设备状态监测与故障诊断技术第3章-设备故障诊断的技术
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(2)信号处理：这是将采集到的信号进行分类处理、加工，获得能表征 机器特征的过程，也称特征提取过程，如对振动信号从时域变换到频域 进行频谱分析即是这个过程。
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第一节 设备故障诊断技术的内容
(3)状态识别：将经过信号处理后获得的设备特征参数与规定的允许 参数或判别参数进行比较、对此以确定设备所处的状态，即是否存在 故障、故障的类型和性质等。为此应正确制定相应的判别准则和诊断 策略。
第三章 设备故障诊断的技术基础
机械振动状态监测与故障诊断技术在理论上和方法上 都很成熟，它涉及很多学科知识。本章介绍设备故障诊断 特别是振动诊断的技术基础，
学习目标： 熟悉设备故障诊断技术的内容； 掌握设备故障信息获取和检测方法的框架知识； 了解设备故障常用的3种评定标准及相对判断标准的制定方法； 熟悉故障诊断中的信号处理，傅里叶变换在故障诊断的信号处理
一、设备故障信息的获取方法：直接观察法、量化管理
1．直接观测法（感性认知） 判断主要靠人的经验和感官来感受、获取设备的状态信息，且限于能
观测到的或接触到的机器零部件。被更多地用在静止的设备中。 在观测中有时使用一些辅助的工具和仪器，如倾听机器内部声音的听
棒，检查零件内孔有无表面缺陷的光学窥镜，检查零件表面有无裂纹 的磁性涂料及着色渗透剂等，来扩大和延伸人的观测能力。 主要包括以下工具和仪器：
1．振动和噪声的故障检测 大部分机器共有的表现形式，约占60%，可有如下诊断方法：
★ 振动法：对机器主要部位的振动值如位移、速度、加速度、转速 及相位值等进行测定，并与标准值进行比较，据此可以宏观地对 机器的运行状况进行评定，最常用的方法之一。
★ 特征分析法 ：对测得的上述振动量在时域、频域、时频域进行特 征分析，确定机器各种故障的内容和性质。
3．设备零部件材料的磨损及腐蚀故障检测 这类故障除采用上述无损检测中的超声探伤法外尚可应用
下列方法：
★ 光纤内窥技术 ★ 油液分析技术
4．工艺参数（温度、压力、流量等）变化引起的故障检测 机器设备系统的有些故障往往反映在一些工艺参数，如温度、
压力、流量等的变化中。 如在温度测量中， 常规的接触式测温仪：装在机器上的热电阻、热电偶等； 特殊场合中的非接触式测温仪：红外测温仪、红外热像仪等。
测定机器零部件如轴承、齿轮、活塞环等的磨损残渣在润滑油 中的含量，即润滑油液分析，也是一种有效的获取故障信息的方 法。 ⑶ 设备性能指标的测定
通过测量机器性能及输入、输出量的变化信息来判断机器的 工作状态。设备性能包括整机及零部件性能。P23
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第二节 设备故障的信息获取和检测方法
二、设备故障的检测方法：
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第二节 设备故障的信息获取和检测方法
2．材料裂纹及缺陷损伤的故障检测
材料裂纹包括应力腐蚀裂纹及疲劳裂纹，一般可 采用下述方法进行检测：
★ 超声波探伤法
★ 射线探伤法
★ 渗透探伤法
★ 磁粉探伤法
★ 涡流探伤法
★ 激光全息检测法
★ 微波检测技术
★ 声发射技术
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第二节 设备故障的信息获取和检测方法
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第二节 设备故障的信息获取和检测方法
2．量化管理
★ 用仪器测（将人的五官延伸到仪器上） ⑴ 参数测定法
根据设备运行的各种参数的变化来获取故障信息是广泛应用 的一种方法。因为机器运行时由于各部件的运动必然会有各种信 息，这些信息参数可以是温度、压力、振动、噪声等，它们都能 反映机器的工作状态。胀差、阻值等参数也是故障信息的重要来 源。P23 ⑵ 磨损残渣测定法
★ 用耳朵听（听觉）→采取听棒、螺丝刀等工具； ★ 用眼睛看（视觉）→有无缺件、变形、磨损、泄漏等情况； ★ 用手摸（触觉）→振动、温度、泄漏点等情况； ★ 用鼻子闻（嗅觉）→有无胶糊味，如电机过热的绝缘漆味； ★ 当然，还有向操作者问→故障情况； ★ 这与中医的“望、闻、问、切”有异曲同工之妙。
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第二节 设备故障的信息获取和检测方法
★ 模态分析与参数识别法：利用测得的振动参数对机器零部件的模 态参数进行识别，以确定故障的原因和部位。
