專利名稱：一種多功能軸承振動測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及軸承振動測試技術領域，特別是一種多功能軸承振動測量裝置。
背景技術：
2001年第18卷第6期，由王卓等在機電工程雜志上發(fā)表《滾動軸承的振動監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研究》，該技術的特點為采用壓電加速度計進行振動測試，利用微機進行數(shù)據(jù)處理分析。這種系統(tǒng)適合于滾動軸承實驗機與大型關鍵設備滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測和診斷，診斷功能單一，不適合軸承廠家對出廠軸承振動質(zhì)量的精密監(jiān)控與分析。2003年第6期，由王家亮等在軸承雜志上發(fā)表《軸承振動及異常聲的檢測》，其技術特點為采用單片微處理器對檢測數(shù)據(jù)進行計算處理，給出振動值、峰值因數(shù)和脈沖數(shù)參數(shù)。這種方式由于采用的是單片微處理器，指令功能和運算速度有限，測量儀整體測試功能擴展有限。
目前從國內(nèi)來看，軸承生產(chǎn)廠家對軸承出廠的分類檢測普遍使用加速度型或速度型振動測量儀進行檢測，這類儀器的電氣系統(tǒng)大多采用模擬信號處理技術，僅給出振動信號幅值域的某些參數(shù)，如有效值、峰值等，功能單一，無法分析識別軸承的異音以及故障存在的部位，不便于對軸承的生產(chǎn)工藝進行輔助性監(jiān)控。
軸承產(chǎn)品性能與精度的高低是靠儀器來檢測和判斷的，軸承檢測儀器是否先進，將直接影響到軸承產(chǎn)品檢測的可靠性和準確度。隨著軸承行業(yè)的不斷發(fā)展，對滾動軸承的振動噪聲質(zhì)量要求不斷提高。相應地軸承生產(chǎn)廠家對軸承振動測量儀的要求也隨之提高。目前行業(yè)內(nèi)對軸承振動進行加速度型和速度型測量時，加速度型和速度型測量儀器只能定量而不能定性地分析軸承的好壞，隨著軸承制造工藝水平的不斷進步，這兩種儀器顯然已不能適應生產(chǎn)的需要。
如果能提供一種對軸承振動、異音分析為一體的、融合加速度量和速度量的測量裝置，將填補一項長期以來困擾軸承生產(chǎn)廠家的不能對滾動軸承的振動噪聲質(zhì)量問題進行精確測量的技術空白。綜上現(xiàn)有技術中的不足之處，本實用新型提出了一種多功能軸承振動測量裝置。
實用新型內(nèi)容針對軸承生產(chǎn)廠家對軸承出廠分類檢測時所普遍使用的加速度型或速度型振動測量儀，大多采用模擬信號處理技術，信號處理不夠精密，且測量功能單一等問題，本實用新型提供了一種多功能軸承振動測量裝置，其既可精確測試軸承振動加速度量，又可精確測試軸承振動速度量，通過數(shù)據(jù)采集卡A/D轉(zhuǎn)換后，傳送到計算機中進行后續(xù)的數(shù)據(jù)分析，以達到對軸承振動進行精密測量和分析的目的。
一種多功能軸承振動測量裝置，其中包括與滾動軸承相連的信號調(diào)理電路和進行數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換和傳遞的數(shù)據(jù)采集卡；其中，信號調(diào)理電路包括加速度型軸承振動測量電路和速度型軸承振動測量電路，信號調(diào)理電路采集加速度和速度測量信號后，通過數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入通道送入數(shù)據(jù)采集卡，進行A/D轉(zhuǎn)換后，通過數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字量輸出口傳送到計算機中進行后續(xù)處理。
所述的多功能軸承振動測量裝置，其中，所述的加速度型軸承振動測量電路包括壓電式加速度傳感器(1)，前置電荷放大器(2)，集成狀態(tài)變量濾波器(4)，音箱(6)，集成程控放大器(7)以及兩個運算放大器(3)和(5)；其中，壓電式加速度傳感器(1)拾取軸承振動信號供給前置電荷放大器(2)放大后，再經(jīng)運算放大器(3)放大，送入集成狀態(tài)變量濾波器(4)對信號進行濾波，濾去無用或干擾信號后，信號分為兩路一路經(jīng)運算放大器(5)放大后送到音箱(6)；一路經(jīng)集成程控放大器(7)放大后送入數(shù)據(jù)采集卡(23)的模擬信號輸入通道0。
所述的多功能軸承振動測量裝置，其中，所述的集成程控放大器(7)的放大倍數(shù)由計算機程序來控制。
