專利名稱：一種基于電渦流傳感器測量軸系不對中系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于不對中故障診斷領(lǐng)域，涉及一種基于傳感器技術(shù)在不對中故障診斷領(lǐng)域中的應(yīng)用一一種基于電渦流傳感器測量軸系不對中系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，各種旋轉(zhuǎn)機械廣泛應(yīng)用各種工業(yè)領(lǐng)域。旋轉(zhuǎn)機械故障是關(guān)系到國民經(jīng)濟生產(chǎn)安全性的重要問題，其中60%的旋轉(zhuǎn)機械故障與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中有關(guān)。轉(zhuǎn)子作為旋轉(zhuǎn)機械的主要部件，是否能夠安全、高效的長期運行也成為整個企業(yè)正常生產(chǎn)的重要保障，企業(yè)對其重視程度日益增加。不對中狀態(tài)下轉(zhuǎn)子運動能引起機械振動、軸承的磨損、軸的撓曲變形、轉(zhuǎn)子與定子間的碰摩等，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行危害極大，因此，一直備受設(shè)計者和工程師的關(guān)注。軸系不對中通常是指驅(qū)動軸的軸心線和從動軸的軸心線不在同一條直線上。軸系不對中可以分為三類一是平行不對中，即具有不對中故障的從動軸軸線平行于驅(qū)動軸軸線，且兩個軸心在徑向上不重合；二是傾角不對中，即具有不對中故障的從動軸軸線與驅(qū)動軸軸線有一定的傾角，且兩個軸心在徑向上重合；三是綜合不對中，即具有不對中故障的從動軸軸線與驅(qū)動軸軸線有一定的傾角，且兩個軸心在徑向上不重合。本質(zhì)上來講不對中量包括平行不對中量和傾角不對中量。因此，分別確定平行不對中量和傾角不對中量成為測量軸系不對中的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的診斷方法只能通過對旋轉(zhuǎn)機械進行振動分析，從而定性的判斷是否存在不對中故障以及在什么位置出現(xiàn)不對中故障，卻不能定量的確定不對中量的大小和成分組成。這些振動分析的方法不僅對測試系統(tǒng)精度要求較高，選用不同的分析方法也會存在差異，同時在測試振動過程中容易受到外界環(huán)境造成的噪聲干擾，對之后的分析產(chǎn)生不良影響。另外，當(dāng)分析得出存在不對中故障，想要對其進行校正時，由于不能確定不對中量，因此校正也存在著一些盲目性。

發(fā)明內(nèi)容
針對已有診斷方法存在的缺陷或不足，即無法確定不對中量，故而校正時存在盲目性，本發(fā)明的目的在于，提出一種新的基于電渦流傳感器的測量方法，利用最小二乘法擬合出傳感器探頭運動的橢圓軌跡，進而能夠準(zhǔn)確計算不對中量的大小和組成，最終實現(xiàn)有針對性的對故障進行校正。該發(fā)明將電渦流傳感器技術(shù)用于軸系不對中的測量中，解決了不對中故障診斷中不對中量難以定量測量問題。為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案—種基于電渦流傳感器測量軸系不對中測試系統(tǒng)，其特征在于包括一個電動機， 及一個與電動機對應(yīng)設(shè)置的從動軸架，電動機的驅(qū)動軸與從動軸架所設(shè)的從動軸相對應(yīng)； 所述從動軸端頭設(shè)一圓盤，圓盤上吸附有傳感器磁性支座；傳感器磁性支座上的傳感器探頭搭接于所述驅(qū)動軸軸心，驅(qū)動軸上設(shè)有碼盤；所述傳感器通過傳感器輸出線與系統(tǒng)數(shù)字示波器相連，系統(tǒng)數(shù)字示波器將測試軸系不對中實測值傳輸至系統(tǒng)計算機，經(jīng)系統(tǒng)計算機數(shù)據(jù)處理程序?qū)⑤S系不對中實測值與仿真數(shù)據(jù)擬合，得到軸系不對中誤差值。本發(fā)明系統(tǒng)的進一步特征在于所述傳感器磁性支座由支架和磁座構(gòu)成，支座吸附在與從動軸相連的圓盤上，保證傳感器隨從動軸轉(zhuǎn)動。所述碼盤為環(huán)形，且套裝于驅(qū)動軸上，環(huán)形內(nèi)圓直徑為驅(qū)動軸軸徑。