專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)同步階比跟蹤分析的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械振動(dòng)分析測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)同步階比跟蹤分析的裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)階比跟蹤方法采用硬件方式來實(shí)現(xiàn)，需要有鎖相環(huán)、倍頻分頻電路，并且還需要有截止頻率實(shí)時(shí)可調(diào)的抗混疊濾波器等，電路復(fù)雜，成本高，特別是在等角度重新采樣進(jìn)行了重點(diǎn)研究。硬件實(shí)現(xiàn)方式主要問題在于:1)采樣頻率需要由旋轉(zhuǎn)機(jī)械上一次的轉(zhuǎn)速進(jìn)行預(yù)估計(jì)，估計(jì)存在誤差，因此不能實(shí)現(xiàn)精確的整周期同步采樣，從而導(dǎo)致FFT結(jié)果存在頻譜泄露；2)硬件方式所需的截止頻率可調(diào)的抗混疊濾波器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于采樣頻率需要不斷調(diào)整，采集得到的波形數(shù)據(jù)存在間隔，不連續(xù)的缺點(diǎn)。公告號(hào)為CN102175439的中國(guó)專利，公開了一種“針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的階次分析實(shí)現(xiàn)方法”其對(duì)等角度重新采樣是“根據(jù)更新頻率的低速脈沖以及當(dāng)前高速軸上的轉(zhuǎn)速脈沖分別對(duì)采集卡輸出信號(hào)進(jìn)行等角度重采樣”。此種方法在轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)速不變或變化小時(shí)相當(dāng)有效，但當(dāng)轉(zhuǎn)速隨時(shí)變化大時(shí)，此時(shí)的更新頻率是由第一次采樣時(shí)的頻率計(jì)算得來；因此，當(dāng)用此更新頻率與當(dāng)前高速軸上的轉(zhuǎn)速脈沖進(jìn)行等角度重采樣，將帶來更新頻率與當(dāng)前高速軸上的轉(zhuǎn)速脈沖不同
止/J/ O
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本實(shí)用新型提出一種實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)同步階比跟蹤分析的裝置，通過本裝置由固定的采樣頻率實(shí)現(xiàn)精確的等角度采樣，不存在頻率混亂現(xiàn)象，也就是轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)動(dòng) 一次，采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)軸上的角度差是一致的，在轉(zhuǎn)軸上位置是固定的，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的整周期同步采樣。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)同步階比跟蹤分析的裝置，包括多路信號(hào)采集A/D轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理電路，所述多路信號(hào)采集A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)置有多路信號(hào)接收接口，所述多路信號(hào)接收接口中的一路是鍵相脈沖信號(hào)接口，用于接收由光電傳感器傳遞的旋轉(zhuǎn)機(jī)械鍵相脈沖模擬信號(hào)；所述多路信號(hào)接收接口中其余至少有四路是振動(dòng)信號(hào)接口，用于接收由振動(dòng)傳感器傳遞的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)；所述信號(hào)處理電路包括一個(gè)中央處理器芯片和一個(gè)FPGA芯片，所述FPGA芯片設(shè)置有對(duì)應(yīng)連接A/D轉(zhuǎn)換電路中多路信號(hào)接口的濾波處理通道和采樣頻率發(fā)生器，所述FPGA芯片的控制口與中央處理器芯片的控制口連接，中央處理器芯片的數(shù)據(jù)口連接FPGA芯片的數(shù)據(jù)口，F(xiàn)PGA芯片連接顯示器。進(jìn)一步，所述濾波處理通道對(duì)應(yīng)鍵相脈沖信號(hào)接口的通路中設(shè)置有級(jí)聯(lián)積分梳狀濾波處理器，所述濾波處理通道對(duì)應(yīng)振動(dòng)信號(hào)接口的通路中設(shè)置有FIR數(shù)字濾波處理器。進(jìn)一步，所述多路信號(hào)采集A/D轉(zhuǎn)換電路是型號(hào)為AD7606的16位8通道A/D采集模塊。[0007]本實(shí)用新型對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的貢獻(xiàn)是:1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需添加任何其他如鎖相環(huán)、倍頻電路等硬件就可實(shí)現(xiàn)精確的等角度采樣，不存在頻率混亂現(xiàn)象，也就是轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一次，采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)軸上的角度差是一致的，在轉(zhuǎn)軸上位置是固定的，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的整周期同步采樣。2.本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)硬件方式時(shí)，由于采樣頻率需要不斷調(diào)整，采集得到的波形數(shù)據(jù)存在間隔，不連續(xù)的缺點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)波形的連續(xù)不間斷采集。下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做一詳細(xì)描述。

