预测性维护：从数据采集开始(2)

声发射信号的参数分析

经过滤波后的连续采集信号送入一个幅值检测器，根据设定的幅度阈值和时间长度，从连续信号中截取出突发性声发射的波形数据(图3为滚动体表面缺陷的轴承在运行中产生的突发性声发射波形)，再对每个波形数据进行振铃计数、幅度、频率、能量、上升时间、持续时间等特征参数计算，并存入一个声发射特征参数表格中，供直接查看以及进一步的统计分析。检测出的声发射波形数据可以文本文件的形式存盘。波形数据的存储和连续数据存储的功能是独立的，即两者可以同时存储，也可以只保存一种。

实际上PCI-9846高速数字化仪提供了丰富的触发采集模式，包括边沿、窗口、参考等模拟触发方式，非常适合进行声发射波形的硬件触发采集，从而省掉软件提取算法，减少计算量。在实验测试过程中，发现信号容易受到环境中电磁等因素的干扰，需要在检测波形前进行滤波处理，而PCI-9846不具有可编程滤波功能。在后续的系统改进中可以在采集卡的前端添加一个滤波模块，从而充分利用其硬件触发能力，提供系统性能。

轴承中突发性声发射信号波形

有效性的验证

为了检验该声发射测试系统功能的有效性，在QPZZ-Ⅱ旋转机械振动及故障模拟实验台上，对滚动体故障的轴承进行了声发射与振动信号的对比测试。故障轴承型号为NU205，节圆直径39mm，滚动体直径7.5mm，滚动体数目12，接触角0º。通过线切割在滚动体表面加工出一微小缝隙来模拟表面材料疲劳剥落造成的缺陷。转速为570 r/min，即转频为9.5 Hz。计算可得滚动体通过频率为18.3 Hz。

a) 声发射

b) 振动

轴承故障声发射与振动信号对比

在轴承座上与轴心对应的垂直位置安装传感器。振动测试系统由加速度传感器、NI USB9234动态信号采集器组成，振动数据导入MATLAB进行分析。在保证转速不变的情况下，在加速度传感器的安装位置安装声发射传感器，使用本文的声发射测试系统进行数据采集，将存储的数据导入到MATLAB中进行分析。图4中给出了声发射与振动加速度信号的对比，从图中可以看出，滚子表面缺陷产生的声发射信号信噪比远高于振动加速度信号。图5给出了两种信号经窄带滤波后的包络频谱图，可以看到，声发射信号的包络谱谱线结构较为简单，更容易找出故障的特征频率。

a) 声发射

b) 振动

轴承故障声发射与振动信号的包络谱对比

这一声发射测试系统综合了PCI-9846性价比突出与LabVIEW简单易用的优势，具有成本低、开发方便、扩展性强的优点。利用该系统测试了含有滚动体表面缺陷的轴承在运行过程中产生的声发射信号，并与传统的振动测试进行了对比，声发射信号具有更高的信噪比。不难看出，声发射方法对于滚动轴承故障的早期预报和诊断具有很大的潜力。

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