第三章診斷理論基礎2023/1/21河海大學第三章診斷理論基礎第一節診斷技術的主要內容與技術基礎2023/1/22河海大學§3-1診斷技術的主要內容與技術基礎一、設備診斷的四大步驟（P8）：(1)信號檢測（狀態量監測）是設備診斷的基礎，是調查研究的階段，也是設備診斷技術中“診”的活動。周詳、細致。（狀態量監測的疏漏可能造成極大的誤診、誤判斷）。(2)特征提取（信號處理）把采集到的信號加工處理，使之成為有用的信息。(3)狀態識別（識別和判斷）識別和判斷出設備故障和異常的部位、原因和程度。(4)預報決策（預測和對策）就是預測設備故障或異?？赡馨l展的速度和后果，提出臨時處理的意見和根本治理的建議。2023/1/23河海大學§3-1診斷技術的主要內容與技術基礎二、設備診斷技術基礎：(1)檢測技術：根據不同的診斷目的，選用適用的檢查測量技術手段，選擇最便于診斷的狀態信號。(2)信號處理技術：從伴有環境噪聲和其他干擾的綜合信號中，把能反映設備狀態的特征信號提取出來的一項基本技術。2023/1/25河海大學§3-1診斷技術的主要內容與技術基礎(3)診斷技術：把經過處理的狀態信號對其特征進行識別和判斷，對其是否存在故障、故障部位、原因、嚴重程度予以確定的一項基本技術。(4)預測技術：對尚未發生的或目前還不明確的事物進行預先估計推測，以此判斷故障的趨勢，以及何時將進入危險范圍的一項基本技術。2023/1/26河海大學§3-2檢測技術基礎第三章診斷理論基礎2023/1/27河海大學§3-2檢測技術基礎一、主動機械征兆檢測技術1.振動音響信號系統(VibrationandSonicSignature)振動法振動模型法音響法

應用診斷技術舉例采用振動的旋轉機械診斷技術采用振動的軸承診斷技術采用振動的齒輪診斷技術2023/1/28河海大學§3-2檢測技術基礎3、壓力信號系統

(PressureSignature)壓力脈動法壓力損失法沖擊壓力法應用診斷技術舉例用壓力脈動診斷油泵的技術用壓力損失診斷堵塞的技術用過渡壓力波型對閥和油缸進行診斷的技術2023/1/210河海大學§3-2檢測技術基礎5、電氣信號系統(ElectricalSignature)波形法·電壓波·電流波·電功率波放電(電暈)法直流分量法泄漏電流法2023/1/212河海大學§3-2檢測技術基礎6、磁力信號系統(MagneticSignature)漏磁量法磁通變形法應用診斷技術舉例用漏磁量法對變壓器進行診斷用磁通變形法診斷電動機異常2023/1/214河海大學§3-2檢測技術基礎7、化學信號系統(ChemicalSignature)固體分析法液體分析法氣體分析法應用診斷技術舉例分析電刷粉末進行整流診斷分析潤滑油診斷機器(SOAP)分析絕緣油可燃性氣體診斷變壓器2023/1/215河海大學§3-2檢測技術基礎8、機械信號系統(MiscellaneousmechanicalSignature)轉速法位移法流量法應用診斷技術舉例根據角加速度診斷旋轉機器用變位法診斷低速軸承用流量法診斷破損情況2023/1/216河海大學§3-2檢測技術基礎二、靜止機械征兆檢測技術表1、振動音響阻抗系統機械阻抗方法音響阻抗方法錘擊法應用診斷技術舉例用機械阻抗法診斷缺陷用音響阻抗法診斷材料的質量用錘擊法診斷缺陷2023/1/217河海大學§3-2檢測技術基礎2、光學系統管內檢查法全息照相法應用診斷技術舉例用光導纖維觀測器觀測管內用全息照相法診斷表面缺陷2023/1/218河海大學§3-2檢測技術基礎4、磁力線扭曲系統應力檢查法強度檢查法應用診斷技術舉例用磁力線的扭曲診斷應力分布用磁力線的扭曲診斷材料的疲勞強度2023/1/220河海大學§3-2檢測技術基礎5、壓力檢查系統水壓檢查法真空檢查法應用診斷技術舉例用水壓檢查法檢測泄漏用真空檢查法檢測泄漏2023/1/221河海大學§3-2檢測技術基礎7、電磁特性系統渦流檢查法磁粉檢查法錄磁檢查法線圈檢查法應用診斷技術舉例用渦流法檢查表面的缺陷用渦流法診斷材料質量用渦流法診斷纜繩的老化情況用渦流法診斷鏈條的老化情況2023/1/223河海大學§3-2檢測技術基礎8、放射線系統透視法放射線同位素示蹤法激活分析應用診斷技術舉例用透視法診斷內部缺陷用放射線同位素示蹤法診斷磨損情況用放射化分析法診斷微量泄漏2023/1/224河海大學第三節信號處理技術第三章診斷理論基礎2023/1/226河海大學§3-3信號處理技術

