【物理】第4章-机械设备故障诊断实施技术.ppt

机械设备故障诊断实施技术机械设备故障诊断实施技术 概述：机械故障诊断技术包括对机械零件、机械设机械故障诊断技术包括对机械零件、机械设备机械系统备机械系统 功能诊断和运行诊断功能诊断和运行诊断定期诊断和连续诊断定期诊断和连续诊断直接诊断和间接诊断直接诊断和间接诊断 常规诊断和特殊诊断常规诊断和特殊诊断 简易诊断和精密诊断简易诊断和精密诊断1 振动诊断技术振动诊断技术2 无损诊断技术无损诊断技术3 温度诊断技术温度诊断技术4 润滑油样分析技术润滑油样分析技术 机械故障诊断技术的分类机械故障诊断技术的分类振动诊断技术振动诊断技术测振传感器是用来测量振动参量的传感器测振传感器是用来测量振动参量的传感器。根据所测振动参量和频响范围的不同，测振传感根据所测振动参量和频响范围的不同，测振传感器分为三大类器分为三大类 ：振动振动位移位移传感器传感器振动振动速度速度传感器传感器振动振动加速度加速度传感器传感器1 1 测振传感器测振传感器 1 1 压电加速度传感器压电加速度传感器 某些电介质，当沿着一定的方向对其施力而使之变形某些电介质，当沿着一定的方向对其施力而使之变形时，其内部将发生极化现象，同时在它的两个表面上时，其内部将发生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，电介质又重新产生符号相反的电荷；当外力去除后，电介质又重新恢复到不带电的状态。恢复到不带电的状态。介质的这种介质的这种机械能机械能转换为转换为电能电能的现象即为的现象即为压电效应压电效应 图图5-2 5-2 压电式加速度传感器典型结构压电式加速度传感器典型结构1一基座，一基座，2一压电元件，一压电元件，3一质量块，一质量块，4一预紧弹簧一预紧弹簧2 2 电涡流振动位移传感器电涡流振动位移传感器 电涡流传感器是一种新近研制成功的传感器，电涡流传感器是一种新近研制成功的传感器，它利用导体在交变磁场作用下的电涡流效应，它利用导体在交变磁场作用下的电涡流效应，将将形变形变、位移位移与与压力压力等物理参量的改变转化等物理参量的改变转化为为阻抗、电感阻抗、电感等电磁参量的变化。等电磁参量的变化。由于电涡流传感器具有灵敏度高、频响范围宽、测量由于电涡流传感器具有灵敏度高、频响范围宽、测量范围大、抗干扰能力强、不受介质影响、结构简单以范围大、抗干扰能力强、不受介质影响、结构简单以及非接触测量等优点，而被广泛地应用于各工业领域，及非接触测量等优点，而被广泛地应用于各工业领域，在汽轮发电机组、压缩机、离心机等大型旋转机械的在汽轮发电机组、压缩机、离心机等大型旋转机械的轴振动、轴端窜动以及轴心轨迹监测中都有应用。轴振动、轴端窜动以及轴心轨迹监测中都有应用。此外此外，电涡流传感器还可用于，电涡流传感器还可用于测厚测厚、测、测表面粗表面粗糙度糙度、无损探伤无损探伤、测、测流体压力流体压力、转速转速等一切可等一切可转化为位移的物理参量，以及转化为位移的物理参量，以及硬度、温度硬度、温度等。等。5-3 电涡流传感器的工作原理图5-4CZF1型电涡流传感器结构图2 2电涡流传感器的结构电涡流传感器的结构高频反射式电涡流传感器目前被广泛应用，一般由高频反射式电涡流传感器目前被广泛应用，一般由传感器头部传感器头部、壳体壳体、固定电缆固定电缆和和接头接头四部分组成四部分组成 在在机机械械故故障障的的振振动动诊诊断断方方法法中中，振振动动速速度度也也是是一一个个经经常常需需要要观观测测的的物物理理参参量量，因因为为振振动动速速度度与与振振动动能能量量直直接接对对应应，而而振振动动能量常常是造成振动体破坏的根本原因能量常常是造成振动体破坏的根本原因 3 3 磁电式速度传感器磁电式速度传感器4 振动传感器的选用原则 在在实实际际测测试试中中，选选用用振振动动传传感感器器应应本本着着可可用用和和优化优化的原则。的原则。可可用用就就是是要要使使所所选选的的传传感感器器满满足足最最基基本本的的测测试要求；试要求；优优化化就就是是在在满满足足基基本本测测试试要要求求的的前前提提下下，尽尽量降低传感器的费用，即取得最佳的性能价格比。量降低传感器的费用，即取得最佳的性能价格比。具体要考虑以下问题具体要考虑以下问题1 1测量范围测量范围测量范围又称量程，必须保证不超过测量范围又称量程，必须保证不超过 传感器的测量量程传感器的测量量程。2.2.