什么是振动监测？振动监测对工业设备有什么意义？

什么是振动监测？振动监测对工业设备有什么意义？

2023-04-17 15:39:17

振动是一种普遍存在的现象，对旋转类设备①而言，绝大多数故障都与机械运动或振动密切相关。一台设计合理、运转健康的机械设备常规振动烈度也较低，但当其内部零部件发生磨损、错位、松动、密封不严等细微变化时，振动的能量就会随之产生不同的变化，因此振动加剧是设备即将发生故障的重要标志之一，也是设备运维过程中判断设备运转健康与否的重要条件之一。

最早期的传统工业设备运维，常常采用人工巡检。手摸、耳听，经验丰富的检修师傅可以经由听音棒、压力仪表等工具的辅助对设备运行情况进行判断。后来，电子检测辅助工具如笔式测振仪等，开始广泛应用在日常设备巡检工作中，离线点检成为工业维护的主流方式。用户对振动的理解不再局限于人工判断中简单的“震感大、噪声大、升温高”，高频振动监测数据的挖掘在设备维护领域逐渐被人们熟知。

振动监测是指应用振动传感器对机械设备振动信号进行采集、处理，并结合被监测对象的历史状况，定位故障点位、分析故障原因的一种预测性维护手段，具有诊断直接、监测实时和故障类型覆盖范围广的特点。

可以理解为振动监测为机械设备提供了一个反馈记录，它可以捕捉并记录设备的每一次微小振动数据。至今，振动诊断的理论和测量方法都已经较为成熟，成为无损检测技术②中最为常见、便捷、有效的机械故障的诊断技术手段之一。

近年来，随着芯片技术及AI智能领域的快速发展，工业设备智能化也在传统制造业遍地开花，智能振动传感器的问世让振动数据得到了更加深度、有效的挖掘利用，原始振动波形数据的采集分析为设备的故障预测带来更多信息，让振动监测更为精密。

在深入了解振动监测前，我们先来关注基础核心名词——振动。

振动是指物体相对于平衡位置所作的往复运动。机械振动是复杂的，而所有的复杂振动都可以看做是若干个不同特征值的简谐振动的组合。

也就是说，利用频谱分解的手段，我们可以将复杂振动分解为各个简谐振动，此时的简谐分量及其各自的振幅、频率和初相位就叫作复杂振动的频谱。

在物理学的定义中，振动三要素分别为振幅、频率、相位。

△ 振动三要素间关系

1、振幅A（Amplitude）

在机械振动中，振幅是物体振动时离开平衡位置最大位移的绝对值，描述了物体振动幅度的大小和振动的强弱，分别可以用振动位移、振动速度、振动加速度值加以描述和计量。振动位移具体地反映了间隙的大小，振动速度反映了能量的大小，振动加速度反映了冲击力的大小。

2、频率f（Frequency）

频率f是物体每秒钟内振动循环的次数，单位是赫兹（Hz）。振动按频率范围分，可以分为低频振动f<10Hz、中频振动f=10~1000Hz和高频振动f>1000Hz。较为早期的故障特征通常也在较高频率范围内发生。

频率是振动特性的标志，是分析振动原因的重要依据。对旋转机械来说，转子每旋转一周就是完成了一个振动过程，为一个周期，或者说振动循环变化了一次。在振动信号分析中，常将振动频率与设备转速做比较：1X表示与转速频率相等的频率，称之为工频或基频；0.5X表示半频；2X表示二倍频；3X表示三倍频，依次后推。

△ 某电机轴系松动故障倍频显示

频率分析是振动故障诊断领域最基本的工具之一，不同故障往往所对应的频率不同，所以故障特征频率也是判断故障的必要条件之一。

3、相位（Initial phase）

相位是在给定时刻振动体被测点相对于固定参考点的位置，单位是度（°）。

相位是振动在时间先后关系上或空间位置关系上相互差异的标志，例如同一部件不同位置处的振动或不同部件之间的振动。对于单通道的振动信号来说，相位仅仅反映了时间为零时的初始状态；如果是多通道同步采集到的振动信号，相位就变得很有意义。相位的时序（即：信号先后的时序关系）反映了各路振动信号的传递路径远近，可以以此来确定振源。在复杂周期信号合成中，每一简谐振动的初相位直接影响合成后振动信号的形态。

△ 一体式设备云盒，提供多通道同步采集

在上文我们提到，振动监测的核心原理是通过分析振动图谱来定位故障点位及原因。那么振动频图谱都有哪些？

速度、加速度作为振动的基础要素，速度/加速度频谱图、速度/加速度波形图则是振动分析的基础图谱。除此之外，还有趋势图、包络谱图等用以辅助判断故障。下面我们来看一个轴承早期故障及润滑不良案例中的实际图谱汇总。

△ 常用图谱

△ 加速度包络谱图，常用于轴承故障判断

上述图谱可以看出，在故障发生早期，振动便会产生变化，依赖于采集振动数据的准确性及完整性，再通过对图谱的综合分析，即可完成设备故障点位及原因的判断，故障超前预警也就可以轻松实现了。先进的设备预测性维护解决方案提供商还会开发智能分析及诊断辅助工具等，为用户提供更加直观、便捷的振动监测体验。

工业设备智能运维的舞台已经随着人工智能化及芯片技术的发展渐渐拉开帷幕，振动监测作为一种技术手段，其精准性及便捷性也在发生着日新月异的变化。无线技术、多轴振动采集、高防护等级、边缘计算功能、私有化部署等等，用户的需求也在不断升级与更新，唯一不变的，是工业数智化变革的决心与方向。

释义：

②无损检测技术：是指在检查机械材料内部不损害或不影响被检测对象使用性能,不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、状态及缺陷的类型、数量、形状、性质、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。

编　　辑丨毛 娜

校　　对丨毛 娜

本文来自微信公众号：湃方科技PI2Star

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内容来自百家号 查看原文