美國晶鉆CoCo80機械振動故障監(jiān)測分析儀

　　美國晶鉆儀器(Crystal Instrument)公司

　　美國晶鉆儀器(CI)公司位于加州硅谷,，1996年正式成立,，是一家活躍在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、測試儀器,、數(shù)字信號處理技術(shù)的高技術(shù)公司,。在過去10余年的發(fā)展過程中，開發(fā)的振動測試,、信號分析和數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品廣泛用于各國軍工,、航空、航天,、汽車和電子領(lǐng)域,。終端客戶包括波音、NASA,、歐洲航天局、美國福特,、通用,、IBM,、思科、戴爾等上百家著名公司,。

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　　特別在振動控制器和動態(tài)信號分析儀方面取得了一系列成果,，如2000年發(fā)布Laser系列振動控制器，對業(yè)界產(chǎn)生了革命性的影響,，目前占50%*,后為LDS收購;除產(chǎn)品外CI還提供硬件及軟件定制開發(fā)的工程服務(wù),。公司擁有30多名開發(fā)工程師，在計算機,、電子技術(shù),、機電控制及其它相關(guān)工程領(lǐng)域具有豐富的經(jīng)驗 ，CI的工程師在數(shù)據(jù)采集,、實時控制及信號分析領(lǐng)域擁有多項磚利,。

　　2007年后，CI公司相繼發(fā)布了新一代的動態(tài)信號分析儀CoCo80和Spider80在業(yè)內(nèi)引起廣泛關(guān)注,，和用戶的一至好評,。

　　目前美國CI公司下設(shè)：市場與銷售(北美、海外),、軟件工程部,、DSP工程部、硬件工程部,、及生產(chǎn)管理部等部門,，有員工50多人，其中核心研發(fā)人員30多人,。

　　CI公司對產(chǎn)品質(zhì)量有著嚴(yán)格的要求,，所有產(chǎn)品均由加州硅谷著名的電子儀器代工廠Electromax制造生產(chǎn)。(Electromax為高科技電子產(chǎn)業(yè)提供一系列的制造解決方案,，公司擁有自動裝配和測試設(shè)備領(lǐng)域內(nèi)的*技術(shù),，擁有50，000平方英尺的級生產(chǎn)設(shè)施,，能夠支持的從新品發(fā)布到批量生產(chǎn)全過程的項目,。

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　　CoCo80 機械振動點檢儀功能說明

　　總述

　　CoCo80 是*個集振動數(shù)據(jù)采集儀、動態(tài)信號分析儀和長時間數(shù)據(jù)記錄儀于一體的手持式設(shè)備,。其中動態(tài)信號分析(Dynamic Signal Analysis ,，DSA)功能適用于所有信號頻率在0~100KHz 之間的信號分析應(yīng)用，這些信號可以來自于機械,、電子,、地球物理、網(wǎng)絡(luò),、通信,、液壓等任何感興趣的系統(tǒng),。而振動數(shù)據(jù)采集儀(Vibration Data Collector,VDC)功能主要用于測試分析旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備，其提供了一個方便的振動數(shù)據(jù)采集方式,，可以通過預(yù)定義的巡檢路徑進行采集,，也可以直接現(xiàn)場采集并進行分析。

　　CoCo80 硬件上有2,，4,，8 個輸入通道三種配置。當(dāng)在VDC 模式下運行時,，CoCo80 的通道1 同樣可以被設(shè)置為轉(zhuǎn)速測量通道,，從而在采樣旋轉(zhuǎn)機械或往復(fù)式機械的振動數(shù)據(jù)的同時，對設(shè)備轉(zhuǎn)速進行同步測量,。

　　在CoCo80 上動態(tài)信號分析儀模式和振動數(shù)據(jù)采集儀模式具有不同的用戶界面,。其風(fēng)格和設(shè)置習(xí)慣是不同的，以針對這兩個不的工業(yè)領(lǐng)域,。當(dāng)系統(tǒng)啟動時,，用戶可以選擇進入其中某一種模式。VDC 模式的用戶界面設(shè)計為快速進行數(shù)據(jù)采集并且簡單易用,，而更專業(yè)專注于研究與開發(fā)工作的用戶可以選擇DAS 模式,，而不用VDC.

