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工业设备声学在线检测/监测解决方案


   复杂机电系统故障的辐射噪声可以有效反应设备工作状态,故障状态下其辐射噪声也包含了主要故障信息,因此声学测量方法在复杂机电系统故障的检测和诊断方面应用广泛,如电力、汽车、轨道列车、机械设备的设计、检测和维护等。声学测量方法通常采用声传感器和振动加速度计采集声与振动信号,振动加速度计等测量手段需要固定在试件表面,影响试件工作或模态分析,基于声传感器的声学测量方案属于非接触测量,适用性广泛。

1.矢量振速传感器检测优势

  传统标量声传感器具有全指向性,在近场测量时容易受环境噪声和被测试件其他部位噪声干扰,需要做一定信号预处理来提高信噪比,或直接采用声传感器阵列来提高信噪比。声矢量传感器在低频带具有8字指向性,即天然具有空间滤波特性,可近距离采集试件微弱噪声信号。若进一步采用声矢量传感器阵列,可以进一步获得超增益指向性,精确定位微小异常噪声源位置。

2.应用案例(某轴承转动异响噪声分析)

对某轴承组合结构在不同工况下的噪声进行采集,采集现场如下,在轴承结构两侧靠近轴承部分安装两个传感器进行声信号采集。

1679559161598460.png 

组合轴承结构的噪声信号采集

各轴承转动噪声信号数据说明如下表所示,其中

所有测量的转动工况均为电机驱动。

测量时均在较为安静的背景环境下测试。

被测设备

转动工况

转速/pm

数据文件名称

备注

轴承结构2

逆时针转动

1

Recording3-1


逆时针转动

15

Recording3-2

响声较大

顺时针转动

1

Recording3-3


顺时针转动

15

Recording3-4

响声较大,咔咔哗哗声

轴承结构2为组装结构,是将29号轴承和34号轴承组合而成的一个整体结构。同样分别测量了顺时针、逆时针,以及两种转速下,共四种对照试验。结构2在两种不同转速下的时频图如下:

1679559245202082.png1679559256885989.png

                  (a) 29号轴承时频域(1pm)           (b) 34号轴承时频域(15pm)

13组合轴承结构2的噪声信号采集

从上图可以看到:

在转速1 pm的情况下,能量集中在3 kHz以下,整体强度不大,在2 kHz左右有能量较为集中的线谱,声压级为52.7 dB

在转速15 pm的情况下,结构2表现出了一些异常噪声。从时域来看,表现出一定的周期性,周期长度约为50 s左右;从频域来看,在2 kHz附近出现明显能量集中的带宽较宽的峰值,高频段一直到10 kHz能量都有所增加;从声压级来看,达到70.6 dB,整体强度较大。




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