專利名稱：一種用于在線監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)平衡的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行監(jiān)測的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于在線監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)平衡的設(shè)備，特別適用于汽輪機(jī)、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、機(jī)床、泵、齒輪箱等各類機(jī)械振動(dòng)的在線振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子在不平衡量產(chǎn)生的周期性離心力作用下受迫振動(dòng)。這種受迫振動(dòng)將引起機(jī)械振動(dòng)，影響其正常運(yùn)行。這種振動(dòng)影響機(jī)械支撐正常工作，同時(shí)造成動(dòng)、靜部分磨損、基礎(chǔ)松裂、或使機(jī)器管路裂開、自動(dòng)調(diào)節(jié)失效，致使機(jī)器要經(jīng)常修理或過早報(bào)廢等危害。從轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)中可知其定義為:當(dāng)轉(zhuǎn)子的中心主慣線與旋轉(zhuǎn)軸線不重合時(shí)，轉(zhuǎn)子存在不平衡。為了消除轉(zhuǎn)子不平衡，動(dòng)平衡技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。動(dòng)平衡技術(shù)是與理論力學(xué)、材料力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、精密機(jī)械和精密儀表等學(xué)科密切相關(guān)的一門綜合性技術(shù)。動(dòng)平衡技術(shù)的核心目標(biāo)是消除轉(zhuǎn)子不平衡，可分為剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡平衡和柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，根據(jù)不平衡分類不同，其動(dòng)平衡技術(shù)方法不一樣。轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡技術(shù)通常分為工藝動(dòng)平衡、現(xiàn)場動(dòng)平衡和在線動(dòng)平衡。工藝動(dòng)平衡的測試系統(tǒng)所受干擾小，平衡精度高，但一般與實(shí)際工況不一致，實(shí)驗(yàn)價(jià)格昂貴，為了克服這些缺點(diǎn)，采用整機(jī)現(xiàn)場動(dòng)平衡法。將組裝完畢的旋轉(zhuǎn)機(jī)械在現(xiàn)場安裝狀態(tài)下進(jìn)行的平衡操作稱為整體現(xiàn)場平衡。這種方法是機(jī)器作為動(dòng)平衡機(jī)座，通過傳感器測的轉(zhuǎn)子有關(guān)部位的振動(dòng)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以確定在轉(zhuǎn)子各平衡校正面上的不平衡及其方位，并通過去重或加重來消除不平衡量，從而達(dá)到高精度平衡的目的。不需要?jiǎng)悠胶鈾C(jī)，只需要一套價(jià)格低廉的測試系統(tǒng)，因而較為經(jīng)濟(jì)，在工作狀態(tài)下就可獲得較高的平衡精度?，F(xiàn)場動(dòng)平衡方法有二點(diǎn)平衡法、頻閃法和影響系數(shù)法等。現(xiàn)在主要應(yīng)用的方法是影響系數(shù)法，它是利用校正量和所測量之間的線性關(guān)系來計(jì)算轉(zhuǎn)子的不平衡量。在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，其振動(dòng)位移的幅值與不平衡量的比值近似為一常數(shù)，采用該比值衡量質(zhì)量對該質(zhì)量引起振幅變化的影響就稱影響系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于采集含旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以此對旋轉(zhuǎn)機(jī)械的現(xiàn)場振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測并分析診斷故障。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種用于在線監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)平衡的設(shè)備，其特征在于:該設(shè)備由AIC8904總控制電路、電源和充電裝置、系統(tǒng)工作狀態(tài)裝置組成，AIC8904總控制電路包括轉(zhuǎn)速和振動(dòng)采集裝置和運(yùn)算控制裝置，其中:所述的運(yùn)算控制裝置，負(fù)責(zé)產(chǎn)生各種邏輯信號，控制模擬電路各種動(dòng)作，包括EP3C5F256控制器、USB2.0高速處理器及其它輔助電路:EP3C5F256負(fù)責(zé)產(chǎn)生各種邏輯信號，控制模擬電路各種動(dòng)作，設(shè)置高通、低通、一次積分、二次積分、程控放大倍數(shù)、采樣頻率。