频响范围频响范围振动参量的最显著特性就是其频率构振动参量的最显著特性就是其频率构 成特性，即一个机械振动信号往往是成特性，即一个机械振动信号往往是 由许多频率不同的信号叠加而成。由许多频率不同的信号叠加而成。传感器的频响特性要好，也就是要求其传感器的频响特性要好，也就是要求其幅频特性幅频特性的水平范围尽可能宽的水平范围尽可能宽 频率下限尽可能地低，频率上限尽可能地高。频率下限尽可能地低，频率上限尽可能地高。3.3.灵敏度灵敏度 一般而言，总是希望传感器的灵敏度尽量高，一般而言，总是希望传感器的灵敏度尽量高，以便检测微小信号。以便检测微小信号。要求传感器的信噪比要求传感器的信噪比(S/N)S/N)要高，有效地抑制要高，有效地抑制 噪声信号噪声信号 4.精度精度 5.5.稳定性稳定性时间稳定性和环境稳定性时间稳定性和环境稳定性 此此外外，传传感感器器的的工工作作方方式式、外外形形尺尺寸寸、重量重量等也是需要考虑的因素。等也是需要考虑的因素。4.1.2信号记录与处理设备信号记录与处理设备 光线示波器、电子示波器、笔式记录仪、光线示波器、电子示波器、笔式记录仪、磁带机磁带机以及以及数据采集器数据采集器 磁带机磁带机和和数据采集器：数据采集器：广泛应用广泛应用 模拟式磁带机模拟式磁带机是模拟式记录仪器的典型代表是模拟式记录仪器的典型代表 数据采集器数据采集器则代表着数字式仪表的发展方向则代表着数字式仪表的发展方向 随着随着计算机技术计算机技术的飞速发展，基于的飞速发展，基于A/D转换转换原理的数据采集器功能日趋强大，性能价格原理的数据采集器功能日趋强大，性能价格比越来越高，且能集记录与分析于一体，从比越来越高，且能集记录与分析于一体，从而简化了分析测试过程。而简化了分析测试过程。数据采集器数据采集器采样采样过程过程是先将模拟信号分为一系列间隔为是先将模拟信号分为一系列间隔为t t 的时间离散信号并加以采集的时间离散信号并加以采集量化量化过程过程然后将这些时间离散信号的幅值修约然后将这些时间离散信号的幅值修约 为某些规定的量级为某些规定的量级编码编码过程过程将这些时间和幅值均不连续的离散信将这些时间和幅值均不连续的离散信 号编码成一定长度的二进制序列号编码成一定长度的二进制序列 模拟信号模拟信号 数字信号数字信号 即即A/DA/D转换转换过程，也称过程，也称数据采集数据采集数据采集数据采集包括采样、量化采样、量化与编码编码三个过程 数据采集的基本原理数据采集的基本原理图5-6 采样示意图序号项目t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12采样值采样值1.752.34-0.65-1.661.681.051.402.552.05-0.5-1.95-1.73量化值量化值1.802.20-0.6-1.81.801.01.402.602.20-0.6-1.80-1.80量量化化误误差差0.05-0.140.05-0.140.12-0.0500.050.150.10.15-0.07编码值编码值1213631210111413633二进制二进制1100110101100101110010101011111011010110010101012.数据采集器的主要性能指标数据采集器的主要性能指标(1)通通道道数数 也就是指采集器可同时记录的信号路数 一般为1、2、4、8、16不等(2)采样频率采样频率 指采集器采集数据的快慢，单位为Hz，其值越大越好。(3)分分辨辨力力 是指采集器感知信号幅值微小变化的能力(5)信噪比 是决定采集器动态范围的指标，单位为dB，要求越大越好。(6)输入输出阻抗 是采集器与其他仪器相联时需要考虑的指标，要求输入阻抗尽量大些而输出阻抗尽量小些。(7)存贮容量 4.1.2.3信号分析与处理设备信号分析与处理设备 理理论论上上的的各各种种数数学学运运算算必必须须借借助助一一定定的的硬硬件件设设备备才能真正得以实现，这就是信号的分析与处理设备。才能真正得以实现，这就是信号的分析与处理设备。信号分析与处理设备分为两大类 通用型和专用型 所谓通用型信号分析与处理设备，是指由通用计算机硬件和基于其上的信号分析与处理软件组成的系统；所谓专用型信号分析与处理设备，则是指除通用型之外的其他各种信号分析与处理设备。