專利名稱：高速線材軋機齒輪箱故障檢測板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速線材軋機齒輪箱故障檢測裝置。特別是涉及一種對高速線材軋機齒輪箱低頻振動、故障沖擊解調(diào)信號檢測裝置。
背景技術(shù)：
由于高速線材軋機環(huán)境復(fù)雜，機械、電氣干擾嚴(yán)重，使得由加速度傳感器檢測到的信號上疊加了許多無用的干擾，如不將這些干擾濾除，勢必會影響頻譜分析，因為這些干擾信號的頻率較正常的振動信號頻率高，通常采用低通濾波的方法。但采用低通濾波后，一些反應(yīng)故障信息的沖擊信號也被濾掉了，這些沖擊信號的頻率往往比正常的振動信號及干擾信號的頻率要高得多，可將這些信號的主要頻率分段來表示其中0-500HZ為正常振動頻率，500-10KHZ為干擾頻率，10K-50K為沖擊信號頻率。
故障診斷需要的是0-500HZ和10K-50K這兩段頻段的信息，其中0-500HZ頻段的信息可用來作為常規(guī)故障診斷，而10K-50K頻段的信息則用于作精密診斷。
振動信號的檢測是利用連接于被測物體表面的加速度傳感器來進行的，實質(zhì)上加速度傳感器是一種力傳感器，加速度傳感器是將承受到的沖擊力轉(zhuǎn)換為電荷信號的檢測裝置，值得注意的是，用加速度傳感器檢測機械的振動，傳感器的信號包括了兩部分的信息，一部分為正常的機械振動信息，因為正常的機械設(shè)備在運動過程中同樣會產(chǎn)生振動，也會產(chǎn)生振動力，這會使加速度傳感器產(chǎn)生電荷輸出，但這種振動力往往是一種類似正弦的簡諧運動，其振動的頻率與機械的運動速度成正比；另一部分是當(dāng)機械設(shè)備出現(xiàn)故障時(如軸承、齒輪的裂紋、局部脫落等)，由于機械部件之間存在著沖擊力，這種沖擊反應(yīng)到加速度傳感器上，使傳感器的輸出產(chǎn)生一種沖擊信號，由于這種沖擊力的時間極短，傳感器輸出一種脈沖信號，是一種脈沖寬度不足1μs的窄脈沖，如圖1所示，這種窄脈沖同樣具有周期性，可用周期脈沖函數(shù)P(t)來描述。如將這種周期性的脈沖函數(shù)P(t)展開為付立葉級數(shù)，則各次正弦分量的幅值亦即付立葉系數(shù)CN，可寫為CN=1T∫OTP(t)ejωntdt---(1)]]>解調(diào)是從振動測量技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門技術(shù)，其主要的目標(biāo)是檢測、診斷機械設(shè)備出現(xiàn)故障時在振動信息中的微沖擊，也就是提取10K-50K頻段的信息。
從上面的分析中已經(jīng)知道，通過頻譜分析進行故障診斷，要在譜圖上看到反應(yīng)沖擊信息的譜線，在時域上必須保證這種沖擊信息通過高速A/D卡可以采集到，而實際上，這種脈寬不足1μs的周期沖擊信號，用A/D卡將全部信息都采集到是非常困難的。
為了得到周期沖擊信號的全部信息，必須對信號進行調(diào)理。
由付立葉級數(shù)分析可知，周期性的脈沖波包含了無限的頻譜，其中一些頻譜必被傳感器自身的諧振頻帶所包含，傳感器的共振放大因子大約是30bd，因此，在高頻部分就可得到一些被放大的譜線，這些被放大的譜線比傳感器諧振帶之外的譜線大約高30倍，這些譜線反應(yīng)到時域上，就成為自由衰減的振蕩，即沖擊能量是逐漸消失的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述高速線材軋機齒輪箱故障檢測板可以解決對高速線材軋機齒輪箱輸出的低頻振動信號、故障沖擊振動信號進行處理并采集的問題，為計算機振動與解調(diào)故障分析提供檢測信號。
本發(fā)明所述的高速線材軋機齒輪箱故障檢測板，由一個能受感有關(guān)振動信號，包括至少能受感故障沖擊引發(fā)的振動信號，低頻振動信號在內(nèi)的傳感器配接于一個信號處理器的輸入端，該信號處理器將分離出的系統(tǒng)振動信號放大處理后分別送入與其連接的解調(diào)變換器和低頻振動分離器中，解調(diào)變換器則從交流振動信號中變換出反映故障沖擊信息的解調(diào)信號，而低頻振動分離器則分離出與轉(zhuǎn)速對應(yīng)的0-500HZ低頻振動信號；所述解調(diào)變換器是由諧振頻率F0＝30-50KHZ，頻帶10KHZ的電子諧振器、檢波器和解調(diào)濾波器等同組成；所述解調(diào)變換器和低頻振動分離器輸出的信號送入一個采樣和分析診斷的計算機AD接口。
