1、 Copyright BMA Advanced Instrument Ltd.振动和冲击脉冲的区别振动和冲击脉冲的区别 振动和冲击脉冲的区别振动和冲击脉冲的区别 一、振动和脉冲的概念：一、振动和脉冲的概念：1、振动的概念、振动的概念 机械或结构在平衡位置附近的往复运动机械或结构在平衡位置附近的往复运动;广义广义地说，任何物理量交替增减变化的现象都叫做振地说，任何物理量交替增减变化的现象都叫做振动。动。2、脉冲的概念、脉冲的概念 脉搏的跳动产生的冲击波。脉冲的定义其实是脉搏的跳动产生的冲击波。脉冲的定义其实是这样的这样的:电压或电流的波形象心电图上的脉搏跳电压或电流的波形象心电图上的脉搏跳动的波
2、形。动的波形。 二、振动和脉冲的区别二、振动和脉冲的区别 1、振动和脉冲产生的原因不同？、振动和脉冲产生的原因不同？1）冲击脉冲信号的产生）冲击脉冲信号的产生 冲击脉冲是在刚性材料中传播的一种弹性波，是刚性冲击脉冲是在刚性材料中传播的一种弹性波，是刚性物体之间（如钢）相互碰撞的结果。由于碰撞的原因，冲物体之间（如钢）相互碰撞的结果。由于碰撞的原因，冲击点处的材料分子受到加速度作用，并通过靠近冲击点的击点处的材料分子受到加速度作用，并通过靠近冲击点的材料分子传递至周围的分子中，直到形成一个特性波（我材料分子传递至周围的分子中，直到形成一个特性波（我们称为前导波）。们称为前导波）。 若碰撞点上的材
3、料足够坚硬且碰撞发生在极短的时间段内若碰撞点上的材料足够坚硬且碰撞发生在极短的时间段内，则会生成非常强烈的前导波，且该波在材料中以声速传，则会生成非常强烈的前导波，且该波在材料中以声速传播。如图播。如图1所示。前导波在钢中的传播速度通常为所示。前导波在钢中的传播速度通常为5000m/s，持续的时间一般为几微秒到几十微秒。，持续的时间一般为几微秒到几十微秒。图图1：弹性波前的产生为点对点碰撞的结果：弹性波前的产生为点对点碰撞的结果 前导波 2）、）、振动信号的产生振动信号的产生 振动是物体受到外力的作用，在外力作用下做功，并将能振动是物体受到外力的作用，在外力作用下做功，并将能量进行传递一种形式
4、，它是一种受到外力作用后的一种效量进行传递一种形式，它是一种受到外力作用后的一种效果体现。假如不考虑阻尼的作用，物体必将持续运动。现果体现。假如不考虑阻尼的作用，物体必将持续运动。现实生活中，阻尼必然存在，所以，物体的振动必将受到持实生活中，阻尼必然存在，所以，物体的振动必将受到持续外力的激励才能持续的振动。阻尼的大小决定振动的类续外力的激励才能持续的振动。阻尼的大小决定振动的类型和大小。型和大小。 3）、振动和脉冲产生的先后顺序和关系）、振动和脉冲产生的先后顺序和关系 小钢球撞击铁棒的试验小钢球撞击铁棒的试验 撞击首先产生脉冲信号撞击首先产生脉冲信号-红色部分红色部分 铁棒接收到冲铁棒接收到
5、冲击后转换成运击后转换成运动形式动形式-振动振动 由于持续的激励，振动由于持续的激励，振动和脉冲信号叠加在一起和脉冲信号叠加在一起 冲击脉冲只传播于坚硬材料（如钢）中，具有非常急剧的冲击脉冲只传播于坚硬材料（如钢）中，具有非常急剧的上升和下降时间的弹性波，在整体材料中的传播速度为音上升和下降时间的弹性波，在整体材料中的传播速度为音速（一般为速（一般为5000m/s）。冲击脉冲生成于相碰撞的两个物）。冲击脉冲生成于相碰撞的两个物体的接触点，如滚动体撞击滚道上剥落处的尖锐边缘，体的接触点，如滚动体撞击滚道上剥落处的尖锐边缘，持持续的时间一般为几微秒到几十微秒续的时间一般为几微秒到几十微秒。冲击脉冲
6、的频率组成。冲击脉冲的频率组成范围非常宽，包含很多高频能量；范围非常宽，包含很多高频能量；由于上面的原因，我们通过振动来分析冲击信号，根本没由于上面的原因，我们通过振动来分析冲击信号，根本没有可能，分析的信号仅仅是振动的信号，因为振动传感器有可能，分析的信号仅仅是振动的信号，因为振动传感器的响应范围一般在的响应范围一般在10KHz左右，高频信号丢失；左右，高频信号丢失；如设备不平衡所产生的机械波，并不属于冲击脉冲，不含如设备不平衡所产生的机械波，并不属于冲击脉冲，不含有高频能量，是典型的振动波；有高频能量，是典型的振动波；冲击脉冲的幅值与冲击瞬间的相对速度成正比。冲击脉冲的幅值与冲击瞬间的相对
