軸承狀態(tài)監(jiān)測裝置設計論文

1、軸承狀態(tài)監(jiān)測裝置設計 引言：通過對軸承狀態(tài)監(jiān)測文獻的檢索，學習，分析，可以得出，軸承狀態(tài)監(jiān)測的三個主要步驟：數(shù)據(jù)采集信號分析診斷識別。因此，對應軸承軸承狀態(tài)監(jiān)測裝置主要由，傳感器，數(shù)據(jù)采集卡，工控機及相關信號分析處理軟件等組成。以下，按軸承狀態(tài)監(jiān)測的步驟分別介紹與之對應的裝置選擇與設計。一、檢測軸承運行振動信號的傳感裝置選擇據(jù)文獻資料得到可參考的軸承振動信號頻率在50Hz-8KHz之間，可采用振動加速度傳感器進行信號的檢測?？紤]振動信號頻率范圍，檢測軸承故障所需信號精度，以及傳感器的靈敏度，響應頻率等特性，經(jīng)過查詢可選擇下述TG-3型三軸加速度傳感器。TG-3型三軸振動加速度傳感器是一款尺寸精

2、巧、性價比高、以電壓輸出且無直流偏置的加速度傳感器，廣泛應用在姿態(tài)矯正，慣性導航，機械振動測試、接觸式位移測試、地質勘探、地震波測量、旋轉電機偏擺檢測等多個測試控制領域。該款傳感器具有體積小、安裝簡便、測量精度高、一致性好、抗干擾等特點，能滿足多樣化的要求。技術參數(shù)： 量程：±2g±3g±5g； 測量方向：三維方向，XYZ座標系； 頻帶范圍：A型1500Hz，B型11500Hz（-3dB）； 靈敏度：300 mVg 或 600 mVg（可定制高輸出型）； 非線性度：0.5； 幅值準確度：±5； 信號分辯率：A型0.01g，B型0.002g； 工作溫度：-

3、4070； 尺寸：25mm X 25mm X 25mm（WLH） 重量：20克； 二、數(shù)據(jù)采集卡的選用數(shù)據(jù)采集是指從傳感器和其它待測設備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采非電量或者電量信號,送到上位機中進行分析,處理。數(shù)據(jù)采集卡的選擇應考慮到以下幾個部分：接口方式，輸入和輸出指標，接口協(xié)議處理器，采集卡處理器，數(shù)據(jù)采集電路。1，數(shù)據(jù)采集電路方面：而滾動軸承由傳感器采集到的振動加速度信號是模擬電壓信號，那么所選板卡的電路一般由多路開關，放大器，采樣保持電路以及模數(shù)轉換器。一個模擬信號通過上述各部分后可以轉化為數(shù)字信號。ADC的性能和參數(shù)直接影響著采集數(shù)據(jù)的質量，應根據(jù)實際測量所需要的精度來選擇合適的A

4、DC。2，數(shù)據(jù)采集卡接口 ：常見的接口方式有PCI, Compact PCI,USB, PCMCIA, CAN, 無線，網(wǎng)卡；還有較老式的方式如串口UART/LPT/SPI，并口COM，ISA/EISA，PC/AT。 從數(shù)據(jù)傳輸可靠和速度角度考慮，首選PCI總線接口方式。我們將數(shù)據(jù)采集卡得到到數(shù)據(jù)信息通過PCI總線接人計算機。3，數(shù)據(jù)采集卡處理器:數(shù)據(jù)采集卡預處理采集的數(shù)據(jù)可選用單片機, FPGA, DSP, ARM等。單片機由于便宜,易于開發(fā),開發(fā)的資料齊全,工程師眾多,比較適合。而現(xiàn)今使用比較廣泛的是ATS51單片機系列。綜合上述要求可選用如下所述板卡：PCI2013卡。PCI2013卡是

