專利名稱：振動與共振解調故障檢測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種與非電量電測傳感器配接的檢測儀表，特別涉及一種與受感有關振動信息量的傳感器配接，能對振動和對故障沖擊引發的振動進行共振解調變換從而對振動和故障進行檢測的儀表。
振動是旋轉體、旋轉機械通常需要進行檢測的一種信息，對于故障沖擊引發的振動，進行共振解調變換，輸出一種與故障沖擊一一對應的、幅值放大了的、時域展寬了的共振解調信號，進而進行頻譜分析和故障診斷，又是一種有效而被廣泛使用的故障檢測手段，但無論是對振動或共振解調的檢測診斷，被檢測體的轉速是一個絕對不可少的參量。因此，振動檢測與共振解調檢測又離不開被檢測體的轉速檢測。目前，單純的振動檢測儀表、共振解調故障檢測儀表、轉速測量儀表均不鮮見。但這些儀表均是各自獨立的，特別是各有其對應的傳感器要在被檢測體上安裝。這往往為實際應用所不容，且使用十分不便。現實要求盡量減少所需傳感器的數量，最好是能用一個傳感器和一臺儀表完成上述各項檢測分離任務。
本實用新型的目的是根據上述檢測要求，設計一種至少能輸出低頻振動信號、故障沖擊共振解調信號和相應轉速信號至外接計算機AD接口，供計算機進行振動與共振解調故障分析等的檢測、診斷儀表；且包括轉速信息測量在內該儀表僅需與一個能受感有關振動信息量、包括故障沖擊所引發的振動信息在內的傳感器配接。
本實用新型的技術方案是該儀表含有其配接傳感器的信號處理器1，經信號處理器1分離出的交流振動信號并行續接到轉速信號提取電路2，共振解調變換器3和低頻振動分離器4；轉速信號提取電路2完成從交流振動信號中提取轉速信號，共振解調變換器3則從交流振動信號中變換出反映故障沖擊信息的共振解調信號，而低頻振動分離器則分離出與轉速對應的低頻振動信號。經處理的所有各種信號輸出到供外接計算機采樣和分析診斷的計算機AD接口。
下面，結合附圖作進一步的詳細說明。
圖1，本實用新型的電路結構圖。
圖2(2-1,2-2,2-3,2-4)示出一實施例的各個部分的具體電路結構圖。
所述轉速信號提取電路2是一個能從信號處理器1分離出的振動交流信號中濾取出其振動頻率與轉速頻率fn有某種確定的函數關系f=F(fn)的截止頻率等于2或3倍于f、能提取相應信號的1～2或1～3階頻譜波形的低通濾波器。
例如，當傳感器安裝在軸承座上時，對應的轉速信號提取電路2是一個截止頻率等于2或3倍于軸承滾動體碾壓外環之頻率fw的、能提取軸承滾動體碾壓外環信號頻率之1～2或1～3階頻譜波形的低通濾波器，計算機據此分析出滾動體碾壓外環的壓應力頻率fw，并據fw與fn的確定關系，則轉速頻率是fn=1D0·fw(D0-dcosA)Z]]>式中，D0是軸承的中徑；d是滾動體直徑；Z是軸承中的滾子數；A是軸承滾子的接觸角。
當傳感器安裝在葉片機機匣上時，對應的轉速信號提取電路2是一個截止頻率等于2倍或3倍于葉片機葉片通過頻率fy的、可提取葉片通過頻率振動信息的1～2階或1～3階頻譜波形的低通濾波器。計算機據此分析出葉片機葉片通過的振動頻率fy，并據fy與fn的確定關系，則轉速頻率是fn=fy/y式中，fy是葉片通過頻率振動的一階頻率；y是對應葉輪的葉片數。
低頻振動信號分離器4是一個頻帶為1.2～1.5倍于轉速頻率fn的低通濾波器，濾取與轉動體轉速頻率相對應的振動信號送外接計算機AD接口采樣分析。
對轉速基本恒定的或變化很小的被檢測體，由于fn基本固定，此時，相應的上述轉速信號提取電路的低通濾波器2、低頻振動信號分離器電路的低通濾波器4的濾波頻率可以用固定的相應截止頻率；為適應轉動體轉速范圍的大幅度變化的檢測要求，相應的低通濾波器的截止頻率應是可由計算機程控的，濾波器應有相應的受控電路接受計算機并行控制口DO的控制。
圖2所示為一實施例，是與輪對軸承磨合臺配合，用于車輪動平衡檢測、軸承溫度及故障檢測的“車輪動平衡及輪對軸承故障檢測儀”的具體電路結構圖。
該檢測儀與振動-溫度復合傳感器配用，其信號處理器1有相應的交流振動放大器1-1、溫度測量電路1-2來分離交流信號和直流信號(所述振動-溫度復合傳感器另有專利申請)。
所述溫度測量電路1-2由運放N0、N1、N5、電阻RT0～RT4，電容C3、C6構成，所述交流振動放大器1-1由運被N2、N3、N4，電阻R1～R6，電容C1、C2、C4、C5構成，聯接關系如圖2-1，溫度信號可直接送到計算機AD接口，進行溫度測量。
