描述:美國晶鉆CoCo80機(jī)械振動故障監(jiān)測分析儀CoCo80 是*個集振動數(shù)據(jù)采集儀、動態(tài)信號分析儀和長時間數(shù)據(jù)記錄儀于一體的手持式設(shè)備。其中動態(tài)信號分析(Dynamic Signal Analysis ,DSA)功能適用于所有信號頻率在0~100KHz 之間的信號分析應(yīng)用,這些信號可以來自于機(jī)械、電子、地球物理、網(wǎng)絡(luò)、通信、液壓等任何感興趣的系統(tǒng)。
美國晶鉆CoCo80機(jī)械振動故障監(jiān)測分析儀
美國晶鉆儀器(Crystal Instrument)公司
美國晶鉆儀器(CI)公司位于加州硅谷,1996年正式成立,是一家活躍在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、測試儀器、數(shù)字信號處理技術(shù)的高技術(shù)公司。在過去10余年的發(fā)展過程中,開發(fā)的振動測試、信號分析和數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品廣泛用于各國軍工、航空、航天、汽車和電子領(lǐng)域。終端客戶包括波音、NASA、歐洲航天局、美國福特、通用、IBM、思科、戴爾等上百家著名公司。
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特別在振動控制器和動態(tài)信號分析儀方面取得了一系列成果,如2000年發(fā)布Laser系列振動控制器,對業(yè)界產(chǎn)生了革命性的影響,目前占50%*,后為LDS收購;除產(chǎn)品外CI還提供硬件及軟件定制開發(fā)的工程服務(wù)。公司擁有30多名開發(fā)工程師,在計算機(jī)、電子技術(shù)、機(jī)電控制及其它相關(guān)工程領(lǐng)域具有豐富的經(jīng)驗 ,CI的工程師在數(shù)據(jù)采集、實(shí)時控制及信號分析領(lǐng)域擁有多項磚利。
2007年后,CI公司相繼發(fā)布了新一代的動態(tài)信號分析儀CoCo80和Spider80在業(yè)內(nèi)引起廣泛關(guān)注,和用戶的一至好評。
目前美國CI公司下設(shè):市場與銷售(北美、海外)、軟件工程部、DSP工程部、硬件工程部、及生產(chǎn)管理部等部門,有員工50多人,其中核心研發(fā)人員30多人。
CI公司對產(chǎn)品質(zhì)量有著嚴(yán)格的要求,所有產(chǎn)品均由加州硅谷著名的電子儀器代工廠Electromax制造生產(chǎn)。(Electromax為高科技電子產(chǎn)業(yè)提供一系列的制造解決方案,公司擁有自動裝配和測試設(shè)備領(lǐng)域內(nèi)的*技術(shù),擁有50,000平方英尺的級生產(chǎn)設(shè)施,能夠支持的從新品發(fā)布到批量生產(chǎn)全過程的項目。
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CoCo80 機(jī)械振動點(diǎn)檢儀功能說明
總述
CoCo80 是*個集振動數(shù)據(jù)采集儀、動態(tài)信號分析儀和長時間數(shù)據(jù)記錄儀于一體的手持式設(shè)備。其中動態(tài)信號分析(Dynamic Signal Analysis ,DSA)功能適用于所有信號頻率在0~100KHz 之間的信號分析應(yīng)用,這些信號可以來自于機(jī)械、電子、地球物理、網(wǎng)絡(luò)、通信、液壓等任何感興趣的系統(tǒng)。而振動數(shù)據(jù)采集儀(Vibration Data Collector,VDC)功能主要用于測試分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備,其提供了一個方便的振動數(shù)據(jù)采集方式,可以通過預(yù)定義的巡檢路徑進(jìn)行采集,也可以直接現(xiàn)場采集并進(jìn)行分析。
CoCo80 硬件上有2,4,8 個輸入通道三種配置。當(dāng)在VDC 模式下運(yùn)行時,CoCo80 的通道1 同樣可以被設(shè)置為轉(zhuǎn)速測量通道,從而在采樣旋轉(zhuǎn)機(jī)械或往復(fù)式機(jī)械的振動數(shù)據(jù)的同時,對設(shè)備轉(zhuǎn)速進(jìn)行同步測量。
在CoCo80 上動態(tài)信號分析儀模式和振動數(shù)據(jù)采集儀模式具有不同的用戶界面。其風(fēng)格和設(shè)置習(xí)慣是不同的,以針對這兩個不的工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)系統(tǒng)啟動時,用戶可以選擇進(jìn)入其中某一種模式。VDC 模式的用戶界面設(shè)計為快速進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并且簡單易用,而更專業(yè)專注于研究與開發(fā)工作的用戶可以選擇DAS 模式,而不用VDC.
