典型测试系统设计案例PPT课件.ppt

测试技术 典型测试系统设计实例1.测试系统的设计涉及p明确测试任务p制定测试方案p选择传感器p设计后续测试系统p测试系统效能分析2.测试对象 1、塔式起重机结构强度测试3.测试任务对新设计的某型号塔式起重机样机进行强度检测 测试目的F通过测试来验证理论计算，为产品的进一步改进提供依据F对样机提出评价意见，作为新产品鉴定的依据测试参考F根据原始设计资料，选择在应力应变最大处粘贴应变片进行测量F根据两种不同破坏情况，按照JJ30-85塔式起重机结构试验方法测试静态、动态应力应变 1、塔式起重机结构强度测试强度检测正、切应力测量 判断最大应力是否大于许用应力4.测试方案 问题最终归结于测量最危险截面的静态与动态应力应变 测量方法：应变片+电桥 静态测量时由于有多个测点，通常配用预调平衡箱，利用外加电阻对电桥调平衡，以便于与应变仪连接 动态测量由于测点少不需要配用预调平衡箱，直接调应变仪即可，使用光线示波器作为动态应变记录装置 1、塔式起重机结构强度测试静态应力测试系统框图 动态应力测试系统框图 5.测试方案 测点布置：测点位置和测点方向是影响结构强度试验是否可靠的两个 重要因素测点方向：找出最大应变方向测点位置：断面正应力布点：采用角点法，在角点处沿棱线方向布置应变片平面应力布点：一般应用应变花测量主应力 1、塔式起重机结构强度测试 测量型材断面正应力布点 平面应力测量应变花布点6.测试方案 1、塔式起重机结构强度测试测量系统共布置了20个测点 7.测试条件 假设条件：载荷不包括吊钩重量，载荷误差应小于1%1%；各工况皆是处于空钩离地状态时进行仪器调零；测试数据均为吊重引起的应力，不应包括自重和风阻应力环境条件：测试温度10102525，湿度50%50%70%70%，风力1 1级测试工况：测试中选取了五种不同起重重量、三种变幅幅度、两种方位角进行组合变化，分别测试各种工况下最大应力Q起重量R幅度吊点到塔机回转中心的距离起重臂与塔身之间的方位角 1、塔式起重机结构强度测试8.测试步骤 检查和调整试验样机粘贴应变片并干燥、密封、检查绝缘接好应变测试系统，调试仪器，合理选择灵敏度，消除不正常现象取空载状态作为初始状态，将应变仪调零按照测试工况，分别测试各种情况下的最大应力1、塔式起重机结构强度测试工况序号R距离Q吊重测试点备注110m29.4kN0 120额定载荷210m29.4kN45 120额定载荷310m36.75kN0 120超载25%410m36.75kN45 120超载25%518m17.15kN0 120额定载荷618m17.15kN45 120额定载荷718m21.4kN0 120超载25%818m21.4kN45 120超载25%9.数据处理与结果分析静态：相同试验条件下多次测量取平均值动态：用光线示波器记录下动态应变曲线单向应力状态的应力计算 其中：E为结构材料的弹性模量，均取E=0.2106MPa；为测得的应力和应变 平面应力状态应力计算 式中为构件材料的泊松比=0.31、塔式起重机结构强度测试10.数据处理与结果分析 计算最大应力与设计比较与国标比较结论1、塔式起重机结构强度测试11.测试任务：重要性在高速、重载、高温条件下工作的机器，摩擦、磨损又是其发生故障的最主要原因润滑是减少摩擦与磨损的简便而有效的方法轴承的润滑状态检测满足最小油膜厚度处轴承两表面不直 接接触任务对摩擦副间微小区域内的油膜厚度进行直接测量监测油膜的工作状态2、润滑油膜厚度检测12.测试方案p传感器选择n电阻法定性测量通过测量油膜的电阻大小来判断其厚度油膜的电学性能极不稳定标定困难，难以定量 n放电电压法根据电压与电流的关系来推算出代表油膜厚度的放电电压润滑膜的性质和纯洁程度对放电电压的影响难以定量测定n电容法当润滑油的介电常数已知后，根据电容值随油膜的厚度增大而降低的变化关系测得油膜厚度困难在于油膜间隙形状不明确 nX X光透射法金属能够吸收X X光而不能使X X光穿过，而润滑油却允许X X光穿过光强度与油膜厚度成正比，困难是光束位置精确的调整2、润滑油膜厚度检测13.