如上所述的高速線材軋機齒輪箱故障檢測板，其中低頻振動分離器含有可測量計數(shù)器、鎖相環(huán)和開關(guān)電容濾波器，計數(shù)器的控制輸入端接計算機DO口，并受其控制；以便對鎖相環(huán)輸出的濾波控制頻率Fclr作N＝1-16分頻，得到從其另一輸出端輸出的頻率F1，并送回鎖相環(huán)的輸入端，鎖相環(huán)一個輸入端接收來自晶體振蕩器和分頻器參考頻率F0，該鎖相環(huán)自動保證F1＝F0，因此，保證Fclr＝N×F0，計算機自動控制頻率N，使Fclr等于所需濾波頻率的K倍，從鎖相環(huán)輸出到開關(guān)電容濾波器，開關(guān)電容濾波器在Fclr控制下，自動進行截至頻率等于Fclr/K的低通濾波；開關(guān)電容濾波器的輸入端接至信號處理的交流振動信號放大器的輸出端，開關(guān)電容濾波器輸出的低頻信號接到計算機的AD接口。
如上所述的高速線材軋機齒輪箱故障檢測板，在作為相對固定轉(zhuǎn)速條件下的測量時，低頻振動分離器可以是由開關(guān)電容濾波器MAX293組成，其1腳接一個相應(yīng)的電容C到地，即可得到所需要的濾波控制開關(guān)。
本發(fā)明具如下積極效果1.對高頻、低頻信號進行預(yù)處理，低頻信號中高頻干擾信號得以消除，提高信號的信噪比，可調(diào)試增益，滿足0-5V采樣電壓區(qū)間。
2.可以將軸承故障高頻沖擊的微弱信號提取出，供計算機對故障進行分析。


圖1是機械設(shè)備出現(xiàn)故障時，傳感器輸出的脈沖信號示意圖；圖2是本發(fā)明所述高速線材軋機齒輪箱故障檢測板的實施例電路原理圖；圖3是本發(fā)明所述高速線材軋機齒輪箱故障檢測板的可受控于計算機的低頻振動分離器電路原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明由信號處理器接由ICP式傳感器供應(yīng)的0.4mA恒流源振動信號，經(jīng)信號處理器分離出的交流振動信號分別送至解調(diào)變換和低頻振動分離器，所述解調(diào)變換器則從交流振動信號中變換出反映故障沖擊信息的解調(diào)信號，而低頻振動分離器則分離出與轉(zhuǎn)速對應(yīng)的低頻振動信號。經(jīng)處理的所有各種信號輸出到供外接采樣和分析診斷的計算機AD接口。
所述低頻振動信號分離器為頻帶1.2-1.5倍于轉(zhuǎn)速頻率fn的低通濾波器，濾取與轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)速頻率相對應(yīng)的振動信號送外接計算機AD接口采樣分析。
對轉(zhuǎn)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(yīng)的上述轉(zhuǎn)速信號提取電路的低通濾波器，低頻振動信號分離器電路的低通濾波器的濾波頻率可以是固定的相應(yīng)截止頻率；為適應(yīng)轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)速范圍的大幅度變化的檢測要求，相應(yīng)的低通濾波器的截至頻率應(yīng)是可由計算機程控的，濾波器就有相應(yīng)的受控電路接受計算機并行控制口Do的控制。
低頻振動分離器的低通濾波器可見圖2，含有可測量計數(shù)器(CD4516可預(yù)置計數(shù)器)、鎖相環(huán)(CD4046)及開關(guān)電容濾波器(MAX293)。計數(shù)器的控制輸入端接計算機Do口的D4-D7控制端口，以便對鎖相環(huán)4腳輸出的濾波控制頻率Fclr作N＝1-16分頻得到以其7腳輸出的頻率F1，送回鎖相環(huán)的3腳；鎖相環(huán)的14腳接受來自晶體振蕩器的分頻器的參考頻率F0，該鎖相環(huán)自動保證F1＝F0，因此保證Fclr＝N×F0，計算機自動控制N，使Fclr等于所需濾波頻率的K倍，從鎖相環(huán)4腳輸出到開關(guān)電容濾波器R的1腳；開關(guān)電容濾波器在Fclr控制下，自動進行截至頻率等于Fclr/K的低通濾波。開關(guān)電容濾波器的輸入端8腳接到信號處理器的交流振動信號放下器的輸出端，其輸出腳5輸出的低頻振動信號接到計算機PC的AD接口。
在作為相對固定轉(zhuǎn)速條件下的測量時，低通濾波器的截至頻率相應(yīng)可以是固定的，電路結(jié)構(gòu)則相應(yīng)簡化為可以去掉計數(shù)器和鎖相環(huán)，在開關(guān)電容濾波器(MAX293)的1腳接一個相應(yīng)的電容C到地，即可得到所需的濾波控制頻率。