信号处理的输出结果来看，信号处理的输出结果来看，数据形式数据形式的输出外，的输出外，图形图形(二维二维/三维、单色三维、单色/彩色彩色)输出功能，输出功能，从其体积或重量方面来看从其体积或重量方面来看有的信号分析与处理设备因体积小、重有的信号分析与处理设备因体积小、重 量轻、供电方式灵活等而便于携带至现量轻、供电方式灵活等而便于携带至现 场使用场使用4.1.3振动诊断的基础工作振动诊断的基础工作 1确定诊断对象确定诊断对象 2选定测量参数选定测量参数 位移、速度和加速度位移、速度和加速度 3选择监测点选择监测点 测测量量点点选选择择的的正正确确与与否否，关关系系到到能能否否对对设设备备故故障障作作出出正正确确的的诊诊断断能能对对设设备备振振动动状状态态作作出出全全面面的的描描述述；应应是是设设备备振振动动的的敏敏感感点点；应应是是离离机机械械设设备备核核心心部部位位最最近近的的关关键键点点；应应是是容容易易产产生生劣劣化现象的化现象的易损点易损点。4确定测量周期确定测量周期 2）随机点检）随机点检 1）定期检测）定期检测 3）长期监测）长期监测 5确定判断标准确定判断标准4.1.4振动振动诊断技术诊断技术的应用的应用振动诊断技术应用领域广泛，振动诊断技术应用领域广泛，如应用于如应用于转轴、轴承、齿轮转轴、轴承、齿轮的故障诊断的故障诊断 4.1.4.1齿轮装置故障类型及原因齿轮装置故障类型及原因齿轮装置齿轮装置:齿轮齿轮、旋转机构旋转机构、润滑系统润滑系统、箱体箱体由于齿轮在由于齿轮在制造制造和和装配装配中出现差错中出现差错,就会造成故障。就会造成故障。在各种故障中在各种故障中,因因轮齿轮齿损伤而引起的故障最为普遍。损伤而引起的故障最为普遍。不能运行不能运行驱驱动动源源齿轮装置齿轮装置旋转机构旋转机构轴、联轴节、键、轴承等严重损伤、折断轴、联轴节、键、轴承等严重损伤、折断齿轮轮体齿轮轮体折断、严重变形、严重损伤折断、严重变形、严重损伤齿轮轮齿齿轮轮齿折断、烧伤、严重变形、咬入异物折断、烧伤、严重变形、咬入异物齿轮箱体齿轮箱体变形、有夹杂物变形、有夹杂物动力源动力源电源中断、燃料中断、电动机或内燃机故障电源中断、燃料中断、电动机或内燃机故障其他其他组合磨损组合磨损轮齿断裂轮齿断裂齿面损伤齿面损伤轮体折断轮体折断轮体变形轮体变形轮体损伤轮体损伤松松动动不对中不对中不平衡不平衡油质劣化油质劣化严重漏油严重漏油油温升高油温升高密封不良密封不良精精度度差差刚度不足刚度不足尚能运行尚能运行能耗增大能耗增大磨损加剧磨损加剧严重漏油严重漏油温度升高温度升高噪声异常噪声异常振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大振动增大齿面疲劳齿面疲劳粘着撕伤粘着撕伤齿面磨损齿面磨损烧烧伤伤齿面塑性变形齿面塑性变形疲劳折断疲劳折断过载折断过载折断轮齿断裂轮齿断裂轮齿塑性变形轮齿塑性变形腐蚀磨损腐蚀磨损气蚀严重磨损严重磨损断齿断齿电蚀电蚀图图4-74-7齿轮装置故障原因分析齿轮装置故障原因分析齿轮加速时齿轮加速时 ,有时还有时还 会出现具有非线会出现具有非线性振动特点的跳性振动特点的跳 跃现象跃现象 齿轮磨损齿轮磨损 啮合啮合频率中产生频率中产生为啮合为啮合频率频率 2 2 倍、倍、3 3 倍、倍、等高次谐波等高次谐波 齿轮磨损齿轮磨损 啮合啮合频率的频率的 1/2 1/2、1/3 1/3 倍倍等等分数谐波分数谐波 齿轮磨损齿轮磨损 齿轮齿轮制造缺陷制造缺陷引起的振引起的振动动图图4-8(d)4-8(d)为高频域的振动波形为高频域的振动波形 齿轮齿轮不同轴不同轴引起的振动引起的振动 齿轮齿轮局部异常局部异常引起的振动引起的振动 4.1.4.3齿轮故障的振动诊断齿轮故障的振动诊断 1.检测参数与检测周期检测参数与检测周期据据美国齿轮制造协会美国齿轮制造协会(AGMA)推荐推荐：1）f10Hz以下时以下时,将将位移级位移级作为诊断的判定标准作为诊断的判定标准,2)1Hzf1kHz以上的振动以上的振动,则以则以加速度级加速度级为判定标准。为判定标准。4)对于与齿轮的旋转频率或对于与齿轮的旋转频率或啮啮合频率相关的合频率相关的1.1.低频振动低频振动 振动速度振动速度作为检测参数作为检测参数 2.2.对于与固有振动频率相关的对于与固有振动频率相关的3.3.高频振动高频振动 振动加速度振动加速度作为检测参数。作为检测参数。4.4.为了提高诊断的有效性为了提高诊断的有效性 ,可考虑用两种方法同时进行检测。可考虑用两种方法同时进行检测。2.2.检测部位与检测方向检测部位与检测方向 普通减速器普通减速器,其检测部位选择在轴承座盖其检测部位选择在轴承座盖 高高速速增增速速器器 ,如如轴轴承承座座在在机机箱箱内内部部 ,则则选选择择轴轴承承座座附附近近刚刚性性较较好好的的部部位位 ,或或测测量量基基础础的的振振动动。