7、速度成正比。 三、脉冲信号的捕捉方式三、脉冲信号的捕捉方式 问题一：问题一：前面我们说到，脉冲信号持续时间很短，持续的时前面我们说到，脉冲信号持续时间很短，持续的时间一般为间一般为几微秒到几十微秒几微秒到几十微秒，这么短的时间必然带来一个问，这么短的时间必然带来一个问题题-如何保证前后冲击信号这间不互相叠加和干扰？如何保证前后冲击信号这间不互相叠加和干扰？为了解释这个问题，我们来做一个试验：为了解释这个问题，我们来做一个试验：我们用一支钢笔敲击杯子,会产生嗡嗡的声音;连续敲击就产生叠加的声音信号 如果我们敲击1次,马上用手抓住杯子,声音就马上消失 通过这个试验通过这个试验,我们知道避免前后冲击
8、信号的干扰我们知道避免前后冲击信号的干扰,必须在必须在硬件上做处理硬件上做处理.这也是为什么脉冲和振动传感器不能互换这也是为什么脉冲和振动传感器不能互换的原因之一。的原因之一。振动传感器既用来采集振动信号又采集脉冲振动传感器既用来采集振动信号又采集脉冲信号是不可能的。信号是不可能的。 问题二问题二 脉冲是一个高频的信号，高频信号一般能量很低，如何捕脉冲是一个高频的信号，高频信号一般能量很低，如何捕捉到这样的信号？捉到这样的信号？ 脉冲传感器工作频率设定在脉冲传感器工作频率设定在32KHz共振峰处，不同于振动共振峰处，不同于振动传感器设在振动传感器灵敏度曲线直线段部分，一般频率传感器设在振动传感
9、器灵敏度曲线直线段部分，一般频率范围在范围在1-10KHz。冲击脉冲利用共振效应来取信号，这样可以将信号放大冲击脉冲利用共振效应来取信号，这样可以将信号放大5-7倍，确保可以抓到可靠信号。倍，确保可以抓到可靠信号。前提是共振，前提是共振，如何保证脉冲传感器能在如何保证脉冲传感器能在32KHz发生共振至发生共振至关重要。关重要。 时域中上升和下降持续时间短的强烈脉冲 频域中包含很宽高能量的频率成分 能量 频率 时间 幅值 傅里叶变换 前面我们讲过，脉冲信号持续时间很短，在时域中相当于一根线。如上左图前面我们讲过，脉冲信号持续时间很短，在时域中相当于一根线。如上左图所示。所示。对这样的信号进行傅里
10、叶变换，根据数学上的斯托克斯定律，就能看到如上对这样的信号进行傅里叶变换，根据数学上的斯托克斯定律，就能看到如上右图所示的频谱，在这个频谱图中包含几乎所有的频率成分，当然也包含右图所示的频谱，在这个频谱图中包含几乎所有的频率成分，当然也包含32KHz频率成分，必然激起冲击脉冲传感器发生共振。频率成分，必然激起冲击脉冲传感器发生共振。 时域中上升和下降持续时间较长的轻微脉冲时域中上升和下降持续时间较长的轻微脉冲 频域中包含较少高频能量的频率成分频域中包含较少高频能量的频率成分 幅值 能量 时间 频率 傅里叶变换 轻微脉冲，进行傅里叶变换后，频域中不含高频率能量成分，也就不可能轻微脉冲，进行傅里叶
11、变换后，频域中不含高频率能量成分，也就不可能激起传感器共振，也就抓不到放大的信号。激起传感器共振，也就抓不到放大的信号。 问题三问题三 反过来，脉冲传感器可以用来做振动分析吗？反过来，脉冲传感器可以用来做振动分析吗？答案是否定的，为了说明这个问题，我们看一下脉冲信号答案是否定的，为了说明这个问题，我们看一下脉冲信号的处理过程：的处理过程： 信号进行1次带通滤波，过滤掉低频的信号 0 半波整流 0 包络处理 0 共振捕捉的信号 由于信号中的低频率信号被过滤，所以如设备不平衡、不对中信号、松动由于信号中的低频率信号被过滤，所以如设备不平衡、不对中信号、松动等信号被彻底拿掉了，所以脉冲信号不能分析普