電路原理圖U1為放大器，其中1、2腳接PCB傳感器，11、12、13、16腳的開關(guān)可調(diào)整放大倍數(shù)，分別對應(yīng)×10、×100、×1000，0-10的任意調(diào)整。U1的輸出是和輸入相同的信號。U3為電源，其作用為傳感器供電。U5為一個有源濾波器放大器，產(chǎn)生100HZ的截止頻率。U6為有源濾波器的放大器，組成10KHZ的高通頻率。U7為一個濾波器，產(chǎn)生100HZ的截止頻率。U8為一個有源濾波器放大器，組成50KHZ的高通頻率。U9為電平檢測放大器，檢測信號的低頻率。U10為一個有源濾波器放大器，作為電壓跟隨器使用。U11為濾波器，組成10KHZ的高通頻率。U12為一個有源濾波器放大器，組成100KHZ的高通頻率。
為了有效的防止檢測干擾，解調(diào)變換器的諧振頻率應(yīng)高于機器上所有常規(guī)振動頻率及其諧被頻率。對于低轉(zhuǎn)速機器，解調(diào)變換器的諧振頻率取轉(zhuǎn)速頻率fn的至少要高于亞超聲頻率；而對于高速的葉片機，解調(diào)變換器的諧振頻率，則可取為轉(zhuǎn)速頻率fn乘以葉片數(shù)Y再乘以10部以上，變換器的Q值取5-10。
本電路除可以將解調(diào)處理得到的低頻信號和經(jīng)抗混濾波處理的振動信號送A/D卡進行數(shù)據(jù)采集外，還可直接將解調(diào)得到的低信號的幅度以發(fā)光二極管的棒圖的形式顯示出來，可以是用戶直觀的了解由故障引起的沖擊大小。
權(quán)利要求
1.一種高速線材軌機齒輪箱故障檢測板，其特征在于由一個能受感有關(guān)振動信號，包括至少能受感故障沖擊引發(fā)的振動信號，低頻振動信號在內(nèi)的傳感器配接于一個信號處理器的輸入端，該信號處理器將分離出的系統(tǒng)振動信號放大處理后分別送入與其連接的解調(diào)變換器和低頻振動分離器中，解調(diào)變換器則從交流振動信號中變換出反映故障沖擊信息的解調(diào)信號，而低頻振動分離器則分離出與轉(zhuǎn)速對應(yīng)的0-500HZ低頻振動信號；所述解調(diào)變換器是由諧振頻率F0＝30-50KHZ，頻帶10KHZ的電子諧振器、檢波器和解調(diào)濾波器等同組成；所述解調(diào)變換器和低頻振動分離器輸出的信號送入一個采樣和分析診斷的計算機AD接口。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高速線材軋機齒輪箱故障檢測板，其特征在于低頻振動分離器含有可測量計數(shù)器、鎖相環(huán)和開關(guān)電容濾波器，計數(shù)器的控制輸入端接計算機DO口，并受其控制；以便對鎖相環(huán)輸出的濾波控制頻率Fclr作N＝1-16分頻，得到從其另一輸出端輸出的頻率F1，并送回鎖相環(huán)的輸入端，鎖相環(huán)一個輸入端接收來自晶體振蕩器和分頻器參考頻率F0，該鎖相環(huán)自動保證F1＝F0，因此，保證Fclr＝N×F0，計算機自動控制頻率N，使Fclr等于所需濾波頻率的K倍，從鎖相環(huán)輸出到開關(guān)電容濾波器，開關(guān)電容濾波器在Fclr控制下，自動進行截至頻率等于Fclr/K的低通濾波；開關(guān)電容濾波器的輸入端接至信號處理的交流振動信號放大器的輸出端，開關(guān)電容濾波器輸出的低頻信號接到計算機的AD接口。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高速線材軋機齒輪箱故障檢測板，其特征在于作為相對固定轉(zhuǎn)速條件下的測量時，低頻振動分離器可以是由開關(guān)電容濾波器MAX293組成，其1腳接一個相應(yīng)的電容C到地，即可得到所需要的濾波控制開關(guān)。
全文摘要
一種高速線材軌機齒輪箱故障檢測板，它由一個能受感有關(guān)振動信號的傳感器配接于一個信號處理器的輸入端，該信號處理器將分離出的系統(tǒng)振動信號放大處理后分別送入與其連接的解調(diào)變換器和低頻振動分離器中，解調(diào)變換器則從交流振動信號中變換出反映故障沖擊信息的解調(diào)信號，而低頻振動分離器則分離出與轉(zhuǎn)速對應(yīng)的0－500HZ低頻振動信號；所述解調(diào)變換器和低頻振動分離器輸出的信號送入一個采樣和分析診斷的計算機AD接口。本發(fā)明所述高速線材軋機齒輪箱故障檢測板可以解決對高速線材軋機齒輪箱輸出的低頻振動信號、故障沖擊振動信號進行處理并采集的問題，為計算機振動與解調(diào)故障分析提供檢測信號。
文檔編號B21B1/16GK1511655SQ02159228
公開日2004年7月14日 申請日期2002年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者高立新, 周鳳星, 丁慶新, 葉輝, 高廣新 申請人:高立新