專利名稱：便攜式機(jī)車振動(dòng)故障檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種故障檢測(cè)裝置，特別是一種便攜式機(jī)車振動(dòng)故障檢測(cè)器。
背景技術(shù)：
機(jī)車輪對(duì)軸箱和牽引電動(dòng)機(jī)的軸承是機(jī)車的關(guān)鍵部分， 一旦出現(xiàn)故障，輕則造 成機(jī)破事故，影響鐵路正點(diǎn)運(yùn)行，重則發(fā)生列車顛覆的重大事故，給國(guó)家和人民生 命財(cái)產(chǎn)帶來無法估計(jì)的損失。隨著列車的不斷提速，機(jī)車走形部的可靠性變得尤為 重要，安全隱患更為突出。長(zhǎng)期以來采用傳統(tǒng)的方法是人工目測(cè)，敲擊，觸摸等， 由于受到人為因素的影響，其可靠性較差，不能即使準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種攜式機(jī)車振動(dòng)故障檢測(cè)器，它可盡早及時(shí)發(fā)現(xiàn)故 障，最大限度地防止事故的發(fā)生，為實(shí)現(xiàn)機(jī)車走形部的安全監(jiān)測(cè)維修和科學(xué)管理， 提高工作效率，提高準(zhǔn)確度，促進(jìn)維修工作從定期維修到狀態(tài)維修的轉(zhuǎn)變。
一種攜式機(jī)車振動(dòng)故障檢測(cè)器，它包括便攜式微機(jī)l、振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器2和傳 感器采集單元3，其中所述振動(dòng)數(shù)據(jù)釆集器2包括FPGA核心控制單元4、以及通過 IIC總線與該FPGA核心控制單元4的對(duì)應(yīng)端口相連的中央處理單元5、 DDS波形合 成單元6、 SRAM高速數(shù)據(jù)緩沖單元7、信號(hào)調(diào)理及數(shù)據(jù)采單元8、脈沖整形與隔離電 路單元9、振動(dòng)傳感器驅(qū)動(dòng)單元10;所述中央處理單元5包括USB2. 0通訊單元和 IIC總線控制，該中央處理單元5通過USB2. 0通訊單元與便攜式微機(jī)1的通訊端口 相連；信號(hào)調(diào)理及數(shù)據(jù)采集單元8由兩路獨(dú)立的采集通道構(gòu)成，每個(gè)采集通道分別 由通道切換電路、程控放大電路、程控濾波電路、AD采集電路四個(gè)部分組成；所述 傳感器采集單元3包括分別把振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并供振動(dòng)數(shù)據(jù)采集 器2利用的振動(dòng)傳感器11和光電轉(zhuǎn)速傳感器12。振動(dòng)傳感器11和光電轉(zhuǎn)速傳感器12采集到的轉(zhuǎn)速'、振動(dòng)信號(hào)分別通過振動(dòng)數(shù)
據(jù)采集器2轉(zhuǎn)換、處理成為數(shù)據(jù)信號(hào)，通過USB2. 0通訊單元和集數(shù)據(jù)采集、分析、 存儲(chǔ)診斷結(jié)論判定報(bào)告打印于一體的便攜式微機(jī)相連，由便攜式微機(jī)進(jìn)行計(jì)算分析 和故障診斷。
對(duì)車輛進(jìn)段后車體實(shí)行頂輪，通過它可以實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)進(jìn)行更細(xì)致的檢測(cè)，這樣 的話可以排除車輛運(yùn)行中的雜波干擾。能在地面通過頂輪準(zhǔn)確檢測(cè)出機(jī)車牽引電機(jī)、
軸箱軸承故障及進(jìn)行故障定位，如(軸承外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體、保持架、齒輪) 實(shí)現(xiàn)軸承故障的不解體檢測(cè)。主要特點(diǎn)便攜機(jī)記錄，分析，存儲(chǔ)和査詢采集數(shù)據(jù)， 并且做全面的數(shù)據(jù)分析。適用于現(xiàn)場(chǎng)地面的診斷。

圖1為本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)示意圖2為本實(shí)用新型電路原理圖3為USB通訊數(shù)據(jù)流程圖； 圖4為便攜式微機(jī)分析流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、圖2、圖3和圖4所示， 一種攜式機(jī)車振動(dòng)故障檢測(cè)器，它包括便攜 式微機(jī)1、振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器2和傳感器采集單元3，其屮所述振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器2包括 FPGA核心控制單元4、以及通過IIC總線與該FPGA核心控制單元4的對(duì)應(yīng)端口相連 的中央處理單元5、 DDS波形合成單元6、 SRAM高速數(shù)據(jù)緩沖單元7、信號(hào)調(diào)理及數(shù) 據(jù)采單元8、脈沖整形與隔離電路單元9、振動(dòng)傳感器驅(qū)動(dòng)單元10;所述FPGA核心 控制單元4把振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器2的其它六個(gè)單元緊密聯(lián)系在一起，使它們協(xié)調(diào)工作。 所述中央處理單元5包括USB2. 0通訊單元和IIC總線控制，該中央處理單元5通過 USB2. 0通訊單元與便攜式微機(jī)1的通訊端口相連；USB2. 0通訊單元負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)采 集器的數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)進(jìn)行分析，同時(shí)中央處理單元5通過USB2. 0通訊接收上位機(jī)的指令和數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)程控放大和濾波；信號(hào)調(diào)理及數(shù)據(jù)采集單元S由兩路獨(dú)立的采 集通道構(gòu)成，每個(gè)采集通道分別由通道切換電路、程控放大電路、程控濾波電路、