通通 常常要要求求测测定定部部位位的的表表面面应应是是光光滑滑的的 ,而而且且为为了了获获得得准准确确的的测测定定值值 ,应应保保持持每每次的检测位置不变次的检测位置不变。由于齿轮发生不同异常情况时发生最大振动的方向各不相同由于齿轮发生不同异常情况时发生最大振动的方向各不相同 ,所以应尽可能地沿所以应尽可能地沿水平、垂直、轴向水平、垂直、轴向三个方向进行测定。三个方向进行测定。高高频频振振动动,由由于于振振动动在在所所有有方方向向上上同同样样传传递递,所所以以 ,利利用用高高频频域域的的振振动动进进行行故故障障诊诊断断时时,只只需需在在最最容容易易测测定定的的一一个个方方向上检测。向上检测。3.3.诊断程序和检测类型诊断程序和检测类型 A-v4.时域诊断时域诊断 时标可以将某一齿轮轴的一整转定为脉冲周期 T,乘以一定的传动比后,化为指定的周期,输入信号即可依周期分段采样再迭加平均,再经平滑化后输出。正常齿轮齿面严重磨损齿轮安装错位 个别齿断裂图4-12齿轮在各种状态下的时域平均信号5.功率谱分析功率谱分析a)a)有一个齿存在局部缺陷有一个齿存在局部缺陷,以载频以载频、2 2、3 3，为中心的一系列边频为中心的一系列边频 b)均匀分布的轮齿缺陷时的时域曲线和功率谱均匀分布的轮齿缺陷时的时域曲线和功率谱c)如图如图（b）所示谱所示谱图上的边频带高而窄。图上的边频带高而窄。鬼鬼线线（GhostGhost）分分析析也也是是齿齿轮轮功功率率谱谱诊诊断断的的一一个个重重要要内内容容。所所谓谓鬼鬼线线 ,是是指指功功率率谱谱上上的的一一个个频频率率分分量量 ,其其产产生生的的原原因因为为加加工工过过程程给给齿齿轮轮带带来来的的周周期期性性缺缺陷陷 ,缺缺陷陷来来源源于于分分度度蜗蜗 轮、蜗杆及齿轮的误差轮、蜗杆及齿轮的误差 。鬼线是由一定的几何误差产生的鬼线是由一定的几何误差产生的,载荷载荷改变对其影响很小改变对其影响很小。图4-15 载荷对鬼线分量和啮合分量的影响(a)轻载 （b）满载4.2无损诊断技术无损诊断技术4.2.1 4.2.1 渗透检测渗透检测4.2.2 4.2.2 磁粉检测磁粉检测4.2.3 4.2.3 涡流检测涡流检测4.2.4 4.2.4 射线检测射线检测4.2.5 4.2.5 声发射检测声发射检测 4.2.6 4.2.6 超声检测超声检测渗透检测是用黄绿色的荧光渗透液或者红渗透检测是用黄绿色的荧光渗透液或者红色的着色渗透液来显示放大了的缺陷图像色的着色渗透液来显示放大了的缺陷图像的痕迹的痕迹,从而能够用肉眼检查出试件表面从而能够用肉眼检查出试件表面的开口缺陷的一种检测方法。的开口缺陷的一种检测方法。4.2.1.1渗透检测的简单原理渗透检测的简单原理由由渗透、清洗、显象、观察组成渗透、清洗、显象、观察组成根据渗透液的不同色调，渗透检测大致可分为：根据渗透液的不同色调，渗透检测大致可分为：荧光渗透检测法荧光渗透检测法和和着色渗透检测法着色渗透检测法两种两种荧光渗透检测法荧光渗透检测法是采用含是采用含荧光材料的渗透液荧光材料的渗透液进行进行检测，它用波长为检测，它用波长为360nm的紫外线进行照射，使的紫外线进行照射，使缺陷显示痕迹发出黄绿色的光线，荧光渗透检测缺陷显示痕迹发出黄绿色的光线，荧光渗透检测的观察必须在暗室中采用紫外线灯进行。的观察必须在暗室中采用紫外线灯进行。着色渗透检测法着色渗透检测法是采用含是采用含红色染料的渗透液红色染料的渗透液进行进行检测的，它在自然光或在白光下可以观察出红色检测的，它在自然光或在白光下可以观察出红色的缺陷痕迹。与荧光渗透法相比，着色渗透检测的缺陷痕迹。与荧光渗透法相比，着色渗透检测法受场所、电源和检测装置等条件的限制较少。法受场所、电源和检测装置等条件的限制较少。特点：特点：检测效率高、适用范围广、设备简单、检测效率高、适用范围广、设备简单、检测结果受表面粗糙度影响、对多孔性材料检测检测结果受表面粗糙度影响、对多孔性材料检测仍很困难。仍很困难。4.2.2.14.2.2.1磁粉检测的简单原理磁粉检测的简单原理 4.2.2 4.2.2 磁粉检测磁粉检测图 4-19 缺陷漏磁磁粉检测由磁粉检测由预处理、磁化、施加磁粉、观察、记预处理、磁化、施加磁粉、观察、记录以及后处理录以及后处理 4.2.5 4.2.5 声发射检测声发射检测声声发发射射检检测测技技术术是是上上世世纪纪 50 50 年年代代初初兴兴起起的的一一种种新新的的无无损损检检测测方方法法。