　　工程數(shù)據(jù)管理軟件EDM(Engineering Data Management)是運行于微軟Windows (XP,Vista)操作系統(tǒng)的，用于VDC 數(shù)據(jù)后處理,、報告,、數(shù)據(jù)文件管理，以及存檔,、分析和趨勢等應(yīng)用,。用戶可以按其需要的方式進行創(chuàng)建、備份,、分割或合并路徑數(shù)據(jù)庫,。

　　EDM 軟件通過USB 或以太網(wǎng)與CoCo80 設(shè)備進行同步，可以上載EDM 數(shù)據(jù)庫中的機器信息和路徑設(shè)置到 CoCo80 上,，在數(shù)據(jù)采集完成后,，采集到的數(shù)據(jù)可以下載到EDM 中，其中現(xiàn)場測量(路徑以外)的數(shù)據(jù)也同樣可以下載到EDM,，與路徑采集的數(shù)據(jù)一同存儲,。振動數(shù)據(jù)儀采集功能集成了“路徑采集”與“現(xiàn)場測量”兩種測量方式，其中現(xiàn)場測量方式允許用戶脫離采集路徑的限制,，典型的測量應(yīng)用如：升/降轉(zhuǎn)速測量,、動態(tài)平衡等。

　　美國晶鉆CoCo80機械振動故障監(jiān)測分析儀適用于DSA 和VDC 兩個市場。在此之前,，傳統(tǒng)的DSA產(chǎn)品不適用于VDC 市場,，主要原因在于DSA 產(chǎn)品體積大、功耗高,，不便于攜帶。另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的VDC 產(chǎn)品也不適用于DSA應(yīng)用,，因為其測量通道數(shù)少,、精度、性能指標(biāo)較低,，而CoCo80目前能同時適應(yīng)這兩個市場的產(chǎn)品,，當(dāng)用戶關(guān)心的是常規(guī)的振動數(shù)據(jù)采集，他可以選用VDC 模式;如果其應(yīng)涉及高級的時間域信號分析,，如長時間波形記錄,、倍頻程分析或者數(shù)字濾波器等，他可以方便地切換到DSA 模式進行測試分析,。這種雙模式的設(shè)計簡化了VDC 的用戶界面,。

　　路徑巡檢采集

　　振動數(shù)據(jù)采集儀(VDC)是專為機器設(shè)備振動檢測和狀態(tài)監(jiān)測行業(yè)而設(shè)計的，其用戶界面也與單純的動態(tài)信號分析儀功能不同,。主要功能有：巡檢路徑和測量規(guī)程設(shè)置工具,、標(biāo)準(zhǔn)的振動數(shù)據(jù)監(jiān)測項目，如rms,、 頻段rms,、總量級rms、峰值等,，以及時間波形,、頻譜和包絡(luò)譜測量等。

　　使用時采集儀從PC 上接收一個或多個路徑設(shè)置,，路徑設(shè)置是一個經(jīng)過索引排序的文件,，其包含了預(yù)告定義好的機器測點、測量規(guī)程和參數(shù)等信息,。巡檢路徑在PC 機上進行設(shè)置,，再上載到CoCo 儀器上。PCWindows 軟件EDM 可以方便地設(shè)置任意組合的巡檢路徑,工廠,，機器和測量點,，并提供管理、備份所有數(shù)據(jù)的功能,。

　　上面左邊的圖是顯示了一個路徑的示例,。右邊是根據(jù)測量規(guī)程正在進行的一個測點采集過程。下圖是巡檢路徑在EDM 軟件上進行編輯。

　　一個典型的振動數(shù)據(jù)采集過程包含以下步驟:

　　1. 用EDM 軟件,，定義一系列測點,，這些測點與具體的機器設(shè)備相關(guān)。

　　2. 為每個測點定義一個或若干個測量規(guī)程,。每個測量規(guī)程定義了測量物理量及采用的傳感器,，如加速度、速度,、位移等,，待測內(nèi)容，如波形,、頻譜,、包絡(luò)譜等，以及相應(yīng)的測量參數(shù),，如FFT 譜線數(shù),、加窗類型、平均方式等,。

　　3. 一個數(shù)據(jù)采集巡檢路徑,，由這些預(yù)定義的測點按規(guī)定的順序組成，也就是說一個”路徑”實際就是按某種順序?qū)@些測點進行數(shù)據(jù)采集的測點列表,。

