10典型测试系统设计实例总结

1、第十章第十章测试技术测试技术典型测试系统设计实例典型测试系统设计实例内容内容1.2.3.4.5.6.塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试无心磨削的工件棱圆度精密检测无心磨削的工件棱圆度精密检测高速机车轴温测试系统高速机车轴温测试系统润滑油膜厚度检测润滑油膜厚度检测缝纫机噪声源测试分析缝纫机噪声源测试分析旋转机械故障监测诊断网络化系统旋转机械故障监测诊断网络化系统概念，学会分析方法与设计思路概念，学会分析方法与设计思路希望同学们希望同学们“知行合一知行合一”重点重点：掌握一些具体的测试技术，对一个测试系统的设计有一个基本的掌握一些具体的测试技术，对一个测试系统的设计有一个基本的内容内容?

2、一个测试系统的设计涉及：一个测试系统的设计涉及：明确测试任务明确测试任务制定测试方案制定测试方案选择传感器选择传感器设计后续测试系统设计后续测试系统测试系统效能分析测试系统效能分析?回顾：回顾：测试系统的组成：测试系统的组成：1、塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试? 测试任务：测试任务：对新设计的某型号塔式起重机样机对新设计的某型号塔式起重机样机进行进行强度检测强度检测? 测试目的：测试目的：通过测试来通过测试来验证理论计算验证理论计算，为，为产品的进一步改进提供依据产品的进一步改进提供依据对样机对样机提出评价意见提出评价意见，作为新，作为新产品鉴定的依据产品鉴定的依据强度检测强度检

3、测归结于归结于正、切应力测量正、切应力测量判断最大应力是否大于许用应力判断最大应力是否大于许用应力注意参考相关行业的国标、行标，规范检测注意参考相关行业的国标、行标，规范检测1、塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试? 测试方案：测试方案：问题最终归结于测量问题最终归结于测量最危险截面最危险截面的静态与动态应力应变的静态与动态应力应变测量方法：应变片测量方法：应变片+ +电桥电桥静态应力测试系统框图静态应力测试系统框图动态应力测试系统框图动态应力测试系统框图静态测量静态测量时由于有多个测点，通常配用预调平衡箱，利用外加电阻对时由于有多个测点，通常配用预调平衡箱，利用外加电阻对电桥调平衡，

4、以便于与应变仪连接电桥调平衡，以便于与应变仪连接动态测量动态测量由于测点少不需要配用预调平衡箱，直接调应变仪即可，使由于测点少不需要配用预调平衡箱，直接调应变仪即可，使用光线示波器作为动态应变记录装臵用光线示波器作为动态应变记录装臵1、塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试? 测试方案：测试方案：测点布臵：测点位臵和测点方向是影响结构强度试验是否可靠的两个测点布臵：测点位臵和测点方向是影响结构强度试验是否可靠的两个重要因素重要因素测点方向：测点方向：找出最大应变方向找出最大应变方向测点位臵：测点位臵：断面正应力布点：采用断面正应力布点：采用角点法角点法，在角点处沿棱线方向布臵应变片在角点

5、处沿棱线方向布臵应变片平面应力布点：一般应用平面应力布点：一般应用应变花应变花测量主应力测量主应力1、塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试? 测试方案：测试方案：测试条件：测试条件：1 1）载荷不包括吊钩重量，载荷误差应小于）载荷不包括吊钩重量，载荷误差应小于1%1%；各工况皆是处于空钩；各工况皆是处于空钩离地状态时进行仪器调零；测试数据均为吊重引起的应力，不应包括离地状态时进行仪器调零；测试数据均为吊重引起的应力，不应包括自重和风阻应力；自重和风阻应力；（假设条件）（假设条件）2 2）测试温度）测试温度10102525，湿度，湿度50%50%70%70%，风力，风力1 1级；级；（环

6、境条件）（环境条件）3 3）给出测试工况说明，即：测试中选取了五种不同起重重量、三种）给出测试工况说明，即：测试中选取了五种不同起重重量、三种变幅幅度、两种方位角进行组合变化，分别测试各种工况下最大应力。变幅幅度、两种方位角进行组合变化，分别测试各种工况下最大应力。（测试工况）（测试工况）?1、塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试? 测试方案：测试方案：测试步骤：测试步骤：1 1）检查和调整试验样机；）检查和调整试验样机；2 2）粘贴应变片并干燥、密封、检查绝缘；接好应变测试系统，调试）粘贴应变片并干燥、密封、检查绝缘；接好应变测试系统，调试仪器，合理选择灵敏度，消除不正常现象；仪器，

7、合理选择灵敏度，消除不正常现象；3 3）取空载状态作为初始状态，将应变仪调零；）取空载状态作为初始状态，将应变仪调零；4 4）按照测试工况，分别测试各种情况下的最大应力。）按照测试工况，分别测试各种情况下的最大应力。?1、塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试?数据处理与结果分析：数据处理与结果分析：静态：相同试验条件下多次测量取平均值静态：相同试验条件下多次测量取平均值动态：用光线示波器记录下动态应变曲线动态：用光线示波器记录下动态应变曲线单向应力状态的应力计算：单向应力状态的应力计算：?i? E?i静态静态?max?E?max?E?iK?max?动态动态?max：测点在动态应变测试曲

