ZHI NENG YUN WEI

把算法研究落实到工程验证

- 故障诊断、寿命预测、算法验证

数据采集系统不是孤立设备，它服务的是实验目标。做轴承故障，要能捕捉冲击和包络特征；做齿轮故障，要关注啮合频率、边带和扭矩波动；做转子动力学，要看转速、相位、轴心轨迹和振动响应。通道数、采样率和传感器布置彼此关联。先列出需要同步观察的物理量，再判断每类信号的频带和输入方式，最后再选设备。这样既能避免通道不够，也能避免为了一个并不关注的高频成分付出过高的采集与存储成本。

图2：数据采集选型应从实验任务逐层推导

图3：数据采集系统选型流程

通道数的基础算法很简单：先数测点，再数方向，再加辅助信号。以一套旋转机械平台为例，如果电机端、齿轮箱输入端、齿轮箱输出端、负载端各布置一个三向振动测点，就已经需要12个振动通道；如果再加转速、温度、电流、扭矩等信号，通道数还要继续增加。

单点单向测试：适合入门教学和简单趋势监测。

多点同步测试：适合传动链对比、模态分析、阶次分析和故障定位。

多源融合测试：适合智能诊断、寿命预测和数字孪生验证。

建议在已计算的基础上预留约20%的通道余量，用于后续增加对比测点、转速参考或工况量。对于需要比较相位、定位故障或做多源融合的课题，同步采集能力通常比单通道的峰值指标更重要。

图4：Z-DAQ 多通道动态信号采集器与采集卡

图5：Z-DAQ 关键技术参数

采样率的关键不是追求“越高越好”，而是覆盖最高关注频率，并给滤波、频谱观察和后续处理留出余量。工程上还要同时看每通道同步采样能力、有效通带、连续记录时长，以及数据文件是否便于复核

普通转速和趋势监测：关注频段较低，重点是稳定性和长期记录。

振动频谱分析：需要覆盖转频、倍频、结构共振和齿轮啮合频率。

轴承早期故障：冲击信号往往包含更高频成分，包络分析需要更高采样余量。

图6：采样率判断：从最高关注频率出发

传感器不是贴得越多越好，而是要贴在能反映故障的位置。轴承故障应靠近支承位置，齿轮故障应关注齿轮箱输入、输出和箱体响应，转子不平衡与不对中需要关注支承点振动和相位参考。

振动传感器：优先布置在轴承座、齿轮箱壳体、关键支承点和传动链两端。

转速/键相信号：做阶次分析、相位分析和转子动力学实验时非常关键。

温度、电流、扭矩：不是替代振动，而是帮助解释工况变化和负载影响。

安装方式同样重要：磁座、螺钉、胶粘和手持探头会影响高频响应和数据一致性。

采集系统不止存储数据。试验当日先核查时域波形，再校验频谱，排查布设与参数问题。软件支持采样设置与基础分析，需留存原始资料；图谱仅作参考，峰值要结合工况综合研判。

图7：Z-DAQ 软件的时域与频谱显示界面

图8：时域与频域联合查看示意，

图9：振动、转速与温度的同步采集趋势示意

真正会影响实验结果的，往往是容易被忽略的细节：传感器输入是否匹配、通道是否同步、IEPE 是否可直接供电、触发和存储是否可控、原始数据是否可回放。把这些条件写进选型清单，后续的试验记录和算法验证会轻松很多。

确认“每通道采样率”，不要只看整机最高采样率。

确认输入类型是否匹配传感器，例如IEPE、差分电压、电流、热电偶、编码器等。

确认是否支持触发采集、长时间记录、数据标签和工况记录。

确认数据能否导出为CSV、MAT、TDMS或开放API，便于后续科研分析。

图10：一张表快速判断：不同实验该怎么配