軸承狀態(tài)監(jiān)測裝置設(shè)計論文

1、軸承狀態(tài)監(jiān)測裝置設(shè)計 引言：通過對軸承狀態(tài)監(jiān)測文獻的檢索，學(xué)習(xí)，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(yīng)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(guān)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(yīng)的裝置選擇與設(shè)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(yīng)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(yīng)用在姿態(tài)矯正，慣性導(dǎo)航，機械振動測試、接觸式位移測試、地質(zhì)勘探、地震波測量、旋轉(zhuǎn)電機偏擺檢測等多個測試控制領(lǐng)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(shù)參數(shù)： 量程：±2g±3g±5g； 測量方向：三維方向，XYZ座標(biāo)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(zhǔn)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(shè)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(yīng)考慮到以下幾個部分：接口方式，輸入和輸出指標(biāo)，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(guān)，放大器，采樣保持電路以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。一個模擬信號通過上述各部分后可以轉(zhuǎn)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(zhì)量，應(yīng)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(yù)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(nèi)的任一PCI插槽中，構(gòu)成實驗室、產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心等各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、波形分析和處理系統(tǒng)。也可構(gòu)成工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)。PCI2013板上裝有12Bit分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器和12位D/A轉(zhuǎn)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(diào)到合適的范圍，保證最佳轉(zhuǎn)換精度,A/D和D/A轉(zhuǎn)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(shè)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(guān)量輸入，16路開關(guān)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(nèi)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(fù)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(guān)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(yīng)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(biāo)代替文本代碼創(chuàng)建應(yīng)用

7、程序,擁有大量與其它應(yīng)用程序通信庫,是目前應(yīng)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(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受,被視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。MATLAB用于概念設(shè)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(xué)便簽式”的科學(xué)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(yīng)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(lǐng)域都提供了準(zhǔn)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(lǐng)域的應(yīng)用提供了基礎(chǔ),由各個

8、領(lǐng)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(luò)、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(shè)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(dǎo)致沒有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲數(shù)據(jù)太慢。理論上設(shè)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(shè)為30Hz-80Hz之間。2，打開LabVIEW操作界面，調(diào)用以上編寫的控制程序。開始采集數(shù)據(jù)。3，在LabVIEW中調(diào)用MATLAB當(dāng)中的工具箱信號分析，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部分進行在線分析處理最后得出軸承故障結(jié)論。其中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用前向三層BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。有關(guān)建立，初始化，學(xué)習(xí)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(shù)，LabVIEW軟件開