8、线中的：测点在动态应变测试曲线中的：各测点实际应变值：各测点实际应变值最大应变最大应变?：测点在动态应变测试中的平均：测点在动态应变测试中的平均应变应变1、塔式起重机结构强度测试塔式起重机结构强度测试? 数据处理与结果分析：数据处理与结果分析：由于塔机结构受力的主应力方向已知，如果沿主应力方向测得的主应由于塔机结构受力的主应力方向已知，如果沿主应力方向测得的主应变为变为?1和和?2，则主应力为，则主应力为E?1?(?1?2)21?E?2?(?2?1)21?平面应力状态的应力计算平面应力状态的应力计算判断判断计要求计要求？若满足且有较大余量则说明安全系数较大，符合设若满足且有较大余量则说明安全系

9、数较大，符合设2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测?测试任务：测试任务：特点：特点：加工中并不需要顶尖等夹具夹持，而是依靠砂轮、导轮和托加工中并不需要顶尖等夹具夹持，而是依靠砂轮、导轮和托架的相互作用来自动定位，由导轮的摩擦力带动工件旋转，同时由架的相互作用来自动定位，由导轮的摩擦力带动工件旋转，同时由导轮的摩擦力和砂轮的切削力使工件稳定地支撑在托架上进行自动导轮的摩擦力和砂轮的切削力使工件稳定地支撑在托架上进行自动定心，从而实现砂轮对工件外圆的连续加工定心，从而实现砂轮对工件外圆的连续加工问题：问题：利用外圆表面三点定位保证直径尺寸以形成外圆形状，却会利用外圆表面三

10、点定位保证直径尺寸以形成外圆形状，却会造成回转的动态不稳定和工件外圆形状为棱圆的问题造成回转的动态不稳定和工件外圆形状为棱圆的问题，一般为低次，一般为低次的的3 3、5 5、7 7次奇数棱圆和高次的次奇数棱圆和高次的1212、1414、1616次偶数棱圆，次偶数棱圆，尤其以三尤其以三棱圆最为常见棱圆最为常见砂轮工件导轮三棱圆：三棱圆：托架2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测?测试任务：测试任务：为了保障无心磨加工的工件质量，需要为了保障无心磨加工的工件质量，需要对棱圆的棱数和棱圆度进行对棱圆的棱数和棱圆度进行精密地检测精密地检测，并实现量化分析和评估，要求测量精度达到

11、微米级，并实现量化分析和评估，要求测量精度达到微米级，以满足磨削加工的要求以满足磨削加工的要求2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测?测试方案：测试方案：直接测量外圆外径的方法：直接测量外圆外径的方法：将棱圆将棱圆进行角度等分，再测量出相应的直进行角度等分，再测量出相应的直径数值，经数据处理即可获得棱圆径数值，经数据处理即可获得棱圆的棱数和圆度误差的棱数和圆度误差从无心磨加工特点可知，棱圆的各从无心磨加工特点可知，棱圆的各个方向直径在加工过程中是被保证个方向直径在加工过程中是被保证的，因而对的，因而对直径测量是无法反映棱直径测量是无法反映棱圆形状测量的圆形状测量的2、无

12、心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测?测试方案：测试方案：由于工件的回转中心有时是变动的，虽然保证了直径尺寸精度，但由于工件的回转中心有时是变动的，虽然保证了直径尺寸精度，但加工出来的工件外圆仍然不是一个圆，加工出来的工件外圆仍然不是一个圆，工件圆度不能保证工件圆度不能保证棱圆圆度棱圆圆度获取获取体现体现棱圆各个方向的外圆表面到圆心的距离不同棱圆各个方向的外圆表面到圆心的距离不同使用位移传感器使用位移传感器2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测?测试方案：测试方案：测量系统需要包含测量系统需要包含四个部分：四个部分：回转工作台：回转工作台：以实现工件

13、的回转以实现工件的回转位移测量传感器：位移测量传感器：测量外圆位移的动态数值测量外圆位移的动态数值位移传感器的调理装臵位移传感器的调理装臵信号处理和显示装臵信号处理和显示装臵传感器工件回转台信号调理信号处理及显示2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测?传感器选择：传感器选择：传感器选择应考虑的要求：传感器选择应考虑的要求：为满足棱圆的位移测量，保证磨削加工的工件测量精度为微米级，为满足棱圆的位移测量，保证磨削加工的工件测量精度为微米级，就必须选用就必须选用高精度的位移传感器高精度的位移传感器；由于是磨削加工，外圆形状误差不会很大，由于是磨削加工，外圆形状误差不会很大，小

14、量程小量程即可满足测量要即可满足测量要求；求；本测量系统作为研究所构建，因此对工件的棱圆度测量确定为本测量系统作为研究所构建，因此对工件的棱圆度测量确定为非在非在线方式线方式，低速回转低速回转下测量即可，下测量即可，传感器的频响特性不需要很高传感器的频响特性不需要很高；同时测量方式同时测量方式可选用接触或非接触方式可选用接触或非接触方式，但要，但要考虑传感器成本考虑传感器成本2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测?传感器选择：传感器选择：备选传感器：备选传感器：1 1）变间距电容传感器）变间距电容传感器优点：优点：测量精度高，灵敏度高，响应速度快，能抵抗高温、振动和潮测

