直觀地反映雷達即時的使用狀況，也不能有效避免故障的發生或在發生故障后進行準確判斷。為了解決這些問題，提高雷達的智能性，迫切需要研究_種預知維修和智能維修系統，以監測雷達結構系統狀態，實時感知外部環境和自身的狀態變化，推測狀態的變化趨勢，估計故障的傳播、發展和系統的劣化趨勢，實現在線故障診斷和維修，提高系統的可用度m。

機動雷達結構系統的智能化監測首先需要通過傳感器采集結構系統運行中的信息，再將其輸入到信號處理系統中進行處理，得到相關的特征參數或變化曲線，然后通過診斷系統判別雷達是否存在故障，最后對有故障或異常狀態的結構系統進行評價，提供預防和修正的方法。

1機動雷達結構智能化監測系統總體設計

i.i機動雷達結構智能化監測系統組成

_般地，機動雷達結構系統主要包括天線結構、天線座、液壓系統、冷卻系統、車輛和方艙等。智能化監測系統不僅對雷達結構各分系統的關鍵參數進行監測,還要提供雷達工作的外部環境參數，如溫度、濕度、風速等，以便操作人員獲取完整的信息,對雷達結構系統進行準確的評估。應綜合雷達的成本、結構系統的重要性選取合適的監測特征參數。機動雷達結構智能化監測系統主要包括傳感器、數據采集及信號處理機、智能診斷及顯示系統，其基本工作原理為：傳感器將特征數據送至信號處理機進行濾波等預處理，再通過

FFT(快速傅里葉變換）等方法進行信號處理，分析結果送智能診斷中心進行故障診斷，最后將決策和建議送至顯示系統，如圖1所示。

1.2雷達結構系統監測方法選擇

常用的監測技術有振動監測、聲監測、油樣分析、光學監測、流量與壓力監測、風速監測、溫度與濕度監測等2。

振動監測是通過監測雷達結構系統工作中代表其動態特性的振動信號的異常來判斷該結構是否處于正常狀態。常用的振動信號有位移、速度、加速度、轉速、應變、應力、力、轉矩等。常用的傳感器有壓電式、電阻應變式、壓阻式、渦流式、光電式和磁電式等，主要用于雷達天線座、天線結構、冷卻系統中的風機、二次冷卻裝置等設備的在線監測。

聲監測是根據雷達結構系統在運行中發出的聲音或噪聲來判別設備是否發生故障。其傳感器主要是送話器和傳聲器。在現場監測中還用到超聲波檢測，即用一個探頭發射超聲波，另一個探頭接收超聲波，通過其信號形式來判斷管路腐蝕或設備內部裂紋等，可用于雷達冷卻或天線座系統的監測。

溫濕度監測是根據雷達結構及其周圍環境溫度、濕度的變化，來識別系統運行狀態的變化。傳感器主要有熱電偶式、紅外探測器等，主要應用于雷達外部工作環境測量、設備艙內環境測量、局部小環境測量及天線座稀油系統、液壓系統、冷卻系統等。

油樣分析技術是對雷達液壓系統液壓油或天線座油中的顆粒物進行檢驗分析,以判斷油是否被污染或劣化的監測方法，常見的有鐵譜分析、光譜分析等。

2機動雷達典型結構系統監測技術

2.1天線座監測技術

機動雷達天線座主要由方位傳動、同步輪系、轉臺和底座和系統組成，包括電機、方位減速箱、帶齒方位大軸承、數據小齒輪及圓柱齒輪等。方位減速箱一般采用稀油，方位大軸承和同步輪系可根據需要采用油脂或稀油。

雷達天線座是一種旋轉機械，包括電機、齒輪、軸承等典型機械部件，可采用以振動監測為主并輔助監測油溫、液位、力矩、轉速的方法，即在傳動系統軸向、徑向及關鍵部位安裝傳感器，測得相關數據后送后端進行處理。典型雷達天線座測點布置如圖2所示。

天線座振動監測采集的信號需通過信號處理機提取出特征參數（位移、速度或加速度），信號處理機先進行預處理，再進行精確處理。常用的預處理方法主要有濾波、包絡和相加平均法。精確處理方法主要有時域分析、幅值域分析、頻域分析、小波分析等。

時域分析主要通過直觀測量加上波形分析進行，可用于對設備故障的初步判斷。幅值域分析主要是利用振幅概率密度圖來分析故障信號源的性質。頻域分析是對振動信號進行分析的傳統而有效的方法，主要是基于快速傅里葉變換的譜密度函數分析，時域函數x(t)的傅里葉變換為

式中:t為時間；f為頻率。

 

  

另外，還可通過自相關函數或幅值譜求得自功率譜3。這樣，就可以通過頻譜圖來判斷故障的部位及嚴重程度。某減速箱投入使用后先后測得的頻譜圖（圖3和圖4)表明，齒輪磨損顯著加大。

