機械裝置的狀態監測與故障診斷是指利用現代科學技術和儀器，根據機械裝置（系統、結構）外部資訊引數的變化來判斷機器內部的工作狀態或機械結構的損傷狀況，確定故障的性質、程度、類別和部位，預報其發展趨勢，並研究故障產生的機理。
機械裝置狀態監測與故障診斷技術是保障裝置安全執行的基本措施之一，其實質是了解和掌握裝置在執行過程中的狀態；**裝置的可靠性；確定其整體或區域性是正常或異常。它能對裝置故障的發展作出早期預報，對出現故障的原因、部位、危險程度等進行識別和評價，預報故障的發展趨勢，迅速地查尋故障源，提出對策建議，並針對具體情況迅速地排除故障，避免或減少事故的發生。
所謂機械故障，就是指機械系統（零件、元件、部件或整台裝置乃至一系列的裝置組合）因偏離其設計狀態而喪失部分或全部功能的現象。其內容包括
● 能使裝置或系統立即喪失其功能的破壞性故障。
● 由於設計、製造、安裝或與裝置效能有關的引數不當造成的裝置效能降低的故障。
● 裝置處於規定條件下工作時，由於操作不當而引起的故障。
● 裝置的自然耗損，如磨損、疲勞、老化等所引起的故障。
機械故障診斷可以分類如下
1．按目的分
（1）功能診斷（2）執行診斷
2．按方式分
（1）巡迴檢測（2）**監測
3．按提取資訊的方式分
（l）直接診斷 （2）間接診斷
常見的故障分類
4．按診斷時所要求的機械執行工況條件分
（l）常規工況診斷（2）特殊工況診斷
5．按功能分
（1）簡易診斷（2）精密診斷
裝置診斷技術的三個環節
（1）資訊的採集 （2）資訊的分析處理 3）狀態的識別、診斷、**和決策
裝置診斷技術覆蓋的知識面較寬，它包括：資料採集技術，計算機資料分析處理技術，計算機診斷、**、決策技術；裝置本身的結構原理、運動學和動力學；裝置的設計、製造、安裝、運轉、維護、修理知識；裝置系統與部件的故障或失效機理及零部件可靠性方面的知識等等。機械裝置狀態監測及診斷技術的主要工作內容如下
（1）保證機器執行狀態在設計的範圍內監測機器振動位移可以對旋轉零件和靜止零件之間臨近接觸狀態發出報警。監測振動速度和加速度可以保證力不致於超過極限；監測溫度可以防止強度喪失和過熱損傷等。
（2）隨時報告執行狀態的變化情況和惡化趨勢雖然振動監測系統不能制止故障發生，但能在故障還處於初期和區域性範圍時就發現並報告它的存在，以防止惡性事故發生和繼發性損傷。
（3）提供機器狀態的準確描述機器的實際執行狀態，是決定機器小修、中修、大修的週期和內容的依據，進而避免對機器不必要的拆卸而破壞其完整性。
（4）故障報警警告某種故障的臨近，特別是報警危及人身和裝置安全的惡性事故，是狀態監測重要的目的。
第一節振動監測及診斷技術
一、 機械振動的一般描述
機械振動，從物理意義上來說，是指物體在平衡位置附近來回往復的運動。
（一） 簡諧振動
簡諧振動是機械振動中最基本、最簡單的振動形式。其振動位移d與時間t 的關係可用正弦曲線表示，表示式為
d(t)=dsin[ (2π/t) t2-1）
式中，d—最大振幅，又稱峰值，2d稱為峰峰值，其單位為mm或μm；
t—振動的週期，即再現相同振動狀態的最小時間間隔，單位為s；
φ—振動的初相位，單位為rad；
振動的週期的倒數稱為振動頻率，單位為hz，即
f=1/t（hz
頻率f又可用角頻率來表示，即
2π/t（rad/s
ω和f的關係為
2πf（rad/s
d(t)=dsin[ωt
描述機械振動的三個基本要素即是上述的振幅、頻率和相位。
簡諧振動除可用位移表示外，同樣可用相應的振動速度和加速度表示。速度和加速度的表示式經過一次和二次微分求得
v(t)=dd/dt=dωcos[ωt +φ]=vsin[ωt +π/2+φ]=vcos[ωt
a(t)=dv/dt= -dsin[ωt +φ]=asin[ωt
描述機械振動的三種特徵量即是上述的位移、速度和加速度。
（二） 實測的機械振動
1．振幅振動幅值表徵機械振動的強度和能量。振幅值如前所述有三種特徵量，即振動的位移、速度和加速度。根據不同的需要，對振幅值可以有不同的描述方法，通常以峰值、平均值和有效值表徵。
（1） 峰值 xp表示振幅的單峰值。在實際振動波形中，單峰值表示振動瞬時衝擊的最大幅值。xp-p表示振幅的雙峰值，又稱峰-峰值，它反映了振動波形的最大偏移量。
（2） 平均值表示振幅的平均值，是在時間t範圍內裝置振動的平均水平，其表示式為
（3） 有效值 xrms表示振幅的有效值，它表徵了振動的破壞能力，是衡量振動能量大小的量。iso標準規定，振動速度的均方根值，即有效值為「振動烈度」，作為衡量振動強度的乙個標準。其數學表示式為
2．週期和頻率振動每重**生一次所需的時間稱為振動的週期。每秒振動的次數稱為頻率，頻率是振動的重要特徵之一。不同的結構、不同的零部件、不同的故障源，則產生不同頻率的機械振動，因此頻率分析是裝置振動診斷中的重要手段。