15、量精度高，灵敏度高，响应速度快，能抵抗高温、振动和潮湿，特别适湿，特别适用于恶劣环境中作非接触测量，适应于测位移小量程用于恶劣环境中作非接触测量，适应于测位移小量程缺点：缺点：测量电路较为测量电路较为复杂复杂，一般采用调幅电路或调频电路，后续调理电，一般采用调幅电路或调频电路，后续调理电路相对复杂，增加了系统复杂性，所以路相对复杂，增加了系统复杂性，所以不作考虑不作考虑2 2）电涡流传感器）电涡流传感器优点：优点：具有灵敏度高、响应快速、非接触测量的特点具有灵敏度高、响应快速、非接触测量的特点缺点：缺点：常规类型量程常规类型量程1 12 2，从实际应用来讲，其精度不足；如选用高精，从实际应用来

16、讲，其精度不足；如选用高精度型，其量程为度型，其量程为250250，分辨率，分辨率0.010.01，但这种类型，但这种类型成本较高成本较高，而且，而且易受工件残易受工件残余磁场干扰余磁场干扰，所以，所以不作考虑不作考虑2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测?传感器选择：传感器选择：备选传感器：备选传感器：3 3）差动变压器位移传感器）差动变压器位移传感器能提供所需的准确度、精度和可靠性能提供所需的准确度、精度和可靠性，尽管为接触式测量，但考虑作为研究尽管为接触式测量，但考虑作为研究使用，棱圆测量的工作量不大，而且使用，棱圆测量的工作量不大，而且该测量传感器已成功应用于圆

17、度仪作该测量传感器已成功应用于圆度仪作为测量头，因此考虑选用它为测量头，因此考虑选用它差动变压器位移差动变压器位移传感器传感器圆度仪圆度仪2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测?信号处理方法的选择：信号处理方法的选择：由由位移数据波动的频率位移数据波动的频率与与工件回转频率工件回转频率的倍数即可确定棱圆的棱数的倍数即可确定棱圆的棱数谱分析法：谱分析法：时域时域ARAR谱分析方法：谱分析方法：不易确定参数不易确定参数的阶数（即的阶数（即k k值），长数据计值），长数据计算量大算量大?频域傅氏谱分析方法频域傅氏谱分析方法：长数据采集方便，亦可获得高的频率分辨率：长数据采集方

18、便，亦可获得高的频率分辨率x(n)? ?akx(n?k)?u(n)k?1p?Px(?)?21?ake?j?kk?1p2获获得得参参数数Gx(?)?2Sx(?)?2?Rx(?)e?j?d?(?0)单边谱密度单边谱密度Gx(?)AR谱分析法谱分析法2、无心磨削的工件棱圆度精密检测、无心磨削的工件棱圆度精密检测?测试系统的设计与分析：测试系统的设计与分析：传感器传感器电感式测微仪电感式测微仪数据采集卡数据采集卡PCPC主机主机虚拟仪器实现信号采集、数据分析和处理、结果输出及图形用户操虚拟仪器实现信号采集、数据分析和处理、结果输出及图形用户操作界面等，虚拟仪器形式进行构建非常方便，可大大缩短系统的开作

19、界面等，虚拟仪器形式进行构建非常方便，可大大缩短系统的开发周期，易于实现发周期，易于实现3、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统?测试任务：测试任务：问题描述：问题描述：由于机车速度提高和牵引功率增大，使得机车与钢由于机车速度提高和牵引功率增大，使得机车与钢轨的冲击、动力效应和振动增大，导致机车走行部分的轴箱轴承轨的冲击、动力效应和振动增大，导致机车走行部分的轴箱轴承、牵引电动机轴承、抱轴承及空心轴承的发热增多。当轴承磨损、牵引电动机轴承、抱轴承及空心轴承的发热增多。当轴承磨损和产生缺陷时，这些轴承的不正常发热增大，轻则热轴、固死造和产生缺陷时，这些轴承的不正常发热增大，轻则热轴、固死造

20、成机损，影响机车正常运转；重则造成疲劳破坏和热切轴，车毁成机损，影响机车正常运转；重则造成疲劳破坏和热切轴，车毁人亡，人亡，严重影响铁路运输安全，造成巨大的生命和财产损失严重影响铁路运输安全，造成巨大的生命和财产损失测试目的：测试目的：1 1、对高速机车的轴箱轴承、牵引电机轴承、抱轴承及空心轴承、对高速机车的轴箱轴承、牵引电机轴承、抱轴承及空心轴承处的温度进行在线监测，确保机车运行的安全处的温度进行在线监测，确保机车运行的安全2 2、在司机室向司机实时显示各测点的实际温度，温度超标时发、在司机室向司机实时显示各测点的实际温度，温度超标时发出声音报警并用指示灯显示该点轴位和存储报警信息出声音报警

21、并用指示灯显示该点轴位和存储报警信息3 3、存储各测点的最大温升率和对应的时间，供分析故障时查询、存储各测点的最大温升率和对应的时间，供分析故障时查询，以作参考，以作参考3、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统?测试任务：测试任务：主要技术参数：主要技术参数：测温范围：测温范围：-55-55+125+125测温精度：测温精度：1 1 （0 08585）测温点数：测温点数：3838点（可根据不同车型而增减）点（可根据不同车型而增减）报警温度：报警温度：按绝对温度（按绝对温度（7575）和相对温度（环境温度）和相对温度（环境温度+55+55）报警）报警供电电压：供电电压：110VDC (11