所述的多功能軸承振動測量裝置，其中，所述的速度型軸承振動測量電路包括電動式速度傳感器(12)，隔離變壓器(13)，集成狀態(tài)變量濾波器(15)，音箱(17)和集成程控放大器(18)，以及兩個運算放大器(14)、(16)；電動式速度傳感器(12)拾取軸承振動信號供給隔離變壓器(13)放大后，再經(jīng)運算放大器(14)放大，送入集成狀態(tài)變量濾波器(15)對信號進行預濾波，濾去無用或干擾信號后，信號分成兩路一路經(jīng)運算放大器(16)放大后送到音箱(17)；一路經(jīng)集成程控放大器(18)放大后送入數(shù)據(jù)采集卡(23)的模擬信號輸入通道1。
所述的多功能軸承振動測量裝置，其中，所述的集成程控放大器(18)的放大倍數(shù)由計算機程序來控制。
采用本實用新型所提供的技術方案，將達到如下的積極效果(1)本實用新型所提供的多功能軸承振動測量裝置，集軸承行業(yè)內(nèi)兩大類型測振儀(加速度型與速度型)功能于一體，既可測試軸承振動加速度量，又可測試軸承振動速度量。
(2)信號調(diào)理電路中濾波器設計采用集成狀態(tài)變量濾波器，方便了測量系統(tǒng)的調(diào)試與維修，與傳統(tǒng)RC濾波器相比，減小了溫漂與時漂。
(3)對集成程控放大器進行增益控制，采用光電耦合器隔離方式，消除地電位不同所產(chǎn)生的影響，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
(4)本實用新型所提供的多功能軸承振動測量裝置，通過低噪音信號調(diào)理電路對軸承振動信號進行預處理，以數(shù)據(jù)采集卡作為信號調(diào)理電路和計算機之間的I/O接口設備，并對信號調(diào)理電路輸入的模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為計算機能處理的數(shù)字信號，以性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)處理能力強大的計算機進行數(shù)據(jù)的后續(xù)處理和分析，以達到對軸承振動進行精密測量和分析的目的。
(5)本實用新型所提供的多功能軸承振動測量裝置，還具有利用計算機對滾動軸承故障自動診斷的功能，是利用計算機對軸承振動進行測試分析和峭度分析，并通過虛擬儀器設計及數(shù)字信號處理技術，由軟件自動對峭度值進行計算，再進行倒頻譜的譜圖分析、比較，對一般的操作人員可以只通過簡單操作測振儀的機械部分即可完成測試，并通過顯示器顯示其結(jié)果，其鑒定故障準確，操作方便，可視性好。


圖1所示為多功能軸承振動測量裝置電路方框圖；圖2所示為多功能軸承振動測量裝置電路結(jié)構(gòu)原理圖；圖3所示為計算機對加速度和速度測量分析的流程圖；圖4(a)所示為計算機對加速度實時測量顯示處理流程圖；圖4(b)所示為計算機對加速度中斷測量分析處理流程圖；圖4(c)所示為計算機對加速度數(shù)據(jù)分析處理流程圖；圖5(a)所示為計算機對速度實時測量顯示處理流程圖；圖5(b)所示為計算機對速度中斷測量分析處理流程圖；圖5(c)所示為計算機對速度數(shù)據(jù)分析處理流程圖；圖6所示為計算機對滾動軸承故障自動診斷流程圖。
附圖標號1——壓電式加速度傳感器；2——電荷放大器；3——運算放大器；4——集成狀態(tài)變量帶通濾波器(50HZ～10000HZ)；5——運算放大器；6——音箱；7——集成程控放大器；8——光電耦合器；9——集成驅(qū)動器10——光電耦合器；11——集成驅(qū)動器12——電動式速度傳感器；13——變壓器隔離放大器；14——運算放大器；15——集成狀態(tài)變量帶通濾波器(50HZ～10000HZ)；
16——運算放大器；17——音箱18——集成程控放大器；19——光電耦合器；20——集成驅(qū)動器21——光電耦合器；22——集成驅(qū)動器23——ADLINK PCI-9112數(shù)據(jù)采集卡24——計算機具體實施方式
本實用新型提供了一種多功能軸承振動測量裝置，既可精確測試軸承振動加速度量，又可精確測試軸承振動速度量，將軸承振動加速度量和速度量通過數(shù)據(jù)采集卡送入計算機中進行后續(xù)的處理和分析，以達到對軸承振動進行精密測量和分析的目的。
所述的多功能軸承振動測量裝置，分別通過壓電式加速度傳感器、電動式速度傳感器對軸承振動進行測量，將軸承振動加速度量、速度量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，此電信號再?jīng)過信號調(diào)理(前置放大、抗混淆濾波器、數(shù)字程控放大)后，送入多通道集成數(shù)據(jù)采集卡，轉(zhuǎn)變成計算機能處理的數(shù)字信號，再將數(shù)字信號送入計算機；計算機對數(shù)據(jù)進行處理與分析。
