用于分析振动机械的共振的方法与流程

本发明涉及一种用于分析振动机械的共振的方法。

背景技术：

1、具有振动单元的机械在如下情况下可能会因自身产生的振动而损坏：振动单元的振动频率与机械的固有频率相同或相似。由于周期性地重复发生激振，越来越多的能量被传递到系统中。由于这种相长干扰，能量被储存在系统中，直到共振灾难发生。在最坏的情况下，这可能会摧毁机械。

2、为了避免这种情况，有必要了解可能导致这种共振灾难发生的频率。这个过程就是所谓的共振分析。

3、到目为止，共振分析都是利用短的外部冲击引起机械的振动，例如利用冲击锤击打机械。同时，传感器记录对单个冲击的振动响应。冲击(impuls)是一种狄拉克信号(dirac-signal)，即由大量振动叠加而成的短期信号。通过利用适当的分析方法，例如对测量结果进行频率分析，可以推断出机械的固有频率。

4、为了进行振动分析，停止振动机械，使得振动响应不会叠加有其它振动信号。

技术实现思路

1、本发明的目的是对振动机械进行共振分析，这种分析方法简单、成本低廉，而且对运行的干扰尽可能小。

2、该目的通过独立权利要求的主题实现。有利的改进例和优选的实施例形成了从属权利要求的主题。

3、一种用于在运行期间分析振动机械的共振的方法，该振动机械特别是振动筛或振动输送机，该方法包括以下步骤：

4、-确定运行振动信号，该运行振动信号包括机械在正常运行时的振动，

5、-在运行期间利用激励信号激励振动机械，以在振动机械上激励出额外振动，

6、-测量振动机械针对激励的响应振动信号，

7、-通过将运行振动信号用作校正信号并从响应振动信号中减去校正信号来确定相减信号；以及

8、对相减信号进行频率分析，其中，在激励信号的频率范围内，相减信号的主频率对应于系统的固有频率。

9、振动机械是一种被有意设置为在运行期间振动(至少部分振动)的机械，其中，这种振动以预定的频率振动。

10、振动机械具有至少一个固有频率，该固有频率的特征在于，如果运行振动的频率等于固有频率，则会导致共振灾难。

11、通过振动检测装置测量运行振动信号和响应振动信号，其中，振动检测装置包括至少一个或多个振动传感器。例如，这些振动传感器可以是mems加速度传感器、压电传感器或麦克风技术传感器。例如，麦克风技术传感器是压力麦克风、电容麦克风、移动线圈麦克风、带式麦克风或晶体麦克风。

12、在计算机上执行相减信号的确定以及相减信号的频率分析，其中，计算机是指一般意义上的计算机，并且可以包括个人计算机、笔记本电脑、便携式手持设备(例如智能手机和平板电脑)，但也可以包括为这种方法专门生产的设备。

13、可以手动地或机械地激励振动机械。使用冲击锤的激励是常见的。

14、到目前为止，还无法在运行期间进行共振分析，因为运行振动会主导任何测量，并叠加激励信号的冲击响应，因此在评估中，例如在对信号进行傅里叶变换之后，只能识别出运行振动的频率。在此，无法确定振动响应。

15、发明人认识到，运行振动在一段时间内保持稳定。在这种情况下，在一段时间内的稳定是指运行振动的频率、振幅和相位在10分钟内的变化不超过10％，优选不超过5％，特别地不超过1％。

16、运行振动还取决于振动机械的负载状况。空载振动机械在很长的时间段内(例如几个星期)表现出基本相同的运行振动。如果负载条件发生变化，则振动机械的振动特性也会随之改变。振动振幅的变化可达10％。因此，建议在基本相同的负载条件下记录运行振动信号和响应振动信号。

17、由于运行振动在一段时间内是稳定的，因此运行振动信号可用作校正信号，并将其从测量信号(例如，响应振动信号)中减去。由激励信号产生的响应振动信号仍作为信号保留。

18、如果没有将激励信号传递到振动机械，则在扣除校正信号之后，会导致零线，作为相减信号。

19、这种方法的优点在于，可以在运行期间执行该方法。与现有技术相比，用户无需关闭待分析的机械，并且可以在测量期间继续使用。也可以在正常运行期间执行机械的共振分析，即在机械已被加载时执行共振分析。根据振动机械的应用领域，在测量期间停机造成的损失可达几百万欧元。因此，许多用户不敢进行这样的检查，并且冒着损坏机械的风险。在最坏的情况下，这可能会危及人的生命。

