美國(guó)晶鉆CoCo80機(jī)械振動(dòng)故障監(jiān)測(cè)分析儀
CoCo80 是*個(gè)集振動(dòng)數(shù)據(jù)采集儀,、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀和長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)記錄儀于一體的手持式設(shè)備,。其中動(dòng)態(tài)信號(hào)分析（Dynamic Signal Analysis ，DSA）功能適用于所有信號(hào)頻率在0~100KHz 之間的信號(hào)分析應(yīng)用,，這些信號(hào)可以來(lái)自于機(jī)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),。

　　美國(guó)晶鉆CoCo80機(jī)械振動(dòng)故障監(jiān)測(cè)分析儀

　　美國(guó)晶鉆儀器(Crystal Instrument)公司

　　美國(guó)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(kāi)發(fā),、測(cè)試儀器、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的高技術(shù)公司,。在過(guò)去10余年的發(fā)展過(guò)程中,，開(kāi)發(fā)的振動(dòng)測(cè)試、信號(hào)分析和數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品廣泛用于各國(guó)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(guó)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(dòng)控制器和動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀方面取得了一系列成果,，如2000年發(fā)布Laser系列振動(dòng)控制器,，對(duì)業(yè)界產(chǎn)生了革命性的影響，目前占50%*,后為L(zhǎng)DS收購(gòu);除產(chǎn)品外CI還提供硬件及軟件定制開(kāi)發(fā)的工程服務(wù),。公司擁有30多名開(kāi)發(fā)工程師,，在計(jì)算機(jī)、電子技術(shù),、機(jī)電控制及其它相關(guān)工程領(lǐng)域具有豐富的經(jīng)驗(yàn) ,，CI的工程師在數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)控制及信號(hào)分析領(lǐng)域擁有多項(xiàng)磚利,。

　　2007年后,，CI公司相繼發(fā)布了新一代的動(dòng)態(tài)信號(hào)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(píng),。

　　目前美國(guó)CI公司下設(shè)：市場(chǎng)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(mén)，有員工50多人,，其中核心研發(fā)人員30多人,。

　　CI公司對(duì)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(dòng)裝配和測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域內(nèi)的*技術(shù)，擁有50,，000平方英尺的級(jí)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(guò)程的項(xiàng)目,。

 

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　　CoCo80 機(jī)械振動(dòng)點(diǎn)檢儀功能說(shuō)明

　　總述

 

　　CoCo80 是*個(gè)集振動(dòng)數(shù)據(jù)采集儀,、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀和長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)記錄儀于一體的手持式設(shè)備。其中動(dòng)態(tài)信號(hào)分析(Dynamic Signal Analysis ,，DSA)功能適用于所有信號(hào)頻率在0~100KHz 之間的信號(hào)分析應(yīng)用,，這些信號(hào)可以來(lái)自于機(jī)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(dòng)數(shù)據(jù)采集儀(Vibration Data Collector,VDC)功能主要用于測(cè)試分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，其提供了一個(gè)方便的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集方式,，可以通過(guò)預(yù)定義的巡檢路徑進(jìn)行采集,，也可以直接現(xiàn)場(chǎng)采集并進(jìn)行分析。

　　CoCo80 硬件上有2,，4,，8 個(gè)輸入通道三種配置。當(dāng)在VDC 模式下運(yùn)行時(shí),，CoCo80 的通道1 同樣可以被設(shè)置為轉(zhuǎn)速測(cè)量通道,，從而在采樣旋轉(zhuǎn)機(jī)械或往復(fù)式機(jī)械的振動(dòng)數(shù)據(jù)的同時(shí)，對(duì)設(shè)備轉(zhuǎn)速進(jìn)行同步測(cè)量,。

　　在CoCo80 上動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀模式和振動(dòng)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(duì)這兩個(gè)不的工業(yè)領(lǐng)域,。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),，用戶可以選擇進(jìn)入其中某一種模式,。VDC 模式的用戶界面設(shè)計(jì)為快速進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并且簡(jiǎn)單易用，而更專業(yè)專注于研究與開(kāi)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(yùn)行于微軟Windows (XP,Vista)操作系統(tǒng)的,，用于VDC 數(shù)據(jù)后處理、報(bào)告,、數(shù)據(jù)文件管理,，以及存檔、分析和趨勢(shì)等應(yīng)用,。用戶可以按其需要的方式進(jìn)行創(chuàng)建,、備份、分割或合并路徑數(shù)據(jù)庫(kù),。

　　EDM 軟件通過(guò)USB 或以太網(wǎng)與CoCo80 設(shè)備進(jìn)行同步,，可以上載EDM 數(shù)據(jù)庫(kù)中的機(jī)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(chǎng)測(cè)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(chǔ),。振動(dòng)數(shù)據(jù)儀采集功能集成了“路徑采集”與“現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量”兩種測(cè)量方式,，其中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方式允許用戶脫離采集路徑的限制，典型的測(cè)量應(yīng)用如：升/降轉(zhuǎn)速測(cè)量,、動(dòng)態(tài)平衡等,。

