現代化生產對設備的依賴程度越來越高，實現設備安全、可靠、高效、低耗的運行是產品質量、生產安全和環境保護的重要保證。因此，加強對現代設備的管理具有 重大意義。設備檢修方式可以分為故障檢修、預防性檢修和預知性維修３類。

故障檢修是在設備故障后進行的被動檢修，已經造成停產損失甚至生產事故，且由于缺乏設備運行歷史數據，使維修具有盲目和不準確性。

預防性檢修是按規定周期進行的檢修方式，是目前避免障礙和事故的主要手段，但可能在設備還處于良好狀態時停機檢修，造成維護過度和資源浪費。

從設備管理的發展趨勢看，采用設備狀態監測與故障診斷技術作為重要手段的預知性維修已成必然。其主要目的是降低保障費用，提高設備安全性、可靠性，以較少的維修投入，實現基于狀態的維修。隨著的儀器測量與分析技術、物聯網、云計算、 數據挖掘、人工智能等科學技術的發展，儀器系統的數字化、自動化、集成化和網絡化水平不斷提升，近年來設備 狀態監測和故障診斷技術的有效性和可靠性不斷提高， 獲得了廣泛工程應用，在現代企業設備健康管理和預知 維修中起到越來越重要的作用。狀態監測與故障診斷一般采用基于振動的測量與分析，油液分析、紅外熱像、超聲探傷以及溫度、壓力析等 多種技術。其中，利用各種振動傳感器和分析儀器獲得 振動信號來獲取機械設備的運行狀態并進行故障診斷由于具有方便性、在線性和無損性等特點，成為目前比較常 用的方法。但是，在對低速旋轉設備診斷時，故障特征頻率被設備的共振和背景噪聲所覆蓋，傳統的振動方法檢測不到 設備的工作頻率，而且低速旋轉設備有組件失效時對振 動信號也影響不大。目前對應力波理論的研究主要集中在土木建筑和交通施工領域對材料和結構的應用，雖然近年來也 有少量文獻表明有研究齒輪中應力波傳播機理的成果， 但只限于測試技術探討及把結果用于算法驗證，真正將應力波檢測和分析研究成果應用于工業設備狀態監控和故障預測的還幾乎是空白。本文研究了一種基于應力波分析的狀態監控與故障預測技術，它實時測量運行設備摩擦、沖擊和動態載荷的 電子信號，這種高頻聲波傳感技術濾除了振動和可聽噪聲的背景，通過時域和頻域特征提取軟件，采用基于神經 網絡的數據融合技術，可以對設備狀態進行定量分析和故障預測，定期提供設備健康診斷分析報告，為企業建立預知性檢維修體系。

應力波技術是受到材料在外載荷作用下產生聲發射現象的啟發而開展研究。其基本思想是，采用驅動器在復合材料表面激發應力波，與此同時，傳感器在同一表面的其他一個或多個地方接收應力波信號，并對應力波信號進行分析，據此對結構中的損傷進行監測。結構內部的各種損傷會引起應力集中、裂紋進一步擴展，這一過程伴隨著應力波的散射和能量的吸收。

應力波監測原理

應力波是指由失效組件之間的摩擦作用引起的表面波。金屬間的摩擦和磨損引起的組件表面不規則變形和斷裂都能夠產生應力波，其頻率范圍在38kHz左右。測量使用的加速度傳感器經過特殊處理后在32kHz至43kHz頻帶內的信號將被放大數十倍，經高精度采集儀采集后進行數據處理即可獲得信息，從而進行故障診斷和趨勢預測。

應力波技術特點

1、診斷軸承的早中期故障,延長預警時間。由于沖擊信號能量低,尤其是軸承早中期故障時期的信號,常常被淹沒在背景噪聲中,采用普通振動傳感器檢測到當前沖擊信號的難度非常大。本方案采用應力波傳感器,通過硬件和軟件的配合,保證傳感器在38kHz頻帶附近靈敏。與最初的應力波信號相比,所獲得的信號被放大了近100倍。針對接收到的應力波信號進行分析,可得到含有故障信息的信號的周期和相應的幅值，比照軸承的特征頻率,即可確定故障源。

2、使用應力波傳感器測試軸承時,不受其他振動信號的影響。軸承一旦有故障發生,就會產生沖擊信號,激勵起固有頻率的振動,沖擊脈沖過程如圖2-1所示，振動響應過程如圖2-2所示。一般情況下，軸承固有頻率頻率多在30kHz~40kHz之間。應力波傳感器經過特殊的機械和電路方面的處理,使其在傳感器的固有頻率處發生共振,將低頻振動信號濾除,只保留高頻的信號,即只對高頻的沖擊信號有響應。因此,應用應力波傳感器對軸承進行測試時,可不受其他振動信號的影響。

圖2-1脈沖響應過程

圖2-2振動響應過程

3、基于研究表明，基于應力波分析的低速故障診斷方法是一種比較有效的診斷低速滾動軸承故障的分析方法，由于進行多尺度分析和提取特征頻率時剔除了其它信號和噪聲的干擾，從而進一步提高了信噪比

4、應力波技術基于超聲波技術，可以檢測到故障早期的輕微損傷跡象。而此時溫度或振動信號幅度尚小，因此采用溫度檢測或者振動檢測技術還不能檢測到。

5、對應力波數據進行分析可以獲得設備趨勢化參數，使運行人員了解設備損傷程度和惡化速度，預知故障將造成停機的時間。

6、應力波技術不僅可以檢測設備故障，還可以確定此故障是否與生產流程有關，以及是否受操作過程影響。因此還可以為優質高效的生產控制流程提供有效的設備運行基礎數據，為優化生產作業提供數據支持。

應力波技術發展前景

對于低速重載變槳軸承的故障診斷與監測，暫無有效便捷的技術。應力波技術在軋鋼機等重型機械上已有有效應用，應用此技術對風機變槳軸承進行監測，為風機健康監測開辟了一條新的道路。對后續大型風機尤其是海上風機的故障預測、維修維護計劃制定提供數據支持。逐步積累監測數據對后續大數據分析，加快智慧風機的發展有巨大推動作用。

森瑟科技應力波傳感器產品

370A應力波傳感器產品是一款測量高頻應力波的IEPE加速度傳感器, 其特點是采用環形剪切模式的陶瓷晶體為敏感元件，具有長期保持輸出穩定的特性。此應力波傳感器的內部電路是在IEPE的兩線制系統上同時提供恒流源激勵和傳輸低阻抗電壓輸出信號，信號地內部屏蔽，并與外殼隔離；同時信號放大電路設計考慮了極性反向保護。外殼采用激光焊接工藝以保 證產品的密封性；輸出連接頭采用標準的MIL-C-5015玻璃絕緣連接器以滿足不同環境下使用時輸出的穩定性；370A應力波傳感器通過1/4-28螺紋孔實現與被測對象的牢固連接和安裝。370A應力波傳感器的主要特性在于高頻響應(>10KHz)，通過放大諧振點的振動信號捕捉機械設備磨損產生的應力波信號，因此適合應用于齒輪箱和軸承的早期磨損監測。

特點：

? 高頻響應 ? 堅固耐用 ? 高靈敏度 ? 金屬焊接密封 ? 外殼隔離 ? ESD防護 ? 極性反向防護

? EMI/RFI屏蔽 ? 高分辨性

應用：

? 設備監控 ? 設備應力波檢測 ? 失效分析 ? 耐磨試驗