CN101620024B - 一种机械故障冲击的共振解调检测方法 - Google Patents

Abstract

一种机械故障冲击的共振解调检测方法，利用安装在被检测机械上、能平坦检测有限频带加速度的加速度传感器，其输出信号传输到处理加速度传感器受到冲击激励所引发的广义共振信号的电子共振器，而后由电子共振器输出的信号传输到检波器，经检波器输出的信号传输到能够对检波后的单向脉动信号进行平滑滤波、以便对电子共振器的广义共振信号实现包络解调的低通滤波器，最终由低通滤波器输出共振解调检测结果，其特征在于：所述加速度传感器是频率特性含有频率为F1的高频广义共振峰的加速度传感器，匹配的电子共振器的共振频率F2等于或低于加速度传感器频率F1；电子共振器选择加速度传感器受到冲击激励所产生的等于传感器广义共振频率F1的信号、或将传感器的广义共振频率为F1的信号变换为频率等于F2的广义共振信号，并经过检波器检波和低通滤波器平滑滤波，输出共振解调信号。

Description

一种机械故障冲击的共振解调检测方法

技术领域

本发明涉及一种故障检测技术，尤其是以共振解调技术为检测手段的一种机械故障冲击检测方法。主要用于检测机械部件内部的轴承、齿轮、轮轨和相对运动部件之间因为故障缺陷或不当运动所导致的两个零件相互短暂碰撞所产生的冲击，以识别该故障的存在与否和评价故障的冲击程度。

背景技术

产品运行的安全检测需要一种检测机械内部故障在运动中所产生的短暂冲击的方法，该检测对象和方式不同于传统观念上的对产品作脱离运行条件的冲击试验检测。

已有国家标准，例如GJB-150.81-86机械冲击试验标准规定，对产品及带有包装的产品进行冲击试验，以考核无包装产品在运用中受到意外的损害和被包装保护的产品在承受运输、装卸过程中所受到的外力冲击，例如装卸跌落、卡车运输、空运和运用中的意外跌落等等对产品的损害程度和产品经受这些冲击后的可靠性程度。在这些标准中，规定的冲击方式有：

A.半波正弦试验(HalfSine Wave)-外观强度适用；

B.高加速冲击试验；

C.方波试验(Square Wave)-结构强度适用；

D.锯齿波试验(Sawtooth Wave)。

规定的冲击脉冲力的作用时间为11ms～200us不等，冲击的加速度为30g到30000g不等，或者跌落的高度为30cm到170cm不等，跌落的接触地面一般以钢材及水泥地面为主，接触平面须平坦且大于试件最大尺寸。

现有标准和方法均没有涉及机械内部零部件在出现故障等因素后，在运行中相互冲击的检测方法。例如最明显的差别是：机械轴承、齿轮、轨道交通的车轮、机械的转子与静子因故障损伤后的碰撞冲击是高硬度的钢铁材料的相互冲击，该类自然发生的冲击脉冲的时间因相互冲击金属的硬度、冲击的强度和冲击的速度 不同而异，冲击发生后两者立即反弹离开，冲击波的形状主要是半波正弦(HalfSine Wave)，并且该类冲击波的宽度与金属硬度成反比趋势，与冲击强度成正比趋势，与冲击速度成正比趋势；冲击波的持续时间约为8us～50us，明显不同于机械冲击试验标准规定的带包装产品与水泥地面冲击的、或冲击试验机软质冲撞头对产品冲击的、长达200us～11000us的冲击。