有時，為得到信號的局部特征，還需采用加窗及頻率細化技術。如圖5所示,對以圖3中減速箱一級嚙合頻率為中心頻率進行細化，可大大提高頻率分辨率。

近年來發展的小波分析、時間序列法、分形處理等

方法進一步提高了故障信號分辨的精確性。因此，對天線座系統的振動進行狀態監測，再結合監測出的油溫、力矩和轉速，可對天線座各部分的運行狀態進行準確預測和故障判斷。

2.2液壓系統監測技術

液壓系統因其具有體積小、重量輕、功率大、承載能力強、工作平穩等獨特的優點而在機動雷達中得到了廣泛應用。液壓系統主要包括液壓泵、電機、油箱組件、閥組、執行油缸、液壓馬達和油管等，需要監測的特征參數包括油源壓力和流量、閥組壓力和流量、各執行油缸及液壓馬達的壓力和流量、油溫、執行油缸位移、油液質量等，可用溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器和流量傳感器實現數據采集，采用鐵譜分析、光譜分析等多種方法，全面、綜合地監測與診斷液壓系統的磨損、腐蝕、污染或油質變化情況。

與天線座監測系統類似，可通過繪制各特征參數的時域波形來直觀顯示液壓系統的運行狀態。還可通過監測液壓系統動力源三相電信號來獲取液壓系統加減載、沖擊、過載和溢流等不同工況及功率匹配情況。2.3冷卻系統監測技術

機動雷達中常用的冷卻方法有強迫風冷和液冷。強迫風冷又分為開式風冷和閉式循環風冷，開式風冷的主要設備有通風機、通風管道、濾塵器及電源等，閉式風冷除了具有上述設備外，還需增加具有制冷散熱功能的冷卻風柜或空調；液冷的主要設備包括二次冷卻裝置（含水泵、水箱、熱交換器等）、閥及管路等。

風冷系統監測的特征參數主要有溫度、壓差、風量、轉速等，液冷系統監測的特征參數主要有液溫、壓力、流量、液位等，風機、水泵運行狀態仍然可以采用類似于天線座的振動監測方法。另外，漏液監測既是液冷系統監測的重點，也是難點。漏液監測方法包括負壓波法、聲波法、流量監測法、感應線監測法等,在實際應用時，為便于工程實施,可采用接水盤漏液監測和流量監測法4。3機動雷達結構系統智能化診斷技術機動雷達結構系統可用的故障診斷技術主要有：

1)統計法，從時域和頻域中提取映射設備運行狀態的特征元素或特征向量，與標準譜數據庫中的進行比較來確診設備是否出現故障。該方法需要大量測試和統計數據。

2)邏輯診斷法，其中最重要的是故障樹分析法,它是將系統故障形成的原因由總體至部件按樹枝狀逐級細化，一直追溯到那些不能展開或無需再深究的最基本因素為止。故障樹是由頂事件、中間事件和底事件用適當的邏輯門自上而下逐級連接起來構成的結構圖。故障樹既可用作定性分析，也可用作定量分析。故障樹分析法廣泛應用在雷達結構系統故障診斷中，圖6是某雷達液壓系統天線無法倒豎故障樹。Xi?X22為底事件，從該故障樹可以求出最小割集，但上行法或下行法搜索盲目性大且較費時，因此需結合專家系統確定最佳搜索方案。

1)模糊診斷法和灰色識別法，考慮到系統故障不確定性的各種因素，模糊數學建立了一種基于模糊邏輯算法的隸屬度分析識別方法，可精確反映系統故障的不確定性,但該方法的前提是數據完整，在工程實際很難取得完整信息時，需采用灰色識別法，即采用灰色模型GM(1,1)來對故障進行預測。這2種方法廣泛應用于液壓系統的故障診斷。

2)人工神經網絡診斷法，從模式識別角度應用神經網絡作為分類器進行故障診斷，從預測角度應用神經網絡作為動態預測模型進行故障預測。基本神經元的數學模型為

   

5)專家系統，它是根據結構系統故障診斷專家提供的知識和經驗進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，幫助普通人員解決復雜問題。專家系統一般由知識庫、推理機、數據庫及解釋程序、知識獲取程序及人機接口組成。專家系統知識具有永久性、共享性和易于編寫性等優點，適用于比較規范的大型復雜動態系統。近年來,結合其他診斷技術發展的模糊專家系統、神經網絡專家系統和網絡專家系統等，為研究結構系統的智能診斷方法提供了更具價值的方向指引。

4結束語

雷達電訊系統自測試（Built~inTest,BIT)技術已取得成功,而其機械結構系統的故障監測和診斷尚處于起步階段。美國在《系統和設備測試性大綱》中，將BIT擴展到機械結構中，但目前對機動雷達結構系統如何進行智能化監測，還沒有一套完整規范的方法可供參考。本文以機動雷達機械結構各分系統為研究對象，分別從關鍵特征參數的獲取、信號處理及診斷決策3個方面進行了研究，給出了機動雷達結構系統智能化監測的總體框架和方法選擇，這也是雷達結構系統BIT技術發展的一個重要研究方向。

                      　趙新舟