22、0VDC (波动范围：波动范围：65140VDC)65140VDC)；功耗小于；功耗小于15W15W其他要求：其他要求：抗干扰能力强抗干扰能力强适应恶劣的工作环境适应恶劣的工作环境系统可靠性高系统可靠性高有完善的自检功能有完善的自检功能数据自动存储和查询数据自动存储和查询3、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统?测试方案：测试方案：传感器的选择：传感器的选择：半导体半导体PNPN结温度传感器：结温度传感器：1 1）测量误差大测量误差大。PNPN结温度传感器容易老化、失效；测点到仪表结温度传感器容易老化、失效；测点到仪表的引线较长，引线误差较大。的引线较长，引线误差较大。2 2）连线多，环

23、节多，）连线多，环节多，结构复杂结构复杂。3 3）需定期标定，工作量大，传感器的）需定期标定，工作量大，传感器的互换性差互换性差。4 4）传输弱小的模拟信号，）传输弱小的模拟信号，抗干扰能力弱抗干扰能力弱，测量结果的，测量结果的稳定性和稳定性和可靠性差可靠性差，因此，因此对于本测试任务难以胜任对于本测试任务难以胜任地面红外线机车轴温检测仪：地面红外线机车轴温检测仪：只能在机车通过监测点时监测，不能对行车区间内的轴温变化只能在机车通过监测点时监测，不能对行车区间内的轴温变化进行监测，也不能监测牵引电机轴承和抱轴承温度进行监测，也不能监测牵引电机轴承和抱轴承温度?3、高速机车轴温测试系统、高速机车

24、轴温测试系统?测试方案：测试方案：传感器的选择：传感器的选择：? 数字式温度传感器（数字式温度传感器（DS1820DS1820温度传感器芯片）温度传感器芯片）：1) 1) 无需外围器件无需外围器件2) 2) 温度测量范围：温度测量范围：-55-55-125125，分辨率为，分辨率为0.50.5。3) 3) 将温度转换为数字量的时间小于将温度转换为数字量的时间小于200ms200ms。4) 4) 采用串行单总线结构传输数据，即仅用一根数据线接收命令采用串行单总线结构传输数据，即仅用一根数据线接收命令和传送数据。和传送数据。5) 5) 测温误差：测温误差：11。6) 6) 用户可自定义永久的报警温

25、度设臵。用户可自定义永久的报警温度设臵。7) 7) 可用于恒温控制、工业系统、消费品、温度表和其他热敏系可用于恒温控制、工业系统、消费品、温度表和其他热敏系统。尤其适合于工业现场的温度监测和控制，统。尤其适合于工业现场的温度监测和控制，抗干扰能力强抗干扰能力强，能，能适应恶劣的工业环境，适应恶劣的工业环境，工作稳定可靠工作稳定可靠。3、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统?测试方案：测试方案：检测计算机系统的选择：检测计算机系统的选择：工业控制计算机：功能强大、运算速度快、编程方便（采用高工业控制计算机：功能强大、运算速度快、编程方便（采用高级计算机语言）、通用性强，但其级计算机语言）、

26、通用性强，但其体积较大，价格也较高体积较大，价格也较高，所以常，所以常用于参量类型和数目较多、要求运算速度快、显示界面复杂的监测用于参量类型和数目较多、要求运算速度快、显示界面复杂的监测和控制任务和控制任务ARMARM板计算机：功能和运算速度板计算机：功能和运算速度介于工业控制计算机与单片计介于工业控制计算机与单片计算机之间算机之间，比工业控制计算机低，但比单片计算机高出许多；其体，比工业控制计算机低，但比单片计算机高出许多；其体积比工业控制计算机小许多，但比单片计算机大；其价格比工业控积比工业控制计算机小许多，但比单片计算机大；其价格比工业控制计算机低许多，但比单片计算机高制计算机低许多，但

27、比单片计算机高3、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统?测试方案：测试方案：检测计算机系统的选择：检测计算机系统的选择：单片机：单片机具有结构简单、价格低廉、功能相对简单等特单片机：单片机具有结构简单、价格低廉、功能相对简单等特点，但其运行速度较慢和数据处理能力较弱，所以常用于参量类型点，但其运行速度较慢和数据处理能力较弱，所以常用于参量类型和数目较少、要求运算速度不高、显示界面简单的小型监测和控制和数目较少、要求运算速度不高、显示界面简单的小型监测和控制任务，其最典型的应用是自动（智能）监测仪表任务，其最典型的应用是自动（智能）监测仪表从成本、体积、计算性能要求等方面考虑从成本、体积、

28、计算性能要求等方面考虑，选择，选择单片机单片机3、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统?测试系统的设计：测试系统的设计：系统硬件构成图系统硬件构成图数据传输：数据传输：采用串行单总线结构，提高数据传输的可靠性和节采用串行单总线结构，提高数据传输的可靠性和节省连线省连线单总线接口原理图单总线接口原理图3、高速机车轴温测试系统、高速机车轴温测试系统?测试系统的设计：测试系统的设计：软件设计：软件设计：程序核心是主机与程序核心是主机与传感器的单总线串行通信传感器的单总线串行通信?抗干扰设计抗干扰设计系统电源：系统电源：磁环吸收，滤波器磁环吸收，滤波器系统主板：系统主板：加粗电源线和地线加粗电源

29、线和地线地线有效接地地线有效接地加屏蔽钢板加屏蔽钢板三极管改为小继电器三极管改为小继电器软件：软件：自动复位能力自动复位能力对未测到数据的点多次测量对未测到数据的点多次测量主程序流程图主程序流程图4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?测试任务：测试任务：重要性：重要性：在高速、重载、高温条件下在高速、重载、高温条件下工作的机器，摩擦、磨损又是其发生工作的机器，摩擦、磨损又是其发生故障的最主要原因，而润滑则是减少故障的最主要原因，而润滑则是减少摩擦与磨损的简便而有效的方法。对摩擦与磨损的简便而有效的方法。对于一些重要场合，对轴承的润滑状态于一些重要场合，对轴承的润滑状态常有非常严格的要求，否则