传统冲击试验标准所面临的冲击信号时间长，冲击波的频谱范围低，例如200us的半波正弦冲击的频谱第一零点约为7.5kHz，200us方波冲击频谱的第一零点约为5.0kHz，如图1-1～1-4所示，这些传统冲击试验中所涉及的冲击波形容易用现有的加速度传感器(其平坦的频率响应达到20kHz)实现检测。但机械内部的故障损伤形成的冲击产生的脉冲宽度较冲击试验标准规定的宽度小一个数量级以上，例如20us的半波正弦冲击的频谱第一零点约为75kHz，20us方波冲击频谱的第一零点约为50kHz，如图2-1～2-4所示，这些特定环境中的冲击波形不能用现有的加速度传感器(其平坦的频率响应达到20kHz，国际标准要求的平坦频率响应必须达到10kHz)实现检测，而需要频率响应高达200kHz以上的传感器进行检测，而这样的传感器是很难制造的；特别是，即便有这样的传感器，其信号的检测的AD变换器需要1MHz以上的采样频率；更加严重的问题则是机械运行故障冲击的信号幅度小，易被强大的中、低频振动掩盖，直接检测的信号噪声比很差，而不像冲击试验时的冲击信号那样不仅强大，而且几乎没有其他的振动信号。

因此，为了检测运行机械内部零部件因故障损伤在运转中产生的冲击，就需要提出新的有效检的测方法。

发明内容

本发明的目的：在于提出一种对运行机械内部零部件故障在运转时或相互碰撞时所引发的短暂冲击实现有效检测的一种机械故障冲击的共振解调检测方法。

这种机械故障冲击的共振解调检测方法，利用安装在被检测的机械上，能平坦检测有限频带加速度的加速度传感器10，其输出信号传输到处理加速度传感器受到冲击激励所引发的广义共振的信号的电子共振器11，而后由电子共振器的输出信号传输到检波器12，经检波器输出的信号传输到能够对检波后的单向 脉动信号进行平滑滤波、以便对电子共振器的广义共振信号实现包络解调的低通滤波器13，最终由低通滤波器13输出共振解调检测结果，其中所述加速度传感器10是其频率特性含有频率为F1的高频广义共振峰的加速度传感器，匹配的电子共振器11的共振频率F2等于或低于F1，它选择加速度传感器受到冲击激励所产生的等于传感器广义共振频率F1的信号、或将传感器的广义共振频率为F1的信号变换为频率等于F2的广义共振信号，并经过检波器12检波和低通滤波器13平滑滤波，输出共振解调信号。

由电子共振器11、检波器12和低通滤波器13组成的检测仪器中，由电子共振器11决定的共振频率F2，可以等于或低于传感器的共振频率F1，通过调整传感器的或系统的增益，实现加速度传感器与仪器组成的共振解调检测系统对于脉宽8～50us，最佳规范值为20us的各种波形，最佳波形为半波正弦的、峰值为1g的冲击加速度，输出100SV的冲击值。其中，SV表示上述特定的无量纲量的单位。

对于脉冲宽度不等于20us的、脉冲波形不同于半波正弦的机械冲击，共振解调检测所得到的冲击值是以100SV/1g的量值关系表征机械冲击中含有相当于20us的半波正弦机械冲击的量值。

所述加速度传感器10的频率特性所含高频广义共振峰的谐振频率F1，必须高于机械上所有大于0.1g的常规振动的频率F0。

所述加速度传感器10的谐振频率F1高频广义共振峰的3dB带宽B1，必须高于机械上最高转速的转动部件之转速频率的40～50倍，最佳值为45倍。

所述电子共振器的共振频率F2，必须高于机械上所有大于0.1g的常规振动的频率F0和不高于传感器的谐振频率F1。

所述共振频率为F2的电子共振器谐振峰的3dB带宽B2，必须在与加速度传感器串联之后仍高于机械上最高转速的转动部件之转速频率的20～40倍，其最佳转速频率值为30倍。

所述共振频率为F2的电子共振器11在低于F2之半的频率或在机械的最高振动频率F0上，相对于F2的低频衰减特性为40dB及以上；电子共振器的衰减特性由于谐振带宽或品质因素Q＝F2/B2的限制而不能达到对F2/2频率衰减40dB时，可以通过增加相应的、在电子共振器后置的高通滤波器作辅助性补足。

