屠良尧：用手机测试振动和声音诊断机器故障的探讨

【第一工程机械网 独家报道】2014年10月28—30日，2014中国工程机械营销&后市场大会在苏州召开，大会由中国工程机械工业协会代理商工作委员会及中国工程机械工业协会维修及再制造分会主办，江苏天恒伟业工程机械有限公司承办，现代重工特别支持。本次大会是中国工程机械行业第一次打通营销与后市场产业链条，让制造商、代理商、技术服务商和用户跨界互联、无碍交流，汇聚各方资源优势、思维优势，以期实现中国工程机械行业的转型升级和持续健康发展。中国工程机械第十二届营销高峰论坛、2014 中国工程机械后市场发展论坛、2014 中国工程机械代理商年会及2014 中国工程机械工业协会维修及再制造分会年会于同期举行。

当前中国经济正处于增长速度换挡期、结构调整阵痛期和前期政策消化期三期叠加的关键时期，从高速增长期向中速平稳增长期过渡；中国工程机械行业市场也由增量市场逐步转化到存量市场，传统的营销模式已经难以为继，盲目追求市场占有率、激进竞争的市场策略将不可持续，我们将如何直面中国经济与工程机械行业的新常态？面对仍然蕴藏下行风险的严峻市场形势，中国工程机械代理商与技术服务商如何成功转型？大会聚焦“行业现状”与“未来预期”，中国工程机械行业意见领袖们在会上共议机遇与挑战，共同探索行业的改革创新和发展之路，共同谋划“新常态”经济时期的价值创造与共赢之策。作为一个重新定义的关键起点，丰富的大会内容与充分的沟通空间为业内有识之士带来转型的商机、技术和理念，进而形成转型的驱动力。

本次大会的维修技术专场环节，哈尔滨工业大学分析测试中心教授的屠良尧作了题为《用手机测试振动和声音诊断机器故障的探讨》的主题演讲，以下为第一工程机械网编辑整理的内容：

屠良尧：用手机测试振动和声音诊断机器故障的探讨

目前国内机器故障诊断工作情况可从两方面探讨

一方面向国际先进水平接近，当前已开展智能故障诊断研究，即机器只有极微小的异常征兆出现时就可进行诊断与预测，提前采取措施，避免重大事故；但它需要高档的硬件设备和先进的分析软件。

另一方面一些中小企业对关键设备的故障诊断既缺乏资金购买测振设备又没有专业测试人员，无法开展工作。故本文介绍便于普及的用智能手机测振声法。(限于时间，只讲测振)

第一、智能手机的各种应用

智能手机除作为蜂窝电话和听音乐，看电视，上网发微博、微信、QQ外；各种丰富多彩，功能奇妙的应用软件（Apps）如雨后春笋般出现。

安卓Android（Google Play）和苹果iOS（App Store）年初已有70万个应用软件问世！

智能手机内有尺寸极小（如3mm x 3mm x 1mm）的MEMS(微机电系统)传感器，直接测振（加速度），测声（声压级），测磁，测温，测光，测压，测距离等…，间接测量就举不胜举了：测速度RMS（振动烈度），测转速，测凤速，测轨迹，测脉搏，作计步器 ...，;但用作夜视仪，红外照相，找鬼影都是假的。

A. 谷歌公司今年2月推出装有"Project Tangle"（探戈项目）的3D手机后，NASA马上与其合作，开发出供维修员使用的“故障诊断”"探戈项目"手机，增加了红外线诊断，超声波诊断等功能

B. 户外导航用GPS，户内呢？

瑞典IndoorAtls（室内导航创业公司）用手机磁场计在室内导航（分辨率在3米以内），可在超市内寻找商品位置等，据9月3日中关村在线引用彭博社新闻，百度要化巨资投资该公司。

注1：  磁场计测磁感应强度，不是磁场强度!单位是特(斯拉)T

注2：振动台对台面上方的磁感应强度大小有要求，过去没仪器都不测

C. 用手机放置物体上，先激振再测振，分析后确定物体表面特性：塑料表面，木质表面，沙发，人手等。

D. 用手机可测所在处的经纬度（哈工大测得 东经E126度37.835分， 北纬N45度44.352分)，也是一种定位。

E. 用手机测地震可以得出地震烈度（Mercalli  Intensity Scale）

从1级Instrumental（仪器能测，人无感觉）到12级Catastropnic（灾难）还可用手机作为地震报警器，振动超过特定值时用声音报警，有人将手机放在进门处地板上作为有闯入者时告警，有人把手机挂在门上当门铃用;我们可放在机器上以作突发故障报警。