本實用新型所提供的一種多功能軸承振動測量裝置，其中包括與滾動軸承相連的信號調(diào)理電路和進行數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換和傳遞的數(shù)據(jù)采集卡ADLINKPCI-9112；其中，信號調(diào)理電路包括加速度型軸承振動測量電路和速度型軸承振動測量電路，信號調(diào)理電路采集加速度和速度測量信號后，通過數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入通道送入數(shù)據(jù)采集卡，進行A/D轉(zhuǎn)換后，通過數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字量輸出口輸入計算機中進行后續(xù)處理。
如圖1所示為多功能軸承振動測量裝置電路方框圖。
壓電式加速度傳感器(1)拾取軸承振動信號供給前置電荷放大器(2)放大后，再經(jīng)運算放大器(3)放大，再送入集成狀態(tài)變量濾波器(4)對信號進行預濾波，濾去無用或干擾信號后，信號分成兩路一路經(jīng)運算放大器(5)放大后送到音箱(6)，以便用戶對振動聲音進行監(jiān)聽；一路經(jīng)集成程控放大器(7)放大后送入數(shù)據(jù)采集卡ADLINK PCI-9112(23)的模擬信號輸入通道0。
多功能軸承振動測量裝置的加速度型軸承振動測量電路如圖所示電動式速度傳感器(12)拾取軸承振動信號供給隔離變壓器(13)放大后，再經(jīng)運算放大器(14)放大，再送入集成狀態(tài)變量濾波器(15)對信號進行預濾波，濾去無用或干擾信號后，信號分成兩路一路經(jīng)運算放大器(16)放大后送到音箱(17)，以便用戶對振動聲音進行監(jiān)聽；一路經(jīng)集成程控放大器(18)放大后送入數(shù)據(jù)采集卡ADLINK PCI-9112(23)的模擬信號輸入通道1。
數(shù)據(jù)采集卡PCI-9112(23)是基于32位帶總線主控功能的PCI卡，具有模擬量輸入輸出、數(shù)字量輸入輸出等多種功能。
多功能軸承振動測量裝置通過計算機程序控制PCI-9112卡的數(shù)字量輸出口DO0、DO1，通過同相驅(qū)動器(9)(11)與光電耦合器(8)(10)，實現(xiàn)對程控放大器PGA103(7)的兩個信號增益選擇端進行控制；數(shù)字量輸出口DO2、DO3分別通過同相驅(qū)動器(20)(22)與光電耦合器(19)(21)，實現(xiàn)對程控放大器PGA103(18)的兩個信號增益選擇端進行控制；實現(xiàn)對程控放大器進行增益控制。采用此種方式，起到隔離模擬信號地線與數(shù)字信號地線的作用，消除地電位不同所產(chǎn)生的影響，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。系統(tǒng)利用PCI-9112卡的模擬輸入通道0采樣軸承振動加速度量，模擬輸入通道1采樣軸承振動速度量，轉(zhuǎn)變成計算機能處理的數(shù)字信號，通過數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序，數(shù)字信號進入計算機，計算機再對數(shù)據(jù)進行處理與分析，實現(xiàn)對軸承的測試分析功能。
多功能軸承振動測量裝置通過低噪音信號調(diào)理電路對軸承振動信號進行預處理，以性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)處理能力強大的計算機(24)進行數(shù)據(jù)的后續(xù)處理，以ADLINK PCI-9112數(shù)據(jù)采集卡(23)作為I/O接口設備實現(xiàn)對軸承振動的多功能測試分析。
如圖2所示為多功能軸承振動測量裝置電路結(jié)構(gòu)原理圖
多功能軸承振動測量裝置中的加速度型軸承振動測量的電路部分為壓電式加速度傳感器拾取的振動信號供給集成運算放大器IC1構(gòu)成的電荷放大器，C1為電荷放大器反饋電容，R1為電荷放大器反饋電阻，反饋電阻R1有提供直流反饋、減小零漂、使電荷放大器工作穩(wěn)定的作用。IC1信號輸出端接集成運算放大器IC2構(gòu)成的運算放大器對信號進行放大，IC2信號輸出端6通過電阻R5接集成狀態(tài)變量濾波器MAX274信號輸入端INA，MAX274與外接電阻R6～R20構(gòu)成了八階帶通濾波器(50Hz～10000Hz)，濾去無用信號及干擾信號，MAX274輸出端BPOD的信號分兩路，一路接IC3構(gòu)成的信號放大電路，對信號放大，IC3信號輸出端接音箱；一路接程控放大器PGA103信號輸入端VIN。PGA103信號輸出端VOUT接PCI9112卡CN1連接器的通道A/0。
