專利名稱：一種檢測(cè)機(jī)械故障的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)機(jī)械設(shè)備故障信號(hào)提取后，通過振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)和故障診斷的儀器，屬于機(jī)械設(shè)備故障檢測(cè)儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
機(jī)械設(shè)備齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷是國內(nèi)外工程技術(shù)領(lǐng)域一直非常關(guān)注的課題。目前，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷工作在保障機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)基于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行視情維修、提高機(jī)器壽命方面起到了關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
在工程應(yīng)用中進(jìn)行故障診斷，主要是判斷機(jī)械零件的損傷程度和發(fā)生部位。齒輪箱振動(dòng)信號(hào)的頻率成分非常豐富，根據(jù)缺陷零件的不同，元件的故障特征頻率也不相同。另外，由于早期故障信號(hào)十分微弱，往往湮滅在其它強(qiáng)烈的振動(dòng)信號(hào)之中。因此，若僅檢測(cè)信號(hào)的振動(dòng)幅值，往往難以發(fā)現(xiàn)故障的存在，容易造成漏檢。通過傳統(tǒng)的傅立葉變換對(duì)振動(dòng)信號(hào)作頻率分析，可避免部分這種情況，但是也有其局限性，它不具有局部定位能力。
在眾多的故障診斷技術(shù)中，利用“三特征判別法”診斷齒輪箱故障是較為有效的方法之一。故障信號(hào)“三特征判別法”是指在常規(guī)傅立葉譜圖上分析平穩(wěn)功率故障振動(dòng)信號(hào)特征，在共振解調(diào)傅立葉譜圖上分析沖擊功率故障振動(dòng)信號(hào)特征，利用小波分析沖擊故障振動(dòng)信號(hào)特征。
“三特征判別法”對(duì)非低速重載齒輪箱的診斷結(jié)果較為準(zhǔn)確，但對(duì)于自動(dòng)化水平較高且結(jié)構(gòu)和工況復(fù)雜的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備，其診斷結(jié)果不夠準(zhǔn)確，特征信息的提取效果仍有待提聞。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是能夠?qū)ψ詣?dòng)化水平較高且結(jié)構(gòu)和工況復(fù)雜的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的故障信號(hào)提取效果更好、故障診斷更加準(zhǔn)確的檢測(cè)機(jī)械故障的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀。
解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種檢測(cè)機(jī)械故障的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀，它由共振解調(diào)部分、常規(guī)信號(hào)處理部分和A/D采集卡組成，共振解調(diào)部分包括程控放大電路、高Q帶通濾波器、二次諧振電路、包絡(luò)檢波電路和抗混疊電路，常規(guī)信號(hào)處理部分包括通道選擇電路和抗混疊電路，檢測(cè)故障的速度或加速度傳感器和聲發(fā)射傳感器的輸出信號(hào)端與程控放大電路相連接，程控放大電路的輸出端分別與共振解調(diào)部分的高Q帶通濾波器和常規(guī)信號(hào)處理部分通道選擇電路相連接，高Q帶通濾波器與二次諧振電路、包絡(luò)檢波電路和抗混疊電路相連接，通道選擇電路與抗混疊電路相連接，共振解調(diào)部分的抗混疊電路的輸出端和常規(guī)信號(hào)處理部分的抗混疊電路的輸出端均與A/D采集卡相連接，A/D采集卡接計(jì)算機(jī)。
上述檢測(cè)機(jī)械故障的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀，所述程控放大電路包括放大電路CN 102914432 A書明說2/6頁芯片U2和運(yùn)放器U3，速度或加速度傳感器和聲發(fā)射傳感器的輸出信號(hào)端接放大電路芯片 U2的輸入端和運(yùn)放器U3的輸出端，運(yùn)放器U3的輸出端接到反饋端，運(yùn)放器U3的輸入端接放大電路芯片U2，放大電路芯片U2的輸出端接高Q帶通濾波器的輸入端。