本發(fā)明還給出了一種基于電渦流傳感器測量軸系不對中的方法，其特征在于，該方法包括下述步驟1)分別設(shè)置一電動機和一從動軸架，并將電動機驅(qū)動軸與從動軸架上的從動軸對中；2)在待測不對中從動軸端頭套接一圓盤；3)沿圓盤端面吸附一傳感器磁性支座，并將傳感器磁性支座上的電渦流傳感器探頭接近驅(qū)動軸端口；4)將傳感器探頭轉(zhuǎn)至碼盤0°方向，靜置并使用數(shù)字示波器采集并保存一組輸出電壓數(shù)據(jù)；然后按照360°等分角度旋轉(zhuǎn)傳感器磁座吸附的圓盤，采集測量電渦流傳感器的探頭至主動軸表面的距離的電壓值；5)將電渦流傳感器的探頭所測得的電壓值通過信號線傳輸?shù)綌?shù)字示波器中存儲；6)數(shù)字示波器將傳感器電壓值傳輸至計算機進行數(shù)據(jù)處理程序；并與計算機存儲的標(biāo)準(zhǔn)仿真數(shù)據(jù)擬合；得到軸系不對中誤差值。本發(fā)明方法的進一步特征在于所述數(shù)據(jù)處理程序基于MATLAB算法，算法包括去直流分量和最小二乘法擬合橢圓兩部分；所述去直流分量部分即將傳感器運行軌跡的中心平移至坐標(biāo)原點，從而通過平移量計算B軸的平行不對中量；所述最小二乘擬合橢圓部分是將傳感器每轉(zhuǎn)過5°采集一組，共72組數(shù)據(jù)去直流分量后畫出的離散軌跡運用最小二乘法擬合成一個橢圓，橢圓的傾角即代表驅(qū)動軸相對于從動軸的傾角。本發(fā)明與現(xiàn)有診斷方法相比具有以下特點1.實現(xiàn)了定量測量不對中通過安裝在B軸上的電渦流傳感器測量傳感器探頭與A軸端口表面的距離，再經(jīng)過基于MATLAB軟件的處理程序計算出平行不對中量和傾角不對中量，從而準(zhǔn)確得出不對中量的大小和成分，為故障校正奠定了基礎(chǔ)。2.方法可靠性好本發(fā)明中計算不對中量的方法分別被用于處理模擬不對中時傳感器運行軌跡的仿真數(shù)據(jù)和實驗測得數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示幾次計算都準(zhǔn)確反映出不對中量的大小和組成，因而具有很好的可靠性。3.結(jié)構(gòu)簡單，成本低本發(fā)明中測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，較原有診斷方法操作更為簡單，另外，由于是在靜態(tài)下測量，對傳感器和采集設(shè)備的要求不高，從而降低了所需實驗設(shè)備的成本。


圖1是電渦流傳感器測量軸系不對中的測試系統(tǒng)示意圖；圖2是電渦流傳感器測量軸系不對中的測試系統(tǒng)傳感器安裝圖；圖3是電渦流傳感器測量軸系不對中原理圖；圖4是圖3的局部放大圖；圖5是電渦流傳感器測量軸系不對中量示意圖；圖6是仿真數(shù)據(jù)及經(jīng)過處理程序后擬合出來的橢圓軌跡；圖7是實驗數(shù)據(jù)及經(jīng)過處理程序后擬合出來的橢圓軌跡；圖中1為傳感器；2為驅(qū)動軸；3為從動軸；4為傳感器支座；5為傳感器輸出線；6 為電動機；7為碼盤；8為數(shù)字示波器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)描述請參閱圖1，圖1是本發(fā)明基于電渦流傳感器測量軸系不對中的測試系統(tǒng)示意圖。 該測量系統(tǒng)包括了傳感器探頭1 ；驅(qū)動軸2 ；從動軸3 ；傳感器磁性支座4 ；傳感器輸出線5 ； 電動機6 ’碼盤7 ；數(shù)字示波器8等八個部分。系統(tǒng)設(shè)置一個電動機6，及一個與電動機6對應(yīng)設(shè)置的從動軸架，電動機6的驅(qū)動軸2與從動軸架所設(shè)的從動軸3相對應(yīng)；從動軸3端頭設(shè)一圓盤，圓盤上吸附有傳感器磁性支座4 ；傳感器磁性支座4上的傳感器1探頭接近所述驅(qū)動軸2端口，驅(qū)動軸2上設(shè)有碼盤7 ；所述傳感器1通過傳感器輸出線5與系統(tǒng)數(shù)字示波器8相連，系統(tǒng)數(shù)字示波器8將測試軸系不對中實測值傳輸至系統(tǒng)計算機，經(jīng)系統(tǒng)計算機數(shù)據(jù)處理程序?qū)⑤S系不對中實測值與仿真數(shù)據(jù)擬合，得到軸系不對中誤差值。數(shù)據(jù)處理程序是通過擬合橢圓確定不對中量的方法為核心基于MATLAB軟件編寫的。請參閱圖2，圖2是本發(fā)明基于電渦流傳感器測量軸系不對中的測試系統(tǒng)傳感器安裝圖。傳感器1為SJ-4-1型電渦流傳感器，傳感器支座由支架和磁座構(gòu)成，支座吸附在與從動軸3相連的圓盤上，保證傳感器1隨從動軸3轉(zhuǎn)動。