　　美國(guó)晶鉆CoCo80機(jī)械振動(dòng)故障監(jiān)測(cè)分析儀適用于DSA 和VDC 兩個(gè)市場(chǎng)。在此之前,，傳統(tǒng)的DSA產(chǎn)品不適用于VDC 市場(chǎng),，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?yàn)槠錅y(cè)量通道數(shù)少,、精度,、性能指標(biāo)較低，而CoCo80目前能同時(shí)適應(yīng)這兩個(gè)市場(chǎng)的產(chǎn)品,，當(dāng)用戶關(guān)心的是常規(guī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集,，他可以選用VDC 模式;如果其應(yīng)涉及高級(jí)的時(shí)間域信號(hào)分析，如長(zhǎng)時(shí)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(jìn)行測(cè)試分析。這種雙模式的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了VDC 的用戶界面,。

　　路徑巡檢采集

　　振動(dòng)數(shù)據(jù)采集儀(VDC)是專為機(jī)器設(shè)備振動(dòng)檢測(cè)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)行業(yè)而設(shè)計(jì)的,，其用戶界面也與單純的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀功能不同,。主要功能有：巡檢路徑和測(cè)量規(guī)程設(shè)置工具、標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,，如rms,、 頻段rms、總量級(jí)rms,、峰值等,，以及時(shí)間波形、頻譜和包絡(luò)譜測(cè)量等,。

　　使用時(shí)采集儀從PC 上接收一個(gè)或多個(gè)路徑設(shè)置,，路徑設(shè)置是一個(gè)經(jīng)過(guò)索引排序的文件，其包含了預(yù)告定義好的機(jī)器測(cè)點(diǎn),、測(cè)量規(guī)程和參數(shù)等信息,。巡檢路徑在PC 機(jī)上進(jìn)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(jī)器和測(cè)量點(diǎn)，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(gè)路徑的示例。右邊是根據(jù)測(cè)量規(guī)程正在進(jìn)行的一個(gè)測(cè)點(diǎn)采集過(guò)程,。下圖是巡檢路徑在EDM 軟件上進(jìn)行編輯。

 

 

　　一個(gè)典型的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集過(guò)程包含以下步驟:

　　1. 用EDM 軟件,，定義一系列測(cè)點(diǎn),，這些測(cè)點(diǎn)與具體的機(jī)器設(shè)備相關(guān)。

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

　　3. 一個(gè)數(shù)據(jù)采集巡檢路徑,，由這些預(yù)定義的測(cè)點(diǎn)按規(guī)定的順序組成,，也就是說(shuō)一個(gè)”路徑”實(shí)際就是按某種順序?qū)@些測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的測(cè)點(diǎn)列表。

　　4. 用戶將CoCo80 與PC 機(jī)聯(lián)接,，從PC 機(jī)上載路徑,，及相關(guān)的測(cè)點(diǎn)、測(cè)量規(guī)程信息到CoCo80

　　5. 具體負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集工作的現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢人員,，拿著CoCo80 按路徑的定義的順序,，一個(gè)一個(gè)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(jī)聯(lián)接,，將采集好的振動(dòng)數(shù)據(jù)下載到PC 機(jī)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(shì),異常或報(bào)警報(bào)告,。

 

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　　同步CoCo和PC機(jī)

　　通過(guò)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(cè)量數(shù)據(jù)。EDM 軟件可以通過(guò)USB 或以太網(wǎng)接口與CoCo 保持信息同步,。EDM 數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)中，并與相應(yīng)的測(cè)點(diǎn),、機(jī)器,、工廠等信息相綁定。

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

　　趨勢(shì)與報(bào)警

　　趨勢(shì)是指按一定的時(shí)間間隔存儲(chǔ)有效的振動(dòng)數(shù)據(jù)記錄,，并將這些振動(dòng)數(shù)據(jù)的相關(guān)頻率的量級(jí)變化按時(shí)間繪制成圖形,。如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)頻率上量級(jí)的趨勢(shì)一直向上，就說(shuō)明機(jī)器設(shè)備有隱患正在增大,。zui簡(jiǎn)單的應(yīng)用振動(dòng)趨勢(shì)概念的方法是先將一個(gè)正常工作狀態(tài)下的機(jī)器振動(dòng)頻譜作為參考,，或稱為基準(zhǔn)線，然后將該機(jī)器zui近的頻譜測(cè)量結(jié)果與基準(zhǔn)線進(jìn)行比對(duì),。

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

　　EDM 軟件和CoCo 支持多種趨勢(shì)分析，所有的讀值記錄都可以進(jìn)行趨勢(shì)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(gè)高級(jí)的功能是用戶可以自定義若干頻率帶，并對(duì)這些頻帶的RMS 值進(jìn)行趨勢(shì)分析,。