上述檢測(cè)機(jī)械故障的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀，所述高Q帶通濾波器包括濾波器 U6、運(yùn)放器U5和晶體振蕩器Y1，運(yùn)放器U5的輸入端接程控放大電路的放大電路芯片U2的輸出端，運(yùn)放器U5的反饋端與輸出端相接，運(yùn)放器U5的輸出端接濾波器U6的輸入端，晶體振蕩器Yl接濾波器U6的時(shí)鐘接口端，濾波器U6的輸出端接二次諧振電路的輸入端。
上述檢測(cè)機(jī)械故障的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀，所述二次諧振電路包括運(yùn)放器U7 和濾波器U8，運(yùn)放器U7的輸入端接高Q帶通濾波器的濾波器U6的輸出端，運(yùn)放器U7的反饋端與輸出端相接，運(yùn)放器U7的輸出端接濾波器U8的輸入端，濾波器U8的輸出端接包絡(luò)檢波電路的輸入端。
上述檢測(cè)機(jī)械故障的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀，所述包絡(luò)檢波電路包括運(yùn)放器 UA、UB、二極管Dl、D2，二次諧振電路的輸出端分別接運(yùn)放器UA、UB的輸入端，二極管Dl接在運(yùn)放器UA的輸出端與反饋端之間，運(yùn)放器UB的反饋端與輸出端相接，運(yùn)放器UA的輸出端與運(yùn)放器UB的輸出端相連接，二極管D2反向接在運(yùn)放器UA的輸出端與運(yùn)放器UB的輸出端之間，運(yùn)放器UB的輸出端接抗混疊電路的輸入端。
本發(fā)明的有益效果如下(I)針對(duì)齒輪箱早期微弱故障信號(hào)，利用硬件共振解調(diào)技術(shù)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，可有效濾除噪聲信號(hào)，只對(duì)富含高頻成分的沖擊進(jìn)行響應(yīng)，可極大的提高信噪比，效果明顯優(yōu)于基本信號(hào)處理。
(2)將共振解調(diào)技術(shù)同時(shí)應(yīng)用在被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)處理中，可從兩種不同的角度對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠更加全面的了解其運(yùn)行情況，并及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障隱患。
(3)本發(fā)明構(gòu)造了一種新型的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀用于提取故障特征信息， 其兼具常規(guī)信號(hào)處理和共振解調(diào)處理兩種方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備早期故障和中晚期故障的全面監(jiān)測(cè)，信號(hào)調(diào)理效果良好。
(4)針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場背景噪聲大、工況惡劣的特點(diǎn)，本發(fā)明的信號(hào)調(diào)理儀的電路抗干擾設(shè)計(jì)嚴(yán)密，能使得本發(fā)明在復(fù)雜環(huán)境中保持正常工作，具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。
(5)本發(fā)明的信號(hào)調(diào)理儀使用靈活方便，可作為獨(dú)立的單元應(yīng)用到已有的在線設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，改善已有故障診斷系統(tǒng)的性能，降低系統(tǒng)升級(jí)的成本，有效提高生產(chǎn)現(xiàn)場的齒輪箱故障診斷率。


圖I是本發(fā)明的電路原理框圖；圖2是本發(fā)明的電信號(hào)處理結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明的電信號(hào)流程圖；圖4是程控放大電路原理圖；圖5是高Q帶通濾波器；圖6是二次諧振濾波電路原理圖；圖7是包絡(luò)檢波電路原理圖；4圖8是通道選擇電路原理圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的目的是改進(jìn)“三特征判別法”提取特征信息和診斷設(shè)備故障的效果，研制一種新型的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀。