多功能軸承振動測量裝置中的速度型軸承振動測量的電路部分為電動式速度傳感器拾取的振動信號供給變壓器隔離放大器，對信號進行放大后，再通過由IC4構(gòu)成的運算放大器對信號放大，IC4信號輸出端6通過電阻R31接集成狀態(tài)變量濾波器MAX274信號輸入端INA，MAX274與外接電阻R32～R46構(gòu)成了八階帶通濾波器(50Hz～10000Hz)，濾去無用信號及干擾信號，MAX274輸出端BPOD的信號分兩路，一路接IC5構(gòu)成的信號放大電路，對信號放大，IC5信號輸出端接音箱；一路接程控放大器PGA103信號輸入端VIN。PGA103信號輸出端VOUT接PCI9112卡CN1連接器的通道A/1。
數(shù)據(jù)采集卡PCI-9112(23)是基于32位帶總線主控功能的PCI卡，數(shù)字量輸出口DO0、DO1分別通過同相驅(qū)動器7407與光電耦合器4N25，實現(xiàn)對程控放大器PGA103的兩個信號增益選擇端A0和A1進行控制；數(shù)字量輸出口DO2、DO3分別通過同相驅(qū)動器7407與光電耦合器4N25，實現(xiàn)對程控放大器PGA103的兩個信號增益選擇端A0和A1進行控制。利用PCI09112卡模擬輸入通道0采樣軸承振動加速度量，利用模擬輸入通道1采樣軸承振動速度量，將模擬信號轉(zhuǎn)變成計算機能處理的數(shù)字信號，通過數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序，數(shù)字信號進入計算機，計算機再對數(shù)據(jù)進行處理與分析。
另外，集成程控放大器PGA103(7)和(18)的增益由計算機程序進行控制，其能提供1、10、100倍率，即0、20、40dB的增益。一個計算機程序控制數(shù)據(jù)采集卡PCI-9112的數(shù)字量輸出口DO0、DO1，通過同相驅(qū)動器(9)(11)與光電耦合器(8)(10)，實現(xiàn)對程控放大器PGA103(7)的兩個信號增益選擇端進行控制；另外，另一個計算機程序控制數(shù)據(jù)采集卡PCI-9112的數(shù)字量輸出口DO2、DO3，分別通過同相驅(qū)動器(20)(22)與光電耦合器(19)(21)，實現(xiàn)對程控放大器PGA103(18)的兩個信號增益選擇端進行控制，實現(xiàn)對程控放大器進行增益控制。采用此種方式，起到隔離模擬信號地線與數(shù)字信號地線的作用，消除地電位不同所產(chǎn)生的影響，提高裝置電路的抗干擾能力。
圖3所示為計算機對加速度和速度測量分析的流程圖；如圖3所示，系統(tǒng)初始化后，計算機顯示屏顯示加速度量測量分析/速度量測量分析選擇界面，提示選擇加速度量測量分析模塊進行加速度量的測量分析，或者選擇速度量測量分析模塊進行速度量的測量分析。
所述的加速度量測量分析模塊包括設置軸承信息參數(shù)模塊，更改采樣參數(shù)模塊，更改繪圖區(qū)參數(shù)模塊，設置測量量程模塊，加速度實時測量顯示模塊，以及加速度中斷測量分析模塊；在加速度量測量分析模塊中，對設置好參數(shù)的軸承信息參數(shù)模塊、更改采樣參數(shù)模塊、更改繪圖區(qū)參數(shù)模塊和設置好測量量程的設置測量量程模塊，顯示器屏幕上顯示實時測量按鈕、測量分析按鈕和退出按鈕；所述的設置軸承信息參數(shù)模塊，用于輸入對軸承型號、廠家等信息，確定所測量軸承的鋼球直徑、中心徑，軸承接觸角等軸承信息參數(shù)。
更改采樣參數(shù)模塊，用于對采樣頻率、采樣時間等信息進行設定。
設置測量量程模塊對接收的加速度數(shù)據(jù)分為40、60、80db三個檔，分別對應于集成程控放大器(7)的三個放大倍數(shù)100倍、10倍和1倍，即集成程控放大器PGA103(7)能提供1、10、100倍率，即0、20、40dB的增益。設置測量量程模塊控制數(shù)據(jù)采集卡PCI-9112的數(shù)字量輸出口DO0、DO1，通過同相驅(qū)動器(9)(11)與光電耦合器(8)(10)，實現(xiàn)對程控放大器PGA103(7)的兩個信號增益選擇端進行控制。采用此種方式，起到隔離模擬信號地線與數(shù)字信號地線的作用，消除地電位不同所產(chǎn)生的影響，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