　　4. 用戶將CoCo80 與PC 機聯(lián)接,，從PC 機上載路徑，及相關(guān)的測點,、測量規(guī)程信息到CoCo80

　　5. 具體負責(zé)數(shù)據(jù)采集工作的現(xiàn)場點檢人員,，拿著CoCo80 按路徑的定義的順序，一個一個地采集相應(yīng)的數(shù)據(jù),。

　　6. 采集完成后,，CoCo-80 被帶回辦公室并與PC 機聯(lián)接，將采集好的振動數(shù)據(jù)下載到PC 機上,。

　　7. zui后用戶可以在EDM 軟件上顯示,、分析這些數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的趨勢,異?；驁缶瘓蟾?。

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　　同步CoCo和PC機

　　通過幾種硬件接口，有多方式可以在CoCo 和EDM 軟件之間傳遞路徑和測量數(shù)據(jù),。EDM 軟件可以通過USB 或以太網(wǎng)接口與CoCo 保持信息同步,。EDM 數(shù)據(jù)庫中發(fā)生的改變可以被更新到CoCo 中，同樣CoCo 中采集的數(shù)據(jù)也被復(fù)制到EDM 數(shù)據(jù)庫中,，并與相應(yīng)的測點,、機器,、工廠等信息相綁定。

　　另一個同步方式是,，EDM 也可以直接從SD 卡上讀取CoCo 的測量數(shù)據(jù),，只要把SD 卡放入讀卡器就行了。

　　趨勢與報警

　　趨勢是指按一定的時間間隔存儲有效的振動數(shù)據(jù)記錄,，并將這些振動數(shù)據(jù)的相關(guān)頻率的量級變化按時間繪制成圖形,。如果發(fā)現(xiàn)某個頻率上量級的趨勢一直向上，就說明機器設(shè)備有隱患正在增大,。zui簡單的應(yīng)用振動趨勢概念的方法是先將一個正常工作狀態(tài)下的機器振動頻譜作為參考,，或稱為基準(zhǔn)線，然后將該機器zui近的頻譜測量結(jié)果與基準(zhǔn)線進行比對,。

　　在趨勢分析中，關(guān)鍵是要保持測量歷程的*性,。所謂*性是指,，相同的測量物理位置、相同的測量參數(shù)設(shè)置,、相同的分析以及相同的信號提取算法,，如果不能保持*性，這種比較就沒有意義了,。當(dāng)用FFT 分析儀或數(shù)據(jù)采集儀采集振動數(shù)據(jù)時,，采用對頻譜進行多次平均以減少隨機量和無關(guān)的干擾，是非常重要的,。

　　EDM 軟件和CoCo 支持多種趨勢分析,，所有的讀值記錄都可以進行趨勢分析：

　　1.加速度 rms, peak and peak-peak、2.速度 rms, peak and peak-peak,、3.位移 rms, peak and peak-peak

　　另一個高級的功能是用戶可以自定義若干頻率帶,，并對這些頻帶的RMS 值進行趨勢分析。

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　　升/降轉(zhuǎn)速分析

　　升降轉(zhuǎn)速分析是一種實時的數(shù)據(jù)記錄和分析工具,，用于其振動量級隨運行速度或時間而變化的機器設(shè)備,，如在一個開停機的過程中，或其它一些應(yīng)用中所引起的瞬態(tài)變化過程,。一個主要的應(yīng)用是用于確定機器設(shè)備的臨界/共振速度,。分析結(jié)果可以多種方式顯示，以保證數(shù)據(jù)可以被zui合適抽取和顯示,，以下是用戶常用 的顯示方式：

　　11頻帶RMS vs. RPM,、11 n 階幅值 vs. RPM、11波特圖,、11瀑布圖,、1彩圖

　　這些圖形顯示可以使用戶快速地了解設(shè)備的振動量級與轉(zhuǎn)速或時間的變化關(guān)系。而且關(guān)鍵的是操作者可以鎖定機器設(shè)備的臨界或共振點的運行速度。另一方面,，用戶也可以使用長時間波形記錄功能,，來采集振動和轉(zhuǎn)速信號并以時間波形的方式存儲。這種長時間記錄波形可以用EDM 后處理軟件進行任意次數(shù)的離線分析,。

　　原始的轉(zhuǎn)速脈沖信號波形

　　RPM vs 時間

　　RPM 瀑布圖 (常頻率帶寬)