所述平滑滤波的低通滤波器13的高频截止频率F4等于电子共振器带宽B2的2～5倍，其最佳值为2.5倍；其高频衰减特性不少于18dB/oct。

根据以上技术方案提出的这种机械故障冲击的共振解调检测方法，可以可靠地检测轴承、齿轮、轮轨和相对运动部件之间因为故障缺陷或不当运动所导致的两个零件相互短暂碰撞所产生的冲击，不仅识别该故障的存在与否，同时还能评价故障的冲击程度，为运行中的机械设备内部产生的冲击故障的诊断和维修提供可靠、及时的检测手段。

附图说明

图1-1为冲击试验的200us的半波正弦冲击的波形图；

图1-2为冲击试验的200us的半波正弦冲击的频谱第一零点约为7.5kHz的频谱图；

图1-3为冲击试验的200us方波冲击的波形图；

图1-4为冲击试验的200us方波冲击频谱第一零点约为5.0kHz的频谱图；

图2-1为机械故障冲击的20us的半波正弦冲击的波形图；

图2-2为机械故障冲击的20us的半波正弦冲击频谱的第一零点约为75kHz的频谱图；

图2-3为机械故障冲击的20us的方波冲击的波形图；

图2-4为机械故障冲击的20us方波冲击频谱第一零点约为50kHz的频谱图；

图3为一种机械故障冲击的共振解调检测方法框图；

图4-1为在20kHz具有20dB广义共振响应的加速度传感器传输特性图；

图4-2为在20kHz具有20dB广义共振响应的加速度传感器对于1000Hz正弦振动有保真的输出的波形图；

图4-3为在20kHz具有20dB广义共振响应的传感器对于20us半波正弦加速度的输出为20kHz广义共振的波形图；

图5-1为20us、1g半波正弦冲击的机械加速度由12kHz共振频率的传感器受感，经12kHz共振解调变换为冲击值100SV对应共振解调输出100mV的波形图；

图5-2为20us、1g半波正弦冲击的机械加速度由20kHz共振频率的传感器受感，经12kHz共振解调变换为冲击值100SV对应共振解调输出100mV的波形图；

图5-3为含有3种常规振动和20us、1g半波正弦冲击的共振解调检测各环节的波形图

图5-4为含有3种常规振动和20us、1g半波正弦冲击的共振解调检测各环节的频谱图；

图6-1为传感器的谐振频率F1＝18k，带宽B＝2.16k特性图；

图6-2为12k电子谐振器与传感器联合带宽B2＝2.85k特性图；

图6-3为电子共振器与传感器联合对于5k的衰减为63.73dB特性图；

图6-4为低通滤波器截止频率5k，高频衰减19.26dB/oct特性图；

图6-5为共振解调检测系统校准后各环节的特性图；

图7为一种检测振动冲击的广义共振复合传感器的具体结构示意图。

图中：1-外壳  1-1传感器基座  2-振动冲击压电敏感器组件3电子调理器  4-温度敏感器件  5-电缆  -6归一化电路  7-锥面8-被检测机器  9-连接螺栓  10-加速度传感器  11-电子共振器  12-检波器  13-低通滤波器

具体实施方式

下面结合具体实施方式对于本发明作进一步的说明。

实施例，用于不同转速机械的共振解调检测系统的各环节的合理设计方法本发明是以如下方式实现的：

利用安装在被检测的机械上，能平坦检测有限频带加速度的加速度传感器10，其输出信号传输到处理加速度传感器受到冲击激励所引发的广义共振信号的电子共振器11，而后由电子共振器输出的信号传输到检波器12，经检波器输出的信号传输到能够对检波后的单向脉动信号进行平滑滤波、以便对电子共振器的广义共振信号实现包络解调的低通滤波器13，最终由低通滤波器13输出共振解调检测结果，其中所述加速度传感器10是其频率特性含有频率为F1的高频广义 共振峰的加速度传感器，匹配的电子共振器11的共振频率F2等于或低于F1，它选择加速度传感器受到冲击激励所产生的等于传感器广义共振频率F1的信号、或将传感器的广义共振频率为F1的信号变换为频率等于F2的广义共振信号，并经过检波器12检波和低通滤波器13平滑滤波，输出共振解调信号。