在顯示器屏幕上，按下顯示實時測量按鈕，加速度實時測量顯示模塊工作，顯示器屏幕上顯示加速度實時測量數(shù)據(jù)；按下測量分析按鈕，加速度中斷測量分析模塊工作；按下退出按鈕，加速度量測量分析模塊結(jié)束工作，顯示器屏幕退回加速度量測量分析模塊/速度量測量分析模塊選擇界面。
如圖4(a)所示為加速度實時測量顯示模塊處理流程圖，所述的加速度實時測量顯示模塊中包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)字濾波模塊、計算模塊以及數(shù)據(jù)顯示模塊；加速度實時測量顯示模塊工作后，顯示器屏幕上顯示結(jié)束采樣按鈕；如圖所示，加速度實時測量顯示模塊開始工作，數(shù)據(jù)采集模塊實時采集數(shù)據(jù)，計算機內(nèi)存緩沖區(qū)調(diào)度足夠空間存儲采集的數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)到用戶緩沖區(qū)，數(shù)字濾波模塊讀取用戶緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)并進行數(shù)字濾波，計算模塊讀取數(shù)字濾波模塊濾波后的數(shù)據(jù)并計算50~10000Hz頻段的有效值、峰值、峰值頻率、峰值因子、峭度系數(shù)等加速度采樣測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示模塊讀取該加速度采樣測量數(shù)據(jù)并送到顯示器屏幕上顯示。
本發(fā)明是采用雙緩沖技術來實現(xiàn)大容量振動數(shù)據(jù)的采集，可使采集數(shù)據(jù)的速度大大加快。
圖4(b)所示為加速度中斷測量分析模塊處理流程圖，所述的加速度中斷測量分析模塊中包括數(shù)據(jù)采集模塊、波形顯示模塊、數(shù)字濾波模塊、計算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和加速度數(shù)據(jù)分析模塊；如圖所示，加速度中斷測量分析模塊工作后，數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)采樣完成；波形顯示模塊讀取采得的數(shù)據(jù)，在計算機顯示器屏幕上顯示所采樣數(shù)據(jù)形成的波形；數(shù)字濾波模塊讀取采樣數(shù)據(jù)并對該數(shù)據(jù)濾波，計算模塊讀取濾波后的數(shù)據(jù)并計算50~10000Hz頻段的有效值、峰值、峰值頻率、峰值因子、峭度系數(shù)等加速度測量參數(shù)，數(shù)據(jù)顯示模塊讀取該加速度測量參數(shù)并送到顯示器屏幕上顯示出來；顯示器屏幕上顯示數(shù)據(jù)分析按鈕、數(shù)據(jù)保存按鈕和退出按鈕按下數(shù)據(jù)分析按鈕，加速度數(shù)據(jù)分析模塊開始工作；按下數(shù)據(jù)保存按鈕，當前數(shù)據(jù)保存于計算機內(nèi)存中。
圖4(c)所示為加速度數(shù)據(jù)分析模塊處理流程圖，所述的加速度數(shù)據(jù)分析模塊包括功率譜計算模塊、功率譜譜圖顯示模塊，倒頻譜計算模塊，倒頻譜譜圖顯示模塊；包絡解調(diào)計算模塊、包絡譜圖顯示模塊，小波分解計算模塊、小波譜圖顯示模塊，小波包分解計算模塊、小波包譜圖顯示模塊；計算功率譜模塊讀取所述加速度測量參數(shù)，計算出其功率譜數(shù)據(jù)，功率譜譜圖顯示模塊讀取該功率譜數(shù)據(jù)，將功率譜譜圖顯示在顯示器屏幕上；倒頻譜計算模塊讀取功率譜數(shù)據(jù)并計算其倒頻譜數(shù)據(jù)，倒頻譜譜圖顯示模塊讀取該倒頻譜數(shù)據(jù)，將倒頻譜譜圖顯示在顯示器屏幕上；包絡解調(diào)計算模塊讀取倒頻譜數(shù)據(jù)并計算其包絡線和包絡譜數(shù)據(jù)，包絡譜圖顯示模塊讀取該包絡線和包絡譜數(shù)據(jù)，將包絡譜圖顯示在顯示器屏幕上；小波分解計算模塊讀取包絡線和包絡譜數(shù)據(jù)并計算其小波分解數(shù)據(jù)，小波譜圖顯示模塊讀取小波分解數(shù)據(jù)并將小波譜圖顯示在顯示器屏幕上；小波包分解計算模塊讀取小波分解數(shù)據(jù)，并計算其小波包分解數(shù)據(jù)，小波包譜圖顯示模塊讀取該小波包分解數(shù)據(jù)，并將小波包譜圖顯示在顯示器屏幕上。
如圖3所示，所述的速度量測量分析模塊包括設置軸承信息參數(shù)模塊，更改采樣參數(shù)模塊，更改繪圖區(qū)參數(shù)模塊，設置測量量程模塊，速度實時測量顯示模塊，及速度中斷測量分析模塊；在速度量測量分析模塊中，對設置好參數(shù)的軸承信息參數(shù)模塊、更改采樣參數(shù)模塊、更改繪圖區(qū)參數(shù)模塊和設置好測量量程的設置測量量程模塊，顯示器屏幕上顯示實時測量按鈕、測量分析按鈕和退出按鈕。