AD采集電路四個(gè)部分組成；所述傳感器采集單元3包括分別把振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào) 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并供振動(dòng)數(shù)據(jù)釆集器2.利用的振動(dòng)傳感器11和光電轉(zhuǎn)速傳感器12。
所述振動(dòng)傳感器11包括兩個(gè)4路振動(dòng)數(shù)據(jù)采集傳感器，光電轉(zhuǎn)速傳感器12包 括光電轉(zhuǎn)速采集傳感器一個(gè)。
振動(dòng)傳感器11和光電轉(zhuǎn)速傳感器12采集到的轉(zhuǎn)速、振動(dòng)信號(hào)分別通過振動(dòng)數(shù) 據(jù)采集器2轉(zhuǎn)換、處理成為數(shù)據(jù)信號(hào)，通過USB2.0通訊單元和集數(shù)據(jù)采集、分析、 存儲(chǔ)診斷結(jié)論判定報(bào)告打印于一體的便攜式微機(jī)相連，由便攜式微機(jī)進(jìn)行計(jì)算分析 和故障診斷。
對(duì)正在運(yùn)行的機(jī)器設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)的判斷，判別他是正常運(yùn)行還是異常運(yùn)行。 通過由局部推測(cè)整體和由現(xiàn)象判斷本質(zhì)的方法，判斷故障的性質(zhì)和原因。診斷的一 方面是預(yù)測(cè)，就是由現(xiàn)在預(yù)測(cè)未來。通過辨別技術(shù)判斷出它是否正常運(yùn)行，通過預(yù) 測(cè)推導(dǎo)其使用壽命。對(duì)機(jī)車而言，它可以為運(yùn)用部門識(shí)別早期故障服務(wù)，提高機(jī)車 運(yùn)行的可靠性，有利于促進(jìn)維修工作定期維修向狀態(tài)修的轉(zhuǎn)變，降低維修成本；為 高速機(jī)車設(shè)計(jì)和制造的研究改進(jìn)提供依據(jù)，為機(jī)車安全提速提供先進(jìn)手段。
SRAM高速數(shù)據(jù)緩沖單元7采用型號(hào)為ISSI25616的集成電路，F(xiàn)PGA核心控制單 元4的A/D轉(zhuǎn)換電路采用采用型號(hào)為AD7671的16位并行AD集成電路、程序?yàn)V波釆 用型號(hào)為MAX262的集成電路，程控放大采用型號(hào)為PGA205的集成電路，通道選擇 采用型號(hào)為MAX308的集成電路；8位10控制采用型號(hào)為PCF8574T的集成電路。
USB2.0傳輸速率，采樣速率500K/S、 16位、八個(gè)通道模擬量輸入，土5伏的模 擬量輸入范圍。程控放大器增益為1、 2、 4、 8倍，全由軟件選擇。程控濾波器采用 雙路8階濾波器設(shè)計(jì)，濾波器類型(低通、帶通)、中心頻率，品質(zhì)因數(shù)、全由軟 件設(shè)計(jì)。高速、高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和故障分析算法的設(shè)計(jì)是此系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，其中
包括多通道振動(dòng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)、USB2. 0高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、軟件濾波技術(shù)、硬件濾 波技術(shù)應(yīng)用層軟件的分析算法，主要采用了共振解調(diào)、小波分析對(duì)故障特征信號(hào)進(jìn) 行提取，同時(shí)采用現(xiàn)綜合性比較強(qiáng)的時(shí)域頻域分析法對(duì)故障進(jìn)行精確定位。共振解 調(diào)、小波分析理論在振動(dòng)分析中的應(yīng)用這是對(duì)機(jī)械故障分析和故障定位的主要技術(shù) 應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)軸承故障智能診斷。
它實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)，振動(dòng)檢測(cè)與分析基于小波分析，頻譜分析，著眼于發(fā)現(xiàn) 早期故障。通過綜合考慮振動(dòng)沖擊和溫度變化情況，利用故障診斷技術(shù)，判斷軸承 和齒輪的滾動(dòng)(或齒合)工作面上存在的麻點(diǎn)，碾皮，擦傷，燒附，腐蝕，凹痕， 裂損，碰傷等故障是否達(dá)到鐵道部頒發(fā)的C類標(biāo)準(zhǔn)以上。
