由于生产过程中的任何中断都可能给公司造成严重的经济损失,因此这是非常重要的防止无计划的电机关闭。雷竞技app下载官方版因此,监测和诊断电动机的健康至关重要,并继续接受越来越多的关注。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版表演的可能性之一电机诊断是通过分析声音发出的雷竞技app下载官方版通过感兴趣的对象。质量声学监测非常依赖于操作机器的环境的背景噪声。过去的一些尝试在过去进行了基于声学分析的条件监测方法(参考文献1-4)。
最近,声学分析吸引了越来越多的关注,并且已经应用​​于许多领域 - 例如,语音识别。然而,条件监测方法由于背景噪音,基于声学分析仍然认为难以在工业环境中实施。
今天的数据收集器和传感器的易用性作为加速度计或电流探头驱动了基于这些测量的许多条件监测系统。然而,现场工程师在注意时,现场工程师要求检查机器的情况异常声音
代替隔离声音及其分析,典型的“解决方案”是为了执行测量振动、电流、温度或电压这并不总是表明问题。尽管报告的声音异常,但现有的解决方案试图通过各种类型的测量来检测故障,而不是表示声音由特定部分排放。反过来,这可能会限制可能的诊断决策的数量,从而限制了所需的工作量。
由于这个原因,在许多情况下,第一次诊断尝试是由经验丰富的工程师进行的,他们能够通过简单地听声源来初步检测和诊断问题。多年来,行业的诊断是“通过耳朵”进行的,随后评估发出的声音。尽管如此,背景噪音的影响力能够强烈影响这种判断的质量。
今天的就业市场的趋势导致了一个越来越少的人,通过听到它所做的声音来判断对象的状况。事实上,许多人更喜欢办公室工作而不是在工业环境中工作。如图所示,在全球就业趋势文件(参考文献5),或在下十年的十大乔布斯预测(参考文献6),这种情况将来会更为普遍。然而,仍然需要进行对物体的初步调查来定位异常声音以执行即时动作。
所描述的问题的解决方案可能位于对物体对象诊断的声学分析中。到目前为止,由于声音测量总是受到影响,它一直难以创建可靠的基于声学的状态监测系统背景噪音。然而,最近的电声相机等技术能够成功定位特定的声音组件,从而消除这种噪音的影响(参考文献7-8)。
各种各样的故障可以在感应机器中发生广泛研究并且已经提出了许多监测方法来检测问题(参考文献9)。大多数用于电动机的条件监测方法使用振动或电机电流特征分析(MCSA)(refs.9-11)。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版虽然振动和当前签名分析的监测技术是众所周知的并且被众所周知的,但声学测量在工业应用中不是如此受欢迎。
本文介绍了基于声学测量的感应电机的诊断方法,而振动分析用作声学测量值的评估的参考。

测量工具

声波相机

声学相机的想法是做的声源识别与量化,并通过处理通过麦克风阵列接收的多维声学信号来创建声学环境的图片并覆盖声学图片在视频图片(参考文献7)。其他可能的声学相机应用包括用于车辆内饰和外部声音识别的非破坏性测量的测试设备(参考文献7-8和12);火车和飞机(参考文献。13-14);并且在风隧道等中测量另外,一些研究表明声镜对无人水下车辆(参考文献15),机器人和机器人化平台等。它也可用于战地环境中的被动声学传感(参考.16)。在这项工作中,使用48麦克风声学相机用于声音测量;表1中提出了麦克风参数。
声学分析声学全息技术用于分析声源。声学全息技术是一种方法,用于通过通过麦克风阵列测量远离源的声学参数来估计源附近的声场。这是一种众所周知的技术,其描述可以在(refs。16-17)中找到。

振动测量

振动测量是电动机状态监测最受欢迎的方法之一。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版通常,压电加速度计用于测量振动。雷竞技app下载官方版出于本作工作的目的,振动测量作为声音测量的参考。用ABB的Machsense-P情况监测工具收集振动。Machsense-P是ABB提供的条件监控服务工具,专门专注于电动机。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版使用4个同时数据捕获通道测量振动信号,并分析机械和电磁缺陷。Machsense-P工具用于分析的频率范围为0 Hz至12,800 Hz。本文提出的振动分析是MACHSENSE-P工具中的嵌入式功能。

