摘  要：简要介绍振动形式的时基波形图、轴心轨迹（跟踪提纯、带键相标记）图、全息谱图的构成及其对应特点；结合振动异常时呈现在时基波形图、轴心轨迹图、全息谱图上的故障特征，进行了诊断分析与探讨。
关键词：状态监测；传感器；时基波形；轴心轨迹；全息谱；故障特征；诊断分析
中图分类号：TH 165.3    文献标识码：B

        一、时基和轨迹是振动形式表示的两种重要方法
        1．时基波形图
        时基波形图是转子在固定运行速率时的时基形式振动信号波形图，为正弦波形，它是转轴的位置与示波器上水平时间轴的关系曲线，通过观测时基振动形式，可确定振动信号的振幅、轴转速、相对于轴转速的振动频率、两个信号的相对相位角、间隙（对于电涡流探头）、振动方向和振动信号形式。
        2．轨迹图
        (1)轴心轨迹图
        ①轴心轨迹。是由两个互成90°的非接触式电涡流位移传感器感受的振动信号，分别输入到示波器的两个通道内，它所显示的是对应于两传感器轴截面的中心线的运动；如果传感器安装在轴承上，则轴心轨迹是轴的中心线相对于轴承的运动关系，它反映了转子瞬时的涡动情况。
        ②跟踪轴心轨迹。在一组过程信号（如开车、停车的瞬态信号）中，相隔一定时间间隔对转子轴心轨迹进行分析观察的一种方法，对其轴心轨迹的方向、形状、大小分别进行分析诊断。
        ③提纯轴心轨迹。轴心轨迹所含成分比较复杂，轨迹凌乱，不易获得清晰的特征；提纯轴心轨迹则是在频谱分析的基础上，提取相应频率成分重构而成，也可以通过带保相滤波对轴心轨迹进行重构，故比原始轨迹简洁明了，突出了轨迹特征与故障的相关性和故障有关成分。
        ④带有相位（带键相标记）的轴心轨迹。对垂直水平振动信号分别滤波后，可得各自的一倍频信号，再加上键相器信号，即得到带有相位的轴心轨迹，可用以判知轴心轨迹的方向（顺时针或逆时针）。之所以有两个方向，是由于垂直、水平振动曲线的相对相位不同所致。轴心轨迹的方向称为进动，当轴心轨迹的方向与转轴方向相同时，称为正进动，反之则为反进动。
        (2)全息谱
        全息谱是利用相位信息，使设备的振动形态得到全面反映，以提高故障诊断所需的信息量，弥补在复杂振动状态下轴心轨迹难以判断的振动特点和故障原因，将频谱分解的优点和轨迹的直观性结合起来。
        构成全息谱的过程如下：①将单个传感器输出的振动信号通过改进的FFT算法分解为谐波频率成分；②将同一支撑面内互成90°方向的同一频率谐波进行集成处理，合成为一个运动轨迹；③将横坐标设为转子振动的阶次频率，将X、Y两个方向信号分解的各阶次谐波轨迹依次放置在横坐标的相应位置上，就构成了二维全息谱（图1）。它比较全面地反映了转子在某一支撑面内幅、相、频的信息。将横坐标设为机组支承的空间位置，将各支承面同一振动频率的轨迹放置在相应的支承位置上，便得到三维全息谱。三维全息谱显示了数个支承面上同一阶频率分量的振动轨迹、其间的相位关系及轨心线上出现的节点。
       

        二、时基图和轨迹图的诊断分析与探讨
        1．时基波形图的诊断分析与探讨
        (1)时基波形图的适用场合：①当机器转速低于100r/min时；②当故障具有明显冲击特征时；③当信号存在调频或调幅现象时；④当需准确确定振动幅值时；⑤当需区别信号中是否有外部干扰时。
        (2)用时基波形图进行分析诊断时，应特别重视选择描述振动幅值响应的参数。在诊断转子不平衡、不对中、碰摩等低频故障时，应选位移或速度所对应的时基波形图进行分析；在诊断齿轮、滚动轴承产生的故障时，因其频带较宽，故若用速度所对应的时基波形图应选频带为1 000Hz以下，用加速度所对应的时基波形图则选频带为1 000Hz以上进行分析。
        2．轴心轨迹图的诊断分析与探讨
        (1)从轴心轨迹的旋转方向分析转子故障
        各种故障与轴心轨迹的旋转方向对应关系见表1。
   表1 各种故障与轴心轨迹旋转方向的对应关系
        

        (2)从轴心轨迹的形状及其变化来对比分析转子故障
        各种不同故障对应的轴心轨迹形状见表2。
        表2 各种不同故障与其轴心轨迹形状对应关系
        

        (3)从轴心轨迹的稳定性分析转子故障
        正常情况下，轴心轨迹是稳定的，如果轴心轨迹紊乱，形状、大小不断变化而不能重合，则预示着转子运行出现异常，很容易导致机组失稳，故应依据转子所对应的轴心轨迹特征和形状，以及稳定性、相位来分析诊断故障。
        3．全息谱的诊断分析与探讨
        各种故障与全息谱的轨迹形状对应特征见表3。
        表3 各种故障与全息谱轨迹形状的对应关系

参考文献：
[1]王宜．设备振动简易诊断技术[M]．机械工业出版社，1990，8．
[2]陈大禧，朱铁光．大型回转机械诊断现场实用技术[M]．机械工业出版社，2002，6．
[3]盛兆顺，尹琦岭．设备状态监测与故障诊断技术及应用[M]．化学工业出版社，2003，6．