F. 有闪光测频功能的软件，手机可发出不同频率(转速RPM，如30Hz=1800 r/min)的强闪光，可测量转动物体的转速或观察振动物体的振型。 苹果手机有’转速计’软件，可在iTunes上免费下载”Gappetite’s Strobe light~tachmeter”后运行。

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第二、手机测振的三种方法

第一种方法：用大家都有的安卓Android手机或苹果iOS手机内的传感器，下载免费分析软件APK即可测试。

MEMS传感器（现在又加紫外线传 感器）

我们用其中几种：加速度计，传声器（麦克风），陀螺计等。

注1：本文只讲安卓手机的使用

注2：Android4.0开始手机内可装13种

本方法的优缺点（与正规仪器比较）：

1.有手机的人稍经培训即能测（入门只要十几分钟）。但手机要好些的，最好2013年以后出厂的，安卓版本在4.0以上。

2.随时随地能测，找个能放手机的面即可（水平面，垂直面，斜面均可；手机可极精确测出斜面夹角和方位），事先可设一过载值（如大于3g）报警，以免损坏手机。

3.不化一元钱。但有些软件要联网，有些测试要将数据发送，要上网费。

4.正规仪器用压电PE加速度计（或集成电路压电IEPE加速度计，数采要反向给加速度计供应恒电流），频率范围宽，可测的加速度大，灵敏度高；但价格贵（尤其三向计），最低0.1赫到0.5赫(不能测一阶固频极低的大型结构，如美金门大桥为0.0549赫)。

手机内用电容式三向加速度计，可测零频加速度（AC）如重力加速度， 频率范围窄（0~500赫），可测加速度小（+/-8g)，但线性度，重复性，阈值都还可以。幅值分辨率与ADC的位数有关，频率分辨率与采样点数有关。

各人手机厂家和型号不同，指标不同，本人用华为P6，有9种传感器，所用加速度计（已淘汰）能测到+/-4g。

第二种方法：进一步用电脑控制手机，或手机控制电脑。

有线控制可在手机上插OTG(On-The-Go)数据线，再用USB线或连另一手机

或连电脑或连串口.USB-USB线国产线较短，美国有10米线.(注意你的设备是否都是OTG，你的手机是否是Android 4.0以上)

无线控制更好，国外一汽轮发点机组，控制室电脑显示屏幕上的各种监测画面可同步发送到所有技术人员的手机上.方法是在电脑和手机上都下载免费软件

“Android VNC”(虚拟网络计算机)

第三种方法： 手机内传感器指标低 有些测点不能放手机 现在已有独立的数字式加速度计，频率可到8千赫（800美元），用USB2.0电缆连到手机（也有独立的传声器），苹果有与iPhone5或5s手机套装的红外照相机（350美元），把手机改装成‘红外探伤仪’。

第三、用手机测振初步判断 机器有无故障

判断故障标准有三种

1.绝对标准：在某机器某部件(如轴承)某点测试值与标准值比较。

标准值常用'振动烈度' 即'速度均方根'  Vrms 。

2.相对标准：对某些点定期测试，画趋势图，将第一次测试值作为基准值(正常  值)，以后测试值与其相比，比例作标准。

3.类比标准：如有数台同类同时投产的机器，可将同工况的各机器的同点测试值作类比三种标准中第一种精度比正规仪器差，第二、三种标准用手机测效果不次于正规仪器。

曾经有工厂找我们说某台压缩机振动大了可能有故障请我们诊断一下，我们问：‘该台机器正常振动值或过去测量值是多少，现在是多少’，工厂回答：‘不知道，没仪器没测过，这几天振动凭手感大了不少，噪声也大了’。

正是：振动大小用手摸，噪声轻响靠耳听！

手摸加速度至少大于1.5倍才有感觉，声音频率大于0.5分贝(1.06倍)，声压大于1.1倍耳朵才有感觉，还因人而异，且越老越迟钝。

美国著名统计学者Edwards Deming 说过；“（In  God We Trust）我们信仰上帝，除此以外，任何人都必须用数据说话”。

现在是大数据时代，我们搞维修的至少要有小数据，如没有“振动烈度”值，可用手机“经验标准”参考，比人感觉准多了。

用手机定期测加速度，低频段测试值是初始值2倍时要注意监测，4倍时要考虑停机维修.高频段测试值是初始值3倍时要注意监测，6倍时要考虑停机。

手机可测最高频率为500赫（手机抗振试验也定为500赫），对高速离心机等不能用手机测。

北京市雾霾严重，专业监测点全市只有几十个(仪器值百万)，且一小时才报一次，Intel为此研制了成本才百元人民币的仪器，人人能买，随时随地可测，缺点是精度太低，数据不精确，但多人大量监测后，汇到云里，Intel用大数据多维建模法就可得到准确数据，并立即发回到各监测仪显示。