30、将常有非常严格的要求，否则将严重影严重影响轴承的工作性能和使用寿命响轴承的工作性能和使用寿命。为保。为保证轴承处于液体动力润滑状态，必须证轴承处于液体动力润滑状态，必须满足满足最小油膜厚度处轴承两表面不直最小油膜厚度处轴承两表面不直接接触接接触的条件的条件任务：任务：对摩擦副间微小区域内的油膜对摩擦副间微小区域内的油膜厚度进行直接测量，监测油膜的工作厚度进行直接测量，监测油膜的工作状态状态4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?测试方案：测试方案：检测油膜厚度可以有多种手段：检测油膜厚度可以有多种手段：电阻法：电阻法：通过测量油膜的电阻大小来判断其厚度，然而由于油膜的通过测量油膜的电阻大小来判

31、断其厚度，然而由于油膜的电学性能极不稳定，在电阻的标定上存在很大的困难，不能定量地电学性能极不稳定，在电阻的标定上存在很大的困难，不能定量地反映油膜厚度的数值反映油膜厚度的数值一般采用电阻法进行一般采用电阻法进行定性测量定性测量，仅用它来鉴别润滑油膜存在与否，仅用它来鉴别润滑油膜存在与否放电电压法：放电电压法：利用电压击穿的原理，根据电压与电流的关系来推算利用电压击穿的原理，根据电压与电流的关系来推算出代表油膜厚度的放电电压。然而，由于润滑剂的性质和纯洁程度出代表油膜厚度的放电电压。然而，由于润滑剂的性质和纯洁程度对放电电压的影响，测量结果的对放电电压的影响，测量结果的 稳定性较差稳定性较差，

32、所以此法也不能满意，所以此法也不能满意地用作油膜厚度的定量测定地用作油膜厚度的定量测定4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?测试方案：测试方案：电容法：电容法：当润滑油的介电常数已知后，根据电容值随油膜的厚度增当润滑油的介电常数已知后，根据电容值随油膜的厚度增大而降低的变化关系测得油膜厚度大而降低的变化关系测得油膜厚度主要困难在于建立电容值和油膜厚度的关系时油膜间隙形状不明确主要困难在于建立电容值和油膜厚度的关系时油膜间隙形状不明确X X光透射法：光透射法：金属能够吸收金属能够吸收X X光而不能使光而不能使X X光穿过，而润滑油却允许光穿过，而润滑油却允许X X光穿光穿过，并且在一定条件下透

33、过油膜的过，并且在一定条件下透过油膜的X X光强度与油膜厚度成正比光强度与油膜厚度成正比困难是必须对射向油膜的光束以及它与油膜的相对位臵进行精确的调整困难是必须对射向油膜的光束以及它与油膜的相对位臵进行精确的调整激光衍射法：激光衍射法：当激光束通过无油的缝隙时，由于衍射现象将在屏幕上出当激光束通过无油的缝隙时，由于衍射现象将在屏幕上出现条纹。测量衍射条纹的宽度即可算出缝隙的宽度，测量精度相当高。现条纹。测量衍射条纹的宽度即可算出缝隙的宽度，测量精度相当高。但当缝隙中充满润滑油时，衍射宽度将受到油的密度、粘度和折射率等但当缝隙中充满润滑油时，衍射宽度将受到油的密度、粘度和折射率等因素的影响，对于

34、给定的润滑油品种，能够确定衍射条纹宽度和油膜厚因素的影响，对于给定的润滑油品种，能够确定衍射条纹宽度和油膜厚度的关系度的关系主要困难是所测缝隙的下限值较大。主要困难是所测缝隙的下限值较大。 例如对于功率为例如对于功率为 1mW1mW的激光器，若的激光器，若缝隙小于缝隙小于7.627.62mm时，屏幕上的条纹就模糊。时，屏幕上的条纹就模糊。 因此要测量较窄的缝隙得因此要测量较窄的缝隙得采用更大功率的激光器采用更大功率的激光器4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?测试方案：测试方案：? 光纤检测法：光纤检测法：利用光纤作为传感器进行测量。利用光纤作为传感器进行测量。特点：特点：光纤传感器具有灵敏

35、度高、频光纤传感器具有灵敏度高、频带宽、测量范围大、抗电磁干扰、耐带宽、测量范围大、抗电磁干扰、耐高压、耐腐蚀、保密性好、在易燃易高压、耐腐蚀、保密性好、在易燃易爆环境下安全可靠、便于与计算机等爆环境下安全可靠、便于与计算机等智能设备相连接、在线测量和自动控智能设备相连接、在线测量和自动控制等优点。制等优点。选择光纤传感器实现润滑油膜厚度的选择光纤传感器实现润滑油膜厚度的精密检测精密检测有很大的优越性，是一个比有很大的优越性，是一个比较理想的解决方案较理想的解决方案4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?传感器选择：传感器选择：反射式强度调制光纤位移传感器（非功能型）反射式强度调制光纤位移传感

