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振動知識分享:關于無量綱量的介紹

日期:2023-01-13

  WitExpert預測性維護平臺是用戶管理關鍵設備、實時在線監測、故障預警告警、報表管理的軟件平臺, Web端和APP端都能使用,專業的振動分析師可以借助平臺的診斷工具,進行時域和頻域兩個維度的診斷分析。

  時域特征值是衡量信號特征的重要指標,時域特征值通常分為有量綱參數與無量綱參數。所謂“量綱”,簡單地理解就是“單位”。有量綱的參數就是有單位的,比如平均值,一段溫度信號(單位℃)的平均值依舊是℃;無量綱的參數沒有單位,無量綱量常寫作兩個有量綱量之積或比,但其最終的綱量互相消除后會得出無量綱量,比如,應變是量度形變的量,定義為長度差與原先長度之比。

  在量綱分析中,無量綱量,或稱無因次量、無維量、無維度量、無維數量、無次元量等,指的是沒有量綱的量。它是個單純的數字,量綱為1

  然而在信號表征時,有量綱指標雖然對信號特征比較敏感,但也會因工作條件(如負載)的變化而變化,并極易受環境干擾的影響,具有表現不夠穩定的缺陷。相比而言,無量綱指標能夠排除這些擾動因素的影響,因而被廣泛應用于特征提取的領域當中。

  無量綱指標主要包括峰值因素,脈沖因子,裕度因子以及峭度因子等:

  1、加速度波峰因素

  加速度波峰因素是信號峰值與有效值(RMS)的比值,用來檢測信號中是否存在沖擊的統計指標。峰值是一個時不穩參數,不同的時刻變動很大。由于峰值的穩定性不好,對沖擊的敏感度也較差,因此在故障診斷中,該指標逐漸被峭度指標取代。

  2、脈沖因子

  脈沖因子是信號峰值與整流平均值(絕對值的平均值)的比值。脈沖因子和加速度波峰因素的區別在分母上,由于對于同一組數據整流平均值小于有效值,所以脈沖因子大于加速度波峰因素。脈沖因子也同樣用以檢測信號中是否存在沖擊。

  3、裕度因子

  裕度因子是信號峰值與方根幅值的比值。與加速度波峰因素類似,方根幅值和均方根值(有效值)是對應的,均方根的公式是信號平方和的平均值的算術平方根,方根幅值是算術平方根的平均值的平方。裕度因子可以用于檢測機械設備的磨損情況。

  4、峭度因子

  峭度因子是表示波形平緩程度的,用于描述變量的分布。正態分布的峭度等于3,峭度小于3時分布的曲線會較“平”,大于3時分布的曲線較“陡”。

  綜合來說:加速度波峰因素、脈沖因子和裕度因子的物理意義是相似的,加速度波峰因素和脈沖因子都是用來檢測信號中有無沖擊的指標,裕度因子常用來檢測機械設備的磨損狀況。峭度因子也是對振動信號沖擊特性的反應,不過公式的表達形式上與前三個差異較大。

  在評價這些指標的性能時,通常使用敏感性與穩定性來衡量。脈沖指標、峰值指標和峭度都對沖擊類故障比較敏感,特別是當故障早期發生時,它們有明顯的增加;但上升到一定程度后,隨故障的逐漸發展,反而會下降,表明它們對早期故障有較高的敏感性,但穩定性不好。有效值的穩定性較好,但對早期故障信號不敏感。為了取得較好的效果,常常會將它們同時應用,所以上海輝泰Witium主要選用了加速度波峰因素及峭度指標作為設備監測的內容。

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