20、根据应用位置，与振动机距离很近并且本身以一定的频率运行的其它机械也会导致振动机械振动。以前，这些机械也必须停止运转，否则测量结果就会被“污染”。这意味着其它机械的频率也会出现在分析中，从而可能导致错误地确定出被分析振动机械的固有频率。为了排除这种情况，有时会关闭整个工厂车间和生产设施来测试单台机械。这是不经济的。

21、然而，在本方法中，周围机械的振动也可以作为运行振动信号的一部分包含在校正信号中，并然后被从响应振动信号中减去。这里唯一的要求是，周围机械的特性不发生变化，例如，在它们被打开或关闭时或在设置了不同的频率时。

22、另一优点是，机械的固有频率是在实际条件下测量的。发明人认识到，当机械处于静止状态时，其固有频率与运行期间的固有频率略有不同。例如，这是由于相应的机械被填充，并且填充材料会对固有频率产生影响。

23、由于振动特性会因负载而发生变化，因此与在无负载状态和停止运行时对振动机械进行分析的传统共振分析相比，正常运行期间的共振分析更符合实际情况。优选地，在将运行振动信号用作校正信号之前对其进行修改。为此，可以例如通过拟合在运行振动信号上建模出校正信号，例如作为函数。

24、在生成校正信号时，可根据运行振动信号确定具有最大振幅的频率，下文将其称为运行频率。然后，确定运行振动信号中的运行频率的振幅和相位以及运行振动信号中的运行频率的谐波的振幅和相位。然后，根据运行频率的振幅和相位以及运行频率的谐波的振幅和相位生成校正信号。

25、然而，校正信号也可以包括来自在振动机械的边带和/或弹簧/硬体共振附近和/或周围正在运行的其它机械的信号。

26、运行振动信号基本上对应于正弦波振动，其中，正弦波振动与谐波的正弦波振动叠加。因此，有用的是，也将校正信号表示为运行频率的正弦信号，并与谐波的正弦信号叠加。正弦函数可以由频率f、振幅a和相位p定义。如果已知运行频率和谐波的频率、振幅和相位，就可以利用这些信息生成校正信号。

27、优选地，谐波是运行频率的倍数中的一个或多个，优选是运行频率的1/2倍、3/2倍、1/4倍、2倍、3倍、4倍、5倍、8倍、16倍和32倍。

28、运行频率的倍数也可以是固有频率的分数，例如1/2或1/4。这些频率被称为分谐波(subharmonische)。

29、在最简单的情况下，在显示器上可以通过图形显示运行振动信号，并且调整校正信号的参数以使其尽可能与运行振动信号相对应。替代地，也可以通过从连续测量的响应振动信号中减去校正信号来连续生成相减信号，而没有将激励振动施加到振动机械。然后，调整校正信号的参数，直到零线被识别为响应振动信号。

30、优选地，通过自动参数估计来估计运行振动信号，并利用得到的参数修改运行振动信号。

31、自动参数估计方法(也被称为拟合)是众所周知的。如果要分析的信号是周期性的正弦信号，这种方法就特别适用。这种自动参数估计可以通过软件产品来实现，在这种软件产品中，以这种方式生成的校正信号在数学意义上非常接近运行振动信号。由此，可以从响应振动信号中几乎完全减去运行振动信号，从而只得到振动机械对激励信号的响应。

32、优选地，将运行振动信号的函数近似为：

33、

34、其中，n是谐波的次数，k是最高谐波，an是谐波的振幅，f是运行频率，t是时间，并且pn是各次谐波的相位。

35、该数学函数表示多个正弦函数的总和。

36、优选地，k至少为1、2或4，以便获得足够精确的校正信号。

37、优选地，k的最大值为64、32或16，使得计算量不会太大。

38、如果存在比例谐波(也被称为分谐波，例如1/2或1/4比例谐波)，则会利用用于这些比例谐波的项来相应调整上述公式。

39、还可以想到的是，添加具有不同频率的其它项，以涵盖正在运行的其它机械，且/或涵盖边带和/或弹簧/硬体共振。

40、替代地，也可以通过在预定的持续时间内记录运行振动信号并将其用作校正信号来在运行振动信号上建模出校正信号。

41、由此，可以省去对运行振动信号的数学描述，并使用原始的运行振动信号。这样做的缺点是必须估计所需的持续时间。另一方面，如果该记录过短，则可能会重复使用记录的信号。