本發(fā)明在“三特征判別法”的基礎(chǔ)上，結(jié)合聲發(fā)射信號(hào)故障診斷方法，以齒輪箱作為被測(cè)對(duì)象，以振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)作為信息載體，運(yùn)用硬件共振解調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理，研制基于共振技術(shù)的新型振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀，從而有效提取早期微弱故障沖擊信號(hào)和中晚期故障信號(hào)特征，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全面監(jiān)測(cè)和故障診斷。
基于共振解調(diào)技術(shù)的新型振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀，其基本設(shè)計(jì)思路為利用速度或加速度傳感器和聲發(fā)射傳感器測(cè)取被測(cè)設(shè)備在運(yùn)行過程中的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)，經(jīng)由自主研制的共振解調(diào)信號(hào)調(diào)理儀對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行采集和處理，通過設(shè)置一個(gè)諧振頻率 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)頻率的“共振器”去處理振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)，把微弱故障沖擊信號(hào)從檢測(cè)信號(hào)中提取出來，將調(diào)理過的數(shù)據(jù)送入A/D采集卡后輸入到工控機(jī)中，結(jié)合小波分析方法診斷設(shè)備故障，了解設(shè)備的運(yùn)行狀況，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和故障診斷。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。
圖I是本發(fā)明的電原理框圖。
圖中顯示，本發(fā)明包括硬件共振解調(diào)技術(shù)和常規(guī)信號(hào)處理兩部分。
硬件共振解調(diào)技術(shù)主要包含三個(gè)環(huán)節(jié)諧振濾波將相應(yīng)的高頻共振信號(hào)提取出來以提升信噪比；包絡(luò)檢波電路對(duì)濾波后輸出的信號(hào)進(jìn)行絕對(duì)值檢波；對(duì)低頻解調(diào)波采用信號(hào)分析方法以判斷故障。硬件共振解調(diào)電路由程控放大電路，高Q帶通濾波器，二次諧振電路，包絡(luò)檢波電路和抗混疊電路組成。其中，對(duì)高Q帶通濾波器和包絡(luò)檢波的主要性能要求是窄帶性、穩(wěn)定性、光滑性及保留沖擊信號(hào)特征的完整性。常規(guī)信號(hào)處理電路則由通道選擇電路和抗混疊電路組成。
圖2是本發(fā)明的電信號(hào)處理結(jié)構(gòu)框圖。
圖中顯示，每一路加速度/速度傳感器或聲發(fā)射傳感器采集到的信號(hào)，經(jīng)由本發(fā)明后會(huì)變?yōu)閮陕份敵鲂盘?hào)，分別為解調(diào)信號(hào)和非解調(diào)信號(hào)，用以表征不同時(shí)期的設(shè)備故障信息。其電路結(jié)構(gòu)并列，并可串聯(lián)多個(gè)通道同時(shí)工作，以滿足現(xiàn)場應(yīng)用中對(duì)測(cè)點(diǎn)的需求量， 具有良好的擴(kuò)展性能。
共振解調(diào)診斷方法主要用于發(fā)現(xiàn)軸承故障初期的沖擊信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)早期故障診斷；當(dāng)故障發(fā)生且較嚴(yán)重時(shí)，使用共振解調(diào)技術(shù)處理的效果并不好，應(yīng)采用傳統(tǒng)的對(duì)測(cè)得信號(hào)直接進(jìn)行頻譜分析的方法取得較為理想的監(jiān)測(cè)效果。因此，本發(fā)明的信號(hào)調(diào)理儀設(shè)計(jì)了另外一路只經(jīng)過簡單的放大濾波處理的非解調(diào)信號(hào)，其輸出信號(hào)直接輸送到A/D采集卡中，并傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行信號(hào)處理與分析，實(shí)現(xiàn)常規(guī)信號(hào)處理的故障診斷，同時(shí)也與輸出的解調(diào)信號(hào)相對(duì)比，從而全面的監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。