鉴于机械内部零部件运行故障冲击的冲击脉冲通常是半波正弦脉冲，脉冲的宽度范围为8us～50us，例如：典型的运行故障冲击产生20us宽度的半波正弦加速度信号；根据机械振动学和典型加速度传感器结构，加速度传感器含有一个将冲击加速度a转换为相对应的力F的机械二阶系统，该力F作用于加速度传感器的压电敏感器件，压电敏感器件输出一个正比于力F从而对应于加速度a的电荷信号Q，再经过电荷/电压转换器(通常称为电荷放大器)变换为相应于加速度a的输出电压u。

例如本发明人2008年在中国国家知识产权局申请的申请号为200810200735.3的“一种检测振动冲击的广义共振复合传感器200810200735.3”，该检测振动冲击的广义共振复合传感器的具体结构如图7所示。

这种检测振动冲击的广义共振复合传感器，含有外壳1、在外壳内安装的振动冲击压电敏感组件2、电子调理器3，输出电缆5及归一化电路6及连接螺栓9；外壳1通过其底座1-1下部自带的连接螺栓9安装到被检测的机器上，安装在底座上的振动冲击压电敏感组件2和安装在连接螺栓9中部的温度敏感器件4敏感到的机器受振动冲击后输出的电荷信号和温度信号连接到内部的电子调理器3，电子调理器3输出的振动、冲击电荷信号和温度信号经过电缆5接到归一化电路4，经过归一化调节后输出；其特征在于：

A、上部设置振动冲击压电敏感组件2的基座1-1通过其自带的连接螺栓9施加拉紧力，以使基座通过连接螺栓上部的凸台锥面7与机器上加工的传感器安装螺孔的外表面的锥面紧密吻合，把机器内部的故障冲击形成的纵波耦合到凸台锥面7，进而通过凸台锥面将冲击纵波传递到振动冲击压电敏感组件2的安装面，再传递到振动冲击压电组件2；

B、振动冲击压电敏感组件2设计为既敏感振动，又能对机械冲击具有广义共振响应的机械二阶系统，机械二阶系统受振动激励而发生振动和受冲击纵波激励而发生广义共振，在其中质量块上产生惯性力，作用于其所含有的压电敏感器，压电敏感器输出相应的电荷，实现机电转换；

C、在传感器外壳1的基座1-1中安装的电子调理器3将压电敏感器产生的相应电荷转换为电压，经过电缆5送到归一化电路6进行归一化后输出。

以上技术方案提出的这种该检测振动冲击的广义共振复合传感器，不仅检测振动，而且以广义共振变换技术检测机器受到的冲击，或者同时还检测机器的温度，并将压电敏感器受振动和冲击广义共振激励产生的相应电荷转换为电压信号输出，并对振动冲击电压信号进行归一化后叠加输出。因而具有优秀的可靠性和性能价格比，通过大量的工程试验证明了它的可行性和新颖性。

但由于该压电加速度传感器的机械二阶系统的频率响应有限，例如具有频率为F1＝20kHz、谐振增益为G＝20dB的广义共振峰，其传输特性如附图4-1所示，虽然对频率F0(例如1000Hz)远低于F1＝20kHz的正弦振动加速度(机械加速度)a＝1g能够保真输出为与之成正比的正弦电压(传感器电压)u＝1V，如图4-2所示，但对于前述典型冲击产生的20us宽度的半波正弦加速度信号(机械加速度)a＝1g，却不能输出保真的半波正弦电压，而是输出一个频率F1＝20kHz的广义共振自由衰减波形，如图4-3所示。但由此可以认为：传感器输出的频率F1＝20kHz的自由衰减广义共振波形可以用来表征20us半波正弦冲击加速度。