3．相位相位與頻率一樣都是用來表徵振動特徵的重要資訊。不同振動源產生的振動相位不同，對於兩個振源，相位相同可使振幅疊加，產生嚴重後果；反之，相位相反可能引起振動抵消，起到減振作用。相位測量可用於
（1） 諧波分析；
（2） 動平衡測定；
（3） 振型測量；
（4） 判斷共振點等。
二、機械振動訊號的分析方法
振動訊號的分析方法，可按訊號處理方式的不同分為幅域分析、時域分析以及頻域分析。
1．數字訊號處理
（1）取樣在訊號處理技術中即定義為將所得到的連續訊號離散為數碼訊號，其過程包括取樣和量化兩個步聚。
（2）取樣間隔及取樣定理根據shannon取樣定理，帶限訊號（訊號中的頻率成分f＜fmax）不丟失資訊的最低取樣頻率為
fs ≥ 2fmax
式中，fmax為原訊號中最高頻率成分的頻率。當不滿足取樣定理時，將會產生頻率混淆現象，取樣得到的數碼訊號將不能正確反映原有訊號的特徵。
解決頻率混淆的辦法是
a．提高取樣頻率以滿足取樣定理。fs = 2fmax為最低限度，一般取fs =（2.564 ）fmax。
b．用低通濾波器濾掉不需要的高頻成分以防止頻混現象。此時的低通濾波器也稱為抗混頻濾波器。如濾波器的截止頻率為fc，則有fs =（2.564 ）fc。
（3）取樣長度和頻率解析度一般在訊號分析儀中，取樣點數是固定的（如n=1024、2048，4096點等），各檔分析頻率範圍取
fa = fs/2.56 = 1/（2.56δt
則頻率解析度：
δf=1/nδt=2.56 fa /n=(1/400，1/800，1/1600，…) fa
這就是訊號分析儀的頻率解析度選擇中通常所說的400線，800線，1600線，…。
2．振動訊號的幅值域分析描述振動訊號的一些簡單的幅值域引數，如峰-峰值、峰值、平均值和均方根值等，它們的測量和計算簡單，是振動監測的基本引數。
在機械故障診斷領域中，目前常用的無量綱指標有波形指標、峰值指標、脈衝指標、裕度指標、峭度指標等。
隨機訊號的幅值概率密度函式p(x)是指振動訊號幅值為x的概率。通過幅值概率密度函式的形狀可以判斷訊號的型別，它可直接用於機械裝置的故障診斷。
3．振動訊號的時域分析
相關分析包括自相關分析和互相關分析。自相關函式描述的是同一訊號中不同時刻的相互依賴關係，其定義為
4．振動訊號的頻域分析
頻譜分析中常用的有幅值譜和功率譜，另自回歸譜也常用來作為必要的補充。幅值譜表示了振動的引數（位移、速度、加速度）的幅值隨頻率分布的情況；功率譜表示了振動參量的能量隨頻率的分布；相應自回歸譜為時序分析中自回歸模型在頻域的轉換。頻譜分析計算是以傅利葉積分為基礎的，它將復雜訊號分解為有限或無限個頻率的簡諧分量，目前頻譜分析中已廣泛採用了快速傅利葉分析方法（fft）。
時域函式x(t)的傅利葉變換為
相應的時域函式x(t)也可用x(f)的傅利葉逆變換表示為
∣x(f)∣為幅值譜密度，一般被稱為幅值譜。
自功率譜可由自相關函式的傅利葉變換求得，也可由幅值譜計算得到。其定義為
實際上，對於工程中的複雜振動，我們正是通過傅利葉變換得到頻譜，再由頻譜圖為依據來判斷故障的部位以及故障的嚴重程度的。
5．幾種常用的頻譜處理技術簡介
（1）加窗技術常用的窗函式有
a. hanning 窗
0.5(1-cos2t /t ) 0≤t≤t
w(t 0t<0, t>t
b. hamming 窗
0.54(1-0.85cos2t /t ) 0≤t≤t
w(t 0t<0, t>t
c. 矩形窗
10≤t≤t
w(t 0t<0, t>t
論機械裝置的故障診斷與監測方法
作者 董大為 中國科技博覽 2013年第08期 摘要 隨著工業現代化發展，機械裝置在企業生產中的應用越來越廣泛，在工業生產中，機械裝置一旦出現故障，就有可能給企業帶來巨大損失，加強機械裝置故障診斷與監測，可有效保證機械裝置執行的安全性，在故障診斷與監測概念基礎上，對機械裝置的故障診斷與檢測方法進行了...
裝置狀態監測與故障診斷管理制度
管理制度 一 為規範裝置狀態監測與故障診斷工作，切實使裝置狀態監測與故障診斷技術在開發事業部裝置管理工作中發揮作用，特制定本制度。二 裝置管理科是事業部裝置狀態監測與故障診斷的管理部門，各作業區裝置管理工程師負責現場組織實施。三 各單位所屬a類裝置是開展裝置狀態監測與故障診斷的主要工作物件。四 事業...
狀態監測與故障診斷培訓實習報告
首先感謝公司各級領導給予我這次外出培訓學習的機會，通過短暫而又充實的培訓使得自己對於狀態監測與故障診斷有了乙個新的認識。具體報告如下 對於製造行業，裝置的正常運轉十分重要，關係著整個企業的經濟效益。然而裝置運轉到一定時候時都會發生相應的故障，對於裝置故障，最初是事後維修，但該維修體制維修成本高，停機...