圖3是本發(fā)明的電信號(hào)流程圖。
圖中顯示，檢測(cè)信號(hào)在信號(hào)調(diào)理儀整個(gè)處理過程中的邏輯走向分為兩路。為得到反映設(shè)備故障的有效信息，調(diào)理儀設(shè)計(jì)為一路輸入信號(hào)分兩路輸出。其中，一路信號(hào)采用了共振解調(diào)技術(shù)進(jìn)行處理，輸出解調(diào)信號(hào)；另一路信號(hào)只進(jìn)行常規(guī)處理，輸出非解調(diào)信號(hào)。采CN 102914432 A書明說4/6頁用以上設(shè)計(jì)，一方面可針對(duì)早期微弱沖擊進(jìn)行共振解調(diào)信號(hào)處理，改善軸承早期故障診斷效果；另一方面，當(dāng)故障發(fā)生且較嚴(yán)重時(shí)，也可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)中后期故障的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并可對(duì)兩組輸出進(jìn)行對(duì)比分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同時(shí)期的設(shè)備故障的全面監(jiān)測(cè)。
圖4是程控放大電路原理圖，為了防止信號(hào)失真，在信號(hào)調(diào)理儀前端設(shè)計(jì)了程控放大電路。通過傳感器采集的共振波形經(jīng)過程控放大后，將得到更易于處理的原始信號(hào)。
圖中顯示，程控放大電路包括放大電路芯片U2和運(yùn)放器U3，速度或加速度傳感器和聲發(fā)射傳感器的輸出信號(hào)端接放大電路芯片U2的輸入端和運(yùn)放器U3的輸出端,運(yùn)放器 U3的輸出端接到反饋端，運(yùn)放器U3的輸入端接放大電路芯片U2，放大電路芯片U2的輸出端接高Q帶通濾波器的輸入端。
本實(shí)例的放大電路芯片U2為PGA205芯片，程控放大電路以PGA205芯片為核心， 對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，避免幅值微弱的傳感器輸出信號(hào)在傳輸過程中產(chǎn)生衰減，造成信號(hào)失真。PGA205是美國Burr-Brown公司生產(chǎn)的低價(jià)格、多用途的可編程增益放大器,可用兩位TTL或CMOS邏輯信號(hào)A0、Al對(duì)其增益進(jìn)行數(shù)字選擇。PGA205的增益檔級(jí)為1、2、4、8V/ V，最大增益誤差為±0.05%。電路芯片經(jīng)激光校正，最大失調(diào)電壓只有50 μ V，失調(diào)溫漂為O.25yV/°C。PGA205采用雙電源供電，電源電壓為±4. 5 ± 18V，也可以用于電池供電系統(tǒng)，輸入電流最大為2ηΑ，靜態(tài)電流為5. 2mA。為使器件達(dá)到最高的精度，運(yùn)放器的輸出端接到反饋端。當(dāng)電源阻抗較高或有噪聲干擾時(shí)，應(yīng)在正、負(fù)電源引腳各加I μ F的去耦電容。放大器的增益由15、16引腳的邏輯電平?jīng)Q定。其中邏輯“I”定義為大于數(shù)字地2V，數(shù)字地可以連接到V—或比V+低4V的電源上。數(shù)字輸入電平TTL與COMS兼容。當(dāng)使用邏輯“O” 時(shí)，大約有I μ A的電流從數(shù)字輸入腳流出，使用邏輯電平“I”時(shí)電流為O。PGA205對(duì)數(shù)字輸入邏輯信號(hào)(Α0、Α1)沒有鎖存功能，邏輯輸入信號(hào)的變換將立即引起新的增益選擇，切換時(shí)間大約為1μ S。輸入邏輯Α1、Α0與增益的關(guān)系為(0、0)放大I倍，(0、1)放大2倍，(I、O)放大4倍，(I、I)放大8倍。該部分電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的1, 2，4，8增益放大效果,具有良好的實(shí)用性。
圖5是高Q帶通濾波器，高Q帶通濾波器和二次諧波電路將對(duì)信號(hào)做預(yù)處理。寬頻帶的故障沖擊脈沖信號(hào)在加速度傳感器的安裝諧振頻率處得到了大幅度加強(qiáng)，經(jīng)過高Q 帶通濾波處理后，只保留沖擊性故障信號(hào)共振頻率附近的頻率段，而常規(guī)的干擾噪聲由于多分布在低頻段內(nèi)而得以消除。
