基于噪聲與振動(dòng)分析的機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)基于噪聲與振動(dòng)分析的機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，包括振動(dòng)測(cè)量采集電路、噪聲測(cè)量采集電路、DSP系統(tǒng)、ARM系統(tǒng)、基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)；所述振動(dòng)測(cè)量采集電路包括振動(dòng)測(cè)量傳感器，放大器電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路；所述噪聲測(cè)量采集電路包括噪聲測(cè)量傳感器，放大器電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路；所述DSP系統(tǒng)包括DSP最小系統(tǒng)以及DSP與ARM的通信接口；所述ARM系統(tǒng)包括ARM最小系統(tǒng)以及ARM控制的ZIBEE傳輸設(shè)備通信；所述計(jì)算機(jī)服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)包括基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備以及中心服務(wù)器計(jì)算機(jī)。本發(fā)明專利技術(shù)的有益效果是：通過該系統(tǒng)的整體運(yùn)行，很好的解決了機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的快速識(shí)別，為機(jī)器的快速檢修以及防止出現(xiàn)更大的損失帶來了極大的便利。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，尤其涉及基于噪聲與振動(dòng)分析的機(jī) 器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
大型工廠車間里擁有眾多由電機(jī)控制的大型機(jī)器設(shè)備，每天在不間斷的運(yùn)行工作 達(dá)幾小時(shí)以上，甚至連續(xù)晝夜工作，當(dāng)機(jī)器的電機(jī)出現(xiàn)了一些小的故障，如定子三相磁場(chǎng)不 對(duì)稱等原因，長(zhǎng)時(shí)間工作的后果可能導(dǎo)致大量的產(chǎn)品次品出現(xiàn)甚至使得大型的儀器設(shè)備出 現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞，導(dǎo)致很大的經(jīng)濟(jì)損失。工廠里的設(shè)備往往通過工人的經(jīng)驗(yàn)以及產(chǎn)品的生產(chǎn)情 況來判斷機(jī)器是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)器可能已經(jīng)處于不正常的工作狀態(tài)已經(jīng)持續(xù)一段時(shí)間了， 這樣工作的結(jié)果，會(huì)加速機(jī)器的損壞和大量生產(chǎn)的次品的出現(xiàn)。市場(chǎng)上，對(duì)機(jī)器電機(jī)的分析 往往只分析噪聲或振動(dòng)頻譜的一種。然而，實(shí)際上噪聲頻譜主要反映電機(jī)工作的轉(zhuǎn)速、定轉(zhuǎn) 子之間的配合等硬件特征，而振動(dòng)頻譜主要反映電機(jī)的固有機(jī)械結(jié)構(gòu)在工作時(shí)表現(xiàn)出的工 作狀態(tài)。另外，在提取噪聲與振動(dòng)的頻譜上，往往在分辨率、穩(wěn)定性等方面，缺乏技術(shù)手段。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理，識(shí)別性能好的基于噪 聲與振動(dòng)分析的機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用了以下技術(shù)方案： 基于噪聲與振動(dòng)分析的機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，包括振動(dòng)測(cè)量采集電 路、噪聲測(cè)量采集電路、DSP系統(tǒng)、ARM系統(tǒng)、基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)服務(wù)器監(jiān)控 系統(tǒng)； 