由于加速度传感器受到20us半波正弦冲击所产生的高频广义共振的自由衰减信号混杂在机械运转时产生的低频振动信号之中，需要加设滤波器才能分离出该广义共振信号；由于各个传感器的广义共振频率F1虽然很高但不一致，需要变换为一个低于F1、但频率统一为F2的广义共振信号，于是设置一个共振频率为F2的电子共振器11，用于滤除低频振动信号和把传感器的频率为F1的高频广义共振信号变换为统一的、频率为F2的广义共振信号；由于经过电子共振器11分离、变换得到的共振信号是一个频率为F2(例如12kHz)仍然比较高的信号，进行工程测量，如用计算机的AD变换器对它进行采样时，还需要很高的、至少为F2的5～10倍的采样频率(例如120kHz)，并且保留这样的信号样本将要较大的内存(例如保留1秒钟的12位AD采样信号需要240k字节)，而其中的F2高频信息并无价值，只有其幅值有量度价值，因此增加了检波器12和低通滤波器13对电子共振器11的信号进行包络检波，即解调，以便AD变换器测量共振解调信号的采样频率可以大幅度下降(例如5kHz)，同时大幅度地降低了保留这样的信号样本所需的内存(例如保留1秒钟的12位AD采样信号只需要10k 字节)。

所述一种机械故障冲击的共振解调检测方法，对于20us的峰值为a＝1g的半波正弦冲击脉冲加速度，经过所述由加速度传感器10，电子共振器11，检波器12，低通滤波器13续接构成的共振解调检测电路处理之后，由低通滤波器13输出的共振解调波峰值的检测结果表征为冲击值C＝100SV的无量纲量值。所述无量纲量SV，是因为虽然冲击值100SV对应冲击加速度1g，却不是普遍意义的加速度值和冲击加速度值，而是特定的20us脉宽、半波正弦波形的冲击加速度峰值。

设加速度灵敏度为SA＝j mV/g，例如SA＝10mV/g，冲击值灵敏度为SC＝cmV/SV，例如SC＝1mV/SV。则20us、1g半波正弦冲击的信号幅度为10mV，无论加速度传感器10、电子共振器11、检波器12和低通滤波器13如何合理设置，均须保证对应的共振解调检测冲击值为100SV，共振解调检测信号输出幅度峰值为100mV。(如附图5)。

所述一种机械故障冲击的共振解调检测方法，在由电子共振器11、检波器12和低通滤波器13组成的检测仪器中，由电子共振器11决定的共振频率F2，可以等于或低于加速度传感器的共振频率F1，通过调整该加速度传感器的或系统的增益，实现加速度传感器与仪器组成的共振解调检测系统对于20us脉宽1g峰值的半波正弦冲击加速度输出100SV的冲击值。

此时，如果F1＝F2，即加速度传感器的广义共振频率F1与电子共振器的共振频率F2相同，则电子共振的作用是：选择加速度传感器感受冲击所产生的广义共振信息实现联合共振，并进一步提高它与加速度传感器谐振器的联合选择性，有利于提升共振增益，从而提高检测的灵敏度；如果F1＞F2，即传感器的广义共振频率高于电子共振器的共振频率，则电子共振的作用是：选择高谐振频率F1的传感器所保留的对应冲击信号的能量中能被电子共振器所敏感的部分，重新进行共振选择和放大。此举即是共振变换。

允许加速度传感器谐振频率F1大于电子共振器的共振频率F2的理由在于：加速度传感器的广义共振频率、谐振带宽的一致性很难在批量生产中保证，否则造价高昂。而高频谐振频率为F1的加速度传感器保留了低共振频率为F2的电子共振器所需的信息，电子共振器可以截获加速度传感器检测冲击转换为电信息 中相关的信息，实现频率等于F2的共振，从而既达到了对冲击实现相同的、频率等于F2的共振解调检测的目的，又降低了系统的制造难度和造价。由于共振变换不能充分利用加速度传感器广义共振的共振增益，其灵敏度将相应降低。但补偿灵敏度只需要廉价的放大措施即可解决。因此共振变换相对于联合共振的灵敏度下降的缺陷无关紧要。