轉速信號提取電路的低通濾波器2見附圖2-2，含有可預置計數器2-1(圖中應用CD4516可預置計數器)、鎖相環2-l(圖中應用CD4046)及開關電容濾波器2-3 (圖中應用MAX293)，計數器2-l的控制輸入端接受計算機DO口的D0～D3控制，以便對鎖相環輸出端4腳輸出的濾波控制頻率FCLK作N=1～16分頻得到從其7腳輸出的頻率F1，送回鎖相環的3腳；鎖相環的14腳接受來自晶體振蕩-分頻器5的參考頻率F0，該鎖相環自動保證F1=F0，因此保證FCLK=N×F0，計算機自動控制N，使FCLK等于所需濾波頻率的K倍，從其4腳輸出到開關電容濾波器2-3的1腳；開關電容濾波器2-3在FCLK控制下，自動進行截止頻率等于FCLK/K的低通濾波，開關電容濾波器的輸入端8腳接到信號處理器1的交流振動信號放大器1-1的輸出端，其輸出腳5輸出的轉速信號接到計算PC的AD接口。
低頻振動分離器的低通濾波器4見附圖2-3，含有可預置計數器4-1(圖中應用CD4516可預置計數器)、鎖相環4-2(圖中應用CD4046)及開關電容濾波器4-3(圖中應用MAX293)，計數器4-1的控制輸入端接受計算機DO口的D4～D7控制，以便對鎖相環4腳輸出的濾波控制頻率F’CLK作N’=1～16分頻得到從其7腳輸出的頻率F’1，送回鎖相環的3腳；鎖相環的14腳接受來自晶體振蕩器-分頻器5的參考頻率F’0，該鎖相環自動保證F’1=F’0，因此保證F’CLK=N’×F’0，計算機自動控制N’，使F’CLK等于所需濾波頻率的K’倍，從其4腳輸出到開關電容濾波器4-3的1腳；開關電容濾波器4-3在F’CLK控制下，自動進行截止頻率等于F’CLK/K’的低通濾波。開關電容濾波器的輸入端8腳接到信號處理器1的交流振動信號放大器1-1的輸出端，其輸出腳5輸出的低頻振動信號接到計算PC的AD接口。
在作為相對固定轉速條件下的測量時，低通濾波器2和4的截止頻率相應可以是固定的，電路結構則相應簡化為可去掉計數器和鎖相環，在開關電容濾波器(MAX293)的1腳接一個相應的電容C到地，即可得到所需的濾波控制頻率。
共振解調變換器3的電路框圖見附圖2-4A，由電子共振器3-1、檢波器3-2、解調濾波器3-3組成。電子共振器3-1的輸入端接信號處理器1輸出的交流振動信號，其輸出接到檢波器3-2的輸入端，檢波器3-2的輸出端接到解調濾波器3-3的輸入端，解調濾波器3-3的輸出即是共振解調變換器的輸出，接到外接的計算機IP的AD接口。
圖2-4B是圖2-4A的具體實施電路圖之一。電子共振器由C1、R1、RP1、R3、運放N10:A組成的增益調節放大器，運放N10:B～N10:D、N11:B～N11:D及電阻R111-R116，電容C111、C112、電阻R121～R126、電容C121、C122如圖聯接組成；檢波器由運放N12:A、N12:B、電阻R141、R143～R146，電容C141、C136、二極管V1、V2如圖聯接組成；解調濾波器由運放N12:C、電阻R131～R135電容C131～C133如圖聯接組成。
為了有效地剔除低頻振動信號、葉片通過頻率振動信號等對于共振解調沖擊故障檢測的干擾，共振解調變換器的諧振頻率應高于機器上所有常規振動頻率及其諧波頻率。對于低轉速機器，共振解調變換器的諧振頻率取轉速頻率fn的至少應高于亞超聲波頻率；而對于高速的葉片機，共振解調變換器的諧振頻率則可取為轉速頻率fn乘以葉片數y再乘以10倍以上，變換器的Q值取5～10。
本實施例設有兩組上述電路通道，以便對一條輪對的左右兩端同時檢測。
本實用新型可以僅用一臺儀表與一個傳感器配接，即可實現轉速、振動、共振解調故障等的檢測，既方便實用，又擴大了檢測功能。
權利要求1．一種振動與共振解調故障檢測儀，與包含能檢測轉動機械有關振動信息的傳感器配接，其特征是含有所配接的傳感器之信號處理器(1)，及經信號處理器(1)分離的振動信號并行續接到轉速信號提取電路(2)、能分離出反映故障的共振解調信號的共振解調變換器(3)和能提取與轉速對應的振動信息的低頻振動分離器(4)，經處理后的所有各種信號輸出到外接的計算機PC的AD接口。