自自从从 19501950 年年德德国国科科学学家家 Kaiser Kaiser 发发现现了了材材料料的的声声发发射射现现象象以以来来，人人们们对对声声发发射射技技术术的的研研究究热热潮潮先先后后传传遍遍美美国国、日日本本和和欧欧洲洲一一些些国国家家。我我国国对对声声发发射射的的研研究究起起步步于于19731973年年,并并首首先先就就着着眼眼于于应应用用研研究究。几几十十年年来来,声声发发射射技技术术已已经经在在压压力力容容器器的的安安全全性性检检测测与与评评价价、焊焊接接过过程程的的监监控控和和焊焊缝缝焊焊后后的的完完整整性性 检检测测、核核反反应应堆堆的的安安全全性性监监测测以以及及断断裂裂力力学学研研究究等等诸诸多多领领域域都都取取得得了重要进展了重要进展 。4.2.5.1 4.2.5.1 声发射与检测声发射与检测金属材料由于内部晶格的位错，晶界滑移，或者由于内金属材料由于内部晶格的位错，晶界滑移，或者由于内部裂纹的发生和发展，均要以部裂纹的发生和发展，均要以弹性波弹性波的形式释放出应变的形式释放出应变能，这种现象称为能，这种现象称为声发射。声发射。各种材料声发射的频率很宽，从各种材料声发射的频率很宽，从次声频、声频到超次声频、声频到超声频声频。所以，声发射也称作。所以，声发射也称作应力波发射应力波发射。声发射是一种。声发射是一种常见的物理现象，如果释放的应变能足够大，就产生听常见的物理现象，如果释放的应变能足够大，就产生听得见的声音，如得见的声音，如锡片受力弯曲时就可听见劈啪声锡片受力弯曲时就可听见劈啪声，这就，这就是锡受力产生孪生变形的声发射。是锡受力产生孪生变形的声发射。但多数金属材料受力发生塑性变形或断裂时的声但多数金属材料受力发生塑性变形或断裂时的声发发射信号很微弱射信号很微弱，人耳难以查觉人耳难以查觉，需要借助电子仪器放大需要借助电子仪器放大处理后才能被检测出来。处理后才能被检测出来。4.2.5.2 4.2.5.2 声发射检测仪器声发射检测仪器声声发发射射仪仪器器的的作作用用主主要要有有三三个个:即即接接收收声声发发射射信信号号、处处理理信信号号、显显示示声声发发射射数数据据等等仪仪器器。按按接接收收声声发发射射信信号号的的通通道道数数目目,声声发发射射仪仪器器分分为为三三类类:即即单单通通道道声声发发射射仪仪、双通道声发射仪、多通道声发射仪双通道声发射仪、多通道声发射仪。4.2.5.3 4.2.5.3 声发射检测的应用声发射检测的应用在工业生产中，声发射检测主要应用在以下几方面：在工业生产中，声发射检测主要应用在以下几方面：(1)(1)金属塑性变形的声发射分析金属塑性变形的声发射分析 (2)(2)评价表面渗层的脆性评价表面渗层的脆性(3)(3)断裂韧性的声发射分析断裂韧性的声发射分析 (4)(4)检测疲劳裂纹扩展检测疲劳裂纹扩展 此此外外，控控制制焊焊接接质质量量、评评价价压压力力容容器器安安全全性性、泄泄漏漏监监测测、运运转转机机械械的的状状况况监监测测，以以及及内内部部放放电电监监测测等都是声发射检验的典型应用场合。等都是声发射检验的典型应用场合。4.2.6 4.2.6 超声波故障诊断技术超声波故障诊断技术在声学中，人耳可听到的声波范围大致在在声学中，人耳可听到的声波范围大致在 20Hz20Hz到到 20kHz 20kHz，低于低于 20Hz20Hz的称为的称为次声波次声波，高于，高于 20kHz 20kHz 的就的就叫做叫做超声波超声波。用于探伤的超声波频率主要为。用于探伤的超声波频率主要为 1 15MHz5MHz。超声波探伤所用的高频超声波超声波探伤所用的高频超声波是在压电材料，如是在压电材料，如石英、钛酸石英、钛酸钡等晶片钡等晶片上施加上施加高频电压高频电压后产后产生的。在晶片的上、下两面都生的。在晶片的上、下两面都镀上很薄的镀上很薄的银层银层作为作为电极电极，在，在电极上加上电极上加上高频电压高频电压后，晶片后，晶片就在厚度方向上产生就在厚度方向上产生伸缩伸缩。这。这样就把样就把电的振荡电的振荡转换为转换为机械振机械振动动，并在介质中进行传播。，并在介质中进行传播。图4-22 超声波波型a)纵波 b)横波 c)表面波 d)非对称型板波 e)对称板波a)b)c)d)e)纵波纵波横波横波非对称板波非对称板波对称板波对称板波表面波表面波4.2.6.5 4.2.6.5 超声波探头超声波探头在超声波探伤中是实现电能和声能相互转换的关键元件在超声波探伤中是实现电能和声能相互转换的关键元件 直探头斜探头脉脉冲冲反反射射法法是是用用一一定定持持续续时时间间按按一一定定频频率率发发射射的的超超声脉冲进行缺陷诊断的方法，其结果用示波管显示。