所述振動(dòng)測(cè)量采集電路包括振動(dòng)測(cè)量傳感器，放大器電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路； 所述噪聲測(cè)量采集電路包括噪聲測(cè)量傳感器，放大器電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路； 所述DSP系統(tǒng)包括DSP最小系統(tǒng)以及DSP與ARM的通信接口； 所述ARM系統(tǒng)包括ARM最小系統(tǒng)以及ARM控制的ZIBEE傳輸設(shè)備通信； 所述計(jì)算機(jī)服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)包括基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備以及中心服務(wù)器計(jì)算 機(jī)。 作為優(yōu)選：所述DSP系統(tǒng)的處理步驟為： 首先對(duì)DSP進(jìn)行系統(tǒng)初始化；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)DMA模式； 然后對(duì)聲或振動(dòng)產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行A/D米樣； 然后通過設(shè)計(jì)的數(shù)字抗混疊濾波器；防止出現(xiàn)頻譜混疊現(xiàn)象； 然后進(jìn)行數(shù)字加權(quán)處理；包括各種頻率計(jì)權(quán)或振動(dòng)計(jì)權(quán)的加權(quán)選擇； 然后通過頻率細(xì)化（包括復(fù)調(diào)制細(xì)化譜分析方法、CZT算法以及小波變換）頻譜 分析； 最后將分析的結(jié)果送到ARM顯示和傳輸。 作為優(yōu)選：步驟四數(shù)字加權(quán)處理具體包括如下步驟： C計(jì)權(quán)的傳遞函數(shù)如下： 則其極點(diǎn)為：s= 土jΩi(為2階），s= 土jΩ4 (為2階），零點(diǎn)為s= 0 (為2 階）。 選出左半平面的極點(diǎn)，s=ΩjPs=Ω4及零點(diǎn)s= 0,并設(shè)增益系數(shù)為K，則可 以得到· (6)由Hc (s) | s=j= H c (j Ω ) |Ω =i可以得到： K = Ω42 所以其傳遞函數(shù)為： (7) 然后利用模擬濾波器和數(shù)字濾波器之間的變換關(guān)系，可以得到，系統(tǒng)函數(shù)的Ζ變 換為： C8) 作為優(yōu)選：步驟五復(fù)調(diào)制細(xì)化譜分析方法具體包括如下步驟： 1)復(fù)調(diào)制 通過復(fù)調(diào)制將被觀察的頻段的起點(diǎn)移動(dòng)到頻域坐標(biāo)的零頻位置；模擬信號(hào)x(t) 經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，得到離散的信號(hào)X(η)，假設(shè)要觀測(cè)的頻帶為Π~f2,則在此 頻帶范圍內(nèi)進(jìn)行細(xì)化分析，觀測(cè)的中心頻率為fe=(f 然后對(duì)χθ(η)以 進(jìn)行復(fù)調(diào)制，得到的頻移信號(hào)： 式中fs=NAf為采樣頻率，Af為譜線間隔，L0 =fe/Af為頻率的中心移位，也 是在全局頻譜顯示中所對(duì)應(yīng)中心頻率fe的譜線序號(hào)，則fe=LOAf;由此可得出，復(fù)調(diào)制 使x〇(n)的頻率成分fe移到x(n)的零頻點(diǎn)，也就是說X0(k)中的第L0條譜線移到X(k) 中零點(diǎn)頻譜的位置；為了得到X(k)零點(diǎn)附近的部分細(xì)化頻譜，可重新抽樣把頻率降到fs/ D，D為細(xì)化倍數(shù)；為了是抽樣后的頻率不發(fā)生頻譜混疊，需要在抽樣前進(jìn)行低通濾波； 2)數(shù)字低通濾波 為了保證重新采樣后的信號(hào)在頻譜分析時(shí)不發(fā)生頻譜混疊，需進(jìn)行抗混疊濾波， 濾出需要分析的頻段信號(hào)，設(shè)細(xì)化倍數(shù)為D，則數(shù)字低通濾波器的截止頻率fC<fs/2D; 3)重新抽樣 信號(hào)經(jīng)過移頻、低通濾波后，分析信號(hào)點(diǎn)數(shù)變少，但再以較低的采樣頻率進(jìn)行重新 采樣，在通過補(bǔ)零保證相同的采樣點(diǎn)數(shù)時(shí)，樣本的總長(zhǎng)度加大，頻譜的分辨率也就得到了提 高；設(shè)原采樣頻率為fs，采樣點(diǎn)數(shù)為N，則頻率分辨率為fs/N，現(xiàn)重采樣頻率為fs/D，當(dāng)采 