故障诊断技术综述.pdf

故障诊断技术综述 一 引言 故障诊断技术是一门紧密结合生产实际的工程科学，是现代化生产发展的产物。随着现代科学技术在设 备上的应用，设备的结构越来越复杂，功能也越来越完善，自动化程度越来越高，由于许多无法避免的 因素影响，会导致设备出现各种故障，从而降低或失去预定的功能，甚至会造成严重的乃至灾难性的事 故。不言而喻，机械故障诊断技术在工业生产中起着越来越重要的作用，生产实践证明，研究故障诊断 技术具有重要的现实意义。 二 故障诊断技术的定义 故障诊断技术就是在设备运行中或基本不拆卸设备的情况下，掌握设备的运行状况，根据对被诊断对象 测试所取得的有用信息进行分析处理，判断被诊断对象的状态是否处于异常状态或故障状态，判断劣化 状态发生的部位或零部件，并判定产生故障的原因，以及预测状态劣化的发展趋势等。其目的是提高设 备效率和运行可靠性，防患于未然，避免故障的发生。 三 故障诊断技术的构成环节 从故障诊断的流程看，通常诊断系统由信号采集、信号处理、状态识别和诊断决策四大部分构成。其 中，信号采集是基础，信号分析和处理是关键，状态识别(包括判断和预报)是核心，决策与管理是最终 目标。前3个环节是基本环节。 1.信号采集 信息采集的基本任务是获取有用的信息。这是故障诊断的基础和前提，监测获取到的有用信息越多，监 测数据越真实，越容易判断出故障原因。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的信息，根据不同的诊断需要，选择能表征设备工作状态的不同信息，如振 动、压力及温度等，是十分必要的。这些信号一般是用不同的传感器来拾取的。只有采集到反映设备实 际状态的信号，诊断的后续工作才有意义，因而信号采集是故障诊断技术中不可缺少的重要环节。 (1) 常用的设备状态监测技术分类 1) 振动信号监测技术 对设备的振动信号测试和分析，能获得机体、转子或其他零部件的振动幅值、频率和相位3个基本要 素，经过对信号的分析、处理与识别，可了解到设备的振动特点、结构强弱、振动来源、故障部位和故 障原因，为诊断决策提供依据。故利用振动信号诊断故障的技术较为普遍。 2) 声信号监测诊断技术 声信号监测诊断技术包括：噪声诊断、超声波诊断和声发射诊断技术。其中噪声的分析与诊断通常有两 个目的：一是寻找机器发出噪声的主要声源，以便采取相应措施降低噪声；二是利用噪声信号判别故 障。从噪声信号中提取特征信号，可以检测出故障的原因和发生故障的部位。利用声波信号进行监测与 诊断故障的方法有：声音监听法、频谱分析法及声强法。 3) 温度信号监测诊断技术 温度参数在许多工业部门生产中很重要，因为不恰当的温度变化往往意味着热故障的发生。从被测设备 的某一部分的温度异常变化可以判断设备是否存在故障。温度信号的测量技术主要有物体温度的直接测 量和热红外线分析技术。 4)润滑油的分析诊断技术 大部分机械设备运动部件的摩擦表面须加入润滑油来润滑，当润滑油流经摩擦表面后会产生一系列物理 化学性能变化，于是携带了设备运转状态的内在信息。润滑油分析诊断技术即监测润滑系统中的某些物 化特性，从中获取设备内部的故障信息。主要有：油品的理化性能分析技术、油样所含磨损金属颗粒的 铁谱分析技术以及润滑油的光谱分析技术。 5)其他无损检测诊断技术 无损检测是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种 测试手段。可以检测出设备、零部件的表面及其材料内部、零部件之间的结合部是否有缺陷，包括气 孔、夹渣、裂纹及腐蚀等缺陷。 常规无损检测方法有：超声检测(UltrasonicTesting ，UT) ；射线检测(RadiographicTesting ，RT) ；磁粉检测 (Magnetic particle Testing ，MT) ；渗透检验(PenetrantTesting ，PT) ；涡流检测(EddycurrentTesting ，ET)。 非常规无损检测技术有：声发射(AcousticEmission ，AE) ；泄漏检测(Leak Testing ，LT) ；光全息照相 (OpticalHolography) ；红外热成像(InfraredThermography) ；微波检测(MicrowaveTesting)。 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。信号处理 是故障诊断技术的核心之一，也是理论研究的热点之一。它实际上就是特征量的选择提取技术，几乎包 括现代所有的信息处理技术所能提供的手段，如数字信号处理、时间序列分析、信息理论、图像识别及 应用数学等。频谱分析技术