一種檢測機械故障的振動和聲發(fā)射信號調(diào)理儀制造技術(shù)

一種檢測機械故障的振動和聲發(fā)射信號調(diào)理儀，屬于機械設(shè)備故障檢測儀器技術(shù)領(lǐng)域，用于對機械設(shè)備故障進行檢測，其技術(shù)方案是：它由共振解調(diào)部分、常規(guī)信號處理部分組成，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)信號處理部分包括通道選擇電路和抗混疊電路，檢測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)明專利技術(shù)通過振動和聲發(fā)射信號調(diào)理技術(shù)對機械設(shè)備的故障信號提取效果更好、故障診斷更加準(zhǔn)確。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種對機械設(shè)備故障信號提取后，通過振動和聲發(fā)射信號調(diào)理技術(shù)進行檢測和故障診斷的儀器，屬于機械設(shè)備故障檢測儀器

技術(shù)介紹
機械設(shè)備齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷是國內(nèi)外工程
一直非常關(guān)注的課題。目前，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作在保障機械設(shè)備的安全運行，實現(xiàn)基于設(shè)備運行狀態(tài)進行視情維修、提高機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)濟效益和社會效益。在工程應(yīng)用中進行故障診斷，主要是判斷機械零件的損傷程度和發(fā)生部位。齒輪箱振動信號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，由于早期故障信號十分微弱，往往湮滅在其它強烈的振動信號之中。因此，若僅檢測信號的振動幅值，往往難以發(fā)現(xiàn)故障的存在，容易造成漏檢。通過傳統(tǒng)的傅立葉變換對振動信號作頻率分析，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“三特征判別法”是指在常規(guī)傅立葉譜圖上分析平穩(wěn)功率故障振動信號特征，在共振解調(diào)傅立葉譜圖上分析沖擊功率故障振動信號特征，利用小波分析沖擊故障振動信號特征?！叭卣髋袆e法”對非低速重載齒輪箱的診斷結(jié)果較為準(zhǔn)確，但對于自動化水平較高且結(jié)構(gòu)和工況復(fù)雜的現(xiàn)代機械設(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。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是能夠?qū)ψ詣踊捷^高且結(jié)構(gòu)和工況復(fù)雜的現(xiàn)代機械設(shè)備的故障信號提取效果更好、故障診斷更加準(zhǔn)確的檢測機械故障的振動和聲發(fā)射信號調(diào)理儀。解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種檢測機械故障的振動和聲發(fā)射信號調(diào)理儀，它由共振解調(diào)部分、常規(guī)信號處理部分和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)信號處理部分包括通道選擇電路和抗混疊電路，檢測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采集卡接計算機。上述檢測機械故障的振動和聲發(fā)射信號調(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端接放大電路芯片 U2的輸入端和運放器U3的輸出端，運放器U3的輸出端接到反饋端，運放器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。上述檢測機械故障的振動和聲發(fā)射信號調(diào)理儀，所述高Q帶通濾波器包括濾波器 U6、運放器U5和晶體振蕩器Y1，運放器U5的輸入端接程控放大電路的放大電路芯片U2的輸出端，運放器U5的反饋端與輸出端相接，運放器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。上述檢測機械故障的振動和聲發(fā)射信號調(diào)理儀，所述二次諧振電路包括運放器U7 和濾波器U8，運放器U7的輸入端接高Q帶通濾波器的濾波器U6的輸出端，運放器U7的反饋端與輸出端相接，運放器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。上述檢測機械故障的振動和聲發(fā)射信號調(diào)理儀，所述包絡(luò)檢波電路包括運放器 UA、UB、二極管Dl、D2，二次諧振電路的輸出端分別接運放器UA、UB的輸入端，二極管Dl接在運放器UA的輸出端與反饋端之間，運放器UB的反饋端與輸出端相接，運放器UA的輸出端與運放器UB的輸出端相連接，二極管D2反向接在運放器UA的輸出端與運放器UB的輸出端之間，運放器UB的輸出端接抗混疊電路的輸入端。 本專利技術(shù)的有益效果如下(I)針對齒輪箱早期微弱故障信號，利用硬件共振解調(diào)技術(shù)進行信號調(diào)理，可有效濾除噪聲信號，只對富含高頻成分的沖擊進行響應(yīng)，可極大的提高信噪比，效果明顯優(yōu)于基本信號處理。