★ 冲击能量与冲击脉冲测定法：利用共振解调技术(IFD)测定滚动轴 承的故障。
★ 声学法：对机器噪声的测量，了解机器运行情况并寻找振动源。
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中占有核心的地位，须理解这一重要理论基础。
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第一节 设备故障诊断技术的内容
➢ 设备故障诊断的内容包括状态监测、分析诊断和故障预 测三个方面。
设备故障诊断的具体实施过程可以归纳为如下4个方面:
(1)信息采集：设备在运行过程中必然会有力、热、振动及能量等各种 量的变化，由此会产生各种不同信息。根据不同的诊断需要，选择能表 征设备工作状态的不同信号，如振动、压力、温度等，这些信号一般是 用不同的传感器来获取的，我们简称为数采。
它要求在设备的同一部位或按一定的要求测得的表征 机器设备状态的值与某种相应的判断标准相比较，以评定 设备的状态。
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振动烈度 (mm/s) 45 28 18 11.2 7.1 4.5 2.8 1.8 1.12 0.71 0.45 0.28
ISO2372振动质量评级标准
判断每种机器质量的实例 小型机器 中型机器 大型机器
(4)诊断决策：根据对设备状态的判断，决定应采取的对策和措施， 同时应根据当前信号预测设备状态可能发展的趋势，进行趋势分析。
被测设备
信号 采集
获取检测信号Leabharlann Baidu
信号 处理
设备允许参数
状态
识别 设备特征信息
对比
诊断决策
图3-1 设备诊断过程框图
趋势分析 故障确定
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第二节 设备故障的信息获取和检测方法
透平机器
不合格（D）
不合格（D）
不合格（D）
合格（C）
不合格（D）
合格（C）
它们依靠物体的热辐射进行测量。
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第三节 设备故障的评定标准
一、判断标准(绝对、相对、类比)
为了对设备的状态作出判断，判断是否存在故障及故障 的程度如何，必须对表征机器状态的测量值与规定的标准 值进行比较。常用的有三种判断标准，即绝对判断标准、 相对判断标准以及类比判断标准。
1．绝对判断标准
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第一节 设备故障诊断技术的内容
(3)状态识别：将经过信号处理后获得的设备特征参数与规定的允许 参数或判别参数进行比较、对此以确定设备所处的状态，即是否存在 故障、故障的类型和性质等。为此应正确制定相应的判别准则和诊断 策略。
第三章 设备故障诊断的技术基础
机械振动状态监测与故障诊断技术在理论上和方法上 都很成熟，它涉及很多学科知识。本章介绍设备故障诊断 特别是振动诊断的技术基础，
学习目标： 熟悉设备故障诊断技术的内容； 掌握设备故障信息获取和检测方法的框架知识； 了解设备故障常用的3种评定标准及相对判断标准的制定方法； 熟悉故障诊断中的信号处理，傅里叶变换在故障诊断的信号处理
一、设备故障信息的获取方法：直接观察法、量化管理
1．直接观测法（感性认知） 判断主要靠人的经验和感官来感受、获取设备的状态信息，且限于能
观测到的或接触到的机器零部件。被更多地用在静止的设备中。 在观测中有时使用一些辅助的工具和仪器，如倾听机器内部声音的听
棒，检查零件内孔有无表面缺陷的光学窥镜，检查零件表面有无裂纹 的磁性涂料及着色渗透剂等，来扩大和延伸人的观测能力。 主要包括以下工具和仪器：
1．振动和噪声的故障检测 大部分机器共有的表现形式，约占60%，可有如下诊断方法：
★ 振动法：对机器主要部位的振动值如位移、速度、加速度、转速 及相位值等进行测定，并与标准值进行比较，据此可以宏观地对 机器的运行状况进行评定，最常用的方法之一。
★ 特征分析法 ：对测得的上述振动量在时域、频域、时频域进行特 征分析，确定机器各种故障的内容和性质。
3．设备零部件材料的磨损及腐蚀故障检测 这类故障除采用上述无损检测中的超声探伤法外尚可应用
下列方法：
★ 光纤内窥技术 ★ 油液分析技术
4．工艺参数（温度、压力、流量等）变化引起的故障检测 机器设备系统的有些故障往往反映在一些工艺参数，如温度、
压力、流量等的变化中。 如在温度测量中， 常规的接触式测温仪：装在机器上的热电阻、热电偶等； 特殊场合中的非接触式测温仪：红外测温仪、红外热像仪等。