圖1是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
一種實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)同步階比跟蹤分析的裝置實(shí)施例，參見圖1，包括多路信號(hào)采集A/D轉(zhuǎn)換電路I和信號(hào)處理電路，所述多路信號(hào)采集A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)置有多路信號(hào)接收接口，所述多路信號(hào)接收接口中的一路是鍵相脈沖信號(hào)接口，用于接收由光電傳感器2傳遞的旋轉(zhuǎn)機(jī)械鍵相脈沖模擬信號(hào)；所述多路信號(hào)接收接口中其余至少有四路是振動(dòng)信號(hào)接口，用于接收由振動(dòng)傳感器3傳遞的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)模擬信號(hào)；所述信號(hào)處理電路包括一個(gè)中央處理器芯片4和一個(gè)FPGA芯片5，所述FPGA芯片設(shè)置有對(duì)應(yīng)連接A/D轉(zhuǎn)換電路中多路信號(hào)接口的濾波處理通道和采樣頻率發(fā)生器，所述FPGA芯片的控制口與中央處理器芯片的控制口連接 ，中央處理器芯片的數(shù)據(jù)口連接FPGA芯片的數(shù)據(jù)口，F(xiàn)PGA芯片連接顯示器6，同時(shí)FPGA芯片還分別連接有SDRAM和SRAM存儲(chǔ)器。實(shí)施例中，所述濾波處理通道對(duì)應(yīng)鍵相脈沖信號(hào)接口的通路中設(shè)置有級(jí)聯(lián)積分梳狀濾波處理器，所述濾波處理通道對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)接口的通路中設(shè)置有FIR數(shù)字濾波處理器。實(shí)施例中，所述多路信號(hào)采集A/D轉(zhuǎn)換電路是型號(hào)為AD7606的16位8通道同步A/D采集模塊。采用上述實(shí)施例由固定的采樣頻率實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)同步階比跟蹤分析方法是:采用固定采樣頻率同步采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)速鍵相脈沖信號(hào)，選取一個(gè)振動(dòng)階比數(shù)M，利用插值濾波器對(duì)鍵相脈沖進(jìn)行2*M倍插值，得到等角度振動(dòng)采樣信號(hào)，經(jīng)過對(duì)等角度振動(dòng)采樣信號(hào)進(jìn)行處理，最終得到振動(dòng)各階諧波波形；其具體步驟是:I)由大于最大轉(zhuǎn)速頻率*階比數(shù)M的固定采樣頻率連續(xù)同步采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)速鍵相脈沖信號(hào)；2)根據(jù)一個(gè)閾值識(shí)別鍵相脈沖信號(hào)上升沿和下降沿的到達(dá)時(shí)間，通過到達(dá)時(shí)間計(jì)算每?jī)蓚€(gè)脈沖間的時(shí)間差，從而確旋轉(zhuǎn)機(jī)械每轉(zhuǎn)動(dòng)一周的轉(zhuǎn)速和一周瞬時(shí)頻率；3)采用基于FPGA的級(jí)聯(lián)積分梳狀濾波器(CIC, Cascaded Integrator Combfilter)作為插值濾波器，對(duì)兩個(gè)鍵相脈沖之間的固定采樣頻率進(jìn)行(N=2*M)倍插值濾波，得到振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)均角信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列；4)由旋轉(zhuǎn)機(jī)械瞬時(shí)頻率和時(shí)間序列，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波和插值得到(對(duì)應(yīng)時(shí)間序列的)等角度采樣信號(hào)。[0020]5)對(duì)等角度采樣信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換(FFT)得到連續(xù)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)階比譜，對(duì)等角度采樣信號(hào)進(jìn)行恒帶寬濾波或者Gabor變換，得到連續(xù)的各階諧波波形。本實(shí)施例實(shí)時(shí)跟蹤的實(shí)現(xiàn):每采集0.25秒就進(jìn)行一次信號(hào)分析，信號(hào)重采樣頻率是根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)頻率(因?yàn)樾盘?hào)已經(jīng)完成采集，根據(jù)信號(hào)進(jìn)行精確計(jì)算的)進(jìn)行調(diào)整的，而非硬件方式下，由上一次轉(zhuǎn)動(dòng)頻率值，對(duì)下一次轉(zhuǎn)動(dòng)頻率進(jìn)行預(yù)測(cè)，再對(duì)采樣頻率進(jìn)行調(diào)難
iF.0實(shí)施例中，所述的插值是線性插值、樣條插值、拉格朗日插值或者sine插值算法中的一種。實(shí)施例中，所述階比數(shù)M是2的X次方，X是4或4以上的正整數(shù)。實(shí)施例中，所述數(shù)字濾波采用Kaiser窗FIR濾波器。本實(shí)施例中:I)按照某一固定的采樣頻率；同步采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械的一路轉(zhuǎn)速鍵相脈沖信號(hào)；和四路振動(dòng)信號(hào)；2)對(duì)鍵相脈沖信號(hào)，根據(jù)上升(或下降)沿電壓值大小人為指定閾值(threshold)，或按照某一算法，由統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律，自動(dòng)計(jì)算閾值大小。