2．按權利要求1所述的振動與共振解調故障檢測儀，其特征是所述轉速信號提取電路(2)是一個可從經信號處理器(1)分離出的振動信號中濾取出其振動頻率f與轉速頻率fn有某種確定的函數關系f=F(fn)的，截止頻率等于2或3倍于f，能提取相應信號1～2階或1～3階頻譜波形的低通濾波器；低頻振動信號分離器(4)是一個截止頻率(1.2～1.5)倍于轉速頻率的低通濾波器。
3．按權利要求2所述的振動與共振解調故障檢測儀，其特征是所述轉速信號提取電路的低通濾波器(2)和低頻振動分離器的低通濾波器(4)的濾波頻率是可由外接計算機程控調節的，轉速信號提取電路的低通濾波器(2)和振動分離器的低通濾波器(4)相應各有受控電路與外接計算機的并行控制口DO聯接。
4．按權利要求2或3所述的振動與共振解調故障檢測儀，其特征是所述轉速信號提取電路的低通濾波器(2)是截止頻率等于軸承滾動體碾壓外環頻率fw的2倍或3倍，可提取軸承滾動體碾壓外環頻率fw信息的1～2階或1～3階頻譜波形的低通濾波器。
5．按權利要求2或3所述的振動與共振解調故障檢測儀，其特征是所述轉速信號提取電路的低通濾波器(2)是截止頻率等于2倍或3倍于葉片機葉片通過頻率fy的，可提取葉片通過頻率振動信息的1～2階或1～3階頻譜波形的低通濾波器。
6．接權利要求4所述的振動與共振解調故障檢測儀，其特征是與一種振動與溫度復合傳感器配接，其信號處理器(1)相應含有由運放N2、N3、N4、電阻R1～R6、電容C1、C2、C4、C5構成的交流振動信號放大器(1-1)和由運放N0、N1、N5，電阻RT0～RT4，電容C3、C6構成的溫度測量電路(1-2)；其轉速信號提取電路的低通濾波器(2)含有可預置計數器(2-1)、鎖相環(2-2)及開關電容濾波器(2-3)，計數器(2-1)輸入端接計算機控制口DO口的D0～D3，計數器(2-1)的7腳輸出對鎖相環(2-2)的輸出腳4輸出的濾波控制頻率FCLK作N=1～16分頻得到的輸出頻率F1接到鎖相環(2-2)的3腳，鎖相環的14腳接來自晶體振蕩器-分頻器(5)的參考頻率F0，鎖相環保證F1=F0從而保證其4腳輸出的FCLK=N×F0到開關電容濾波器(2-3)的輸入端1腳，開關電容濾波器的8腳接到信號處理器1的交流振動信號放大器(1-1)的輸出，其輸出腳5輸出的轉速信號接到計算PC的AD接口；低頻振動分離器的低通濾波器(4)含有可預置計數器(4-1)、鎖相環(4-2)及開關電容濾波器(4-3)，計數器(4-1)輸入端接計算機控制口DO口的D4～D7，計數器(4-1)的7腳輸出對鎖相環(4-2)的輸出腳4輸出的濾波控制頻率F’CLK作N’=1～16分頻得到的輸出頻率F’1接到鎖相環(4-2)的3腳，鎖相環的14腳接來自晶體振蕩器-分頻器(5)的參考頻率F’0，鎖相環保證F’1=F’0從而保證其4腳輸出的F’CLK=N’×F’0到開關電容濾波器(4-3)的輸入端1腳，開關電容濾波器的8腳接到信號處理器1的交流振動信號放大器(1-1)的輸出，其輸出腳5輸出的低頻轉振動號接到計算PC的AD接口；共振解調變換器(3)由電子共振器(3-1)、檢波器(3-2)、解調濾波器(3-3)組成，電子共振器(3-1)的輸入端接信號處理器(1)輸出的交流振動信號，其輸出接到檢波器(3-2)的輸入端，檢波器(3-2)的輸出端接到解調濾波器(3-3)的輸入端，解調濾波器(3-3)的輸出即是共振解調變換器的輸出，接到外接的計算機IP的AD接口。
專利摘要一種振動與共振解調故障檢測儀，與檢測有關振動信息的傳感器配接，含有配接傳感器的信號處理器1，經信號處理器分離出振動交流信號，續接轉速信號提取電路2、共振解調變換器3和低頻振動分離器4，經處理的各種信號輸出到計算機的AD接口，供計算機進行分析診斷。用一臺檢測儀表與一個傳感器配接，即可實現轉速、振動、溫度與共振解調故障等檢測，既實用方便，又擴大了儀表的檢測功能。
文檔編號G01M11/06GK2337548SQ98231068
公開日1999年9月8日 申請日期1998年7月15日 優先權日1998年7月15日
發明者唐德堯, 李鐵錨, 王晨光, 龐川賓, 王定曉, 劉巍, 趙中華 申請人:中國航空工業總公司第六○八研究所, 太原鐵路分局太原車輛段
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