EP3C5F256把采集到的數(shù)據(jù)存入內(nèi)部虛擬出來的FIFO或RAM里，等待USB處理器的讀取。USB2.0高速處理器解析上位機(jī)的命令，并負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)從EP3C5F256傳到上位機(jī)。輔助電路包括EP3C5F256及USB2.0高速處理器的配置電路、低電壓電源電路、電壓檢測電路。所述的轉(zhuǎn)速和振動(dòng)采集裝置，支持1-4個(gè)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集通道，支持電荷、電壓、電流傳感器輸入，主要電路模塊有:(I) 14位A/D轉(zhuǎn)換器，最高采樣頻率可達(dá)到250KSPS ;(2)高通濾波器；(3) —次積分(速度);(4)二次積分(位移);(5)程控放大器，最大放大倍數(shù)100(多檔，可軟件設(shè)置)；(6)包絡(luò)；(7) 10階低通濾波器(抗混濾波器)；所述的電源和充電裝置，電源裝置可以自動(dòng)切換供電電源，提供過沖、短路保護(hù)及恒流、涓流充電模式。充電裝置包括3.3V，+5V, -5V, 24V電壓電路、軟啟動(dòng)及電池欠壓自動(dòng)關(guān)斷電路。所述的系統(tǒng)工作狀態(tài)裝置，包括充電指示燈、沖滿指示燈、自檢工作燈、異常工作燈、電量指示燈、欠壓指示燈等。其中，所述的AIC9900總控制電路由數(shù)字電路和模擬電路組成。本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn):1、該裝置最突出的特點(diǎn)在于可以多通道同時(shí)采集振動(dòng)信號，同時(shí)分析其振動(dòng)狀態(tài)；2、該裝置不僅可以測量含有旋轉(zhuǎn)機(jī)械的系統(tǒng)的振動(dòng)狀態(tài)，還能夠分析其不平衡矢量，計(jì)算出不平衡質(zhì)量及方向，給現(xiàn)場動(dòng)平衡提供數(shù)據(jù)；


圖1裝置電路原理方框圖；其中，I為運(yùn)算控制裝置、2為轉(zhuǎn)速和振動(dòng)采集裝置、3為電源和充電裝置、4為系統(tǒng)工作狀態(tài)裝置；圖2AIC8904總原理圖；圖3AIC8904 內(nèi) CHABl 原理圖；圖4AIC8904 內(nèi) ADMAX215 原理圖；圖5AIC8904 內(nèi) EP3C5 原理圖；圖6AIC8904 內(nèi) peripherals 原理圖；圖7AIC8904 內(nèi) USB 原理圖；圖8AIC8904 內(nèi) CHAB2 原理圖；圖9AIC8904 內(nèi) CHCDl 原理圖；圖10AIC8904 內(nèi) CHCD2 原理圖；圖11BQ2461X 原理圖；圖12P0WER6.0 原理圖；圖13各線路板間連接圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明為一種用于在線監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)平衡的設(shè)備，總連接圖參見圖1，設(shè)備包括:上位機(jī)、運(yùn)算控制裝置1、轉(zhuǎn)速和振動(dòng)采集裝置2、電源和充電裝置3和系統(tǒng)工作狀態(tài)裝置4。AIC9900電路由數(shù)字電路和模擬電路組成(電路圖如圖2至圖10所示):
數(shù)字電路負(fù)責(zé)產(chǎn)生各種邏輯信號，控制模擬電路各種動(dòng)作，包括EP3C5F256控制器、USB2.0高速處理器及其它輔助電路。EP3C5F256負(fù)責(zé)產(chǎn)生各種邏輯信號，控制模擬電路各種動(dòng)作，比如設(shè)置高通、低通、一次積分、二次積分、程控放大倍數(shù)、采樣頻率高低等。EP3C5F256把采集到的數(shù)據(jù)存入內(nèi)部虛擬出來的FIFO或RAM里，等待USB處理器的讀取。USB2.0高速處理器解析上位機(jī)的命令，并負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)從EP3C5F256傳到上位機(jī)。輔助電路包括EP3C5F256及USB2.0高速處理器的配置電路、低電壓電源電路、電壓檢測電路等。模擬電路模擬電路支持1-4個(gè)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集通道，支持電荷、電壓、電流傳感器輸入，主要電路模塊有:4位A/D轉(zhuǎn)換器，最高采樣頻率可達(dá)到250KSPS、高通濾波器、一次積分(速度)、二次積分(位移)、程控放大器，最大放大倍數(shù)100 (多檔，可軟件設(shè)置)、包絡(luò)、10階低通濾波器(抗混濾波器)。充電電路(如圖11所示)采用TI新一代智能充電芯片bq24610，自動(dòng)切換供電電源，提供過沖、短路保護(hù)及恒流、涓流充電模式。電源電路(如圖12所示):包括3.3V，+5V, _5V，24V電壓電路、軟啟動(dòng)及電池欠壓自動(dòng)關(guān)斷電路。電路板連接如圖13所示:充電器板BQ2461X含=ACPWR為適配器插座；VSYS給power6.0板供電的插座；BAT為電池插座。電源板power6.0含:P0WER(1)為主板提供+5V，-5V電源插座；P0WER(2)為主板提供+3.3V電源插座JPl為主板提供24V電源插座；DC1為連接VSYS板座；KP0W為軟復(fù)位