樣點(diǎn)數(shù)仍是N是，其分辨率為fsAD*N)，分辨率提高了D倍；這樣就在原采樣頻率不變的情 況下得到了更高的頻率分辨率； 4)復(fù)數(shù)FFT 重新采樣后的信號(hào)實(shí)部和虛部是分開的，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行N點(diǎn)復(fù)FFT，從而得出N 條譜線，此時(shí)分辨率為Af=fs'/N=fs/ND=Δf/D，可見分辨率提高了D倍； 5)頻率調(diào)整 經(jīng)過算法運(yùn)行后的譜線不為實(shí)際頻率的譜線，需要將其反向搬移，轉(zhuǎn)換成實(shí)際頻 率，進(jìn)而得出細(xì)化后的頻率。 作為優(yōu)選：步驟五CZT算法具體包括如下步驟： 由kn= 1\2 可得： 則可以得到：通過以上變換，可以得到CZT算法的卷積形式，然后可以利用FFT快速算法實(shí)現(xiàn) CZT的快速變換；為了用FFT計(jì)算線性卷積，需要將序列延長(zhǎng)，以便實(shí)現(xiàn)循環(huán)卷積；延長(zhǎng)選 擇運(yùn)算點(diǎn)數(shù)為L(zhǎng)> =N+(M- 1)，則延長(zhǎng)： 當(dāng)（〇〈 =n〈 =N-1)時(shí)，=χ(η)Α-πνν?:當(dāng)（N〈 =n〈=L_l)時(shí)，y (η)=0 ;當(dāng)（〇〈=n〈=M-l)時(shí)，h(n)=當(dāng)（M〈=n〈=L-l)時(shí)，h(n)= 2);則： y(n) *h (η)=IFFT{FFT*FFT} (12) 對(duì)于一個(gè)N點(diǎn)的輸入序列x(n)，其采樣頻率為fs;由于CZT應(yīng)在單位圓上實(shí)現(xiàn)，為 了得到X(η)的頻譜，因此A0，W0都必須取為1;單位圓上幅角0~31rad對(duì)于的是頻率軸 上0~fs/2的頻率；若假設(shè)將要細(xì)化的頻帶為0 <f1 <f2 <fs/2,有Μ條獨(dú)立譜線，其 對(duì)應(yīng)的單位圓上的幅角范圍為：2πfl/fs~2πf2/fs;而Μ條獨(dú)立譜線對(duì)應(yīng)的是圓弧上的 Μ點(diǎn)取值；CZT的路徑為單位圓上起點(diǎn)為z0 =ej2πfΙ/fs，終點(diǎn)為ζΜ- 1 =ej2πf2/fs，間 隔為Az =ej2π(f2 -f1) / 的一段圓弧；由此得到利用CZT實(shí)現(xiàn)頻譜細(xì)化的 條件： AO = WO = 1, Θ = 2 π fl/fsΨ= 2π(f2 -f1) 當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 4 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于噪聲與振動(dòng)分析的機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，其特征在于：包括振動(dòng)測(cè)量采集電路、噪聲測(cè)量采集電路、DSP系統(tǒng)、ARM系統(tǒng)、基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)；所述振動(dòng)測(cè)量采集電路包括振動(dòng)測(cè)量傳感器，放大器電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路；所述噪聲測(cè)量采集電路包括噪聲測(cè)量傳感器，放大器電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路；所述DSP系統(tǒng)包括DSP最小系統(tǒng)以及DSP與ARM的通信接口；所述ARM系統(tǒng)包括ARM最小系統(tǒng)以及ARM控制的ZIBEE傳輸設(shè)備通信；所述計(jì)算機(jī)服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)包括基于ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備以及中心服務(wù)器計(jì)算機(jī)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：金暉，何潔，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：浙江大學(xué)城市學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：浙江;33