36、器（非功能型）距光纤端面距光纤端面d d的位臵放有反光物体的位臵放有反光物体平面反射镜，它垂直于输入平面反射镜，它垂直于输入和输出光纤轴移动，故在平面反射和输出光纤轴移动，故在平面反射镜之后相距镜之后相距d d处形成一个输入光纤处形成一个输入光纤的虚像。这里平面反射镜就是一种的虚像。这里平面反射镜就是一种调制器，确定调制器的响应等效于计算虚光纤与输出光纤之间的耦调制器，确定调制器的响应等效于计算虚光纤与输出光纤之间的耦合。设输出光纤与输入光纤间的间距为合。设输出光纤与输入光纤间的间距为 a a，芯径为，芯径为2r2r，r r是光纤半径，是光纤半径，输入与输出光纤端部与反射器的距离为输入与输出光

37、纤端部与反射器的距离为d d , ,数值孔径为数值孔径为 NANA，并令，并令T=tan=tanarcsin(NA)T=tan=tanarcsin(NA)，R R是输入光纤的像在输出光纤端部位臵是输入光纤的像在输出光纤端部位臵的光锥底面半径，的光锥底面半径，R=r+2dTR=r+2dT4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?传感器选择：传感器选择：反射式强度调制光纤位移传感器反射式强度调制光纤位移传感器当当da/(2T),d2dT a2dT 时，耦合进输出光纤的时，耦合进输出光纤的光功率为零光功率为零；当当d(a+2r)/d(a+2r)/（2T2T）时，输出光纤与输入光纤的像发出的光锥底端相）

38、时，输出光纤与输入光纤的像发出的光锥底端相交，其相交的截面积恒为交，其相交的截面积恒为rr2，此光锥的底面积为，此光锥的底面积为(2dT)(2dT)2, ,故故在此在此范围内间隙的传光系数恒定范围内间隙的传光系数恒定（一般定义为相交截面积与光锥底面积（一般定义为相交截面积与光锥底面积之比），为（之比），为（r/2dTr/2dT）2；当当a/2Td(a+2r)/2Ta/2Td(a+2r)/2T时，耦合到输出光纤的光通量时，耦合到输出光纤的光通量由输入光纤的由输入光纤的像发出的光锥底面与输出光纤相重叠部分的面积所决定像发出的光锥底面与输出光纤相重叠部分的面积所决定利用利用线性近似法线性近似法来进行

39、计算来进行计算 ，几何分析即可给出输出光纤端面受光，几何分析即可给出输出光纤端面受光锥照射的表面所占的百分比为锥照射的表面所占的百分比为?4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?传感器选择：传感器选择：反射式强度调制光纤位移传感器反射式强度调制光纤位移传感器根据几何关系易得根据几何关系易得故输出光纤接受的光功率故输出光纤接受的光功率P PO O与入射光功率与入射光功率P Pi i之比为之比为若设光敏二极管输入的光强为若设光敏二极管输入的光强为E E。显然有。显然有EFEF4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?传感器选择：传感器选择：反射式强度调制光纤位移传感器的安装反射式强度调制光纤位移传感

40、器的安装设计思路是在滑动轴承的轴颈上贴一块设计思路是在滑动轴承的轴颈上贴一块反射纸，并在轴瓦上安装两根光纤。两反射纸，并在轴瓦上安装两根光纤。两根光纤测量端的端面对齐固定在轴瓦上，根光纤测量端的端面对齐固定在轴瓦上，输入光纤的另一端对准激光光源，输出输入光纤的另一端对准激光光源，输出光纤的另一端则对准光电二极管。光电光纤的另一端则对准光电二极管。光电二极管（二极管（PINPIN管）输出的信号进入后续处管）输出的信号进入后续处理装臵理装臵安装示意图安装示意图4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?传感器选择：传感器选择：反射式强度调制光纤位移传感器的性能分析反射式强度调制光纤位移传感器的性能分析

41、本装臵采用的激光光源为氦氖激光灯，设其输出的光功率为本装臵采用的激光光源为氦氖激光灯，设其输出的光功率为P Pi i。考虑传。考虑传输中光的损耗（设比例系数为输中光的损耗（设比例系数为u u0 0）以及油膜所吸收的光功率（设比例系）以及油膜所吸收的光功率（设比例系数为数为w w），则接受光纤输入的光功率），则接受光纤输入的光功率P P0 0为为P P0 0=u=u0 0wFPwFPi i。所以光电二极管接受。所以光电二极管接受到的光功率为到的光功率为E=uE=u1 1P P0 0式中式中u u1 1为从光纤输入到光敏二极管时，由于损耗而产生的耦合效率系数为从光纤输入到光敏二极管时，由于损耗而产

42、生的耦合效率系数则总的耦合系数则总的耦合系数u u为为u=uu=u1 1u u0 0本装臵所用的光电二极管是一个集成了一个光电二极管本装臵所用的光电二极管是一个集成了一个光电二极管(PIN(PIN管管) )和一个和一个运算放大器的芯片。它直接输出电压，输出电压与芯片接受到的光功率运算放大器的芯片。它直接输出电压，输出电压与芯片接受到的光功率成正比；而且具有很高的灵敏度成正比；而且具有很高的灵敏度S S和线性度。因此，光电二极管输出电压和线性度。因此，光电二极管输出电压为为V=SE=SuwFPV=SE=SuwFP0 0由于有暗电流，所以由于有暗电流，所以实际输出实际输出V=V+SuwFPV=V+