42、通过使用记录的信号，可以从响应振动信号中减去运行振动信号，而不会因为数学调整而导致质量损失。

43、此外，还考虑非正弦信号。

44、优选地，激励信号是狄拉克脉冲(dirac pulse)。

45、本发明意义上的狄拉克脉冲应被理解为一种近似数学狄拉克脉冲，因为从物理上不可能产生纯数学狄拉克脉冲。

46、实际上，这种狄拉克脉冲是由冲击锤的击打产生的。

47、狄拉克脉冲的特点在于，具有最小可能的持续时间的脉冲被传输到被分析的振动机械上，其中，所有频率都受到相同的激励。

48、不与固有频率或其倍数相对应的频率会立即被衰减。

49、然而，在狄拉克脉冲的影响下，固有频率及其倍数仍继续振动，因此可以对其进行测量。

50、然而，实际上，这种狄拉克脉冲只能激发特定频谱的频率。

51、优选地，在大于0.01hz，优选大于0.1hz，尤其大于1hz的频率范围内确定固有频率。

52、低于该范围的频率不容易被狄拉克脉冲激发，并且对测量也没有意义，因为机械的典型频率高于此处规定的限值。

53、优选地，在小于1khz，优选小于500hz，尤其小于50hz的频率范围内确定固有频率。

54、狄拉克脉冲只会轻微地激发较高的频率，并且运行频率不会超过这个限值，因此高于这些值的固有频率不会对机械造成任何危险。

55、优选地，在分析步骤之后改变运行频率，并重复所有步骤。

56、通过改变运行频率，可以确保在不同的运行频率下不会出现新的固有频率，或者现有固有频率被不同地赋予权重。振动机械的用户希望能够确定大量可能的运行频率，而不必在每次设置新的运行频率时都要检查是否安全。

57、优选地，在多个点处将激励振动信号传递到振动机械上。

58、这确保了振动机械的固有频率也能被识别出来，而这些固有频率可能在其它点处被忽视了。

59、优选地，在多个点处测量响应振动信号。

60、这确保了在预定范围内记录振动机械的所有固有频率。

61、优选地，运行振动信号的确定、振动机械的激励和响应振动信号的测量在时间上重叠且/或同时进行。记录响应振动信号，该响应振动信号包括运行振动信号和对激励的响应。根据该响应振动信号生成校正信号，并然后从响应振动信号中减去校正信号以得到相减信号。因此，相减信号大致对应于未运行的机械的响应振动信号。然后，对相减信号进行频率分析，以确定振动机械的固有频率。

62、通过使用包括运行振动信号和对激励的响应的响应振动信号，可以简化评估。运行振动及其谐波的相位可通过fft确定。由于运行振动信号的谐波的各个相位以及响应振动信号的谐波的各个相位基于对响应振动信号的相同测量，因此它们具有相同的相对基准。因此，无需事后例如通过相位调整、额外的fft确定或利用时间间隔确定的相位确定来确定响应振动信号相对于运行振动信号的相位基准。

63、虽然各个步骤也可以相继进行，但如果它们在时间上重叠且/或同时进行，则可以在联合测量中记录运行振动信号和响应振动信号。

64、由于运行振动的频率明显占主导地位，因此脉冲响应不会影响频率的确定。

65、用于测量振动机械上的固有振动的测量系统被设计为执行上述一种方法，该系统至少包括一个振动检测装置和评估装置。

66、这种振动检测设备例如包括上述传感器等，并且评估装置可以是上述计算机。

67、振动筛是一种筛选机械。根据颗粒的大小将固体混合物分离出来。

68、振动输送机是一种输送散装物料的机械。通过线性、圆形或椭圆形振动来移动散装物料。

69、包括这两种功能的机械也是已知的。

70、振动输送机包括输送装置(通常是振动输送槽)、振动驱动器和弹性悬挂装置。

71、除悬挂装置之外，振动输送机的其它部件均应不易变形。由此，允许沿着振动输送槽均匀地传递振动。此外，还要尽可能避免疲劳断裂。