一種無附加傳感器的垂直回轉體動平衡檢測系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種無附加傳感器的垂直回轉體動平衡檢測系統，其特征在于前端信號處理單元通過電流傳感器連接到垂直回轉體的驅動電機的伺服驅動器上，將采集信號發送到與其連接的FIFO中；FFT處理器同FIFO相連接，將處理的中間數據和原始數據儲存在于其連接的雙端口RAM儲存單元中；數據處理單元同雙端口RAM存儲單元相連接，通過計算獲取輸出補償的質量和相對位置后發送于其連接的顯示單元上進行顯示；控制單元分別同前端信號處理單元、FFT處理器、雙端口RAM存儲單元以及數據處理單元相連接用于讀地址、寫地址、使能信號以及各個相關模塊的啟動控制。該系統具有誤差小、安裝方便和成本低廉等優點適于廣泛推廣。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

—種無附加傳感器的垂直回轉體動平衡檢測系統
本技術涉及一種動平衡檢測系統，尤其涉及一種無附加傳感器的動平衡檢測 系統。
技術介紹
常用機械中包含著大量的作旋轉運動的零部件，例如各種傳動軸、主軸、轉臺和電 動機等，統稱為回轉體。在理想的情況下回轉體旋轉時與不旋轉時，對軸承產生的壓力是一 樣的，這樣的回轉體是平衡的回轉體。但工程中的各種回轉體，由于材質不均勻或毛坯缺 陷、加工及裝配中產生的誤差，甚至設計時就具有非對稱的幾何形狀等多種因素，使得回轉 體在旋轉時，其上每個微小質點產生的離心慣性力不能相互抵消，離心慣性力通過軸承作 用到機械及其基礎上，弓I起振動，振動的幅度將和物體的角速度、物體的不均衡點的有效質 量、有效半徑、以及支撐物的剛度有關，產生了噪音，加速軸承磨損，運行不穩等，嚴重影響 設備的使用壽命、安全性和設備的精度，嚴重時能造成破壞性事故。為此，必須對回轉體進 行平衡分析和補償，使其達到允許的平衡精度等級，或使產生的機械振動幅度降在允許的 范圍內。國外的一些廠商提供的現場動平衡檢測設備一般都采用加速度傳感器和轉速傳 感器的方法進行平衡檢測計算，這樣不僅成本高，而且在某些場合操作不方便，所以一種根 據實際機械設備的特性，而研制一種適于在數控系統中應用，進行實時的動平衡監測的無 附加傳感器動平衡檢測系統，是十分必要的。注本技術的系統中利用了下列
技術實現思路
如附圖說明圖1所示動平衡分析裝置部分， 包括前端信號處理單元，主要用于對由于電機不平衡旋轉產生的振動信號進行采集和轉換 (外部表示不平衡旋轉產生振動的信號，包含振動的頻率，幅度和相位等信息)，進行AD采樣 等操作，以達到調整信號輸入范圍，把振動信號的模擬量轉換成數字量，保證FFT信號處理 有足夠的帶寬。FIFO，主要作為外部輸入數據的緩沖單元(即對外部輸入電機不平衡旋轉造成振 動信號進行緩沖);將外部高速AD采集的數據暫存到FIFO中，等到FIFO滿后一次性將數據 送到雙端口 RAM儲存單元中，用于FFT處理器計算；控制單元主要作為各個單元協調工 作的控制器。控制單元負責產生讀地址、寫地址、使能信號以及各個相關模塊的啟動信號。雙端口 RAM儲存單元，用于對外部輸入的原始數據進行緩存，以及用來暫存經過 蝶形運算后的中間數據，每個蝶行運算的輸入輸出數據均要經過RAM的讀寫操作。因此， RAM的頻繁讀寫操作速度對FFT的處理速度影響較大。為了加快FFT的運算速度，需要構 造雙端口 RAM來加快數據傳輸的吞吐量；本實施例采用兩個雙端口 RAM存儲單元(即雙口 RAMl和雙口 RAM2)。顯示單元，用于對數據處理單元傳送過來的振動信息和補償信息的數 據進行顯示。FFT處理器，利用傅立葉變換對高速A/D采集到的時域信號轉換為頻域信號；FFT 處理器把FFT實時化的要求和芯片設計靈活性結合了起來，實現并行算法與硬件結構的優化配置，提高了 FFT處理速度，滿足了振動信號分析處理的高速度、高分辨率、高可靠性的要求。快速傅立葉變換可以精確對振動頻率提純，而且可以得到由于回轉體不平衡旋(即電機不平衡旋轉造成振動信號)轉導致振動特征頻率的幅值和相位。