所述的設置軸承信息參數(shù)模塊，用于輸入對軸承型號、廠家等信息，確定所測量軸承的鋼球直徑、中心徑，軸承接觸角等軸承信息參數(shù)。
更改采樣參數(shù)模塊，用于對采樣頻率、采樣時間等信息進行設定。
設置測量量程模塊對接收的加速度數(shù)據(jù)分為40、60、80db三個檔，分別對應于加速度型軸承振動測量模塊中集成程控放大器(18)的三個放大倍數(shù)100倍、10倍和1倍，即集成程控放大器PGA103(18)能提供1、10、100倍率，即0、20、40dB的增益。對程控放大器(18)的增益控制，設置測量量程模塊控制數(shù)據(jù)采集卡PCI-9112的數(shù)字量輸出口DO2、DO3，分別通過同相驅(qū)動器(20)(22)與光電耦合器(19)(21)，實現(xiàn)對程控放大器PGA103(18)的兩個信號增益選擇端進行控制，實現(xiàn)對程控放大器的增益控制。采用此種方式，起到隔離模擬信號地線與數(shù)字信號地線的作用，消除地電位不同所產(chǎn)生的影響，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
如圖5(a)所示為速度實時測量顯示模塊處理流程圖，速度實時測量顯示模塊中包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)字濾波模塊、計算模塊以及數(shù)據(jù)顯示模塊；速度實時測量顯示模塊工作后，顯示器屏幕上顯示結(jié)束采樣按鈕；如圖所示，速度實時測量顯示模塊工作后，數(shù)據(jù)采集模塊實時采集數(shù)據(jù)，計算機內(nèi)存緩沖區(qū)調(diào)度足夠空間存儲采集的數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)到用戶緩沖區(qū)，數(shù)字濾波模塊讀取用戶緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)并進行數(shù)字濾波，計算模塊讀取數(shù)字濾波模塊濾波后的數(shù)據(jù)并計算低、中、高、全頻段的有效值、峰值、峰值因子、峭度系數(shù)等速度采樣測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示模塊讀取計算得到的速度采樣測量數(shù)據(jù)并送到顯示器屏幕上顯示。
圖5(b)所示為速度中斷測量分析模塊處理流程圖，速度中斷測量分析模塊中包括數(shù)據(jù)采集模塊、波形顯示模塊、數(shù)字濾波模塊、計算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和速度數(shù)據(jù)分析模塊；如圖所示，速度中斷測量分析模塊工作后，數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)采樣完成；波形顯示模塊讀取采得的數(shù)據(jù)，在計算機顯示器屏幕上顯示所采樣數(shù)據(jù)形成的波形；數(shù)字濾波模塊讀取采樣數(shù)據(jù)并對該數(shù)據(jù)濾波，計算模塊讀取濾波后的數(shù)據(jù)并計算低、中、高、全頻段的有效值、峰值、峰值因子、峭度系數(shù)等速度測量參數(shù)，數(shù)據(jù)顯示模塊讀取該速度測量參數(shù)并送到顯示器屏幕上顯示出來；顯示器屏幕上顯示數(shù)據(jù)分析按鈕、數(shù)據(jù)保存按鈕和退出按鈕按下數(shù)據(jù)分析按鈕，速度數(shù)據(jù)分析模塊開始工作；按下數(shù)據(jù)保存按鈕，當前數(shù)據(jù)保存于計算機內(nèi)存中。
圖5(c)所示為速度數(shù)據(jù)分析模塊處理流程圖，速度數(shù)據(jù)分析模塊包括功率譜計算模塊、功率譜譜圖顯示模塊，倒頻譜計算模塊，倒頻譜譜圖顯示模塊；包絡解調(diào)計算模塊、包絡譜圖顯示模塊，小波分解計算模塊、小波譜圖顯示模塊，小波包分解計算模塊、小波包譜圖顯示模塊；如圖所示，計算功率譜模塊讀取所述速度測量參數(shù)，計算出其功率譜數(shù)據(jù)，功率譜譜圖顯示模塊讀取該功率譜數(shù)據(jù)，將功率譜譜圖顯示在顯示器屏幕上；倒頻譜計算模塊讀取功率譜數(shù)據(jù)并計算其倒頻譜數(shù)據(jù)，倒頻譜譜圖顯示模塊讀取該倒頻譜數(shù)據(jù)，將倒頻譜譜圖顯示在顯示器屏幕上；包絡解調(diào)計算模塊讀取倒頻譜數(shù)據(jù)并計算其包絡線和包絡譜數(shù)據(jù)，包絡譜圖顯示模塊讀取該包絡線和包絡譜數(shù)據(jù)，將包絡譜圖顯示在顯示器屏幕上；小波分解計算模塊讀取包絡線和包絡譜數(shù)據(jù)并計算其小波分解數(shù)據(jù)，小波譜圖顯示模塊讀取小波分解數(shù)據(jù)并將小波譜圖顯示在顯示器屏幕上；小波包分解計算模塊讀取小波分解數(shù)據(jù)，并計算其小波包分解數(shù)據(jù)，小波包譜圖顯示模塊讀取該小波包分解數(shù)據(jù)，并將小波包譜圖顯示在顯示器屏幕上。
