什么是振动中的积分？信号转换 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。 什么是振动中的积分？信号转换 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。

什么是振动中的积分？信号转换

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理解振动分析中的积分

定义：什么是积分？

一体化 在 振动 分析是将振动测量值从一个参数转换为另一个参数的数学过程，方法是在时域中进行积分或在频域中除以频率。最常见的是积分转换。 加速度 （通过以下方式衡量） 加速度计） 到 速度, 或速度 位移. 由于加速度、速度和位移通过微积分相互关联（速度 = ∫加速度 dt；位移 = ∫速度 dt），积分可以表示为最适合应用和频率范围的参数。.

集成至关重要，因为不同的振动参数针对不同的目的有最佳选择：加速度用于高频分析（轴承缺陷），速度用于一般机械状况（ISO 标准），位移用于低速设备和间隙评估。.

数学关系

时域积分

  • 由加速度求速度： v(t) = ∫ a(t) dt
  • 由速度得出的位移： d(t) = ∫ v(t) dt
  • 由加速度引起的位移： d(t) = ∫∫ a(t) dt dt (双重积分)

频域积分

频域分析更为简单：

  • 由加速度求速度： V(f) = A(f) / (2πf)
  • 由速度得出的位移： D(f) = V(f) / (2πf)
  • 结果： 按频率除法，低频放大，高频减小

为什么需要整合

传感器局限性

  • 加速度计是最通用、最常见的传感器。
  • 但加速度并非总是分析的最佳参数。
  • 集成允许将加速度计用于所有参数类型
  • 比多种传感器类型更经济

按频率选择参数

  • 高频（>1000 Hz）： 最佳加速性能（轴承缺陷）
  • 中频（10-1000 Hz）： 速度最佳（通用机械，ISO 标准）
  • 低频（< 10 赫兹)： 排量最佳（低速设备，间隙）
  • 一体化： 能够针对每个频率范围使用最佳参数

标准要求

  • ISO 20816 规定了均方根速度
  • 如果要测量加速度，必须积分得到速度。
  • 接近式探头测量的位移必须转换为速度比较值。

集成挑战

低频漂移

主要整合问题：

  • 任何直流偏移或极低频分量
  • 积分会放大低频信号（除以较小的数字）。
  • 会产生巨大的低频误差
  • 信号“漂移”偏离量程
  • 解决方案 积分前的高通滤波器（通常截止频率为 2-10 Hz）

噪声放大

  • 积分是 1/f 运算（放大低频）
  • 低频噪声的放大倍数大于信号。
  • 可能降低信噪比
  • 解决方案 积分前先滤除噪声

双重积分会累积误差。

  • 加速度到位移的转换需要双重积分
  • 错误会不断累积
  • 对直流偏移和低频噪声非常敏感
  • 必须采用强高通滤波（典型值 10-20 Hz）

正确的整合程序

单次积分（加速度到速度）

  1. 获取信号： 以足够的采样率采集加速度数据
  2. 直流移除： 移除所有直流偏移
  3. 高通滤波器： 应用 2-10 Hz 的高通滤波器以消除漂移
  4. 整合： 进行积分（在频域中除以 2πf）
  5. 核实： 检查结果是否合理且无偏差

双重积分（加速度到位移）

  1. 激进型HPF： 10-20 Hz截止频率（高于单次积分频率）
  2. 首次集成： 加速度 → 速度
  3. 验证中间步骤： 检查速度结果
  4. 第二阶段： 速度 → 位移
  5. 最终验证： 确认位移合理

频域与时域

频域积分（首选）

  • 方法： 快速傅里叶变换 (FFT) → 除以 2πf → 逆快速傅里叶变换 (IFFT)
  • 优点： 简单直接，无累积误差，易于应用滤波。
  • 执行： 现代分析仪的标准配置
  • 结果： 干净、准确的集成

时域积分

  • 方法： 数值积分（梯形法则、辛普森法则）
  • 挑战： 累积误差、漂移、更复杂的滤波
  • 使用： 当频域分析不切实际时

实际应用

标准合规性

  • 将加速度计测量值转换为速度，以便与 ISO 20816 标准进行比较。
  • 将接近式探头位移转换为速度
  • 确保不同传感器类型之间的可比性

低速机械

  • 低速行驶时（转速低于 500 转/分时，加速度和速度都会减小。
  • 流离失所更有意义
  • 将加速度积分到位移进行分析

多参数分析

  • 将振动视为加速度、速度和位移。
  • 每个参数侧重的频率范围都不同。
  • 全面了解振动特性

常见错误

无过滤集成

  • 导致漂移和误差
  • 不可用的位移值
  • 积分前务必进行高通滤波。

截止频率错误

  • 太低：漂移问题
  • 高得过高：已移除有效的低频成分
  • 必须平衡防止漂移和信号保持之间的关系

比较混合参数

  • 不要直接比较加速度和速度。
  • 比较前，请先将参数转换为相同参数。
  • 频率成分会影响哪个参数显示出更高的值

积分是振动分析中一项基本的信号处理操作，它能够实现加速度、速度和位移测量值之间的转换。正确的积分技术——包括适当的高通滤波以防止漂移以及对频域实现的理解——对于精确的振动参数转换、符合标准以及对机械状态进行全面的多参数分析至关重要。.

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