附图5-1所示的是：某加速度传感器10的广义共振频率为12kHz，谐振增益为20dB，电子共振器11的谐振频率也为12kHz，通过调整系统的增益，最终输出的共振解调信号必须符合对于20us、1g的半波正弦冲击加速度输出100SV的定义关系。

附图5-2所示的是，某加速度传感器的广义共振频率为20kHz，谐振增益为20dB，电子共振器的谐振频率却为12kHz，通过调整系统的增益，最终输出的共振解调信号也必须符合对于20us、1g的半波正弦冲击加速度输出100SV的定义关系。

附图5-3所示的机械振动是含有若干种频率都不同(例如130、270、330Hz)的普通正弦振动(例如均为1g)与一种重复频率为100Hz、幅度为1g、波形为20us的半波正弦冲击的叠加振动，加速度传感器输出信号中含有所有正弦振动和加速度传感器对于100Hz冲击的广义共振波形，而在经过共振解调检测后，则只输出了重复频率为100Hz、幅度为1g的半波正弦冲击所对应的重复频率为100Hz、幅度为100SV的共振解调信号，有效地剔除了普通振动的干扰。

附图5-4所示为附图5-3所述的共振解调检测中各个环节对振动和冲击频谱的剔除和提取情况。

所述一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征是对于脉冲宽度不等于20us的、脉冲波形不同于半波正弦的机械冲击，共振解调检测所得到的冲击值是以100SV/1g的量值关系表征机械冲击中含有相当于20us的半波正弦机械冲击的量值。

例如，设广义共振频率F1＝12kHz的加速度传感器为标准传感器，共振频率F2＝12kHz的电子谐振器11与检波器12、低通滤波器13构成的共振解调检测仪器为标准仪器；20us半波正弦冲击为标准冲击。

表1列举了上述标准仪器(例如：电子谐振器的共振频率F2＝12kHz，检波器的增益为0dB，低通滤波器的截止频率为5kHz)，与广义共振频率为F1＝12kHz、增益G＝20dB的标准传感器，构成一种标准共振解调检测系统，对于脉冲宽度等于20us的、脉冲峰值为1g的半波正弦的、方波的和锯齿形的机械冲击的检测结果。

表1，共振频率F1＝12kHz的标准传感器与共振频率F2＝12kHz的共振解调标准仪器对于冲击加速度峰值为1g的半波正弦冲击脉冲宽度的响应

表1的数据表明，不同的冲击波形对于标准系统的贡献不同，检测得到的冲击值基本上正比于冲击波形的面积或者平均值，而共振解调标准检测系统所输出的是被检测冲击中所含的相对标准冲击(20us半波正弦冲击)的等效量值。

表2列举了上述标准仪器(例如：电子谐振器的共振频率F2＝12kHz，检波器的增益为0dB，低通滤波器的截止频率为5kHz)，与广义共振频率为F1＝12、18、24、36kHz谐振增益G＝20dB的传感器，构成各种共振解调检测系统，对于脉冲宽度不等于20us的、脉冲波形为半波正弦的机械冲击的检测结果。

表2，传感器共振频率F1变化与12kHz共振解调标准仪器对于半波正弦冲击脉冲宽度的响应(所有宽度的冲击加速度均为1g)

表2说明，传感器谐振频率F1上升，对F2＝12k的标准共振解调仪器检测的贡献下降；可以在传感器与标准仪器配接校准时，通过放大器调整(放大)传感器的灵敏度实现与标准共振解调仪器的匹配，从而使高谐振频率的传感器可以用于低谐振频率的标准共振解调仪器构成的共振解调检测系统。

谐振频率F1等于或高于F2的传感器与标准仪器配接，用标准冲击校准之后，检测不同的标准冲击得到的冲击值，与机械冲击中常见的8us～50us脉冲宽度值的关系，呈现为随脉宽增加而单调上升的趋势，基本正确地体现了共振解调检测得到的冲击值与相关因素的关系：