圖中顯示，高Q帶通濾波器包括濾波器U6、運(yùn)放器U5和晶體振蕩器Υ1，運(yùn)放器U5 的輸入端接程控放大電路的放大電路芯片U2的輸出端，運(yùn)放器U5的反饋端與輸出端相接， 運(yùn)放器U5的輸出端接濾波器U6的輸入端，晶體振蕩器Yl接濾波器U6的時(shí)鐘接口端，濾波器U6的輸出端接二次諧振電路的輸入端。
本實(shí)例的濾波器U6采用Maxim公司生產(chǎn)的模擬集成濾波器ΜΑΧ268，ΜΑΧ268是為精密濾波應(yīng)用而設(shè)計(jì)的開關(guān)電容有源濾波器，內(nèi)部包含一個(gè)放大器和兩個(gè)二階濾波部分， 其中心頻率、品質(zhì)因數(shù)和操作模式都可以通過管腳輸入選擇。一個(gè)輸入時(shí)鐘和一個(gè)5位的輸入(F0、FU F2、F3、F4)可精確地設(shè)定濾波器的中心頻率。品質(zhì)因數(shù)可以在O. 5到64之間選擇。芯片內(nèi)兩個(gè)濾波部分的時(shí)鐘是分離開來的，可以外接一個(gè)外部時(shí)鐘或者晶體振蕩器。`
圖6是二次諧振濾波電路原理圖。6
圖中顯示，二次諧振電路包括運(yùn)放器U7和濾波器U8，運(yùn)放器U7的輸入端接高Q帶通濾波器的濾波器U6的輸出端，運(yùn)放器U7的反饋端與輸出端相接，運(yùn)放器U7的輸出端接濾波器U8的輸入端，濾波器U8的輸出端接包絡(luò)檢波電路的輸入端。
本實(shí)例的運(yùn)放器U7為AD711芯片，AD711芯片組成放大電路，與濾波器U8連接， 濾波器U8采用了美國Burr-BiOwn公司推出的高集成度通用有源濾波器UAF42AP，它可廣泛應(yīng)用于低通、帶通和高通濾波器設(shè)計(jì)中。UAF42AP采用的是典型的狀態(tài)變量模擬結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成了 I個(gè)反相放大器和2個(gè)積分器，該積分器包括了 1000pf(±0.5%)的電容，因此較好地解決了 有源濾波器設(shè)計(jì)中獲得低損耗電容的問題。
在傳感器的信號(hào)處理過程中，由于前端一般都會(huì)混入50KHz的交流電源噪聲，在后端的處理中必須要通過濾波器將其濾掉。帶通濾波既可以保持信號(hào)完成，又能去除不需要的頻率分量，符合設(shè)計(jì)要求。為了提高信號(hào)的處理效果，當(dāng)濾波要求較高時(shí)，可通過多個(gè)濾波單元級(jí)聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)多個(gè)濾波單元級(jí)聯(lián)時(shí)，要盡量按照Q值從小到大的順序排列，以保證帶通濾波器可以實(shí)現(xiàn)較大的動(dòng)態(tài)范圍，達(dá)到更好的濾波效果。當(dāng)Q值從小到大排列時(shí)，增益G也應(yīng)按照相應(yīng)的順序排列。增益從小到大的排列順序，可避免因前級(jí)放大倍數(shù)太多，而造成的后級(jí)輸入飽和。
圖7是包絡(luò)檢波電路原理圖。
包絡(luò)檢波電路包括運(yùn)放器UA、UB、二極管Dl、D2，二次諧振電路的輸出端分別接運(yùn)放器UA、UB的輸入端，二極管Dl接在運(yùn)放器UA的輸出端與反饋端之間，運(yùn)放器UB的反饋端與輸出端相接，運(yùn)放器UA的輸出端與運(yùn)放器UB的輸出端相連接，二極管D2反向接在運(yùn)放器UA的輸出端與運(yùn)放器UB的輸出端之間,運(yùn)放器UB的輸出端接抗混疊電路的輸入端。
圖中顯示，本實(shí)例的包絡(luò)檢波電路采用了絕對(duì)值檢波解調(diào)的方式。絕對(duì)值變換器的輸出電壓將正比于輸入電壓的絕對(duì)值，其實(shí)質(zhì)就是一種比較理想的全波檢波電路。由于反相型絕對(duì)值變換電路難以實(shí)現(xiàn)高阻抗，故此處采用同相型絕對(duì)值變換電路。由于采用同相端輸入方式，其輸入阻抗高。但必須同時(shí)注意共模電壓輸入范圍和共模抑制比帶來的誤差。
沖擊性故障信號(hào)在經(jīng)過絕對(duì)值包絡(luò)解調(diào)后檢出共振波的外包絡(luò)，得到一個(gè)與故障沖擊頻率相一致的脈沖串。將高頻共振波轉(zhuǎn)換為低頻包絡(luò)信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)共振解調(diào)功能。另外，為濾除解調(diào)信號(hào)中高頻干擾，設(shè)計(jì)了低通濾波器。經(jīng)包絡(luò)分析器和低通濾波器處理后， 可進(jìn)一步剔除時(shí)域尖峰信號(hào)的干擾，為后續(xù)故障識(shí)別提供較穩(wěn)定的信號(hào)。
圖8是通道選擇電路原理圖。