声脉冲进行缺陷诊断的方法，其结果用示波管显示。4.2.6.6 4.2.6.6 超声波探伤方法超声波探伤方法1 1、脉冲反射法、脉冲反射法4.2.6.7超声波探伤的应用超声波探伤的应用4.3温度诊断技术温度诊断技术温度也是引发机械设备故障的一个重要因素。由此可以温度也是引发机械设备故障的一个重要因素。由此可以得出结论：温度与机械设备的运行状态密切相关，温度得出结论：温度与机械设备的运行状态密切相关，温度监测也因此而在机械设备故障诊断的整个技术体系中占监测也因此而在机械设备故障诊断的整个技术体系中占有重要的地位有重要的地位。4.3.1接触式温度检测接触式温度检测 4.3.2非接触测温技术非接触测温技术在太阳光谱中，位于红光光谱之外的区域里存在着在太阳光谱中，位于红光光谱之外的区域里存在着一种看不见的、具有一种看不见的、具有强烈热效应的辐射波强烈热效应的辐射波，称为，称为红红外线外线。一般可见光的波长为。一般可见光的波长为0.40.40.70.7，红外线的，红外线的波长范围相当宽，达波长范围相当宽，达0.750.7510001000。通常它又分为四类：通常它又分为四类：近红外近红外，波长，波长0.750.753 3，中红外中红外，波长，波长3 36 6，远红外远红外，波长，波长6 61515，超远红外超远红外，波长，波长151510001000。4.3.2.2红外测温仪器红外测温仪器红外测温的仪器很多，就其主要工作原理可分为三红外测温的仪器很多，就其主要工作原理可分为三种：种：红外测温仪、红外热象仪和红外热电视。红外测温仪、红外热象仪和红外热电视。红红外外测测温温的的工工作作原原理理是是：被被测测物物体体发发出出的的红红外外线线，通通过过光光学学系系统统聚聚集集后后，入入射射到到红红外外探探测测器器上上。在在红红外外辐辐射射的的作作用用下下，探探测测器器产产生生一一个个正正比比于于辐辐射射能能量量的的电电信信号号，由由放放大大器器放放大大和和A/DA/D转转换换后，在数字显示器上显示温度值。后，在数字显示器上显示温度值。红外探测器红外探测器是红外检测系统中最关键、最重要的部分，它把所是红外检测系统中最关键、最重要的部分，它把所接收的红外辐射变换成易于测量的电量。接收的红外辐射变换成易于测量的电量。图4-32红外测温仪的组成2.2.红外热象仪红外热象仪红红外外热热象象仪仪是是利利用用红红外外成成象象技技术术，将将被被测测物物体体的的热热图图象显示到视频显示器屏幕上的装置。象显示到视频显示器屏幕上的装置。这这种种装装置置自自问问世世以以来来，随随着着计计算算机机的的出出现现，得得到到迅迅猛猛的的发发展展。现现在在红红外外热热象象仪仪种种类类较较多多，其其中中应应用用较较多多的的是是光机扫描热象仪。光机扫描热象仪。图4-35红外热成像示意图3.红外热电视红外热电视红外热电视又称为热释电摄象管成象装置。红外热电视又称为热释电摄象管成象装置。它它与光机扫描与光机扫描不同之处在于不同之处在于,前者是机械扫描前者是机械扫描,后者为后者为电子扫描电子扫描。和。和电电视机工作原理视机工作原理相似相似,它由它由成象镜头成象镜头,热释电摄象管热释电摄象管、摄象摄象机电路、显示器和温度标定电路机电路、显示器和温度标定电路组成。其中关键元件是摄组成。其中关键元件是摄象管。象管。图4-36热释电摄象管结构示意图1-热成象镜头 2-热释电效应靶 3-聚焦和扫描线圈 4.3.2.3红外测温的特点红外测温的特点红外测温有以下几个特点：红外测温有以下几个特点：1.非接触式测量非接触式测量这这一一特特点点使使得得远远距距离离、高高速速运运动动或或带带电电的的目目标标其其温温度度测测量量变变得得方方便，而且不影响被测目标的温度分布。便，而且不影响被测目标的温度分布。2.反应速度快反应速度快辐射是次光速传播的，红外测温取决于测温仪表的响应时间，辐射是次光速传播的，红外测温取决于测温仪表的响应时间，一般比依靠热平衡原理测温的仪器响应时间短两个数量级以上，一般比依靠热平衡原理测温的仪器响应时间短两个数量级以上，可用于实时显示可用于实时显示。3.灵敏度高灵敏度高只只要要目目标标有有微微小小的的温温度度差差就就能能分分辨辨出出来来，一一般般红红外外测测温温仪仪都都具具有有0.1的温度分辨率和毫米级的空间分辨率。