基于傅里葉變換的機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障信息檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙華楠

摘 ?要：振動(dòng)信息通常可以反應(yīng)出機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的故障問(wèn)題，機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)信息可以通過(guò)傅里葉變換得到設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的分析，對(duì)機(jī)械設(shè)備的故障檢測(cè)是一種很好的方法。為提高振動(dòng)故障信息檢測(cè)準(zhǔn)確性，提出基于傅里葉變換的機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障信息檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)構(gòu)建振動(dòng)故障信息采集檢測(cè)硬件設(shè)備和軟件功能實(shí)現(xiàn)，闡述了基于傅里葉變換的振動(dòng)故障信息處理方法。實(shí)驗(yàn)表明，機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障信息檢測(cè)系統(tǒng)可以高準(zhǔn)確率地實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備故障檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：傅里葉變換 ?機(jī)械設(shè)備 ?故障 ?振動(dòng) ?信息檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TP277 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）03（b）-0036-02

現(xiàn)如今，各行各業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)備的技術(shù)要求越來(lái)越高，機(jī)械設(shè)備向著自動(dòng)化發(fā)展，設(shè)備更大，效率更高，復(fù)雜程度和關(guān)聯(lián)性也不斷提升，影響機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行的因素越來(lái)越多，機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障的頻率也越來(lái)越高[1]。機(jī)械設(shè)備的故障嚴(yán)重影響企業(yè)的生產(chǎn)效率，對(duì)生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量沒(méi)有保障，機(jī)械設(shè)備故障沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)還會(huì)引起嚴(yán)重的安全事故，如環(huán)境破壞或人員受傷[2]。

1 ?基于傅里葉變換的機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障信息檢測(cè)系統(tǒng)

該文基于傅里葉變換的機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障信息檢測(cè)系統(tǒng)的流程分為三大部分：振動(dòng)故障信息采集、用傅里葉變換分析振動(dòng)故障信息、故障判定處理。機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障信息檢測(cè)系統(tǒng)的流程，如圖1所示。

對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行情況做實(shí)地檢測(cè)，用振動(dòng)故障信息采集設(shè)備對(duì)機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)信息進(jìn)行收集，對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行故障分類識(shí)別，判定處理方法，停機(jī)檢修或是繼續(xù)運(yùn)行、繼續(xù)檢測(cè)[3]。

1.1 振動(dòng)故障信息采集設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

該文基于傅里葉變換的機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障信息檢測(cè)系統(tǒng)要了解機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，必須采集機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)信息。機(jī)械設(shè)備振動(dòng)的監(jiān)測(cè)有高頻信號(hào)獲取、高精度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)可靠傳輸、能量消耗等問(wèn)題，通過(guò)無(wú)線傳感器可以解決這些問(wèn)題。常見(jiàn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信方式如表1所示。

基于以上分析，該文機(jī)械設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)用星型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心、多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。振動(dòng)故障信息采集設(shè)備硬件由監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)基站、交換機(jī)、監(jiān)測(cè)主機(jī)組成。

安裝在機(jī)械設(shè)備上的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)獲取到振動(dòng)信息后通過(guò)射頻的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信方式傳到監(jiān)測(cè)基站，監(jiān)測(cè)基站通過(guò)交換機(jī)用以太網(wǎng)傳送給監(jiān)測(cè)主機(jī)。監(jiān)測(cè)基站還可以接收到振動(dòng)故障信息檢測(cè)軟件的控制命令，通過(guò)射頻的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信方式發(fā)送給監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)。

1.2 振動(dòng)故障信息檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)

振動(dòng)故障信息檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)的流程圖如圖2所示。

用戶在機(jī)械設(shè)備上安裝好硬件設(shè)備，注冊(cè)登錄系統(tǒng)后進(jìn)入任務(wù)，對(duì)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備可以進(jìn)行采集、查詢、傳輸振動(dòng)數(shù)據(jù)的命令。

在振動(dòng)信息處理模塊，傅里葉變換起到了重要的作用，傅里葉變換是一種全局的變換，可以獲得信號(hào)的頻譜，反應(yīng)信號(hào)的整體信息，公式如下。

F（W）=f（t）e-jwtdt ? ? ? ?（1）

公式（1）中，t為時(shí)間，w為頻率，F(xiàn)（W）為功率譜，f（t）為平均功率，j為復(fù)數(shù)單位。

公式（1）表明，進(jìn)行傅里葉變換實(shí)現(xiàn)測(cè)試，對(duì)傅里葉變換的效果進(jìn)行公正的甄別評(píng)價(jià)，之后對(duì)傅里葉變換的內(nèi)容進(jìn)行精度上的調(diào)整、技術(shù)上的調(diào)整，增添了時(shí)頻域的信息，得到最適合的傅里葉變換實(shí)現(xiàn)方法。

2 ?實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了保證該文設(shè)計(jì)的基于傅里葉變換的機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障信息檢測(cè)系統(tǒng)的有效性，對(duì)系統(tǒng)故障檢測(cè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證。實(shí)驗(yàn)采用該文機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障信息檢測(cè)系統(tǒng)和傳統(tǒng)的振動(dòng)故障信息檢測(cè)系統(tǒng)，選取各參數(shù)指標(biāo)相同的兩臺(tái)機(jī)械設(shè)備，在相同時(shí)間內(nèi)進(jìn)行實(shí)際工作，對(duì)其模擬4個(gè)級(jí)別的故障，故障情況如表2所示。

級(jí)別1故障，缺陷直徑為14mil，速度為1750rpm;級(jí)別2故障，缺陷直徑為21mil，速度為1770rpm以此類推。依次對(duì)這幾個(gè)級(jí)別的故障進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比如圖3所示。

由圖3中可以看出，該文機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障信息檢測(cè)系統(tǒng)比傳統(tǒng)的故障檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果誤差率低，檢測(cè)性能好。

3 ?結(jié)語(yǔ)

該文基于傅里葉變換的機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障信息檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)振動(dòng)故障信息監(jiān)測(cè)判斷機(jī)械設(shè)備故障的功能。由于時(shí)間限制和相關(guān)知識(shí)的欠缺，存在一些問(wèn)題，希望在以后的研究工作中逐步完善。機(jī)械設(shè)備故障檢測(cè)是現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)的迫切需求，有很大的研究空間，希望通過(guò)不斷完善進(jìn)步從而提高我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 李馳，叢培田，段智敏，等.基于自適應(yīng)采樣頻率與AD7606的振動(dòng)信號(hào)采集方法[J].儀表技術(shù)與傳感器，2017（7）：116-120.

[2] 王堯，李陽(yáng)，葛磊蛟，等.基于滑動(dòng)離散傅里葉變換的串聯(lián)直流電弧故障識(shí)別[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2017（19）：122-128.

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