经验标准

非州国家早产儿夭折率很高，某公司研制了婴儿保温箱，第一年卖得很好，可后来因缺乏零部件和维修技术员，坏了无法修，没人买了。公司去人考察，发现当地丰田车很多，维修店也多；于是他们利用丰田车零部件设计新的婴儿保温箱，解决了问题。

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第四、手机中传感器的性能指标

各个手机公司选用不同厂家的不同型号加速度计，见表1

表1：一些旧手机中加速度计的性能指标

加速度计性能指标各不相同

1. 幅值范围：从+/-2 g到+/-16g

2.最高分析频率：  400 Hz ~500 Hz

3.幅值分辨率： 加速度分辨率： Ap-p/2^N，Ap-p--加速度峰峰值 N--ADC的位数（表中最高12位，正规仪器中的ADC位数已到24位 ）2^12=4096

注1：一般机器的振动频率（或固有频率）不会高于2000Hz，绝大部分机器不会高于500Hz手机抗振试验标准激振频率为500Hz

注2：信号分析的最高频率=采样频率/2.56 或采样频率/2

注3：一般机器的振动加速度为几g，很少会到16g

以华为P6手机(安卓Android 4.2)为例

1.三向加速度计：

ST Microelectronics公司 LIS303DLHC，为电容式，可测零频(常)加速度如重力加速度G ；最大量程：39.2266 m/s^2=4g  (g取9.80665m/s^2，为标准重力加速度gn)；分辩率：0.009576806 m/s^2=0.1mg

注：手机静止测静加速度时可把重力加速度减掉，称为零加速度计，可测某一面的水平度等

2.传声器：0dB~140dB

3.三向陀螺计(Gyroscope Sensor)。

注：可测绕三轴转动的角速度 ST Microelectronics公司 L3G4200D。最大量程：34.906586 rad/s 分辩率：0.0012217305 rad/s。

4. 三向磁场计。

Asahi Kasei Microdevices公司的AK8963。最大量程：4915.2 mT、分辩率：0.06 mT。

注：大家可用手机测一下你的住宅中不同房间的和开关电器设备后磁感应强度变化。

5. iNemo 三方位传感器Orientation Sensor  ST Microelectronics公司。最大量程：360度，分辩率：0.1度。

6. 光传感器     Taos公司 最大量程 10000 Lx。

7. Proximity邻近传感器    Taos公司 最大量程：5 cm。

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第五、十五分钟学会用安卓智能手机测振测声

1.把你的安卓手机和已上网的笔记本（或台式机）用USB线连接。

2.笔记本上装“360手机助手”后打开。 (一般手机上也有“360手机助手”，但屏幕小;下载化流量)。

3.在屏幕上方菜单中按“找软件”，打‘手机传感器’或‘手机测振动’或‘手机测声音’，或‘频谱分析仪’或‘信号发生器’，选一项搜索，会出现上百个软件。选择几个下载：如地震仪感兴趣，可下载“Seismos”（有两个，内容不同），“Earthquake Vibration”“Seismometer”“iSeismometer”“Seismograph”（有三个，内容不同），共8个软件可下载. 地震仪可作故障报警器

如下载“Tricoder”软件，可同时测6个物理量：重力，磁场，加速度，位置，电磁谱和太阳（电磁辐射）。还可下载 “EMF SensorFree电磁辐射仪”（可测家用电器如微波炉），“金属探测仪”（找废铁）下载到手机。

4.下载后手机屏幕上出现图标ICON(我手机装了70个软件，有70个图标)

5.把手机放在某一振动体上或手持接近某一发声体上

6.按某一图标(大部分软件如不发送，不用上网)，开始读时域或频域数据，并储存在手机SD卡上或即时发送。如测声，显示的是SPL声压级（分贝），可选择A计权，C计权，Z计权（即不计权），测声时要注意环境噪声干扰。可先测环境噪声再消掉。

7. 手机除测平动还可测转动的三轴角速度(弧度/秒)，正规系统的陀螺仪和角加速度计很昂贵（如ENDEVCO公司的角加速度计要上万元）

8.数据有9种输出方法：电子邮件，分享给附近的人，蓝牙，通讯录，网盘，微博，OfficeSuit WLAN Direct，信息，WLAN。