狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的噪聲的產生及其消除方法

1、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的噪聲的產生及其消除方法摘要：噪聲是一種干擾信號，它可以歪曲數(shù)據(jù)，妨礙從數(shù)據(jù)中提取機器狀態(tài)信息的能力，并且包含的信息 與機器的狀態(tài)無關。但多數(shù)情況下噪聲是無法避免的。盡管在測量過程中無法徹底消除噪聲，但了解噪聲的來源和特征，采取相應的方法，可以將噪聲降低到最小程度，使其不影響對信號的分析。關鍵字：噪聲；狀態(tài)監(jiān)測1 引言 噪聲是一種不需要的信號成分，它可以歪曲數(shù)據(jù) 妨礙從數(shù)據(jù)中提取機器狀態(tài)信息的能力，包含的信息與機器的狀態(tài)無關。噪聲可以從測量系統(tǒng)的任何一個環(huán)節(jié)引入振動信號，但系統(tǒng)各個部分對噪聲的敏感程度不同。2 噪聲的產生及其消除方法2.1不正確的接地產生的噪聲 系統(tǒng)存在兩種相對獨立

2、，又相互影響的回路，即電源回路和信號回路，電壓是一種相對測量值，電壓測量必須有一個參考點，對于電源回路來說，電壓測量的參考點為大地，而對于信號回路來說，電壓測量的參考點則為信號公用端。由于處理信號的電氣部件由電源回路供電，所以大地和信號的公用端必須在系統(tǒng)的某個部位相連，成為公共的參考點。圖1所示為典型的電源回路中，1、2、3 點的電位是不同的。圖1：典型的電源回路 如果接地不正確，就可能會產生“地回路”?！暗鼗芈贰备蓴_是一種較常見的干擾現(xiàn)象,常常發(fā)生在通過較長電纜連接的相距較遠的設備之間。其產生的內在原因是設備之間的地線電位差。地線電壓導致了地回路電流，由于電路的非平衡性，地回路電流導致對電路

3、造成影響的差模干擾電壓。 由于地回路干擾是由地回路電流導致的，因此在實踐中，有時會發(fā)現(xiàn)，當將一個設備的地線斷開時，干擾現(xiàn)象消失，這是因為地線斷開時，切斷了地環(huán)路。這種現(xiàn)象往往發(fā)生在干擾頻率較低的場合，當干擾頻率高時，短開地線與否關系不大。 地環(huán)路干擾形成的原因主要是兩個設備的地電位不同，形成地電壓，在這個電壓的驅動下，“設備1-互聯(lián)電纜-設備2- 地”形成的回路之間有電流流動。由于電路的不平衡性，每根導線上的電流不同，因此會產生差模電壓，對電路造成干擾。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中“地回路”如的產生通常由以下原因造成的：連接儀器到一個正確安裝的監(jiān)測系統(tǒng)，可能出現(xiàn)的“地回路”，如圖2所示：圖2：連接儀器到監(jiān)測

4、系統(tǒng) 一些儀器允許將信號公用端與接地斷開，這樣就可以避免產生“地回路” 兩個監(jiān)測系統(tǒng)安裝均沒有問題，但儀器的連接產生了“地回路”，如圖3所示：圖3：儀器的連接 儀器與兩個監(jiān)視器框架的正確連接如圖4所示：圖4：儀器與兩個監(jiān)視器框架的正確連接2.2不正確的安裝產生的噪聲安裝包括將傳感器安裝到機器上，有時還包括臨時將故障診斷儀器與永久安裝的傳感器或監(jiān)測系統(tǒng)連接，如圖5所示：圖5：狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與傳感器的安裝 不正確的安裝會產生嚴重的問題，機器振動和噪聲會產生特征非常相似的信號，影響對機械狀態(tài)信號的提取，遵循安裝的基本規(guī)則可以避免不正確的安裝?；景惭b規(guī)則1：整個系統(tǒng)采用單點接地 對于大多數(shù)振動測量系統(tǒng)

5、來說，不正確接地是一個最大的噪聲源。不正確接地會出現(xiàn)電源頻率的噪聲，產生“地回路“?！暗鼗芈贰笆侵鸽娫吹鼐€回路中的電流將噪聲引入信號公用端回路的情況?！暗鼗芈贰翱梢酝ㄟ^系統(tǒng)單點接地預防【1】安裝的基本規(guī)則2：確認所有電纜和接頭完好 隨機突發(fā)的噪聲通常是由于連線或接地故障引起的。信號時有時無，往往就是由壞的電纜或接頭引起的。安裝的基本規(guī)則3：對于信號線，使用屏蔽電纜，確認屏蔽層正確接地屏蔽電纜可以防止信號線接收游離在周圍的噪聲信號，為防止地回路，屏蔽層只能在一端接地，不能兩端都接地。安裝的基本規(guī)則4：信號線與電源線使用單獨的導管 電源線能發(fā)射大的噪聲信號，為防止串擾（Cross Talk），應將

6、電源線與信號線分開。2.3傳感器的噪聲源傳感器的類型包括加速度傳感器，速度傳感器，位移傳感器，有傳感器安裝，傳感器電特性，傳感器機械特性都是振動傳感器的噪聲來源。（1）加速度傳感器噪聲源安裝產生的噪聲如圖6所示圖6電特性產生的噪聲包括將加速度轉換成速度的積分作用和將加速度轉換成位移的微分作用以及二次積分，積分會放大所有低頻成分。機械特性產生的噪聲包括測量信號在傳感器響應頻率范圍內和采用低通濾波器，截至頻率取傳感器響應頻率的1/3噪聲。（2）速度傳感器噪聲源1 安裝圖72 電特性3 阻抗要求圖84 機械特性，包括周圍強磁場影響：引起傳感器靈敏度的變化內部的運動部件交叉軸靈敏度(Cross Axi

7、al Sensitivity) （3）位移傳感器噪聲源1 安裝,包括傳感器支架振動圖9探頭安裝間隙圖10探頭之間相對位置圖11 傳感器產生的噪聲源，采用濾波消除可以取得較好的效果。濾波是一種電路，它阻塞或削弱信號中的某些頻率成分，同時通過信號的其它頻率成分。濾波會將濾波器阻塞頻帶中的所有成分（信息和噪聲）全部去掉，同時也會造成截止頻率附近的信號成分產生相位變化【2】。 （1）低通濾波（LowpassFilters）圖12低通濾波的應用加速度傳感器濾去傳感器響應頻率周圍的高頻成分低通截止頻率為傳感器響應頻率的1/3位移傳感器獲得轉子的位置信息（2）高通濾波器（Highpass Filters）圖13位移傳感器獲得振動信號加速度、速度傳感器濾去加速度信號積分和二次積分、速度傳感器積分產生的低頻噪聲（3）帶通濾波器（BandpassFilters）圖14從振動信號中分離特定的頻率成分，如1X、2X、3X、􀀄X 等（4）帶阻濾波器（Band Reject Filters）圖15從振動信號中濾去某一頻率成分，如觀察非1X 幅值不正確接地產生的噪聲通常為電源頻率，