根據(jù)這一閾值，由檢波算法，準(zhǔn)確識(shí)別和記錄鍵相脈沖信號(hào)上升沿(或下降沿)的到達(dá)時(shí)間t0、tl、t2…tN ；3)由兩個(gè)脈沖間的時(shí)間差,dt0=tl_t0, dtl=t2_tl,…，dtN-l=tN-tN_l,計(jì)算轉(zhuǎn)速rpm和瞬時(shí)頻率f ；4)根據(jù)分析需要設(shè)定階比數(shù)M (可以取16、32、64、128、256等)，采用CIC插值濾波器，對(duì)鍵相脈沖進(jìn)行N倍插值(N=2*M)，得到角域等角度振動(dòng)信號(hào)每一樣本對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列；5)由轉(zhuǎn)子瞬時(shí)頻率和重采樣時(shí)間序列，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波和插值重采樣，得到等角度采樣信號(hào)，其中，插值可以采用線性插值、樣條插值、拉格朗日插值或者sine插值算法；6)對(duì)等角度采樣信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換(FFT)，得到旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)階比譜，對(duì)等角度采樣信號(hào)進(jìn)行恒帶寬濾波或者Gabor變換，可以得到各階諧波波形。采用本實(shí)施例方法，使用美國(guó)NI公司的24位數(shù)據(jù)采集卡-USB4432或型號(hào)為AD7606的16位8通道同步A/D采集模塊，無需添加任何其他硬件(如鎖相環(huán)、倍頻電路等)，由I個(gè)光電傳感器和4個(gè)振動(dòng)傳感器分別采集I路轉(zhuǎn)速鍵相信號(hào)和4路振動(dòng)信號(hào)，即構(gòu)成了一個(gè)高精度振動(dòng)信號(hào)采集分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)速振動(dòng)信號(hào)階比跟蹤采集和階比分析功能。本實(shí)施例方 法目的是實(shí)現(xiàn)精確的等角度采樣，也就是轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一次，采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)軸上的角度差是一致的，在轉(zhuǎn)軸上位置是固定的，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的整周期同步采樣。
權(quán)利要求1.一種實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)同步階比跟蹤分析的裝置，其特征在于，所述裝置包括多路信號(hào)采集A/D轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理電路，所述多路信號(hào)采集A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)置有多路信號(hào)接收接口，所述多路信號(hào)接收接口中的一路是鍵相脈沖信號(hào)接口，用于接收由光電傳感器傳遞的旋轉(zhuǎn)機(jī)械鍵相脈沖模擬信號(hào)；所述多路信號(hào)接收接口中其余至少有四路是振動(dòng)信號(hào)接口，用于接收由振動(dòng)傳感器傳遞的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)；所述信號(hào)處理電路包括一個(gè)中央處理器芯片和一個(gè)FPGA芯片，所述FPGA芯片設(shè)置有對(duì)應(yīng)連接A/D轉(zhuǎn)換電路中多路信號(hào)接口的濾波處理通道和采樣頻率發(fā)生器，所述FPGA芯片的控制口與中央處理器芯片的控制口連接，中央處理器芯片的數(shù)據(jù)口連接FPGA芯片的數(shù)據(jù)口，F(xiàn)PGA芯片連接顯示器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)同步階比跟蹤分析的裝置，其特征在于，所述濾波處理通道對(duì)應(yīng)鍵相脈沖信號(hào)接口的通路中設(shè)置有級(jí)聯(lián)積分梳狀濾波處理器，所述濾波處理通道對(duì)應(yīng)振動(dòng)信號(hào)接口的通路中設(shè)置有FIR數(shù)字濾波處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)同步階比跟蹤分析的裝置，其特征在于，所述多路信號(hào) 采集A/D轉(zhuǎn)換電路是型號(hào)為AD7606的16位8通道A/D采集模塊。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)同步階比跟蹤分析的裝置，包括多路信號(hào)采集A/D轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理電路，所述多路信號(hào)采集A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)置有多路信號(hào)接收接口，多路信號(hào)接收接口中的一路是接收旋轉(zhuǎn)機(jī)械鍵相脈沖的鍵相脈沖信號(hào)接口，其余至少有四路是旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)接口；所述信號(hào)處理電路包括一個(gè)中央處理器芯片和一個(gè)FPGA芯片，所述FPGA芯片設(shè)置有對(duì)應(yīng)連接A/D轉(zhuǎn)換電路中多路信號(hào)接口的濾波處理通道和采樣頻率發(fā)生器。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，克服了傳統(tǒng)硬件方式由于采樣頻率需要不斷調(diào)整，采集的波形數(shù)據(jù)存在間隔，不連續(xù)的缺點(diǎn)；能夠?qū)崿F(xiàn)波形的連續(xù)不間斷采集，無需添加任何其他如鎖相環(huán)、倍頻電路等硬件就可實(shí)現(xiàn)精確的等角度采樣。
文檔編號(hào)G01H17/00GK203132688SQ20132010872
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者汪江, 杜曉峰, 田萬軍, 張本耀, 高峰, 徐曉峰, 徐鵬程 申請(qǐng)人:安徽新力電業(yè)科技咨詢有限責(zé)任公司, 安徽省電力科學(xué)研究院