测量分析和比较

所有振动和声学测量在工业环境中完成。由于感应电机是工业(参考文献18)中最广泛使用的机器,因此选择了两种相同的三相感应电动机。表2中介绍了电机的铭牌细节。
声学分析两个电动机相对彼此位于彼此相对靠近,并且两者都通过直接耦合驱动相同类型的离心泵。两个电机在相同的负载水平上运行。电动机1被认为是健康的,而马达壳体2被认为具有静电偏心和柔软的脚的组合。由于柔软的脚通常会导致静态偏心,这种故障组合非常常见。

基于振动测量的结果

对于这两种电机的情况,振动传感器都被定位在水平方向上的电机体的中心。图1A为健康电机箱体的振动谱,图1B为静偏心与软足电机箱体组合的振动谱。由于静态偏心距通常可以在低频范围内可见,这两幅图都显示了从0 Hz到200 Hz的频率。您可能会注意到,图1B包含一个大约在100hz的高峰。
声学分析
这个峰值的值在0.12 gs以上,而在图1A中这个峰值小于0.02 gs。如(参考文献12)所示,在频率fecc -处,静态偏心引起振动中可见的附加力,公式如下:
FECC.=2¼f线
其中线为电源频率。在上述情况下,两个电机的供电频率为50赫兹;因此,与静态偏心相关的频率fecc在100赫兹时可见。通过将fecc频率的振幅作为静态偏心指标,可以清楚地看到,案例2中的电机达到了比案例1中的健康电机更高的静态偏心水平。采用MACHsense-P自动计算静态偏心量。
声学分析

基于声学测量的结果

对于工业应用,在使用麦克风进行测量时,可以避免背景噪音。可以通过测量信号的后处理方法来滤除背景噪声。由于测量声音的不同性质,这是可能的。背景噪声(包括冷却装置的空气动力学噪声)通常是具有或多或少恒定频谱(Ref.1)的宽带信号。相反,感应机器产生具有许多纯音调的声音 - 至少用于通过电磁来源产生的声音。参考文献1Presents一种方法,在操作感应机之前,仅进行背景噪声的测量。后来从测量的光谱减去测量的这种频谱,在操作中用感应机。但是,在行业中不接受这种噪声过滤方法,因为它会影响工业过程。
参考文献11描述了一种与电流测量中呈现的电动机相关的频率的方法。雷竞技app下载官方版可以应用相同的方法用于振动或声学信号。如(参考文献11)所示,通过了解电机参数和电机滑动,可以识别与电机状况相关的所有频率。同样地,即使信号包含背面噪声,也可以在声学信号中找到并识别所有电动电动频率。
图2显示了通过麦克风阵列的平均信号的声光谱。
声学分析
图2A呈现了健康电动机壳体的声光谱,而图2B呈现了静电和软脚电机壳体的组合的声光谱。从0Hz到200Hz的频率获得两个图。类似于振动箱,可以注意到图2B在大约100 Hz的高峰之间组成,而图2a则不会。该峰值的值高于600MPa,而在图2A中,该峰值小于350MPa。这些结果与基于振动的结果非常相似,并且它们显然表明静偏心;然而,在声学信号的情况下,没有保证该频率从电动机散发出来。
为了解决这个问题,可以应用声学全息技术来查找感兴趣频率的声源,在这种情况下,100 Hz。
声学分析

结论

本文提出了一种用于电动机状态监测的基于声学技术。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版振动分析用作评估声学测量值的参考。通过48麦克风声学相机进行声学测量。检查两个感应电动机箱,以及柔软的脚壳的健康电机盒和静偏心的组合。对于故障情况,在振动和声信号中识别各个频率。基于声学全息技术,故障相关的声频源位于故障机器的中心。如结果部分所示,可以说声信号可以成功地用于嘈杂的工业应用中电动机的状态监测。雷电竞ray官方下载雷竞技app下载官方版显然,与振动信号相比,单声道信号受到干扰和噪声;因此,需要通过声学相机进行声音本地化技术来解决这个问题。声音分析的额外好处是声学传感器不需要直接连接到电机,在工业应用中通常难以困难。
(Maciej Orman和Cajetan T.Pinto)

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