测试方案n光纤检测法光纤位移传感器输入光纤、输出光纤、反光物体、光敏二极管组成反光物体平面反射镜：垂直于输入和输出光纤而移动，光源发出的光经输入光纤，在反光面的形成反射锥体输出光纤光敏二极管耦合原理 耦合到输出光纤的光通量取决于输入光纤的像发出的光锥底面与输出光纤相重叠部分的面积距离有关2、润滑油膜厚度检测最佳位置距离变小距离变大14.p传感器选择光源激光光源为氦氖激光灯光电检测元件光电二极管(PIN(PIN管)运算放大器芯片直接输出电压，输出电压与芯片接受到的光功率成正比p后续测量系统p系统分析 解决了其他方法无法消除的电磁干扰、使用寿命短、不耐高温、不 耐腐蚀等问题,实现了油膜厚度的精密检测 2、润滑油膜厚度检测15.测试对象 3、缝纫机噪声源测试分析16.测试任务 n噪声测量基础噪声F物理定义大量频率和相位各异的声音复合而成的无序合声F生理感受一种与人体有害的声音，它已成为主要公害之一声压级LpLp：衡量声音的强弱 p p：声压 p p0 0：基准声压噪声频率：噪声主要频率成分频谱分析仪进行连续谱测量测量各个频率带宽内的声压级3、缝纫机噪声源测试分析17.测试方案测试目的 对某型号缝纫机噪声进行测试，目的是寻找噪声源，从而为降低其噪声水平、提高产品质量提供依据噪声大小、噪声源 缝纫机噪声主要是由结构振动产生 噪声级测量+振动测量测量内容不同转速下的噪声水平及振动水平（了解噪声源大小）同时测量噪声与各部件的振动（判断噪声由那部分振动引起）采取分步运转方法测量各部件的振动（找出振动的主要原因）3、缝纫机噪声源测试分析18.测量仪器与方法噪声测量仪器与测量方法声级计：电容传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波电路、指示电表、电源测量条件：必须处于半自由场，一般在半消声室或开阔空间关键部位：缝纫机主轴、缝纫机针板孔振动测量仪器与测量方法加速度传感器部位：缝纫机针板上送布牙的右侧、垂直于底板 3、缝纫机噪声源测试分析声级计（噪声计）工作方框图声压级计权声压级（声级）19.测量结果及分析幅值分析振动有起伏现象振动随转速升高呈增大趋势3、缝纫机噪声源测试分析缝纫机在不同转速下的振动位移缝纫机在不同转速下的噪声级20.测量结果及分析频谱分析振动表现出明显的谐波特性，峰值主要出现在主轴回转频率73.3Hz73.3Hz及二倍频上（146.5Hz146.5Hz）工频及二倍工频振动实际上就是由缝纫机运动部件的动不平衡引起 设法改进运动部件的动平衡是减小振动噪声的关键3、缝纫机噪声源测试分析73.3Hz146.5Hz振动加速度信号幅值谱声压级信号幅值谱146.5Hz517.6Hz21.测量结果及分析相干分析不同频率下振动与噪声的相关程度 分析结果 噪声与针板的振动有很大的相关程度。针板机壳底板镶嵌，降噪也应从抑制机壳表面振动入手 分步运转试验找出哪一个部件是主要激励源分析结果：针刺挑线机构是缝纫机运转时最主要的激励源，应对该机构进行动平衡 3、缝纫机噪声源测试分析声振相干函数图（4500rpm4500rpm）22.测试对象重大设备 p流程工业的核心发电机压缩机风机23.测试对象重大设备 p事故造成损失惨重直接经济损失至少在几十万元以上 秦岭200MW 5号汽轮发电机组特大事故（1988）轴系的7 7处对轮螺栓、轴体5 5处发生断裂，共断为1313断，主机基本毁坏由油膜失稳开始的，突发性、综合性强烈振动造成的轴系严重破坏 没有监测数据整个机组解体，损失惨重发电机乌石化热电厂3号汽轮发电机组特大事故（1999）汽轮机超速飞车至4500rpm 4500rpm 发电机及机组油系统着火设备直接经济损失19161916万元 24.