工程數(shù)據(jù)管理軟件EDM(Engineering Data Management)是運(yùn)行于微軟Windows (XP,Vista)操作系統(tǒng)的,用于VDC 數(shù)據(jù)后處理、報告、數(shù)據(jù)文件管理,以及存檔、分析和趨勢等應(yīng)用。用戶可以按其需要的方式進(jìn)行創(chuàng)建、備份、分割或合并路徑數(shù)據(jù)庫。
EDM 軟件通過USB 或以太網(wǎng)與CoCo80 設(shè)備進(jìn)行同步,可以上載EDM 數(shù)據(jù)庫中的機(jī)器信息和路徑設(shè)置到 CoCo80 上,在數(shù)據(jù)采集完成后,采集到的數(shù)據(jù)可以下載到EDM 中,其中現(xiàn)場測量(路徑以外)的數(shù)據(jù)也同樣可以下載到EDM,與路徑采集的數(shù)據(jù)一同存儲。振動數(shù)據(jù)儀采集功能集成了“路徑采集”與“現(xiàn)場測量”兩種測量方式,其中現(xiàn)場測量方式允許用戶脫離采集路徑的限制,典型的測量應(yīng)用如:升/降轉(zhuǎn)速測量、動態(tài)平衡等。
美國晶鉆CoCo80機(jī)械振動故障監(jiān)測分析儀適用于DSA 和VDC 兩個市場。在此之前,傳統(tǒng)的DSA產(chǎn)品不適用于VDC 市場,主要原因在于DSA 產(chǎn)品體積大、功耗高,不便于攜帶。另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的VDC 產(chǎn)品也不適用于DSA應(yīng)用,因為其測量通道數(shù)少、精度、性能指標(biāo)較低,而CoCo80目前能同時適應(yīng)這兩個市場的產(chǎn)品,當(dāng)用戶關(guān)心的是常規(guī)的振動數(shù)據(jù)采集,他可以選用VDC 模式;如果其應(yīng)涉及高級的時間域信號分析,如長時間波形記錄、倍頻程分析或者數(shù)字濾波器等,他可以方便地切換到DSA 模式進(jìn)行測試分析。這種雙模式的設(shè)計簡化了VDC 的用戶界面。
路徑巡檢采集
振動數(shù)據(jù)采集儀(VDC)是專為機(jī)器設(shè)備振動檢測和狀態(tài)監(jiān)測行業(yè)而設(shè)計的,其用戶界面也與單純的動態(tài)信號分析儀功能不同。主要功能有:巡檢路徑和測量規(guī)程設(shè)置工具、標(biāo)準(zhǔn)的振動數(shù)據(jù)監(jiān)測項目,如rms、 頻段rms、總量級rms、峰值等,以及時間波形、頻譜和包絡(luò)譜測量等。
使用時采集儀從PC 上接收一個或多個路徑設(shè)置,路徑設(shè)置是一個經(jīng)過索引排序的文件,其包含了預(yù)告定義好的機(jī)器測點(diǎn)、測量規(guī)程和參數(shù)等信息。巡檢路徑在PC 機(jī)上進(jìn)行設(shè)置,再上載到CoCo 儀器上。PCWindows 軟件EDM 可以方便地設(shè)置任意組合的巡檢路徑,工廠,機(jī)器和測量點(diǎn),并提供管理、備份所有數(shù)據(jù)的功能。
上面左邊的圖是顯示了一個路徑的示例。右邊是根據(jù)測量規(guī)程正在進(jìn)行的一個測點(diǎn)采集過程。下圖是巡檢路徑在EDM 軟件上進(jìn)行編輯。
一個典型的振動數(shù)據(jù)采集過程包含以下步驟:
1. 用EDM 軟件,定義一系列測點(diǎn),這些測點(diǎn)與具體的機(jī)器設(shè)備相關(guān)。
2. 為每個測點(diǎn)定義一個或若干個測量規(guī)程。每個測量規(guī)程定義了測量物理量及采用的傳感器,如加速度、速度、位移等,待測內(nèi)容,如波形、頻譜、包絡(luò)譜等,以及相應(yīng)的測量參數(shù),如FFT 譜線數(shù)、加窗類型、平均方式等。
3. 一個數(shù)據(jù)采集巡檢路徑,由這些預(yù)定義的測點(diǎn)按規(guī)定的順序組成,也就是說一個”路徑”實(shí)際就是按某種順序?qū)@些測點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的測點(diǎn)列表。
4. 用戶將CoCo80 與PC 機(jī)聯(lián)接,從PC 機(jī)上載路徑,及相關(guān)的測點(diǎn)、測量規(guī)程信息到CoCo80