43、SuwFP0 0式中，式中，V V为暗电压（即没有光输入时光敏二极管所输出的电压）为暗电压（即没有光输入时光敏二极管所输出的电压）4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?传感器选择：传感器选择：反射式强度调制光纤位移传感器的性能分析反射式强度调制光纤位移传感器的性能分析根据以上分析可知：根据以上分析可知：1 1）当）当0da/2T0d(a+2r)/2Td(a+2r)/2T时，时，V=V+Kuw(r/2dT)V=V+Kuw(r/2dT)2，则，则输出输出V V随随d d的增大而单调减的增大而单调减小小。为此，为此，当当d=(a+2r)/2Td=(a+2r)/2T时，输出电压时，输出电压V V达到

44、最大达到最大4、润滑油膜厚度检测、润滑油膜厚度检测?后续测量系统：后续测量系统：后续测量系统框图后续测量系统框图?系统分析：系统分析：解决了其他方法无法消除的电磁干扰、使用寿命短、不耐高温、不解决了其他方法无法消除的电磁干扰、使用寿命短、不耐高温、不耐腐蚀等问题耐腐蚀等问题, ,实现了油膜厚度的精密检测。实现了油膜厚度的精密检测。5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析?测试任务：测试任务：对某型号缝纫机噪声进行测试，目的是寻找噪声源，从而为降低其对某型号缝纫机噪声进行测试，目的是寻找噪声源，从而为降低其噪声水平、提高产品质量提供依据噪声水平、提高产品质量提供依据?噪声测量基础：噪声测量

45、基础：声压级声压级LpLp：衡量声音的强弱：衡量声音的强弱pp p：声压：声压Lp?20lgp0p p ：基准声压：基准声压0 0噪声频率噪声频率：查明噪声主要频率：查明噪声主要频率成分，查处噪声产生原因成分，查处噪声产生原因噪声测量可以通过频谱分析仪进行噪声测量可以通过频谱分析仪进行连续谱测量，也可以测量各个频率连续谱测量，也可以测量各个频率带宽内的声压级带宽内的声压级5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析?测试方案：测试方案：不仅要测量噪声大小，而且要找出噪声源不仅要测量噪声大小，而且要找出噪声源缝纫机噪声主要是由结构振动产生的缝纫机噪声主要是由结构振动产生的噪声级测量噪声级测量+

46、 +振动测量振动测量测量内容包括：测量内容包括：不同转速下的噪声水平及振动水平（不同转速下的噪声水平及振动水平（了解噪声源大小了解噪声源大小）同时测量噪声与各部件的振动（同时测量噪声与各部件的振动（判断噪声由那部分振动引起判断噪声由那部分振动引起）采取分步运转方法测量各部件的振动（采取分步运转方法测量各部件的振动（找出振动的主要原因找出振动的主要原因）?测量仪器与方法：测量仪器与方法：噪声测量仪器与测量方法：噪声测量仪器与测量方法：声级计声级计：电容传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波电路、指：电容传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波电路、指示电表、电源示电表、电源5、缝纫机噪声源测试分析

47、、缝纫机噪声源测试分析?测量仪器与方法：测量仪器与方法：噪声测量仪器与测量方法：噪声测量仪器与测量方法：测量条件：必须处于测量条件：必须处于半自由场半自由场，一般在半消声室或开阔空间，一般在半消声室或开阔空间测量时传声器轴线对准缝纫机针板孔并和针板平面成测量时传声器轴线对准缝纫机针板孔并和针板平面成 4545角，且通角，且通过针杆中心所在平面并垂直于缝纫机主轴轴线过针杆中心所在平面并垂直于缝纫机主轴轴线振动测量仪器与测量方法：振动测量仪器与测量方法：选用加速度传感器，通过振动位移的峰峰值来衡量振动大小选用加速度传感器，通过振动位移的峰峰值来衡量振动大小加速度传感器安装于缝纫机针板上送布牙的右侧

48、，测试方向为垂直加速度传感器安装于缝纫机针板上送布牙的右侧，测试方向为垂直于底板的方向于底板的方向5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析?测量结果及分析：测量结果及分析：振动有起伏现象振动有起伏现象振动随转速升高呈增大趋势振动随转速升高呈增大趋势9085700600噪声级/dB(A)振动峰峰值/um80757065605550107412451420160017911966214923252677296032303462374339604191444747494875500400300200100107412451420 1600179119662149 232526772960323

49、0 3462374339604191444747494852转速/rpm缝纫机在不同转速下的振动位移缝纫机在不同转速下的振动位移转速/rpm缝纫机在不同转速下的噪声级缝纫机在不同转速下的噪声级5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析?测量结果及分析：测量结果及分析：146.5Hz146.5Hz73.3Hz517.6Hz振动加速度信号幅值谱振动加速度信号幅值谱声压级信号幅值谱声压级信号幅值谱振动表现出明显的振动表现出明显的谐波特性谐波特性，峰值主要出现在主轴回转频率，峰值主要出现在主轴回转频率 73.3Hz73.3Hz及二倍频上（及二倍频上（146.5Hz146.5Hz）工频及二倍工频振动