數據處理單元，用于對FFT處理后的復域數據進行求模值運算和相位計算，根據在轉速一定的情況下，振動的模值和偏心點質量成線性比例關系。通過求初始化質量與振動信號的模值的比例系數，在轉速不變的情況下，通過再次測量振動信號的模值和相位，利用這個比例系數來確定需要補償的質量(添加或是削減)M和相對位置，以輸出包括當前轉速，需要補償的質量(添加或是削減)和相對位置結果(即得到振動信號的幅頻特性和相位特性，基頻信號的幅值和相位反映出偏心點的相對質量和相對位置與振動頻率的關系)。如圖2所示FFT處理器包括地址控制模塊、蝶形運算單元、旋轉因子表存儲單元和倒序模塊地址控制模塊用來產生使能信號，并起到各單元的時序控制作用，以及產生正確的旋轉因子表查找地址，以及RAM的讀寫地址，對各模塊的時序進行有效控制，保證系統正常工作。[0011 ] 所述蝶形運算單元，用于對存儲雙端口 RAM儲存單元的電機不平衡旋轉造成振動信號進行蝶形運算，所述蝶形運算按照抽取方式的不同可分為DIT-FFT (按時間抽取)和 DIF-FFT (按頻率抽取)算法。按照蝶形運算的構成不同可分為基2、基4、基8和任意因子(2η，η為大于I的整數)，以及分裂基等。為更清楚的表示蝶形運算單元的工作過程， 以基-2循環結構為例進行說明(這也是本技術所述裝置的最優實例，與流水線結構相比，運算速度下降，但由于其只使用一個蝶形處理器，所以占用的資源最少，流水線結構的運算速率是這種循環結構的Iog2N倍。)，模型如圖3所示基-2FFT中，N為采樣點數，Ν=2μ， 共有M級運算，每級有Ν/2個2點FFT蝶形運算，因此N點FFT共有(N/2) Iog2N個蝶形運算。I個基-2蝶形運算由I個復乘運算單元和2個復加運算單元組成。其公式如下本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無附加傳感器的垂直回轉體動平衡檢測系統，包括：?將采集到的模擬量信號即電機不平衡旋轉造成振動信號轉換成數字量的前端信號處理單元；?連接前端信號處理單元，對外部輸入電機不平衡旋轉造成振動信號的數字量進行緩沖的FIFO單元；?連接FIFO單元，將電機轉速對應的頻率轉換成回轉體不平衡旋轉導致振動特征頻率的幅值和相位的FFT處理器；?連接FFT處理器、前端信號處理單元和數據處理單元，用于產生讀地址、寫地址、使能信號以及各個相關模塊的啟動信號和控制信號的控制單元；?連接控制單元和FFT處理器，對外部輸入的原始數據進行緩存，以及用來暫存經過蝶形運算后的中間數據的雙端口RAM儲存單元；?連接雙端口RAM儲存單元，對FFT處理后的復域數據進行求模值運算和相位處理，通過振動的模值和偏心點質量的關系對動平衡振動數據進行處理，輸出補償的質量和相對位置的數據處理單元；?連接數據處理單元，對數據處理單元傳送過來的振動信息和補償信息的數據進行顯示的顯示單元；?其特征在于：前端信號處理單元通過電流傳感器連接到垂直回轉體的驅動電機的伺服驅動器上獲取驅動電流值；?上述各單元進行數據連接。

【技術特征摘要】
2011.05.17 CN 201120157508.41.一種無附加傳感器的垂直回轉體動平衡檢測系統，包括將采集到的模擬量信號即電機不平衡旋轉造成振動信號轉換成數字量的前端信號處理單元；連接前端信號處理單元，對外部輸入電機不平衡旋轉造成振動信號的數字量進行緩沖的FIFO單元；連接FIFO單元，將電機轉速對應的頻率轉換成回轉體不平衡旋轉導致振動特征頻率的幅值和相位的FFT處理器；連接FFT處理器、前端信號處理單元和數據處理單元，用于產生讀地址、寫地址、使能信號以及各個相關模塊的啟動信號和控制信號的控制單元；連接控制單元和FFT處理器，對...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張贊秋，于德海，郝天陽，李俊，隋繼平，
申請(專利權)人：大連光洋科技工程有限公司，
類型：實用新型
國別省市：