测试对象重大设备 p维修成本高计划维修 设备不分状态好坏，一律执行计划预修，对设备大面积拆装使有些还可以使用的零部件被提前更换有些部件在拆卸过程中被损坏原来磨合得很好的部件又被重新装配状态维修 以设备状态作为维修的出发点，有针对性的纠正设备非正常状态 各个部件的使用寿命及运行状态 依靠对设备进行测试、检查和诊断来掌握其运行状态 25.设计目的保障设备的长周期安全、高效运行 及时、准确地反映设备的运行状态、捕捉设备的运行隐患、确诊设备的故障类型与部位，以消除灾难故障，避免严重故障，减少一般故障预测设备状态的未来发展变化趋势、指导机组预知维修建立完整的设备运行状态信息，支持机组的更新换代测试内容信号检测及调理实时采集机组关键参数：振动、转速、工艺特征提取、进行机组状态监测提供分析诊断的各种工具评估机组运行的性能状态机组数据存储26.测试方案 p监测诊断发展趋势网络化：远程、分布式监测；异地托管专业化：产品厂家参与、专业机构参与标准化：信息标准化、分析模块标准化p方案利用信息网络，实现旋转设备状态信息采集、存储、传输、分析和共享等传感器信号处理测量、分析、传输p指标振动：快变信号，0 0150150m5m5、带宽0 010kHz10kHz转速：脉冲信号，0 012000rpm12000rpm工艺：慢变信号，0 05V0.55V0.527.测试方案 网络化的CPCI设备状态监测单元网络数据库基于网络的监测诊断软件平台28.传感器选择 p振动转子振动：非接触式、振动 涡流传感器Bently 激光传感器米依机壳振动：接触式、速度/加速度p转速：非接触式：涡流式、光电式p推荐传感器振动、转速涡流传感器精度、成本适中非接触测试、可靠稳定安装容易机壳振动加速度传感器使用方便安装容易灵敏度：100mV/g 100mV/g 量程：50g 50g 频率范围：0.5-8000Hz0.5-8000Hz（10%)10%)安装谐振点:30kHz:30kHz 分辨率：0.0002g 0.0002g 重量：8gm 8gm 线性：1%1%输出偏压：8-12VDC 8-12VDC 恒定电流：2-20mA2-20mA输出阻抗：150 150 激励电压：18-30VDC18-30VDC探头直径（mmmm）88量程（mmmm）2 2 灵敏度（v/mmv/mm）8 8频率响应（KHzKHz）0 05 5 温漂（/FS/FS）0.1 0.1 线性度误差（FSFS）2.0 2.0 29.传感器选择 p工艺温度：热电偶/热电阻压力：应变式p推荐传感器输出标准信号 05V、420mA输出阻抗 200 STWBSTWB系列温度变送器 STP STP压力变送器 MHM-04B MHM-04B信号调理 30.测试部位推荐测点位置p振动每个支承面选择2个径向振动测点每段转子选择1个轴向位移点径向振动传感器互为90布置被测表面材质均匀31.测试部位推荐测点位置p加速度机壳四角选择测点 （靠近支承面）垂直安装、钢柱螺栓连接p转速/鉴相鉴相槽 槽深1mm、宽取l决于转速、转子直径、探头直径 可选测点32.CPCICPCI在线监测单元 p基本任务机组信号调理机组完整的状态信息（振动量、工艺量和转速）采集获取数据的网上发布事件（升降速过程、报警运行）触发的数据存入企业数据库p基本组成型号：CPCI-6840VCPCI-6840V尺寸：标准6U6U面板2 2个槽位处理器：Pentium III/1.6GHzPentium III/1.6GHz主存贮器：512MB512MB内置硬盘：40GB40GB内置接口：2 2个LANLAN、4 4个USBUSB操作系统：Windows XPWindows XP33.CPCICPCI在线监测单元 p基于DSP的采集处理模块信号调理并行采集实时处理专用DSP芯片：TMS320C6711扩展存储器：64MB数据缓存FIFO嵌入式系统：微型实时内核DSP/BIOS多任务、多进程34.CPCICPCI在线监测单元 p监测软件n软件环境nWindows2000nMS SQLn三层结构n自适应采集模块n设备数据管理模块n网上组态和维护n多自主数据库nDSP数据库nCPCI数据库n企业数据库n多种传输n数据发布n存库35.