的温度分辨率和毫米级的空间分辨率。4.测温范围广测温范围广根据不同要求，可以选择不同类型的仪器来实现负几十度到上千根据不同要求，可以选择不同类型的仪器来实现负几十度到上千度的温度测量。度的温度测量。4.3.2.4红外诊断的应用红外诊断的应用红外监测技术最早是在军事应用中发展起来的红外监测技术最早是在军事应用中发展起来的 1.火车轴箱温度检测火车轴箱温度检测利利用用红红外外测测温温技技术术制制成成了了 “热热轴轴探探测测仪仪”，仪仪器器安安放放在在车车站站外外两两侧侧，当当火火车车通通过过时时，探探测测器器逐逐个个测测出出各各个个车车轴轴箱箱的的温温度度，并并把把探探测测器器输输出出的的每每一一脉脉冲冲(轴轴箱箱温温度度的的函函数数)输输送送到到站站内内检检测测室室，根根据据脉脉冲冲高高低低就就可可判判断断轴轴箱箱发发热热情情况况及及热热轴轴位位置置，以以便便采采取取措措施施。目目前前，全全国国铁铁路路90%90%的的列列检检所所安安装装了了轴轴温温红红外外探探测仪，其准确率高达测仪，其准确率高达99%99%。2.航空发动机壳体红外无损缺陷主动探查航空发动机壳体红外无损缺陷主动探查3.化工塔罐的检测化工塔罐的检测4.检查焊接质量检查焊接质量在在电电器器设设备备中中，特特别别是是在在高高压压输输变变线线路路中中，常常会会出出现现隔隔离离刀刀闸闸接接点点发发热热、高高压压断断路路器器引引线线接接点点发发热热、电电缆缆接接头头发发热热等等等等，这这些些都都是是故故障障点点。检检查查人人员员可可以以用用红红外外测测温温仪仪或或红红外外热热象象仪仪将将这这些些故故障障点点很很方方便便地地检检测测出来，以便及时采取措施，避免了事故的发生。出来，以便及时采取措施，避免了事故的发生。5.电器设备各种裸露接头的热故障的红外诊断电器设备各种裸露接头的热故障的红外诊断4.4润滑油样分析技术润滑油样分析技术4.4.1光谱分析技术光谱分析技术4.4.1.1油样光谱分析的简单原理油样光谱分析的简单原理油油样样光光谱谱分分析析，就就是是利利用用油油样样中中所所含含金金属属元元素素原原子子的的光光学学电电子子在在原原子子内内能能级级间间跃跃迁迁产产生生的的特特征征谱谱线线来来检检测测该该种种元元素素的的存存在在与与否否，而而特特征征谱谱线线的的强强度度则则与与该该种种金金属属元元素素的的含含量量多多少少有有关关，这这样样，通通过过光光谱谱分分析析，就就能能检检测测出出油油样样中中所所含含金金属属元元素素的的种种类类及及其其浓浓度度，以以此此推推断断产产生生这这些些元元素素的的磨磨损损发发生生部部位及其严重程度，并依此对相应零部件的工况作出判断。位及其严重程度，并依此对相应零部件的工况作出判断。图图4-37 4-37 原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法1 1一激发电源一激发电源;2;2一回转石墨盘一回转石墨盘;3;3一油样一油样;4;4一入口缝隙一入口缝隙;5;5一光栅一光栅;6;6一特征光谱一特征光谱;7;7一焦点曲线一焦点曲线;8;8一出一出口缝隙口缝隙;9;9一光电探测器一光电探测器;10;10一信号积分器一信号积分器;11;11一数据处理系统一数据处理系统;12;12一打印机一打印机在在光光谱谱分分析析的的应应用用中中，根根据据光光谱谱分分析析仪仪激激发发表表征征辐辐射射光光谱谱方方法法的的不不同同，主主要要有有原原子子发发射射光光谱谱和和原原子子吸吸收收光光谱谱两两种种方方法法，因因发发射射光光谱谱法法的的设设备备昂昂贵贵，故故目目前前应应用用不如吸收光谱法普遍。不如吸收光谱法普遍。发射光谱是以发射光谱是以15kV15kV高压产高压产生的电火花直接激发油液生的电火花直接激发油液中的金属元素，使之发射中的金属元素，使之发射出供进行光谱分析的表征出供进行光谱分析的表征辐射，此辐射经过辐射，此辐射经过光栅或光栅或棱镜分光系统棱镜分光系统进行分光后，进行分光后，便形成了所含元素各自的便形成了所含元素各自的特征光谱，并按特征光谱，并按波长顺序波长顺序在聚焦处排列在聚焦处排列，通过各自，通过各自的的光电探测器光电探测器在聚焦处对在聚焦处对其特征光谱能量的接收和其特征光谱能量的接收和放大。放大。原原子子吸吸收收光光谱谱分分析析，又又称称原原子子吸吸收收分分光光光光度度分分析析法法,简简称称原原子子吸吸收收分分析析。