 

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　　升/降轉(zhuǎn)速分析

　　升降轉(zhuǎn)速分析是一種實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)記錄和分析工具,，用于其振動(dòng)量級(jí)隨運(yùn)行速度或時(shí)間而變化的機(jī)器設(shè)備，如在一個(gè)開(kāi)停機(jī)的過(guò)程中,，或其它一些應(yīng)用中所引起的瞬態(tài)變化過(guò)程,。一個(gè)主要的應(yīng)用是用于確定機(jī)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(dòng)量級(jí)與轉(zhuǎn)速或時(shí)間的變化關(guān)系,。而且關(guān)鍵的是操作者可以鎖定機(jī)器設(shè)備的臨界或共振點(diǎn)的運(yùn)行速度,。另一方面，用戶也可以使用長(zhǎng)時(shí)間波形記錄功能,，來(lái)采集振動(dòng)和轉(zhuǎn)速信號(hào)并以時(shí)間波形的方式存儲(chǔ),。這種長(zhǎng)時(shí)間記錄波形可以用EDM 后處理軟件進(jìn)行任意次數(shù)的離線分析。

　　原始的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)波形

　　RPM vs 時(shí)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(gè)總量級(jí) RMS 信號(hào)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(cè)試

　　撞擊測(cè)試是分析一個(gè)機(jī)器或結(jié)構(gòu)的模態(tài)響應(yīng)的簡(jiǎn)單方法,。當(dāng)受到?jīng)_擊時(shí)，一個(gè)機(jī)器或結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)寬頻帶的激勵(lì),，其中與結(jié)構(gòu)的自然頻率*的激勵(lì)頻率成份,，會(huì)使用結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，表現(xiàn)為在這些頻率帶上振動(dòng)值比正常值要高,。在撞擊測(cè)試期間,CoCo80 通過(guò)加速度傳感器測(cè)量振動(dòng)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(jī)器振動(dòng)監(jiān)測(cè)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(dòng)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(wú)需一個(gè)特別的帶力傳感器的沖擊力錘就可以進(jìn)行撞擊測(cè)試,，只要用一個(gè)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(cè)試可以按設(shè)備“開(kāi)機(jī)”和“關(guān)機(jī)”兩種模式進(jìn)行,。設(shè)備“關(guān)機(jī)”是推薦模式，指沒(méi)有旋轉(zhuǎn)或其它激勵(lì)激作用于設(shè)備,，這樣一次撞擊測(cè)試可以測(cè)到清楚的共振動(dòng)狀態(tài),，如下：

　　撞擊測(cè)試顯示

　　設(shè)備開(kāi)機(jī)是應(yīng)用于轉(zhuǎn)子仍然工作時(shí)，此時(shí)受迫激勵(lì)作用于整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)中,。此時(shí)采用一個(gè)特殊的測(cè)試算法:負(fù)平均法,顯示如下：

　　動(dòng)平衡

　　同,，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡功能可以引導(dǎo)用戶按步驟地對(duì)機(jī)器的安裝在軸承上的轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡操作，使其正常工作,。大型設(shè)備如汽輪機(jī),、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)電樞等,，經(jīng)常需要在兩次大修間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡,。糾正不平衡需要對(duì)1 個(gè)或2 個(gè)平面確定過(guò)重點(diǎn)，這取決于轉(zhuǎn)子半徑和剛度,。一個(gè)過(guò)重點(diǎn)是指在轉(zhuǎn)子半徑上的某個(gè)位置,，其質(zhì)量超重。與過(guò)重點(diǎn)相反的徑向方向就是需要進(jìn)行配重的位置,。不過(guò),，除非預(yù)先知道平衡的狀態(tài)，否則無(wú)法確定配重點(diǎn),。因此大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡都采用影響因子方法來(lái)計(jì)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(dòng)信號(hào),。轉(zhuǎn)速信號(hào)用于計(jì)算旋轉(zhuǎn)速度并與振動(dòng)信號(hào)同步,，以計(jì)算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

　　動(dòng)平衡模擬圖

　　影響因子算法用于確定旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)對(duì)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(dòng)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(jì)算出來(lái),。單面動(dòng)平衡過(guò)程用于確定一個(gè)面的質(zhì)量位置響應(yīng)系數(shù),，而多面動(dòng)平衡過(guò)程用于確定多個(gè)平面的響應(yīng)系數(shù)。鑒于初始配重后的振動(dòng)可以看成是初始的不平衡性引起的反映，因此以此計(jì)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(gè)平面計(jì)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(dòng)以驗(yàn)證平衡效果。

　　動(dòng)平衡過(guò)程

　　測(cè)量2 個(gè)平面的不平衡向量

　　估計(jì)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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