如圖6所示為計算機對滾動軸承故障自動診斷的流程圖，被測軸承的振動信號經(jīng)加速度和速度傳感器M拾取供給前置電路處理后，再經(jīng)程控放大電路進入到A/D轉(zhuǎn)換器進行模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，然后把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入到計算機系統(tǒng)的緩沖系統(tǒng)內(nèi)存儲，計算機系統(tǒng)相應模塊還控制程控放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器的過程，同時計算機系統(tǒng)內(nèi)的峭度計算分析模塊利用峭度的數(shù)學模型K=NΣi=1Nxi4/1NΣi=1Nxi2]]>在計算機內(nèi)由軟件對經(jīng)加速度量測量分析模塊和速度量測量分析模塊分析后存于緩沖區(qū)的振動信號進行計算處理，該數(shù)學模型是振動信號幅值密度分布的四階統(tǒng)計矩，其中K是峭度度值，N是采樣點數(shù)，Xi是各個采樣點；對于良好的軸承振動幅值服從正態(tài)分布，相應的峭度值應為3左右；當軸承受到損傷時，它的振動幅值的分布發(fā)生了變化，即偏離了正態(tài)分布，此時振動信號幅值分布的統(tǒng)計特性一峭度值也會迅速增大，如果峭度值大于3，即預示著軸承的損傷；從而計算機系統(tǒng)內(nèi)的振動信號處理變換及頻率計算比較模塊利用倒頻譜計算的數(shù)學模型x(n)→[DFT]→x(k)[ln[]]→x^(k)[IDFT]→x^p(n)]]>在計算機內(nèi)由軟件對經(jīng)加速度量測量分析模塊和速度量測量分析模塊分析后存于緩沖區(qū)的振動信號進行計算處理，其過程為輸入信號富里哀變換后經(jīng)對數(shù)變換再進行逆富里哀變換得到的譜圖；同時計算機系統(tǒng)內(nèi)的振動信號處理變換及頻率計算比較模塊利用滾動軸承的特征頻率與軸承各部件頻率的數(shù)學計算公式進行計算f1=n/60]]>f2=Zf12(1+DwcosαDm)]]>f3=Zf12(1-DwcosαDm)]]>f4=f1DmDw[1-(DwcosαDm)2]]]>f5=f12(1-DwcosαDm)]]>其中f1，f2，f3，f4，f5分別是基頻、內(nèi)圈、外圈、鋼球和保持架引起軸承振動故障特征頻率；Z為鋼球數(shù)，n為軸承轉(zhuǎn)動速度(rpm)，Dω為鋼球直徑，Dm為鋼球中心徑，α為軸承接觸角；其算值均可顯示在計算機的顯示器上，最后計算機系統(tǒng)內(nèi)的振動信號處理變換及頻率計算比較模塊利用自動比較系統(tǒng)與有故障的軸承的倒頻譜波形圖經(jīng)譜圖分析后的頻率幅值最大點的頻率進行比較，就可以斷定軸承故障出現(xiàn)的具體部件，同時由診斷系統(tǒng)把結(jié)果顯示在顯示器上，并能顯示出軸承損傷部件的損傷程度。
由上所述，采用本實用新型所提供的技術方案，將達到如下的積極效果(1)本實用新型所提供的多功能軸承振動測量裝置，集軸承行業(yè)內(nèi)兩大類型測振儀加速度型與速度型功能于一體，既可測試軸承振動加速度量，又可測試軸承振動速度量。
(2)信號調(diào)理電路中濾波器設計采用集成狀態(tài)變量濾波器，方便了測量系統(tǒng)的調(diào)試與維修，與傳統(tǒng)RC濾波器相比，減小了溫漂與時漂。
(3)對集成程控放大器進行增益控制，采用光電耦合器隔離方式，消除地電位不同所產(chǎn)生的影響，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
(4)本實用新型所提供的多功能軸承振動測量裝置，通過低噪音信號調(diào)理電路對軸承振動信號進行預處理，以數(shù)據(jù)采集卡作為信號調(diào)理電路和計算機之間的I/O接口設備，并對信號調(diào)理電路輸入的模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為計算機能處理的數(shù)字信號，以性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)處理能力強大的計算機進行數(shù)據(jù)的后續(xù)處理和分析，以達到對軸承振動進行精密測量的目的。