5、一種基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡，可直接插在IBM-PC/AT 或與之兼容的計算機內的任一PCI插槽中，構成實驗室、產品質量檢測中心等各種領域的數(shù)據(jù)采集、波形分析和處理系統(tǒng)。也可構成工業(yè)生產過程監(jiān)控系統(tǒng)。PCI2013板上裝有12Bit分辨率的A/D轉換器和12位D/A轉換器。為用戶提供了16 雙/8單的模擬輸入通道和2 路模擬輸出通道。輸入信號幅度可以經(jīng)硬件增益儀表放大器調到合適的范圍，保證最佳轉換精度,A/D和D/A轉換器信號范圍:±5V、±10V、010V。 32位PCI 總線，支持PCI2.2協(xié)議，真正實現(xiàn)即插即用FPGA接口芯片設計，具有極高的保密性，特別適合OEM

6、合作支持軟件查詢方式、中斷方式，8K字（點）深度的FIFO存儲器保證數(shù)據(jù)的完整性，16路開關量輸入，16路開關量輸出，支持超前、滯后、定時、外部、閾值電平觸發(fā)等多種觸發(fā)方式，支持內外時鐘。三、工控機的選擇鑒于此軸承狀態(tài)監(jiān)測信號處理過程的復雜程度，可以選用個人計算機。由于現(xiàn)今廠商提供的工控機配置可滿足本監(jiān)測裝置要求，關于計算機的品牌配置不予詳述。四、測控軟件的選擇及其功能簡介就目前接觸到的軟件，可選用LabVIEW和MATLAB作為軸承狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的信號處理分析，故障診斷的應用軟件，并在c+builder環(huán)境下編寫數(shù)據(jù)采集程序。 LabVIEW是一個開放型的開發(fā)環(huán)境,使用圖標代替文本代碼創(chuàng)建應用

7、程序,擁有大量與其它應用程序通信庫,是目前應用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境. LabVIEW作為一種虛擬儀器開發(fā)平臺,廣泛地被工業(yè)界、學術界和研究實驗室所接受,被視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。MATLAB用于概念設計、算法開發(fā)、仿真建模、實時實現(xiàn)的理想集成環(huán)境由于用MATLAB編制程序的高效性,它被稱為“科學便簽式”的科學工程計算語言,在系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號處理等各方面都有廣泛的應用.MATLAB提供了矩陣運算、圖形處理功能,編程效率高,幾乎在所有的工程計算領域都提供了準確高效的工具箱,特別擅長數(shù)值分析和處理. MATLAB的擴展功能為各個領域的應用提供了基礎,由各個

8、領域的專家相繼推出了MATLAB工具箱,其中主要有信號處理，控制系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡、圖像處理等。在此采用LabVIEW作為數(shù)據(jù)采集的控制軟件，采用c+builder編寫采集數(shù)據(jù)的控制程序。以LabVIEW軟件界面作為數(shù)據(jù)采集控制的操作界面。具體操作步驟可分為如下步。1打開c+builder，編寫數(shù)據(jù)采集控制程序。在此需要注意的是采樣頻率的設定，和通道選擇。跟據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號頻率的兩倍。滾動軸承振動信號頻率范圍為50Hz-8kHz，較長時間使用很高的采樣率可能會導致沒有足夠的內存或者硬盤存儲數(shù)據(jù)太慢。理論上設置采樣頻率為被采集信號最高頻率成分的2倍就夠了，實際上工程中選用510倍，有時為了較好地還原波形，甚至更高一些。因此采樣頻率可設為30Hz-80Hz之間。2，打開LabVIEW操作界面，調用以上編寫的控制程序。開始采集數(shù)據(jù)。3，在LabVIEW中調用MATLAB當中的工具箱信號分析，人工神經(jīng)網(wǎng)絡部分進行在線分析處理最后得出軸承故障結論。其中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡采用前向三層BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡。有關建立，初始化，學習方法等不予詳述。此軸承狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是基于傳感技術，LabVIEW軟件開