冲击值与金属硬度成反比趋势，因为高硬度弹性材料相互冲击时反弹很快、冲击接触时间很短，同样冲击加速度时，冲击脉冲更窄，所检测得到的冲击值较小，表现了高硬度弹性材料对于同等的冲击加速度作用更安全，即高硬度弹性材料更能够抗拒冲击的破坏作用，以致机械相对运动部件(例如轴承、齿轮和轨道交通的车轮和钢轨)都首选高硬度的弹性材料。冲击值与冲击强度成正比趋势，因为冲击强度大则材料受冲击后发生的弹性变形大，其破坏作用也大。冲击值与冲击速度成正比趋势，因为冲击速度大则冲击动能与冲击强度大，其破坏作用也大。

所述一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于，所述加速度传感器10的频率特性所含高频广义共振峰的谐振频率F1，必须高于机械上所有大于0.1g的常规振动的频率F0。

国际标准规定的振动测量上限频率为10kHz。但不是所有的机械上的振动频率都达到10kHz，低速机械上的振动频率远低于10kHz，但高速机械(例如航空发动机)上的振动频率则可能远高于10kHz。应当通过调查，识别所检测的机械的最高振动频率F0，其特征是该频率F0对应的振动加速度小于0.1g。则传感器 的传感器的谐振频率取为F1＞＝2F0。

例如：

某用于低速机械的共振解调检测系统的设计参数如下：

最高转速NM＝3000r/min，转速频率FN＝50Hz；最高振动不超过0.1g的振动频率不超过F0＝5000Hz，则传感器的谐振频率必须为F1＞2F0＝10kHz。例如F1＝18kHz。如附图6-1。

所述一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于，所述加速度传感器10的谐振频率F1高频广义共振峰的3dB带宽B1，必须高于机械上最高转速的转动部件之转速频率的40～50倍，最佳值为45。

例如：

传感器谐振峰的带宽B1，必须大于机械上最高转速的转动部件之转速频率的20～40倍，FNM＝50Hz，B1＞40FN＝40*50＝2000Hz，如附图6-1

所述一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于，所述电子共振器的共振频率F2，必须高于机械上所有大于0.1g的常规振动的频率F0和不高于传感器的谐振频率F1。

例如：

电子共振器的共振频率F2，必须大于机械上最高不超过0.1g的常规振动频率F0＝5000Hz，但小于或等于传感器的谐振频率F1＝12kHz，选取F2＝12kHz。如附图6-2。

所述一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于，所述共振频率为F2的电子共振器谐振峰的3dB带宽B2，必须在与传感器串联之后仍高于机械上最高转速的转动部件之转速频率的20～40倍，最佳值为30。

例如：电子共振器的谐振带宽B2，必须在与传感器串联之后仍高于机械上最高转速的转动部件之转速频率的20～40倍，例如FNM＝50Hz，则B2＞40*50＝2000Hz。如附图6-2。

所述一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于，所述共振频率为F2的电子共振器11的在低于F2之半的频率或在机械的最高振动频率F0上，相对于F2的低频衰减特性为40dB及以上。电子共振器的衰减特性由于谐振带宽或品质因素Q＝F2/B2的限制而不能达到对F2/2频率衰减40dB时，可以增加相 应的、在电子共振器后置的高通滤波器辅助。

例如：

电子共振器与高通滤波器组合的低频衰减特性为大于40dB/oct。如附图6-3。

所述一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于其平滑滤波的低通滤波器13的高频截止频率F4等于电子共振器带宽B2的2～5倍，最佳值为2.5倍；其高频衰减特性不少于18dB/oct。

例如：

低通滤波器的截止频率F4＝2～4B2，选择为F4＝2.5B2＝2.5*2000＝5000Hz；

其高频衰减特性设计为18dB/oct，即对于10kHz衰减18dB。如附图6-4。

附图6-1～6-4是一个符合上述设计要求的共振解调检测系统各环节的特性。附图6-5是该系统通过校准后，实现对20us、1g半波正弦冲击输出99.99SV(对应99.99mV)的示意图。