(5)本實用新型所提供的多功能軸承振動測量裝置，其滾動軸承故障自動診斷功能，是利用計算機對軸承振動進行測試分析和峭度分析，并通過虛擬儀器設計及數(shù)字信號處理技術，由軟件自動對峭度值進行計算，再進行倒頻譜的譜圖分析、比較，對一般的操作人員可以只通過簡單操作測振儀的機械部分即可完成測試，并通過顯示器顯示其結(jié)果，其鑒定故障準確，操作方便，可視性好。
權(quán)利要求1.一種多功能軸承振動測量裝置，其特征在于包括與滾動軸承相連的信號調(diào)理電路和進行數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換和傳遞的數(shù)據(jù)采集卡；其中，信號調(diào)理電路包括加速度型軸承振動測量電路和速度型軸承振動測量電路，信號調(diào)理電路采集加速度和速度測量信號后，通過數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入通道送入數(shù)據(jù)采集卡，進行A/D轉(zhuǎn)換后，通過數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字量輸出口送入計算機中進行數(shù)據(jù)的后續(xù)處理和分析。
2.如權(quán)利要求1所述的多功能軸承振動測量裝置，其特征在于所述的加速度型軸承振動測量電路包括壓電式加速度傳感器(1)，前置電荷放大器(2)，集成狀態(tài)變量濾波器(4)，音箱(6)，集成程控放大器(7)以及兩個運算放大器(3)和(5)；其中，壓電式加速度傳感器(1)拾取軸承振動信號供給前置電荷放大器(2)放大后，再經(jīng)運算放大器(3)放大，送入集成狀態(tài)變量濾波器(4)對信號進行濾波，濾去無用或干擾信號后，信號分為兩路一路經(jīng)運算放大器(5)放大后送到音箱(6)；一路經(jīng)集成程控放大器(7)放大后送入數(shù)據(jù)采集卡(23)的模擬信號輸入通道0。
3.如權(quán)利要求2所述的多功能軸承振動測量裝置，其特征在于所述的集成程控放大器(7)的放大倍數(shù)由計算機程序來控制。
4.如權(quán)利要求1所述的多功能軸承振動測量裝置，其特征在于所述的速度型軸承振動測量電路包括電動式速度傳感器(12)，隔離變壓器(13)，集成狀態(tài)變量濾波器(15)，音箱(17)和集成程控放大器(18)，以及兩個運算放大器(14)、(16)；電動式速度傳感器(12)拾取軸承振動信號供給隔離變壓器(13)放大后，再經(jīng)運算放大器(14)放大，送入集成狀態(tài)變量濾波器(15)對信號進行預濾波，濾去無用或干擾信號后，信號分成兩路一路經(jīng)運算放大器(16)放大后送到音箱(17)；一路經(jīng)集成程控放大器(18)放大后送入數(shù)據(jù)采集卡(23)的模擬信號輸入通道1。
5.如權(quán)利要求4所述的多功能軸承振動測量裝置，其特征在于所述的集成程控放大器(18)的放大倍數(shù)由計算機程序來控制。
專利摘要本實用新型涉及軸承振動測試技術領域，提供了一種多功能軸承振動測量裝置，分別通過壓電式加速度傳感器、電動式速度傳感器將軸承振動加速度量、速度量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?jīng)信號調(diào)理電路，送入多通道集成數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再將數(shù)字信號送入計算機中進行后續(xù)處理與分析，實現(xiàn)對軸承的精密測量、分析和故障診斷。本實用新型的多功能軸承振動測量裝置，既可測試軸承振動加速度量，又可測試軸承振動速度量；裝置中信號調(diào)理電路的濾波器設計采用集成狀態(tài)變量濾波器，方便了測量系統(tǒng)的調(diào)試與維修，與傳統(tǒng)RC濾波器相比，減小了溫漂與時漂；對集成程控放大器進行增益控制，采用光電耦合器隔離方式，消除地電位不同所產(chǎn)生的影響，提高了裝置的抗干擾能力。
文檔編號G01M13/04GK2876749SQ20062003147
公開日2007年3月7日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者朱孔敏, 任利珍, 劉金秀, 梁衛(wèi)東, 姜力, 楊立彪 申請人:洛陽軸研科技股份有限公司