测定机器零部件如轴承、齿轮、活塞环等的磨损残渣在润滑油 中的含量，即润滑油液分析，也是一种有效的获取故障信息的方 法。 ⑶ 设备性能指标的测定
通过测量机器性能及输入、输出量的变化信息来判断机器的 工作状态。设备性能包括整机及零部件性能。P23
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第二节 设备故障的信息获取和检测方法
二、设备故障的检测方法：
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第二节 设备故障的信息获取和检测方法
2．材料裂纹及缺陷损伤的故障检测
材料裂纹包括应力腐蚀裂纹及疲劳裂纹，一般可 采用下述方法进行检测：
★ 超声波探伤法
★ 射线探伤法
★ 渗透探伤法
★ 磁粉探伤法
★ 涡流探伤法
★ 激光全息检测法
★ 微波检测技术
★ 声发射技术
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第二节 设备故障的信息获取和检测方法
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第二节 设备故障的信息获取和检测方法
2．量化管理
★ 用仪器测（将人的五官延伸到仪器上） ⑴ 参数测定法
根据设备运行的各种参数的变化来获取故障信息是广泛应用 的一种方法。因为机器运行时由于各部件的运动必然会有各种信 息，这些信息参数可以是温度、压力、振动、噪声等，它们都能 反映机器的工作状态。胀差、阻值等参数也是故障信息的重要来 源。P23 ⑵ 磨损残渣测定法
★ 用耳朵听（听觉）→采取听棒、螺丝刀等工具； ★ 用眼睛看（视觉）→有无缺件、变形、磨损、泄漏等情况； ★ 用手摸（触觉）→振动、温度、泄漏点等情况； ★ 用鼻子闻（嗅觉）→有无胶糊味，如电机过热的绝缘漆味； ★ 当然，还有向操作者问→故障情况； ★ 这与中医的“望、闻、问、切”有异曲同工之妙。
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第二节 设备故障的信息获取和检测方法
★ 模态分析与参数识别法：利用测得的振动参数对机器零部件的模 态参数进行识别，以确定故障的原因和部位。
★ 冲击能量与冲击脉冲测定法：利用共振解调技术(IFD)测定滚动轴 承的故障。
★ 声学法：对机器噪声的测量，了解机器运行情况并寻找振动源。
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中占有核心的地位，须理解这一重要理论基础。
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第一节 设备故障诊断技术的内容
➢ 设备故障诊断的内容包括状态监测、分析诊断和故障预 测三个方面。
设备故障诊断的具体实施过程可以归纳为如下4个方面:
(1)信息采集：设备在运行过程中必然会有力、热、振动及能量等各种 量的变化，由此会产生各种不同信息。根据不同的诊断需要，选择能表 征设备工作状态的不同信号，如振动、压力、温度等，这些信号一般是 用不同的传感器来获取的，我们简称为数采。
它要求在设备的同一部位或按一定的要求测得的表征 机器设备状态的值与某种相应的判断标准相比较，以评定 设备的状态。
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振动烈度 (mm/s) 45 28 18 11.2 7.1 4.5 2.8 1.8 1.12 0.71 0.45 0.28
ISO2372振动质量评级标准
判断每种机器质量的实例 小型机器 中型机器 大型机器
(4)诊断决策：根据对设备状态的判断，决定应采取的对策和措施， 同时应根据当前信号预测设备状态可能发展的趋势，进行趋势分析。
被测设备
信号 采集
获取检测信号Leabharlann Baidu
信号 处理
设备允许参数
状态
识别 设备特征信息
对比
诊断决策
图3-1 设备诊断过程框图
趋势分析 故障确定
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第二节 设备故障的信息获取和检测方法
透平机器
不合格（D）
不合格（D）
不合格（D）
合格（C）
不合格（D）
合格（C）
它们依靠物体的热辐射进行测量。
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第三节 设备故障的评定标准
一、判断标准(绝对、相对、类比)
为了对设备的状态作出判断，判断是否存在故障及故障 的程度如何，必须对表征机器状态的测量值与规定的标准 值进行比较。常用的有三种判断标准，即绝对判断标准、 相对判断标准以及类比判断标准。
1．绝对判断标准