Claims (13)

1.一种机械故障冲击的共振解调检测方法，利用安装在被检测机械上、能平坦检测有限频带加速度的加速度传感器(10)，其输出信号传输到处理加速度传感器受到冲击激励所引发的广义共振信号的电子共振器(11)，而后由电子共振器输出的信号传输到检波器(12)，经检波器输出的信号传输到能够对检波后的单向脉动信号进行平滑滤波、以便对电子共振器的广义共振信号实现包络解调的低通滤波器(13)，最终由低通滤波器(13)输出共振解调检测结果，其特征在于：所述加速度传感器(10)是频率特性含有频率为F1的高频广义共振峰的加速度传感器，匹配的电子共振器(11)的共振频率F2等于或低于加速度传感器(10)频率F1；电子共振器(11)选择加速度传感器受到冲击激励所产生的等于传感器广义共振频率F1的信号、或将传感器的广义共振频率为F1的信号变换为频率等于F2的广义共振信号，并经过检波器(12)检波和低通滤波器(13)平滑滤波，输出共振解调信号。

2.根据权利要求1所述的一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于：由电子共振器(11)、检波器(12)和低通滤波器(13)组成检测仪器，通过调整加速度传感器或系统的增益，实现加速度传感器与仪器组成的共振解调检测系统对于脉宽8～50us的各种波形、峰值为1g的冲击加速度，输出100SV的冲击值。

3.根据权利要求2所述的一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于：所述的波形的脉宽设计为20us，波形为半波正弦。

4.根据权利要求2所述的一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于：对于脉冲宽度不等于20us的脉冲波形不同于半波正弦的机械冲击，共振解调检测所得到的冲击值是以100SV/1g的量值关系表征机械冲击中含有相当于20us的半波正弦机械冲击的量值。

5.根据权利要求1所述的一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于：所述加速度传感器(10)的频率特性所含高频广义共振峰的谐振频率F1，必须高于机械上所有大于0.1g的常规振动的频率F0。

6.根据权利要求1所述的一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于，所述加速度传感器(10)的谐振频率F1高频广义共振峰的3dB带宽B1，必须为机械上最高转速的转动部件之转速频率的40～50倍。

7.根据权利要求1所述的一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于：其加速度传感器(10)的最佳谐振频率F1，应取与机械上最高转速的转动部件之转速频率的45倍。

8.根据权利要求1所述的一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于：所述电子共振器的共振频率F2，必须高于机械上所有大于0.1g的常规振动的频率F0和不高于加速度传感器(10)的谐振频率F1。

9.根据权利要求1所述的一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于：所述共振频率为F2的电子共振器谐振峰的3dB带宽B2，必须在与加速度传感器(10)串联之后仍为机械上最高转速的转动部件之转速频率的20～40倍。

10.根据权利要求9所述的一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于：所述共振频率为F2的电子共振器谐振峰的3dB带宽B2，其最佳带宽必须是：在与加速度传感器(10)串联之后仍高于机械上最高转速的转动部件之转速频率的30倍。

11.根据权利要求1所述的一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于：所述共振频率为F2的电子共振器(11)的在低于F2之半的频率或在机械的最高振动频率F0上，相对于F2的低频衰减特性为40dB及以上；电子共振器的衰减特性由于谐振带宽或品质因素Q＝F2/B2的限制而不能达到对F2/2频率衰减40dB时，应通过在电子共振器后置的高通滤波器增加相应的辅助性补足。

12.根据权利要求1所述的一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于：所述的低通滤波器(13)，其平滑滤波的高频截止频率F4等于电子共振器(11)带宽B2的2～5倍。

13.根据权利要求1所述的一种机械故障冲击的共振解调检测方法，其特征在于：所述的低通滤波器(13)，其平滑滤波的最佳高频截止频率F4应等于电子共振器(11)带宽B2的2.5倍；其高频衰减特性不少于18dB/oct。

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