其其基基本本根根据据是是：给给一一束束特特定定的的入入射射光光投投射射至至被被测测元元素素的的基基态态原原子子蒸蒸气气，部部分分入入射射光光将将被被蒸蒸气气吸吸收收。未未吸吸收收部部分分的的光光则则透透射射过过去去。若若被被测测元元素素原原子子蒸蒸气气浓浓度度愈愈大大，对对光光的的吸吸收收量量就就越越多多，其其透透射射部部分分也也就就愈愈小小。于于是是根根据据样样品品中中被被测测元元素素浓浓度度N N、入入射射光光强强及及透透射射光光强强三三者者之之间间存存在在一一定定关关系系，并并把把它它与与被被测测元元素素已已知知浓浓度度的的标标准准溶溶液液对对光光的的吸吸收收作作比比较较，就就可可以以求求得得试试样样中中被被测测元元素素的的含含量量。利利用用原原子子吸吸收收的的光光谱谱波波长长可可确确定定油油液液中中各各种种金属元素。分析中几种常见金属的典型波长见表金属元素。分析中几种常见金属的典型波长见表4-44-4。4.4.1.3原子吸收光谱分析法原子吸收光谱分析法图4-38原子吸收分析装置示意图1-空心阴极灯 2-火焰 3-分析油液 4-凸透镜 5-分光系统 6-光电倍增管 7-检波放大器8-读数记录系统 9-调制电源 10-雾化器 11-光电倍增管电源 12-空气和助燃气 13-排废管1.光源光源原原子子吸吸收收所所使使用用的的锐锐线线光光源源主主要要由由空空心心阴阴极极灯灯供供给给。它它是是由由被被测测元元素素的的纯纯金金属属做做成成的的一一个个空空心心阴阴极极，低低压压密密封封在在一一个个圆圆柱柱形形的的玻玻璃璃筒筒内内，其其中中充充有有约约2 2mmmm汞汞柱柱的的惰惰性性气气体体(一一般般为为氖氖或或氩氩)。当当供供给给它它适适应应的的电电流流时时，就就可可产产生生为为原原子子吸吸收收分分析析所所需需要要的锐线光源。的锐线光源。2原子化系统原子化系统原原子子化化系系统统的的作作用用是是将将测测试试祥祥品品中中的的被被测测元元素素转转变变为为不不化化合合、不不激激发发、不不电电离离、不不缔缔合合的的自自由由基基态态原原子子。为为达达到到原原子子化化的的目目的的，最最常常用用的的有有火火焰焰原原子子化化系系统统及及非非火火焰焰原原子子化化系系统统两两大大类类。火焰原子化系统包括喷雾器及燃烧器两部分。火焰原子化系统包括喷雾器及燃烧器两部分。3分光系统分光系统将非吸收线分离掉，使它不被接收器接收和放大，这可以将非吸收线分离掉，使它不被接收器接收和放大，这可以由棱镜或光栅来完成。由棱镜或光栅来完成。4接收放大系统接收放大系统接接收收放放大大系系统统主主要要由由接接收收器器光光电电倍倍增增管管及及检检波波放放大大器器两两部部分分组组成成。光光电电倍倍增增管管的的作作用用是是在在接接收收的的同同时时，将将测测定定的的特特定定接接收收线线由由光光信信号号转转变变为为电电信信号号，便便于于利利用用近近代代电电子子线线路路放大技术。放大技术。5读数系统读数系统经过接收放大的信号，必须把它显示或记录下来，通常用表经过接收放大的信号，必须把它显示或记录下来，通常用表头、记录器、数字显示或电传打字等来完成。此外，为了提头、记录器、数字显示或电传打字等来完成。此外，为了提高分析的准确性及自动化程度，分析装置还配有许多辅助设高分析的准确性及自动化程度，分析装置还配有许多辅助设备。备。4.4.2铁谱分析技术铁谱分析技术铁谱分析技术铁谱分析技术(FerrographyFerrography)是是7070年代年代国际摩擦学领域出国际摩擦学领域出现的一项新技术，现的一项新技术，19701970年年，美国麻省理工学院美国麻省理工学院(MIT)(MIT)的的W.W.SeifertW.W.Seifert教授和福克斯波洛教授和福克斯波洛(Foxboro)(Foxboro)公司的公司的V.C V.C WestcottWestcott首先提出了铁谱技术的原理，并研制成功了用首先提出了铁谱技术的原理，并研制成功了用于分离磨屑和进行观察分析的仪器于分离磨屑和进行观察分析的仪器铁谱仪铁谱仪。此后，。此后，铁谱技术迅速被许多国家的摩擦学工作者所接受，开始铁谱技术迅速被许多国家的摩擦学工作者所接受，开始主要用作实验室磨损机理研究的一种手段，接着发展成主要用作实验室磨损机理研究的一种手段，接着发展成为直接用于机械设备工况监测诊断的工具。为直接用于机械设备工况监测诊断的工具。经经过过各各国国学学者者和和广广大大工工程程技技术术人人员员的的共共同同努努力力，铁铁谱谱技技术术的的