圖中顯示，該電路設(shè)計(jì)以ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)的ADG409為主，其是一款單芯片CMOS多通道高性能模擬多路復(fù)用器，內(nèi)置4個(gè)差分通道。它根據(jù)2位二進(jìn)制地址線AO 和Al所確定的地址，將4路差分輸入之一切換至公共差分輸出。該器件提供EN輸入，用來使能或禁用器件。禁用時(shí)，所有通道均關(guān)斷。通過ADG409進(jìn)行的通道選擇電路實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)對(duì)不同通道的電阻對(duì)的選擇，通過選擇不同的電阻對(duì)來調(diào)節(jié)低通濾波部分的截止頻率以達(dá)到不同頻率的選通功能，使信號(hào)調(diào)理板可靈活的變化參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同范圍信號(hào)的選擇。 為了達(dá)到上述信號(hào)處理的目的，此處使用ADG409與UAF42AP芯片構(gòu)成可由通道選擇控制截止頻率的可控低通濾波電路。該通道選擇電路可分別導(dǎo)通截止頻率為250Ηζ、514Ηζ、1Κ、5Κ 的濾波電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器拾取的中后期故障信號(hào)的信號(hào)調(diào)理及故障診斷。
本實(shí)例的通道選擇電路適用于被測(cè)對(duì)象發(fā)生變化的場合。當(dāng)被測(cè)對(duì)象改變時(shí)，其固有頻率和故障特征頻率也會(huì)發(fā)生變化，所以需要針對(duì)不同的頻率范圍調(diào)整常規(guī)信號(hào)處理通道的低通濾波截止頻率。在確定測(cè)試對(duì)象的頻率范圍后，可根據(jù)其參數(shù)值對(duì)通道進(jìn)行選擇和設(shè)置，從而適應(yīng)不同低通頻段的需求。另外，在進(jìn)行多通道測(cè)量時(shí)，也可由控制部分進(jìn)行調(diào)整，每隔一定時(shí)間，開通某個(gè)通道，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
本實(shí)施例中提供的信號(hào)調(diào)理儀采集方式如下(O以機(jī)械設(shè)備的齒輪箱作為被測(cè)對(duì)象，將振動(dòng)和聲發(fā)射傳感器分別安裝在被測(cè)點(diǎn)上， 使傳感器、信號(hào)調(diào)理儀、數(shù)據(jù)采集卡相連，并開啟上位機(jī)軟件。
(2)進(jìn)入軟件的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面，輸入軸承或齒輪的各項(xiàng)參數(shù)信息，確定故障特征頻率，設(shè)定用于獲取信號(hào)的通道，設(shè)置信號(hào)采集的相關(guān)參數(shù)。
(3)啟動(dòng)設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)由傳感器獲取，送入信號(hào)調(diào)理儀中進(jìn)行處理，每一路傳感器輸入信號(hào)將分為調(diào)制信號(hào)和非調(diào)制新哈兩路輸出，然后經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)化，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)。
(4)在工作界面中顯示信號(hào)的時(shí)域圖和頻域圖，結(jié)合小波分析方法。通過觀察信號(hào)調(diào)理儀 輸出信號(hào)的波形，比較振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)經(jīng)處理后輸出的調(diào)制和非調(diào)制信號(hào)的波形圖，實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測(cè)和故障診斷。
(5)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以便以后的研究和應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)機(jī)械故障的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀，其特征在于它由共振解調(diào)部分、 常規(guī)信號(hào)處理部分和A/D采集卡組成，共振解調(diào)部分包括程控放大電路、高Q帶通濾波器、 