1. 背景

    风机是一种重要的能源设备，它在全球范围内产生了大量的电力。由于风机结构复杂，在运行过程中易受到外界因素的影响，因此对风机的结构健康状况的监测是十分必要的。

    随着技术的不断进步，风机的监测技术也在不断地发展和提高。目前，视觉微振动放大和分析技术已经成为风机结构健康监测的有效方法之一。

    通过风机的监测视频，可以使用视觉微振动放大和分析技术对风机的结构健康进行分析。该技术通过对风机的监测视频进行分析，识别风机结构中的微振动，从而判断风机结构的健康状况。

    使用视觉微振动放大和分析技术有很多优势：首先，该技术方便性强，可以远程监测风机的结构健康状况，而无需对风机进行物理触摸，因此可以在安全的情况下进行评估；其次，该技术具有及时性，可以及时捕捉到风机结构的任何变化，并及时发现问题；再次，该技术具有精确性，可以使用户快速识别风机结构的微小变化，从而诊断出结构的任何故障；最后，该技术也具有成本效益，相比传统的检测方法，使用视觉微振动放大和分析技术更加经济实惠。

2. 被测对象、拍摄条件

被测对象：风机、风机机舱内的齿轮箱；

来源：风机的监控视频；

帧率：24fps；

3 视觉振动分析

3.1 风机固有频率

    在风机停运状态时，使用安装在风机顶部摄像头所拍摄的监控视频，对其拍摄大地作为测量区域（大地的振动即风机的振动），如图1所示，进行视觉振动分析。

图1 安装于风机顶部摄像头所拍摄的画面和测量区域

    对图1中的测量区域，选择画幅中X轴方向，进行视觉振动分析，时域与频域曲线如图2所示。

图2 时域与频域曲线

    从图3中的时域与频域曲线可见，时域信号显著，呈现周期振动，频域在0.386Hz处有高峰值，在0.998Hz处也有较高峰值，猜测分别为此风机的1阶、2阶固有频率。

3.2   齿轮箱1

    在风机处于工作状态时，使用其机舱内部的监测视频，选择测量区域，如图3所示。

图3 安装于机舱内部摄像头的监测画面及测量区域

 对图3中的测量区域，选择画幅中X轴方向，进行视觉振动分析，时域与频域曲线如图5所示。从图4中的时域与频域曲线可见，时域信号明显，呈现周期振动；频域信号丰富。

图4 时域与频域曲线

    通过观察监控视频中叶片的转动速度，可以判定0.276Hz为叶片通过频率0.44为风机的1阶固有频率。猜测4.06Hz为齿轮箱的振动频率。其余频峰应该为其余结构、电气设备振动所致。

3.3 齿轮箱2

3.3.1 频谱分析

    在风机处于工作状态时，使用其机舱内部的监测视频，选择测量区域，如图5所示。

图5 安装于机舱内部摄像头的监测画面及测量区域

 对图3中的测量区域，选择画幅中X轴方向，进行视觉振动分析，时域与频域曲线如图6所示。从图6中的时域与频域曲线可见，时域信号明显，呈现周期振动；频域信号丰富。

图6 时域与频域曲线

    通过观察监控视频中叶片的转动速度，可以判定0.264Hz为叶片通过频率，0.427Hz为风机的固有频率。猜测3.5Hz为齿轮箱的振动频率或者为为其余结构、电气设备振动所致。

3.3.2 测量区之间的相位分析

    测量区分别选择齿轮箱部分（红色框）、齿轮箱支座部分（绿色框），通过长期测量两部分在1阶固有频率处的相位差，如图7所示，可以评估齿轮箱支座螺栓的预紧力衰减[1]。

   图7 齿轮箱底座与齿轮箱主体结构在1阶固有频率处的相位 

    由于齿轮箱支座刚度比齿轮箱主体结构大，故其相位大，两者之间在固有频率处相位差为9°，说明齿轮箱支座螺栓预紧力状态良好。

4. 模态分析

    通过视觉微运动放大，可以将微小的振动放大，使得监控人员可以在远程对微振动放大后的视频清晰地观察风机结构的模态变化，以及时定位结构异常位置、分析结构故障，如图8所示。

5 结论

    使用风机的监测视频进行结构健康分析有很多优势：

• 方便性：监测视频可以远程传输，无需对被监测物品进行物理触摸，因此可以在安全的情况下对结构进行健康评估。

• 及时性：监测视频可以及时捕捉到结构的任何变化，因此可以及时发现问题并采取相应的行动。

• 效率：监测视频可以通过自动分析技术，大大提高诊断效率，并且可以进行24/7监测，从而确保结构的健康。

• 节省成本：监测视频可以大大减少人工干预的成本，并且可以避免额外的物理检测和维护费用。

    因此，使用风机的监测视频进行结构健康分析是一种高效、精确、可靠的方法，可以提高结构的安全性和可靠性。

参考论文：

1. 何先龙，佘天莉，徐 兵等. 基于塔筒振动特性识别风机塔螺栓松动的研究，振动与冲击，2016年第35卷第14期；