12、通振动的问题。等信号被彻底拿掉了，所以脉冲信号不能分析普通振动的问题。 问题四问题四 冲击脉冲信号能做什么分析？冲击脉冲信号能做什么分析？我们通过对轴承滚动体和滚道间相互作用的研究，我我们通过对轴承滚动体和滚道间相互作用的研究，我们发现即使在状况非常良好的轴承中，每秒内也会产生上们发现即使在状况非常良好的轴承中，每秒内也会产生上百次的冲击脉冲，这些冲击脉冲正是源自所有滚动轴承中百次的冲击脉冲，这些冲击脉冲正是源自所有滚动轴承中极小的微米级的碰撞。极小的微米级的碰撞。在健康、润滑良好的轴承中，只有粗糙表面中最高的凸在健康、润滑良好的轴承中，只有粗糙表面中最高的凸起会产生接触（贯穿油膜），所以会产
13、生相对来说比较低起会产生接触（贯穿油膜），所以会产生相对来说比较低幅的冲击脉冲；而在润滑较差的轴承中，重复率和幅值都幅的冲击脉冲；而在润滑较差的轴承中，重复率和幅值都会增高。我们还发现滚道或滚动体有损坏的轴承会产生很会增高。我们还发现滚道或滚动体有损坏的轴承会产生很高幅值的冲击脉冲，其重复率取决于轴承的几何参数和轴高幅值的冲击脉冲，其重复率取决于轴承的几何参数和轴的转速。冲撞所产生的冲击脉冲的力量和碰撞物体间的相的转速。冲撞所产生的冲击脉冲的力量和碰撞物体间的相对速度有关。以滚动轴承为例，生成的冲击脉冲的幅值和对速度有关。以滚动轴承为例，生成的冲击脉冲的幅值和滚动体的速度成正比。滚动体的速度成
14、正比。 通过通过40多年大量的实践证明，冲击脉冲来诊断滚动轴承故障具有振动多年大量的实践证明，冲击脉冲来诊断滚动轴承故障具有振动无法比拟的优势。无法比拟的优势。（1）比振动提前预知滚动轴承的故障，因为冲击脉冲共振放大的作用；）比振动提前预知滚动轴承的故障，因为冲击脉冲共振放大的作用；（2）能诊断滚动轴承的故障，而且可以诊断润滑的状况；见动画。）能诊断滚动轴承的故障，而且可以诊断润滑的状况；见动画。（3）诊断齿轮箱滚动轴承故障更清晰。因为齿轮箱上齿轮的啮合振动信号）诊断齿轮箱滚动轴承故障更清晰。因为齿轮箱上齿轮的啮合振动信号很强，常常把滚动轴承的振动信号淹没掉。冲击脉冲把齿轮的啮合信号过很强，常
15、常把滚动轴承的振动信号淹没掉。冲击脉冲把齿轮的啮合信号过滤掉，只保留滚动轴承的信号，分析起来更容易。滤掉，只保留滚动轴承的信号，分析起来更容易。 问题五问题五 为什么设定冲击脉冲传感器共振频率为为什么设定冲击脉冲传感器共振频率为32KHz？冲击脉冲传感器包含黄铜棒和带通滤波器的设计，确保每冲击脉冲传感器包含黄铜棒和带通滤波器的设计，确保每个传感器都在个传感器都在32KHz发生共振。由于冲击脉冲包含很宽范发生共振。由于冲击脉冲包含很宽范围的频率信号，其中必然含有触发传感器振动的围的频率信号，其中必然含有触发传感器振动的32KHz频频率成分，这样冲击脉冲传感器在接触冲击脉冲时由于共振率成分，这样冲
16、击脉冲传感器在接触冲击脉冲时由于共振放大的作用，使得传感器反应很明显。放大的作用，使得传感器反应很明显。 所有冲击脉冲传感器都经过一致校准，在接触冲击脉冲时所有冲击脉冲传感器都经过一致校准，在接触冲击脉冲时，能具有完全同等的性能，即幅值和衰减时间都是一致的，能具有完全同等的性能，即幅值和衰减时间都是一致的，且所有传感器几乎完全相同。这也振动传感器做不到的，且所有传感器几乎完全相同。这也振动传感器做不到的主要原因，我们都知道每个振动传感器都有自己的灵敏度主要原因，我们都知道每个振动传感器都有自己的灵敏度，需要单独设置。，需要单独设置。与使用标准振动传感器的振动包络技术比较，由于其技术与使用标准振动传感器的振动包络技术比较，由于其技术是基于设备自身的结构共振频率，不同设备结构共振频率是基于设备自身的结构共振频率，不同设备结构共振频率差异很大，所以当振动传感器接触冲击脉冲时，其性能表差异很大，所以当振动传感器接触冲击脉冲时，其性能表现特征非常不明显。现特征非常不明显。32KHz的共振频率是个最佳的折中办法，因为其大于由不的共振频率是个最佳的折中办法，因为其大于由不平衡、不对中和齿轮啮合所产生