碼盤7為環(huán)形，且套裝于驅(qū)動軸2上，環(huán)形內(nèi)圓直徑為驅(qū)動軸2軸徑。本發(fā)明基于電渦流傳感器測量軸系不對中的方法具體步驟如下1)分別設(shè)置一電動機6和一從動軸架，并將電動機驅(qū)動軸2與從動軸架上的從動軸3對中；2)在待測不對中從動軸3端頭套接一圓盤；3)沿圓盤端面吸附一傳感器磁性支座4，并將傳感器磁性支座4上的電渦流傳感器1探頭接近驅(qū)動軸2端口；4)將傳感器1探頭轉(zhuǎn)至碼盤0°方向，靜置并使用數(shù)字示波器8采集并保存一組輸出電壓數(shù)據(jù)；然后按照360°等分角度旋轉(zhuǎn)傳感器磁座吸附的圓盤，采集測量電渦流傳感器1的探頭至主動軸2表面的距離的電壓值；4)將電渦流傳感器1的探頭所測得的電壓值通過信號線5傳輸?shù)綌?shù)字示波器8中存儲；5)數(shù)字示波器8將傳感器電壓值傳輸至計算機進行數(shù)據(jù)處理程序；并與計算機存儲的標(biāo)準(zhǔn)仿真數(shù)據(jù)擬合；得到軸系不對中誤差值。
數(shù)據(jù)處理程序基于MATLAB算法，算法包括去直流分量和最小二乘法擬合橢圓兩部分；所述去直流分量部分即將傳感器運行軌跡的中心平移至坐標(biāo)原點，從而通過平移量計算B軸的平行不對中量；所述最小二乘擬合橢圓部分是將傳感器每轉(zhuǎn)過5°采集一組，共 72組數(shù)據(jù)去直流分量后畫出的離散軌跡運用最小二乘法擬合成一個橢圓，橢圓的傾角即代表驅(qū)動軸2相對于從動軸3的傾角。進行測試時，保證驅(qū)動軸2不動，將傳感器1通過磁性支座4固定于從動軸3上， 傳感器1的探頭對準(zhǔn)驅(qū)動軸2，測量傳感器1到驅(qū)動軸2的距離，然后將采集到的數(shù)據(jù)通過傳感器輸出線5存儲到數(shù)字示波器8中。請參閱圖3、圖4所示，圖3是本發(fā)明基于電渦流傳感器測量軸系不對中原理圖，圖 4是圖3的局部放大圖。由圖中可示驅(qū)動軸2與從動軸3之間的不對中量可以反映到傳感器1的探頭到驅(qū)動軸2的距離上，所以通過所測得的數(shù)據(jù)經(jīng)相應(yīng)的計算處理就可以定量的得出軸的不對中量(參見圖5所示)，再次驗證了此種方法的可行性。請參閱圖6，圖6是本發(fā)明基于電渦流傳感器測量軸系不對中驗證試驗仿真數(shù)據(jù)及經(jīng)過處理程序后擬合出來的橢圓軌跡。圖為傾角不對中量設(shè)定為10°時仿真出的數(shù)據(jù)畫出的圖形，其中星點為仿真數(shù)據(jù)去除直流分量后的各點，圓點組成的圖形即為擬合出來的橢圓軌跡。請參閱圖7，圖7是本發(fā)明基于電渦流傳感器測量軸系不對中驗證試驗測得數(shù)據(jù)及經(jīng)過處理程序后擬合出來的橢圓軌跡。其中星點為實驗數(shù)據(jù)去除直流分量后的各點，圓點組成的圖形即為擬合出來的橢圓軌跡。 使用時，首先將傳感器探頭轉(zhuǎn)至碼盤0 °方向，靜置并使用數(shù)字示波器采集并保存一組點數(shù)為100的輸出電壓數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)傳感器磁座吸附的圓盤，每轉(zhuǎn)5°采集并保存一組數(shù)據(jù)，直至轉(zhuǎn)至360°時共采集72組數(shù)據(jù)。對本發(fā)明進行仿真及試驗驗證，根據(jù)電渦流傳感器測量軸系不對中的原理模擬傾角不對中生成3組仿真數(shù)據(jù)對算法進行驗證，其中傾角分別為10°，5°，Γ，需注意的是因為模擬的是傾角不對中故障，所以仿真數(shù)據(jù)其平行不對中量應(yīng)為0。表1仿真實驗各不對中量
實驗組10°5°Γ平行不對中量(X方向2.1617e-0173.9422e-0181.888e-019y方向)3.6479e-0179.3303e-0183.8683e-019傾角不對中量10.000697973274735.000114539992691.00000098867036錯誤！未找到引用源。列出了仿真實驗各組不對中量的大小和方向。表2驗證實驗不對中量計算
權(quán)利要求