設備診斷都是在現場相當惡劣的環境條件下進行的。從各種噪聲信號把相當微弱的征兆信號檢測出來，需要使用信號處理技術是關鍵2023/1/227河海大學§3-3信號處理技術一、診斷信號處理技術體系時間系列信號處理技術：信號處理技術用來表現各種參數的時間函數，這些參數包括振動、聲響或各類主要效應參數，是基本的技術，主要有：分離信號和噪聲的技術提取周期性特征的技術提取波形特征的技術推定系統的動態特征的技術識別信號源的技術信號的變換和合成技術預測技術2023/1/228河海大學§3-3信號處理技術信號處理還包括模式識別技術、多變量分析技術及光學處理技術。模式識別技術包括：模式和噪聲的分離技術提取模式特征的技術識別模式集合的技術有關學習機能的技術2023/1/230河海大學§3-3信號處理技術二、設備診斷有效信號處理技術總攬（主要是時間系列信號處理技術）包括：分離信號和噪聲的技術；提取周期性特征的技術；提取波形特征及推斷系統動態特征的技術。2023/1/231河海大學§3-3信號處理技術1．分離信號和噪聲的技術（1）相關法直接相關自相關，互相關瞬時相關，反射波相關同步相關運算相關（間接相關）包絡線運算后的相關極值相關頻率濾波后相關非線性變換后的相關2023/1/232河海大學§3-3信號處理技術（2）濾波法線性濾波器頻率濾波器匹配濾波器加爾曼濾波器摸擬濾波器無源濾波器有源濾波器數字濾波器非線性濾波器—同態濾波器乘積分解卷積分解2023/1/233河海大學§3-3信號處理技術（3）平均化-平均響應法直接平均響應法運算（間接）平均響應法（3）信號的雙重判斷（4）假定檢驗2023/1/234河海大學§3-3信號處理技術

2．提取周期性特征的技術（1）頻譜分析功率譜分析傅氏頻譜分析階比分析倒頻譜分析博立葉變換DET檢波器FFT快速傅立葉變換時間減縮頻率濾波器調諧濾波器掃描濾波器數字濾波器2023/1/235河海大學§3-3信號處理技術（2）相關法自相關，包絡線運算后的自相關與周期函數的互相關（3）信號的積分—平均響應法2023/1/236河海大學§3-3信號處理技術

3．提取波形特征的技術（1）相關法—時間滯后發生器（2）瞬時相關法

Walsh函數傅立葉級數多項式展開（3）頻譜分析功率譜傅立葉頻譜分析階比分析倒頻譜分析重譜分析2023/1/237河海大學§3-3信號處理技術（4）基本統計量概率密度速度變化記錄器極值分布（5）波形處理2023/1/238河海大學§3-3信號處理技術

4．推斷系統動態特性的技術（1）附加試驗信號法過渡響應法階躍響應法錘擊法脈沖響應法平均響應法穩態響應法頻率響應法機械阻抗法隨機響應法相關函數功率譜互功率譜自回歸模擬2023/1/239河海大學§3-3信號處理技術（2）從操作信號進行推斷·相關函數功率譜·互功率譜·自回歸模擬·摸索檢查法連續形離散形擾動形模擬計算法最大傾斜法概率的近似法統計的對策理論2023/1/240河海大學§3-3信號處理技術

5．識別信號源的技術時間域信息時間差測量互相關相干函數頻率域信息傅氏頻譜濾波法非線性濾波器—同態濾波器乘積分解脈動分解迭加分解2023/1/241河海大學第三章診斷理論基礎

第四節識別技術

2023/1/242河海大學§3-4識別技術

一、識別技術種類設備診斷常用的識別方法有兩種：①決定論的識別方法；②統計論(概率和幾何分類)的識別方法。

2023/1/243河海大學§3-4識別技術1、決定論識別法：根據被診斷設備的物理、結構特征和故障機理，從理論和試驗上尋求故障和征兆之間的關系，進而判別故障類別、地點、原因（如圖P68）。這是人們已經習慣的方法，也是現今診斷技術的中心，電力設備和系統也都采用此方法。基于數學模型的參數辨識法是近年發展的新技術。

2023/1/244河海大學§3-4識別技術2、概率論識別技術：這是從設備的數理統計方法得出的數學方面特征，并予以故障分類的方法。如均值、方差、協方差函數及線性預測模型參數等。

2023/1/245河海大學§3-4識別技術

二、決定論識別的參數辨識法

1．基于數學模型的故障診斷原理一個實際的工業系統的數學模型為式中

U和Y——可測的輸入量和輸出量；

Q——系統參數；

X——系統狀態變量；

N——噪聲干擾；

f——系統內部故障因素；——系統輸出量、參數和狀態變化2023/1/246河海大學§3-4識別技術基于數學模型的故障診斷原理:通過可測量的輸入量U，輸出量y，根據已知的數學模型，監視系統內部的狀態參量X和系統參數Q的變化,(因為系統內部的狀態參量和參數的變化的信息有時更能直接反映系統內部故障的部位和嚴重程度)。2023/1/247河海大學§3-4識別技術

2．故障診斷中的參數辨識法當系統的數學模型用微分方程式描述時模型參數可以表示為：模型參數不一定有明確的物理定義，但是很多故障的出現跟一些物理參數的數值變化相關（如電阻、電感和電容等）。模型參數與物理參數存在著一定的隱含關系。因此參數辨識法就是由模型參數確定物理參數的一種基本問題。參數辨識法步驟如圖。2023/1/248河海大學§3-4識別技術

2023/1/249河海大學§3-4識別技術應用：故障信息不能直接反映在可測量的輸入輸出量使用關鍵：①數學模型是否反映設備與系統的相應故障，這取決于對設備與系統故障機理研究是否充分；②模型參數的可辨識性，它取決于是否有相應的傳感器來監測設備的狀態并為參數辨識提供可靠性信息；③參數辨識的方法是否準確。

2023/1/250河海大學§3-4識別技術常用的參數辨識算法有：極大似然法、最小二乘法、互相關法、輔助變量法、隨機逼近法自適應算法。如：最小二乘法的算法診斷鼠籠異常電動機轉子斷條故障

2023/1/251河海大學

第五節預測技術2023/1/252河海大學§3-5預測技術預測技術：是預測設備故障或異常可能發展的速度和后果，提出臨時處理的意見和根本治理的建議。兩種：決定論預測技術概率論預測技術2023/1/253河海大學§3-5