5. 具體負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集工作的現(xiàn)場點(diǎn)檢人員,拿著CoCo80 按路徑的定義的順序,一個一個地采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
6. 采集完成后,CoCo-80 被帶回辦公室并與PC 機(jī)聯(lián)接,將采集好的振動數(shù)據(jù)下載到PC 機(jī)上。
7. zui后用戶可以在EDM 軟件上顯示、分析這些數(shù)據(jù),并產(chǎn)生相應(yīng)的趨勢,異常或報警報告。
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同步CoCo和PC機(jī)
通過幾種硬件接口,有多方式可以在CoCo 和EDM 軟件之間傳遞路徑和測量數(shù)據(jù)。EDM 軟件可以通過USB 或以太網(wǎng)接口與CoCo 保持信息同步。EDM 數(shù)據(jù)庫中發(fā)生的改變可以被更新到CoCo 中,同樣CoCo 中采集的數(shù)據(jù)也被復(fù)制到EDM 數(shù)據(jù)庫中,并與相應(yīng)的測點(diǎn)、機(jī)器、工廠等信息相綁定。
另一個同步方式是,EDM 也可以直接從SD 卡上讀取CoCo 的測量數(shù)據(jù),只要把SD 卡放入讀卡器就行了。
趨勢與報警
趨勢是指按一定的時間間隔存儲有效的振動數(shù)據(jù)記錄,并將這些振動數(shù)據(jù)的相關(guān)頻率的量級變化按時間繪制成圖形。如果發(fā)現(xiàn)某個頻率上量級的趨勢一直向上,就說明機(jī)器設(shè)備有隱患正在增大。zui簡單的應(yīng)用振動趨勢概念的方法是先將一個正常工作狀態(tài)下的機(jī)器振動頻譜作為參考,或稱為基準(zhǔn)線,然后將該機(jī)器zui近的頻譜測量結(jié)果與基準(zhǔn)線進(jìn)行比對。
在趨勢分析中,關(guān)鍵是要保持測量歷程的*性。所謂*性是指,相同的測量物理位置、相同的測量參數(shù)設(shè)置、相同的分析以及相同的信號提取算法,如果不能保持*性,這種比較就沒有意義了。當(dāng)用FFT 分析儀或數(shù)據(jù)采集儀采集振動數(shù)據(jù)時,采用對頻譜進(jìn)行多次平均以減少隨機(jī)量和無關(guān)的干擾,是非常重要的。
EDM 軟件和CoCo 支持多種趨勢分析,所有的讀值記錄都可以進(jìn)行趨勢分析:
1.加速度 rms, peak and peak-peak、2.速度 rms, peak and peak-peak、3.位移 rms, peak and peak-peak
另一個高級的功能是用戶可以自定義若干頻率帶,并對這些頻帶的RMS 值進(jìn)行趨勢分析。
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升/降轉(zhuǎn)速分析
升降轉(zhuǎn)速分析是一種實(shí)時的數(shù)據(jù)記錄和分析工具,用于其振動量級隨運(yùn)行速度或時間而變化的機(jī)器設(shè)備,如在一個開停機(jī)的過程中,或其它一些應(yīng)用中所引起的瞬態(tài)變化過程。一個主要的應(yīng)用是用于確定機(jī)器設(shè)備的臨界/共振速度。分析結(jié)果可以多種方式顯示,以保證數(shù)據(jù)可以被zui合適抽取和顯示,以下是用戶常用 的顯示方式:
11頻帶RMS vs. RPM、11 n 階幅值 vs. RPM、11波特圖、11瀑布圖、1彩圖
這些圖形顯示可以使用戶快速地了解設(shè)備的振動量級與轉(zhuǎn)速或時間的變化關(guān)系。而且關(guān)鍵的是操作者可以鎖定機(jī)器設(shè)備的臨界或共振點(diǎn)的運(yùn)行速度。另一方面,用戶也可以使用長時間波形記錄功能,來采集振動和轉(zhuǎn)速信號并以時間波形的方式存儲。這種長時間記錄波形可以用EDM 后處理軟件進(jìn)行任意次數(shù)的離線分析。
原始的轉(zhuǎn)速脈沖信號波形
RPM vs 時間
RPM 瀑布圖 (常頻率帶寬)
RPM 彩圖 (常頻率帶寬)
頻帶 RMS vs RPM:
階次譜
兩個總量級 RMS 信號vs RPM
RPM 彩圖 (常階次域)
1x 階幅值 和相位vs RPM (波特圖)
1x 1x 階幅值 和相位極坐標(biāo)顯示
軸心軌跡圖 (濾波后的)
撞擊測試
撞擊測試是分析一個機(jī)器或結(jié)構(gòu)的模態(tài)響應(yīng)的簡單方法。當(dāng)受到?jīng)_擊時,一個機(jī)器或結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一個寬頻帶的激勵,其中與結(jié)構(gòu)的自然頻率*的激勵頻率成份,會使用結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振,表現(xiàn)為在這些頻率帶上振動值比正常值要高。在撞擊測試期間,CoCo80 通過加速度傳感器測量振動的幅值和頻率,并且顯示幅值vs 頻率圖,其峰值代表了結(jié)構(gòu)的固有模態(tài),并且zui尖的峰值處就是有危害的幅值向量。
通常在大多數(shù)機(jī)器振動監(jiān)測中,獲得精確的傳遞函數(shù)并不重要,而重要的是獲得結(jié)構(gòu)的各階振動模態(tài)的頻率,位置,以及這些模態(tài)的阻尼比等參數(shù)。
CoCo 可以無需一個特別的帶力傳感器的沖擊力錘就可以進(jìn)行撞擊測試,只要用一個合適的物體,如一根木棒,或硬像膠棒等擊打結(jié)構(gòu)就可以。撞擊測試可以按設(shè)備“開機(jī)”和“關(guān)機(jī)”兩種模式進(jìn)行。設(shè)備“關(guān)機(jī)”是推薦模式,指沒有旋轉(zhuǎn)或其它激勵激作用于設(shè)備,這樣一次撞擊測試可以測到清楚的共振動狀態(tài),如下:
撞擊測試顯示
設(shè)備開機(jī)是應(yīng)用于轉(zhuǎn)子仍然工作時,此時受迫激勵作用于整個振動系統(tǒng)中。此時采用一個特殊的測試算法:負(fù)平均法,顯示如下:
動平衡
同,現(xiàn)場動平衡功能可以引導(dǎo)用戶按步驟地對機(jī)器的安裝在軸承上的轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡操作,使其正常工作。大型設(shè)備如汽輪機(jī)、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)電樞等,經(jīng)常需要在兩次大修間進(jìn)行現(xiàn)場動平衡。糾正不平衡需要對1 個或2 個平面確定過重點(diǎn),這取決于轉(zhuǎn)子半徑和剛度。一個過重點(diǎn)是指在轉(zhuǎn)子半徑上的某個位置,其質(zhì)量超重。與過重點(diǎn)相反的徑向方向就是需要進(jìn)行配重的位置。不過,除非預(yù)先知道平衡的狀態(tài),否則無法確定配重點(diǎn)。因此大多數(shù)現(xiàn)場動平衡都采用影響因子方法來計算配重。
如圖,加速度傳感器安裝在轉(zhuǎn)子軸承上以采集振動信號。轉(zhuǎn)速信號用于計算旋轉(zhuǎn)速度并與振動信號同步,以計算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度。
動平衡模擬圖
影響因子算法用于確定旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)對于不平衡質(zhì)量變化的反應(yīng)程度。首先一塊試重被加到轉(zhuǎn)子上使用振動的幅值或相位產(chǎn)生變化。這塊已知質(zhì)量和位置的試重塊生產(chǎn)的不平衡性影響,或稱影響系數(shù)被計算出來。單面動平衡過程用于確定一個面的質(zhì)量位置響應(yīng)系數(shù),而多面動平衡過程用于確定多個平面的響應(yīng)系數(shù)。鑒于初始配重后的振動可以看成是初始的不平衡性引起的反映,因此以此計算初始不平衡質(zhì)量及影響因子。這就使得系統(tǒng)可以為每一個平面計算需要配置的質(zhì)量和位置。初始平衡后通常還需要第二次平衡轉(zhuǎn)動以驗證平衡效果。
動平衡過程
測量2 個平面的不平衡向量
估計配重
給出配重安裝位置,指導(dǎo)安裝
完成后的信息匯總
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