1.一種基于電渦流傳感器測量軸系不對中測試系統(tǒng)，其特征在于包括一個電動機 (6)，及一個與電動機(6)對應(yīng)設(shè)置的從動軸架，電動機(6)的驅(qū)動軸O)與從動軸架所設(shè)的從動軸C3)相對應(yīng)；所述從動軸C3)端頭設(shè)一圓盤，圓盤上吸附有傳感器磁性支座(4)； 傳感器磁性支座(4)上的傳感器(1)探頭接近所述驅(qū)動軸( 端口，驅(qū)動軸( 上設(shè)有碼盤(7)；所述傳感器(1)通過傳感器輸出線( 與系統(tǒng)數(shù)字示波器(8)相連，系統(tǒng)數(shù)字示波器(8)將測試軸系不對中實測值傳輸至系統(tǒng)計算機，經(jīng)系統(tǒng)計算機數(shù)據(jù)處理程序?qū)⑤S系不對中實測值與仿真數(shù)據(jù)擬合，得到軸系不對中誤差值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電渦流傳感器測量軸系不對中測試系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器磁性支座由支架和磁座構(gòu)成，支座吸附在與從動軸C3)相連的圓盤上， 保證傳感器(1)隨從動軸( 轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電渦流傳感器測量軸系不對中測試系統(tǒng)，其特征在于所述碼盤(7)為環(huán)形，且套裝于驅(qū)動軸( 上，環(huán)形內(nèi)圓直徑為驅(qū)動軸( 軸徑。
4.一種基于電渦流傳感器測量軸系不對中的方法，其特征在于，該方法包括下述步驟1)分別設(shè)置一電動機(6)和一從動軸架，并將電動機驅(qū)動軸( 與從動軸架上的從動軸⑶對中；2)在待測不對中從動軸C3)端頭套接一圓盤；3)沿圓盤端面吸附一傳感器磁性支座G)，并將傳感器磁性支座(4)上的電渦流傳感器⑴探頭接近驅(qū)動軸⑵端口 ；4)將傳感器(1)探頭轉(zhuǎn)至碼盤0°方向，靜置并使用數(shù)字示波器(8)采集并保存一組輸出電壓數(shù)據(jù)；然后按照360°等分角度旋轉(zhuǎn)傳感器磁座吸附的圓盤，采集測量電渦流傳感器(1)的探頭至主動軸( 表面的距離的電壓值；5)將電渦流傳感器(1)的探頭所測得的電壓值通過信號線( 傳輸?shù)綌?shù)字示波器(8) 中存儲；6)數(shù)字示波器(8)將傳感器電壓值傳輸至計算機進行數(shù)據(jù)處理程序；并與計算機存儲的標(biāo)準(zhǔn)仿真數(shù)據(jù)擬合；得到軸系不對中誤差值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于電渦流傳感器測量軸系不對中的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理程序基于MATLAB算法，算法包括去直流分量和最小二乘法擬合橢圓兩部分；所述去直流分量部分即將傳感器運行軌跡的中心平移至坐標(biāo)原點，從而通過平移量計算B軸的平行不對中量；所述最小二乘擬合橢圓部分是將傳感器每轉(zhuǎn)過5°采集一組，共72 組數(shù)據(jù)去直流分量后畫出的離散軌跡運用最小二乘法擬合成一個橢圓，橢圓的傾角即代表驅(qū)動軸(2)相對于從動軸(3)的傾角。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于電渦流傳感器測量軸系不對中系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括電動機，及與電動機對應(yīng)的從動軸架，電動機驅(qū)動軸與從動軸架的從動軸相對應(yīng)；從動軸端頭設(shè)一吸附有傳感器磁性支座的圓盤，傳感器探頭接近驅(qū)動軸端口；數(shù)字示波器將測試軸系不對中實測值傳輸至系統(tǒng)計算機，經(jīng)數(shù)據(jù)處理將實測值與仿真數(shù)據(jù)擬合，得到軸系不對中誤差值。方法為旋轉(zhuǎn)從動軸一周，將采集的傳感器實測值保存、數(shù)據(jù)處理，通過計算擬合橢圓相關(guān)參數(shù)得到從動軸相對于驅(qū)動軸的不對中量。該方法能夠準(zhǔn)確計算出三種不對中量，其測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝。該定量測量不對中量的方法為不對中故障的診斷和消除提供了依據(jù)，在測量軸系不對中領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號G01B7/31GK102175140SQ20111004900
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者吳茜, 張西寧, 溫廣瑞, 王樹典 申請人:西安交通大學(xué)