　　RPM 彩圖 (常頻率帶寬)

　　頻帶 RMS vs RPM:

　　階次譜

　　兩個總量級 RMS 信號vs RPM

　　RPM 彩圖 (常階次域)

　　1x 階幅值 和相位vs RPM (波特圖)

　　1x 1x 階幅值 和相位極坐標(biāo)顯示

　　軸心軌跡圖 (濾波后的)

　　撞擊測試

　　撞擊測試是分析一個機器或結(jié)構(gòu)的模態(tài)響應(yīng)的簡單方法,。當(dāng)受到?jīng)_擊時，一個機器或結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一個寬頻帶的激勵,，其中與結(jié)構(gòu)的自然頻率*的激勵頻率成份,，會使用結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，表現(xiàn)為在這些頻率帶上振動值比正常值要高,。在撞擊測試期間,CoCo80 通過加速度傳感器測量振動的幅值和頻率,，并且顯示幅值vs 頻率圖，其峰值代表了結(jié)構(gòu)的固有模態(tài),，并且zui尖的峰值處就是有危害的幅值向量,。

　　通常在大多數(shù)機器振動監(jiān)測中，獲得精確的傳遞函數(shù)并不重要,，而重要的是獲得結(jié)構(gòu)的各階振動模態(tài)的頻率,，位置，以及這些模態(tài)的阻尼比等參數(shù),。

　　CoCo 可以無需一個特別的帶力傳感器的沖擊力錘就可以進行撞擊測試,，只要用一個合適的物體，如一根木棒,，或硬像膠棒等擊打結(jié)構(gòu)就可以,。撞擊測試可以按設(shè)備“開機”和“關(guān)機”兩種模式進行。設(shè)備“關(guān)機”是推薦模式,，指沒有旋轉(zhuǎn)或其它激勵激作用于設(shè)備,，這樣一次撞擊測試可以測到清楚的共振動狀態(tài)，如下：

　　撞擊測試顯示

　　設(shè)備開機是應(yīng)用于轉(zhuǎn)子仍然工作時,，此時受迫激勵作用于整個振動系統(tǒng)中,。此時采用一個特殊的測試算法:負平均法,顯示如下：

　　動平衡

　　同，現(xiàn)場動平衡功能可以引導(dǎo)用戶按步驟地對機器的安裝在軸承上的轉(zhuǎn)子進行平衡操作,，使其正常工作,。大型設(shè)備如汽輪機、電動機,、發(fā)電機電樞等,，經(jīng)常需要在兩次大修間進行現(xiàn)場動平衡。糾正不平衡需要對1 個或2 個平面確定過重點,，這取決于轉(zhuǎn)子半徑和剛度,。一個過重點是指在轉(zhuǎn)子半徑上的某個位置,，其質(zhì)量超重。與過重點相反的徑向方向就是需要進行配重的位置,。不過,，除非預(yù)先知道平衡的狀態(tài)，否則無法確定配重點,。因此大多數(shù)現(xiàn)場動平衡都采用影響因子方法來計算配重,。

　　如圖，加速度傳感器安裝在轉(zhuǎn)子軸承上以采集振動信號,。轉(zhuǎn)速信號用于計算旋轉(zhuǎn)速度并與振動信號同步,，以計算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度。

　　動平衡模擬圖

　　影響因子算法用于確定旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)對于不平衡質(zhì)量變化的反應(yīng)程度,。首先一塊試重被加到轉(zhuǎn)子上使用振動的幅值或相位產(chǎn)生變化,。這塊已知質(zhì)量和位置的試重塊生產(chǎn)的不平衡性影響，或稱影響系數(shù)被計算出來,。單面動平衡過程用于確定一個面的質(zhì)量位置響應(yīng)系數(shù),，而多面動平衡過程用于確定多個平面的響應(yīng)系數(shù)。鑒于初始配重后的振動可以看成是初始的不平衡性引起的反映,，因此以此計算初始不平衡質(zhì)量及影響因子。這就使得系統(tǒng)可以為每一個平面計算需要配置的質(zhì)量和位置,。初始平衡后通常還需要第二次平衡轉(zhuǎn)動以驗證平衡效果,。

　　動平衡過程

　　測量2 個平面的不平衡向量

　　估計配重

　　給出配重安裝位置，指導(dǎo)安裝

　　完成后的信息匯總

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