汉航Hunter Pad--基于Linux操作系统的健康状态监测与故障诊断PHM有力工具

简介

智能制造时期，设备的稳定运行对于各行业的无缝高效生产愈加重要。健康状态监测系统PHM（Prognostics and Health Management）成为保障关键设备稳定运行的有力工具。它通过实时监测和分析设备的状态数据，能够提前预测设备故障，实现对生产设备的精细化管理控制，为企业节约维护保养成本、减少停机时间和提高生产效率提供了重要技术支撑。

PHM系统的核心在于“预测”，而预测需要有大量的数据作为支撑。在众多数据中，动态信号--如振动(位移、速度、加速度)、旋转机械特征信号（转速、阶次、键相、角度域信号、扭振）、噪声、温度、压力、流量、电压/电流、声发射等是揭示设备内部健康状态的关键，要捕捉这些转瞬即逝的宝贵信息，动态信号数据采集系统扮演着关键角色。汉航Hunter Pad同时具有监测保护功能和超速保护配置选项。

汉航公司推出的Hunter Pad是一款集手持动态信号分析、在线状态监测分析以及故障诊断分析三种强大功能于一身的先进设备，凭借其精准的信号捕捉与深度分析能力，能够提前识别设备潜在故障，为工业设备的稳定运行提供有力保障。

硬件指标

• 低功耗小型化设计：高宽厚：22.7cm*16.9cm*6.4cm，手持设计，内置独立FPGA，独立DSP处理器和ARM系统，整机重量<1.6kg，内置循环替代可充电锂电池，续航≥8h，功耗<16W。
• 模块化设计：单台16路模拟输入通道，内置2路转速通道，2路触发输入/输出通道及1路信号源通道；能够精准采集多种类型的信号，涵盖电压、电流、振动、力、声学、转速、温度等信号类型。
• 采样同步：每通道24位Σ-Δ A/D转换，16通道或8通道模块可选，最高采样率204.8kHz/通道，支持单端或差分输入模式，每个通道均配备独立的LED状态指示灯，以便实时监控通道状态，内置蜂鸣器可进行报警设置。
• 内嵌功能丰富：Hunter Pad提供了丰富的功能端口，包括USB3.0、千兆以太网、HDMI、CAN及CAN-FD、立体声耳机及麦克风、GPS/北斗、WIFI、蓝牙、RS232、IRIG-B，能够实现全面灵活的设备互联与数据传输共享。
• 结构设计：工作温度：-25~+65℃，工作湿度：95%非凝露，无风扇壳体导热。
• 电容触摸屏显示：Hunter Pad搭载了一块高分辨率的7寸电容式彩色触摸屏，分辨率达1280×800，具备多点触摸功能。
• 海量数据存储：内置1路TF卡槽，存储容量可选，可将海量的测试数据安全存储至存储卡中，确保数据的长期保存与便捷调用。

软件功能：基于Linux操作系统的嵌入式软件汉航NTS.Field

• 旋转机械转速测量、扭转振动和轴向振动、实时阶次跟踪分析、声压声强声功率测量分析、声源定位、声品质测试分析、模态测试（锤击法和工作模态）、动平衡测试分析（单面、双面、多面）、轴心轨迹与平均轴心位置（极坐标、伯德图、APHT图、半频谱图、全频谱图、趋势图、XY图、动力学刚度图）、根轨迹分析、故障诊断分析。
• 阶次跟踪：原始时间序列、实时阶次轨迹与阶次谱、窄带转速谱与固定带宽转速谱、整体转速谱，以及相对于转速计信号的相位阶次轨迹。
• 升降速采集分析：在升速或降速采集数据时设置触发，阶次谱以3D形式显示。

• 转子平衡：支持用户无需拆卸设备即可校正不平衡。可通过单平面或双平面平衡法校正任意尺寸转子。通过多通道选项，可在两个传感器上进行并行测量，实现更快速、更安全、更精确的操作流程。用户界面允许根据需要停止和开始测试，并可重读任何操作，而无需运行整个过程。
• 声学分析：CPB倍频程分析、声级计测量(SLM)。
• 冲击测试：计算用户定义频带内的频率响应函数、相干性、自功率谱及相位谱。
• 实时分析：数学运算、积分、微分、FFT、平均、加窗、自功率/互功率谱、FRF函数、相干、实时滤波器、均方根、倍频程、阶次跟踪、扫频正弦波、阈值报警/中止等，具有重采样、截取、删除、合并功能,可根据自定义模板自动生成实验报告，具有活动图功能。
• 后处理分析：基于加速度或声压信号的转速提取、特征信号处理、模态分析、动平衡分析（单面、双面、多面）、轴心轨迹与平均轴心位置（轴绝对振动，轴向位移、差胀、斜面差胀、壳胀、阀门位置，极坐标、伯德图、APHT图、半频谱图、全频谱图、趋势图、XY图、动力学刚度图）、根轨迹分析、故障诊断分析，声品质分析，基于波束形成法和声全息方法的噪声源定位。

部分应用工况

健康状态监测与预测及健康管理（PHM）系统已成为高端装备、工业设备和生命支持系统“视情维修”的核心技术手段之一。通过汉航Hunter Pad对监测对象进行信号采集和数据分析，从而可实现故障的检测、诊断、预测和管理，最终目标是实现从“计划性维修”到“视情维修”的转变，显著提升各个行业的安全性、可靠性和经济性。

1. 航空航天：

发动机健康管理：可通过Hunter Pad监测发动机的温度、压力、振动等关键参数，实时评估发动机的健康状态，并可预测关键部件（如涡轮叶片）的剩余使用寿命，实现预测性维护，避免突发故障，保障飞行安全。

飞机机体健康管理：对机翼、机身等关键结构部位进行检测，可判断结构的应力、应变、裂纹和腐蚀情况。

2. 车辆交通行业：

乘用车故障诊断：采集发动机、电机、变速箱、电池（新能源汽车）、制动系统等核心部件的压力、电压、振动等数据，分析监测部件状态，并提前预警。

列车运维：通过采集牵引变流系统、通风系统等关键核心系统的温度、振动、电流等重要参数，实现故障预测和健康评估，能够为故障处置提供重要依据，提升机车运行的安全性和可靠性，延长机车使用寿命。

3. 工业制造行业：

对关键旋转设备开展预测性维护，能够有效提高设备的可靠性，减少生产中断，提高生产效率。

4. 能源电力行业

例如汽轮机、水轮机、风机、压缩机、涡轮膨胀机、电动机和发电机、励磁机、齿轮箱、水泵等

在能源电力等能源设施中，可使用Hunter Pad对发电机、变压器、汽轮机、压缩机等关键设备进行状态监测和故障预测。通过监测设备的振动、温度、电气参数等，及时发现潜在故障隐患，提前安排维修，保障电力供应的稳定性。

5. 大型建筑设施

大型桥梁的健康监测中，由于桥梁结构复杂、监测点众多，需要对桥梁的不同部位进行同步监测。此时，多台便携式动态信号数据采集系统可以组成分布式网络，各个采集仪分别部署在桥梁的不同位置，如桥墩、桥身、桥面等关键部位，基于GPS同步或IRIG同步，同时对桥梁在各种工况下（如车辆通行、风力作用、温度变化等）的振动、应力、变形等信号进行同步采集。

汉航Hunter Pad使“实验室级”高精度测试能力更加便携外场化，让故障诊断及状态监测系统不再受时间和空间的束缚，真正走向工业现场、走向移动装备、走向复杂恶劣环境，并通过其高采样率和多参数同步采集能力，确保了数据的完整性和准确性，有效提升了健康状态监测的时空不限性。

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