(2)將共振解調(diào)技術(shù)同時應(yīng)用在被測對象的振動和聲發(fā)射信號處理中，可從兩種不同的角度對設(shè)備進行監(jiān)測，能夠更加全面的了解其運行情況，并及時的發(fā)現(xiàn)故障隱患。(3)本專利技術(shù)構(gòu)造了一種新型的振動和聲發(fā)射信號調(diào)理儀用于提取故障特征信息， 其兼具常規(guī)信號處理和共振解調(diào)處理兩種方式，可實現(xiàn)對設(shè)備早期故障和中晚期故障的全面監(jiān)測，信號調(diào)理效果良好。(4)針對生產(chǎn)現(xiàn)場背景噪聲大、工況惡劣的特點，本專利技術(shù)的信號調(diào)理儀的電路抗干擾設(shè)計嚴(yán)密，能使得本專利技術(shù)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)本專利技術(shù)的信號調(diào)理儀使用靈活方便，可作為獨立的單元應(yīng)用到已有的在線設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中，改善已有故障診斷系統(tǒng)的性能，降低系統(tǒng)升級的成本，有效提高生產(chǎn)現(xiàn)場的齒輪箱故障診斷率。附圖說明圖I是本專利技術(shù)的電路原理框圖；圖2是本專利技術(shù)的電信號處理結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本專利技術(shù)的電信號流程圖；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。具體實施方式本專利技術(shù)的目的是改進“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和聲發(fā)射信號調(diào)理儀。本專利技術(shù)在“三特征判別法”的基礎(chǔ)上，結(jié)合聲發(fā)射信號故障診斷方法，以齒輪箱作為被測對象，以振動和聲發(fā)射信號作為信息載體，運用硬件共振解調(diào)技術(shù)實現(xiàn)信號調(diào)理，研制基于共振技術(shù)的新型振動和聲發(fā)射信號調(diào)理儀，從而有效提取早期微弱故障沖擊信號和中晚期故障信號特征，以實現(xiàn)設(shè)備的全面監(jiān)測和故障診斷?；诠舱窠庹{(diào)技術(shù)的新型振動和聲發(fā)射信號調(diào)理儀，其基本設(shè)計思路為利用速度或加速度傳感器和聲發(fā)射傳感器測取被測設(shè)備在運行過程中的振動和聲發(fā)射信號，經(jīng)由自主研制的共振解調(diào)信號調(diào)理儀對傳感器輸出信號進行采集和處理，通過設(shè)置一個諧振頻率 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)頻率的“共振器”去處理振動和聲發(fā)射信號，把微弱故障沖擊信號從檢測信號中提取出來，將調(diào)理過的數(shù)據(jù)送入A/D采集卡后輸入到工控機中，結(jié)合小波分析方法診斷設(shè)備故障，了解設(shè)備的運行狀況，以實現(xiàn)設(shè)備在線監(jiān)測和故障診斷。以下結(jié)合附圖對本專利技術(shù)進行說明。圖I是本專利技術(shù)的電原理框圖。圖中顯示，本專利技術(shù)包括硬件共振解調(diào)技術(shù)和常規(guī)信號處理兩部分。硬件共振解調(diào)技術(shù)主要包含三個環(huán)節(jié)諧振濾波將相應(yīng)的高頻共振信號提取出來以提升信噪比；包絡(luò)檢波電路對濾波后輸出的信號進行絕對值檢波；對低頻解調(diào)波采用信號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特征的完整性。常規(guī)信號處理電路則由通道選擇電路和抗混疊電路組成。圖2是本專利技術(shù)的電信號處理結(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，經(jīng)由本專利技術(shù)后會變?yōu)閮陕份敵鲂盘枺謩e為解調(diào)信號和非解調(diào)信號，用以表征不同時期的設(shè)備故障信息。其電路結(jié)構(gòu)并列，并可串聯(lián)多個通道同時工作，以滿足現(xiàn)場應(yīng)用中對測點的需求量， 具有良好的擴展性能。共振解調(diào)診本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種檢測機械故障的振動和聲發(fā)射信號調(diào)理儀，其特征在于：它由共振解調(diào)部分、常規(guī)信號處理部分和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)信號處理部分包括通道選擇電路和抗混疊電路，檢測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采集卡接計算機。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：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(專利權(quán))人：宣化鋼鐵集團有限責(zé)任公司，北京工業(yè)大學(xué)，河北鋼鐵集團有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：