数据库设计存储和共享MIMOSA规范企业库树状结构数据库定义 企业及数据库定位节点结构 系统、机组、设备测点结构 测量位置、类型、传感器等参数测点监测 报警门限、测量事件、测量数据监测单元 基本信息、模块配置、关联信息36.数据库设计p时域波形数据表ColumnDescriptionSize/Typemeas_loc_siteMeasurement location idINTEGER NOT NULLmeas_loc_idINTEGER NOT NULLgmtTime of measurement(GMT)CHAR(29)NOT NULLec_db_siteEng.change type codeINTEGER NOT NULLec_db_idINTEGER NOT NULLec_type_codeINTEGER NOT NULLsample_rateSampling rate(Hz)DOUBLE NOT NULLmin_frequencyFrequency band minimum(Hz)DOUBLEmax_frequencyFrequency band maximum(Hz)DOUBLEnumber_of_samplesNumber of samplesDOUBLE NOT NULLassoc_rpm_in_hzAssociated rpm(Hz)DOUBLEnameFull descriptionVARCHAR(254)waveform_dataWaveform dataLONG BINARYgmt_last_updatedLast updatedDATETIME NOT NULLrstat_type_codeRow status type codeSMALLINT NOT NULL37.数据包设计p数据包：构成监测数据流数据信息包信息全面结构紧凑标识+应用+数据控制信息包系统建立在控制信息包初始化（单元/模块）配置组态、维护（采集参数、模型参数、门限参数、决策参数、数据库参数）38.数据库设计数据信息包设计：标识信息 站点代码、节点代码、信息类型、事件类型、监测标记、信息包总数、信息包编号 应用信息 采集时间、关联转速、各类测点的样本个数、采样长度、采样频率测量数据 鉴相、振动、速度、工艺依次排列的实际数据 39.40.数据发布DatasocketDatasocket技术实时、连续发布远程系统使用URLURL来授权读取41.CPCI监测单元设备监测诊断系统监测诊断平台开发平台 LabVIEWLabVIEW图形化编程工具监测数据接收 DataSocketDataSocket数据库访问 ADOADO（ActiveXActiveX数据对象）功能 获取数据 监测分析诊断42.监测诊断平台p远程监测获取一组监测数据数据发布数据库监测分析诊断分析43.监测诊断平台p远程监测 机组状态总览图监测系统总介面趋势分析图时间转速图波德图44.监测诊断平台p远程诊断以网络数据库为核心，进行历史监测数据的处理分析基本组成：数据查询、振动信号分析和报告生成多组数据综合分析CPCI设备监测单元企业数据库服务器网络化诊断系统诊断结论访问数据库 获取数据 45.监测诊断平台p远程诊断诊断分析稳态分析（正常和报警）46.监测诊断平台p远程诊断47.调试仪器转子试验台信号发生器AFG3022高性能函数发生器 ZT-3转子振动模拟试验台48.系统考核49.系统考核目的：功能考核自适应采集存储组态报警可靠性考核容错自动恢复50.系统应用51.