二次諧振電路、包絡(luò)檢波電路和抗混疊電路，常規(guī)信號(hào)處理部分包括通道選擇電路和抗混疊電路，檢測(cè)故障的速度或加速度傳感器和聲發(fā)射傳感器的輸出信號(hào)端與程控放大電路相連接，程控放大電路的輸出端分別與共振解調(diào)部分的高Q帶通濾波器和常規(guī)信號(hào)處理部分通道選擇電路相連接，高Q帶通濾波器與二次諧振電路、包絡(luò)檢波電路和抗混疊電路相連接，通道選擇電路與抗混疊電路相連接，共振解調(diào)部分的抗混疊電路的輸出端和常規(guī)信號(hào)處理部分的抗混疊電路的輸出端均與A/D采集卡相連接，A/D采集卡接計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)機(jī)械故障的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀，其特征在于所述程控放大電路包括放大電路芯片U2和運(yùn)放器U3，速度或加速度傳感器和聲發(fā)射傳感器的輸出信號(hào)端接放大電路芯片U2的輸入端和運(yùn)放器U3的輸出端，運(yùn)放器U3的輸出端接到反饋端，運(yùn)放器U3的輸入端接放大電路芯片U2，放大電路芯片U2的輸出端接高Q帶通濾波器的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的檢測(cè)機(jī)械故障的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀，其特征在于 所述高Q帶通濾波器包括濾波器U6、運(yùn)放器U5和晶體振蕩器Y1，運(yùn)放器U5的輸入端接程控放大電路的放大電路芯片U2的輸出端，運(yùn)放器U5的反饋端與輸出端相接，運(yùn)放器U5的輸出端接濾波器U6的輸入端，晶體振蕩器Yl接濾波器U6的時(shí)鐘接口端，濾波器U6的輸出端接二次諧振電路的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測(cè)機(jī)械故障的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀，其特征在于所述二次諧振電路包括運(yùn)放器U7和濾波器U8，運(yùn)放器U7的輸入端接高Q帶通濾波器的濾波器U6的輸出端，運(yùn)放器U7的反饋端與輸出端相接，運(yùn)放器U7的輸出端接濾波器U8的輸入端，濾波器U8的輸出端接包絡(luò)檢波電路的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測(cè)機(jī)械故障的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀，其特征在于所述包絡(luò)檢波電路包括運(yùn)放器UA、UB、二極管Dl、D2，二次諧振電路的輸出端分別接運(yùn)放器 UA、UB的輸入端，二極管Dl接在運(yùn)放器UA的輸出端與反饋端之間，運(yùn)放器UB的反饋端與輸出端相接，運(yùn)放器UA的輸出端與運(yùn)放器UB的輸出端相連接，二極管D2反向接在運(yùn)放器 UA的輸出端與運(yùn)放器UB的輸出端之間,運(yùn)放器UB的輸出端接抗混疊電路的輸入端。
全文摘要
一種檢測(cè)機(jī)械故障的振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理儀，屬于機(jī)械設(shè)備故障檢測(cè)儀器技術(shù)領(lǐng)域，用于對(duì)機(jī)械設(shè)備故障進(jìn)行檢測(cè)，其技術(shù)方案是它由共振解調(diào)部分、常規(guī)信號(hào)處理部分組成，共振解調(diào)部分包括程控放大電路、高Q帶通濾波器、二次諧振電路、包絡(luò)檢波電路和抗混疊電路，常規(guī)信號(hào)處理部分包括通道選擇電路和抗混疊電路，檢測(cè)故障的傳感器與程控放大電路相連接，程控放大電路的分別與高Q帶通濾波器和通道選擇電路相連接，高Q帶通濾波器與二次諧振電路、包絡(luò)檢波電路和抗混疊電路相連接，通道選擇電路與抗混疊電路相連接，抗混疊電路均與A/D采集卡相連接。本發(fā)明通過振動(dòng)和聲發(fā)射信號(hào)調(diào)理技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備的故障信號(hào)提取效果更好、故障診斷更加準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G01M13/02GK102914432SQ201210409698
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者高立新, 郝倩, 遲桂友, 于根茂, 仝金平, 王宏斌, 劉伍, 王玉兵, 趙玉武 申請(qǐng)人:宣化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司, 北京工業(yè)大學(xué), 河北鋼鐵集團(tuán)有限公司