50、实际上就是由缝纫机运动部件的动不平衡引起，工频及二倍工频振动实际上就是由缝纫机运动部件的动不平衡引起，因此，因此，设法改进运动部件的动平衡是减小振动噪声的关键设法改进运动部件的动平衡是减小振动噪声的关键5、缝纫机噪声源测试分析、缝纫机噪声源测试分析?测量结果及分析：测量结果及分析：相干分析：相干分析：判断不同频率下振动与噪声的判断不同频率下振动与噪声的相关程度相关程度声振相干函数图（声振相干函数图（4500rpm4500rpm）分析结果：噪声与针板的振动有很大的相关程度。而针板又是紧嵌在分析结果：噪声与针板的振动有很大的相关程度。而针板又是紧嵌在机壳底板上的，与其他部件并无直接接触，故可推知噪

51、声与机壳的振机壳底板上的，与其他部件并无直接接触，故可推知噪声与机壳的振动也有很大的相关程度，因此，降噪也应从抑制动也有很大的相关程度，因此，降噪也应从抑制机壳表面振动入手机壳表面振动入手分步运转试验：分步运转试验：找出哪一个部件是主要激励源找出哪一个部件是主要激励源结果：针刺挑线机构是缝纫机运转时最主要的结果：针刺挑线机构是缝纫机运转时最主要的激励源，应对该机构进行动平衡激励源，应对该机构进行动平衡6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统、旋转机械故障监测诊断网络化系统?设计任务：设计任务：基于国内外网络化设备状态远程监测、故障诊断与服务系统的技基于国内外网络化设备状态远程监测、故障诊断与服务

52、系统的技术发展现状及趋势，以大型关键设备为对象，开发出先进适用的术发展现状及趋势，以大型关键设备为对象，开发出先进适用的网络化设备状态远程监测与故障诊断系统网络化设备状态远程监测与故障诊断系统具体目标：具体目标：1 1）充分利用信息网络，实现）充分利用信息网络，实现旋转设备状态信息采集、存旋转设备状态信息采集、存储、传输、分析和共享等的储、传输、分析和共享等的高度协调和统一高度协调和统一2 2）系统可靠性高、实时处理）系统可靠性高、实时处理能力强的采集和监测硬件平台能力强的采集和监测硬件平台3 3）图形化语言的设备网络监）图形化语言的设备网络监测诊断分析软件系统测诊断分析软件系统6 6、旋转机

53、械故障监测诊断网络化系统、旋转机械故障监测诊断网络化系统?网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案：从功能上分为三个部分：从功能上分为三个部分：网络化的网络化的CPCICPCI设备状态监测单元设备状态监测单元网络数据库网络数据库基于网络的监测诊断软件平台基于网络的监测诊断软件平台CPCICPCI采集监测单元采集监测单元?监测硬件：监测硬件：CPCICPCI主机箱和零槽主机箱和零槽控制器控制器 ，DSPDSP采集处理模块采集处理模块6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统、旋转机械故障监测诊断网络化系统?网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案：CPCICPCI采集监测单元采集监测单元

54、监测软件：监测软件：功能：功能：主要完成设备信息的可靠、实时、主要完成设备信息的可靠、实时、高效的获取、存储、传输工作；将事件高效的获取、存储、传输工作；将事件（升降速过程、报警运行）的过程数据导（升降速过程、报警运行）的过程数据导入到企业级数据库服务器上；通过数据广入到企业级数据库服务器上；通过数据广播或应邀传数的方式为网上的监测系统提播或应邀传数的方式为网上的监测系统提监测单元的功能和数据流程监测单元的功能和数据流程供监测、分析所用的实时数据；通过网络，供监测、分析所用的实时数据；通过网络，进行整个监测单元的组态、维护和设臵进行整个监测单元的组态、维护和设臵整个软件设计分为三层：整个软件设

55、计分为三层： 数据采集管理存储模块数据采集管理存储模块 （关键部分）（关键部分） 、基于事件驱动的设备数据管理模块基于事件驱动的设备数据管理模块 （中间层）（中间层）、网上系统组态和维、网上系统组态和维护模块护模块（脱离（脱离CPCICPCI监测单元而运行在网络层面监测单元而运行在网络层面 ）6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统、旋转机械故障监测诊断网络化系统?网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案：网络数据库网络数据库整个企业数据库的组织采用树状结构，整个企业数据库的组织采用树状结构，分为以下几个层次：分为以下几个层次：1 1）数据库定义包括企业站点基本信息表）数据库定义包括企业站

56、点基本信息表和数据库表的建立和数据库表的建立2 2）节点结构用于定义从工厂、车间、系）节点结构用于定义从工厂、车间、系基于基于CRIS V2.1CRIS V2.1 规范规范统、机组直至某台机器所涉关系、参统、机组直至某台机器所涉关系、参设计的企业数据库设计的企业数据库数、特征的描述数、特征的描述结构示层次意图结构示层次意图3 3）测点结构描述信息的具体测量位臵及）测点结构描述信息的具体测量位臵及类型、传感器相关参数等类型、传感器相关参数等4 4）测点监测说明测点上的报警门限、测量事件和测量数据）测点监测说明测点上的报警门限、测量事件和测量数据6 6、旋转机械故障监测诊断网络化系统、旋转机械故障监测诊断网络化系统?网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断系统方案：网络化监测诊断软件平台网络化监测诊断软件平台该设备监测诊断系统面向企业用户，主要用于企业的监测和诊断。该设备监测诊断系统面向企业用户，主要用于企业的监测和诊断。其中，采用其中，采用DataSocketDataSocket技术实现现场设备状态数据的网络化传输，技术实现现场设备状态数据的网络化传输，而采用而采用ADOADO实现访问企业设备信息数据库中的历史监测数据，从而实现访问企业设备信息数据库中的历史监