開關(guān)座。主板8904含:P0WER(1)插座連接電源板POWER(I) ；P0WER(2)插座連接電源板POWER (2) ；RPM為轉(zhuǎn)速插座JP9連接電源板JPl ;CHA、CHB、CHC、CHD均為振動(dòng)插座。本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于在線監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)平衡的設(shè)備，其特征在于:該設(shè)備包括AIC9900總控制電路、電源和充電裝置和系統(tǒng)工作狀態(tài)裝置，AIC9900總控制電路包括轉(zhuǎn)速和振動(dòng)采集裝置和運(yùn)算控制裝置，其中: 所述的運(yùn)算控制裝置，負(fù)責(zé)產(chǎn)生各種邏輯信號，控制模擬電路各種動(dòng)作，包括EP3C5F256控制器、USB2.0高速處理器及其它輔助電路；EP3C5F256控制器負(fù)責(zé)產(chǎn)生各種邏輯信號，控制模擬電路各種動(dòng)作，設(shè)置高通、低通、一次積分、二次積分、程控放大倍數(shù)、采樣頻率；EP3C5F256控制器把采集到的數(shù)據(jù)存入內(nèi)部虛擬出來的FIFO或RAM里，等待USB高速處理器的讀?。籙SB2.0高速處理器解析上位機(jī)的命令，并負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)從EP3C5F256控制器傳到上位機(jī)；輔助電路包括EP3C5F256控制器及USB2.0高速處理器的配置電路、低電壓電源電路、電壓檢測電路； 所述的轉(zhuǎn)速和振動(dòng)采集裝置，支持1-4個(gè)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集通道，支持電荷、電壓、電流傳感器輸入，主要電路模塊有:(I)、14位A/D轉(zhuǎn)換器，最高采樣頻率可達(dá)到250KSPS ;(2)、高通濾波器；(3)、一次積分(速度)；(4)、二次積分(位移)；(5)、可軟件設(shè)置的多檔程控放大器，最大放大倍數(shù)100 ;(6)、包絡(luò)；(7)、10階低通濾波器(抗混濾波器)； 所述的電源和充電裝置，電源裝置可以自動(dòng)切換供電電源，提供過沖、短路保護(hù)及恒流、涓流充電模式。充電裝置包括3.3V，+5V, -5V, 24V電壓電路、軟啟動(dòng)及電池欠壓自動(dòng)關(guān)斷電路； 所述的系統(tǒng)工作狀態(tài)裝置，包括充電指示燈、沖滿指示燈、自檢工作燈、異常工作燈、電量指示燈和欠壓指示燈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于在線監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)平衡的設(shè)備，其特征在于:所述的AIC8904總控制電路由數(shù)字電路和模擬電路組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在線監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)平衡的設(shè)備，該設(shè)備包括AIC8904總控制電路、電源和充電裝置、系統(tǒng)工作狀態(tài)裝置，AIC8904總控制電路包括轉(zhuǎn)速和振動(dòng)采集裝置和運(yùn)算控制裝置。其工作方式是用轉(zhuǎn)速和振動(dòng)采集裝置采集數(shù)據(jù)，將所采集的數(shù)據(jù)通過運(yùn)算控制裝置分析并傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，由上位機(jī)顯示；電源和充電裝置用于設(shè)備供電正常；系統(tǒng)工作狀態(tài)裝置用于正確顯示設(shè)備當(dāng)前工作狀態(tài)。該裝置適用于汽輪機(jī)、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、機(jī)床、齒輪箱等各類機(jī)械振動(dòng)的離(在)線振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。可在線診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械變形、不平衡、轉(zhuǎn)子磨損、綜合不對中、軸彎曲變形、預(yù)測潛在故障、判定故障發(fā)展趨勢等。
文檔編號G01M1/16GK103162906SQ20131002354
公開日2013年6月19日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者彭翀, 藍(lán)力沄, 曾志生, 邴奇 申請人:北京航空航天大學(xué), 北京航天智控監(jiān)測技術(shù)研究院