基于USB2. 0與FPGA的8通道16位高精度振動(dòng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的軟硬件 濾波、通過峭度系數(shù)，加速度平均值來確定故障程度、通過共振解調(diào)以及時(shí)頻分析 方法對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行提取和分析，進(jìn)行故障定位，另外在數(shù)據(jù)管理功能上具備數(shù)據(jù) 的存儲(chǔ)、打印、歷史數(shù)據(jù)的查詢功能，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)軸承故障檢測(cè)的管理。可以 分析并保存數(shù)據(jù)，建立歷史檔案，通過對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)的分析，得到故障發(fā)展的曲線， 為運(yùn)用部門識(shí)別早期故障服務(wù)，為檢修維護(hù)提供科學(xué)的依據(jù)，為設(shè)計(jì)和制造的研究 提供改進(jìn)的依據(jù)。
系統(tǒng)還可以高速長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行在發(fā)電廠，煉油廠，鋼鐵廠等行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備上 進(jìn)行軸承與齒輪的故障檢測(cè)。
它提供1個(gè)模擬量輸出。提供完整的WIND0WST系統(tǒng)下數(shù)據(jù)分析軟件、系統(tǒng)驅(qū)動(dòng) 程序和LabView和Vc調(diào)用的動(dòng)態(tài)鏈接庫。分析軟件適用于操作系統(tǒng)2000或XP上。 可在工業(yè)溫度范圍內(nèi)使用。
模擬量采集采樣速率500K/S、 16位同步采集和存?。粌陕?56KW6的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)深度；正負(fù)5V輸入范圍；八通道模通道切換、1、 2、 4、 8程^^放大；8階低通、 帶通程控濾波； 一路光電轉(zhuǎn)速輸入、 一路模擬信號(hào)輸出。
USB通訊接口采用USB2.0 480M傳輸接口， CY7C68013 USB2. 0主控芯片；增強(qiáng) 型8051核心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)與放大、濾波芯片的設(shè)置。
權(quán)利要求1、一種攜式機(jī)車振動(dòng)故障檢測(cè)器，其特征在于它包括便攜式微機(jī)(1)、振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器(2)和傳感器采集單元(3)，其中所述振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器(2)包括FPGA核心控制單元(4)、以及通過IIC總線與該FPGA核心控制單元(4)的對(duì)應(yīng)端口相連的中央處理單元(5)、DDS波形合成單元(6)、SRAM高速數(shù)據(jù)緩沖單元(7)、信號(hào)調(diào)理及數(shù)據(jù)采單元(8)、脈沖整形與隔離電路單元(9)、振動(dòng)傳感器驅(qū)動(dòng)單元(10)；所述中央處理單元(5)包括USB2.0通訊單元和IIC總線控制，該中央處理單元(5)通過USB2.0通訊單元與便攜式微機(jī)(1)的通訊端口相連；信號(hào)調(diào)理及數(shù)據(jù)采集單元(8)由兩路獨(dú)立的采集通道構(gòu)成，每個(gè)采集通道分別由通道切換電路、程控放大電路、程控濾波電路、AD采集電路四個(gè)部分組成；所述傳感器采集單元(3)包括分別把振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并供振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器(2)利用的振動(dòng)傳感器(11)和光電轉(zhuǎn)速傳感器(12)。
專利摘要一種便攜式機(jī)車振動(dòng)故障檢測(cè)器，它包括便攜式微機(jī)、振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器和傳感器采集單元，振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器的FPGA核心控制單元通過IIC總線與中央處理單元、DDS波形合成單元、SRAM高速數(shù)據(jù)緩沖單元、信號(hào)調(diào)理及數(shù)據(jù)采集單元、脈沖整形與隔離電路單元、振動(dòng)傳感器驅(qū)動(dòng)單元相連；傳感器采集單元包括分別把振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并供振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器利用的振動(dòng)傳感器和光電轉(zhuǎn)速傳感器。便攜機(jī)記錄，分析，存儲(chǔ)和查詢采集數(shù)據(jù)，并且做全面的數(shù)據(jù)分析。它能在地面通過頂輪準(zhǔn)確檢測(cè)出機(jī)車牽引電機(jī)、軸箱軸承故障及進(jìn)行故障定位，適用于現(xiàn)場(chǎng)地面的診斷。
文檔編號(hào)G01M7/00GK201262588SQ20082015870
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者凌浩東, 磊 吳, 楊四清, 袁雪姣, 譚群林 申請(qǐng)人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司;株洲時(shí)代電子技術(shù)有限公司