本實(shí)用新型涉及一種滾動(dòng)軸承聲振聯(lián)合遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置，屬于故障診斷領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

滾動(dòng)軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的通用機(jī)械零件，其運(yùn)行狀態(tài)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的性能有著直接影響。由于其運(yùn)行環(huán)境惡劣，再加上機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的增加，容易受損致使故障產(chǎn)生，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至導(dǎo)致人員傷亡。目前軸承故障的診斷主要依靠人工經(jīng)驗(yàn)，維護(hù)成本高，并且很難及時(shí)預(yù)測(cè)故障的發(fā)生。在線監(jiān)測(cè)設(shè)備采集僅僅采集振動(dòng)信號(hào)，容易產(chǎn)生誤判，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)成本過大，監(jiān)測(cè)周期過長(zhǎng)等；或者監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確，無法監(jiān)測(cè)到滾動(dòng)軸承出現(xiàn)裂痕的情況，無法提前對(duì)滾動(dòng)軸承是否發(fā)生故障進(jìn)行預(yù)判，導(dǎo)致出現(xiàn)大的故障時(shí)候才發(fā)現(xiàn)相應(yīng)情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種滾動(dòng)軸承聲振聯(lián)合遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置，通過振動(dòng)信號(hào)和聲波信號(hào)對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測(cè)，使監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)更加全面、有效、精準(zhǔn)，提前判斷滾動(dòng)軸承的故障，提前進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)，對(duì)滾動(dòng)軸承故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)具有重要的意義。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種滾動(dòng)軸承聲振聯(lián)合遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置，包括滾動(dòng)軸承1、聲發(fā)射傳感器2、加速度傳感器3、信號(hào)采集處理器4、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5、STM32微控制器6、電源模塊7、以太網(wǎng)模塊8、路由器9、PC機(jī)10；

所述聲發(fā)射傳感器2和加速度傳感器3分別固定在滾動(dòng)軸承1正上方和滾動(dòng)軸承1上，聲發(fā)射傳感器2的輸出端與信號(hào)采集處理器4的輸入端連接，加速度傳感器3的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5的輸入端連接，信號(hào)采集處理器4的輸出端和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5的輸出端通過SPI接口與STM32微控制器6輸入端連接，STM32微控制器6的輸出端通過以太網(wǎng)模塊8連接路由器9，路由器9通過Internet網(wǎng)與PC機(jī)10連接，PC機(jī)10采用ITD方法對(duì)接收到的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，電源模塊7對(duì)信號(hào)采集處理器4、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5、STM32微控制器6和以太網(wǎng)模塊8進(jìn)行電源供電。

優(yōu)選地，所述的滾動(dòng)軸承1上安裝有三個(gè)加速度傳感器3，分別對(duì)測(cè)試軸承進(jìn)行軸向、徑向以及垂直方向的振動(dòng)信號(hào)采樣。

優(yōu)選地，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5的型號(hào)為ADS1256，有8個(gè)通道，每個(gè)通道都集成了低通濾波模塊、可編程增益放大器以及分辨率達(dá)24位的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。

優(yōu)選地，所述的STM32微控制器6的型號(hào)為STM32F429，用于信號(hào)接收和無線通信。

優(yōu)選地，所述的以太網(wǎng)模塊8采用W5500以太網(wǎng)控制芯片。

本實(shí)用新型的工作原理是：以工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)滾動(dòng)軸承運(yùn)行狀態(tài)下的聲波信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過聲發(fā)射傳感器2及信號(hào)采集處理器4采集聲波信號(hào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5采集振動(dòng)信號(hào)，通過SPI接口將采集的聲波信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)送入STM32微控制器6，STM32微控制器6提取后的數(shù)據(jù)依次通過以太網(wǎng)模塊8、路由器9、Internet網(wǎng)發(fā)送到PC機(jī)10，PC機(jī)10結(jié)合ITD方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)滾動(dòng)軸承運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。若軸承處于故障運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)報(bào)警提醒現(xiàn)場(chǎng)工作人員及時(shí)排除故障，由此保證工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。

本實(shí)用新型的有益效果是：通過振動(dòng)信號(hào)和聲波信號(hào)對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測(cè)，使監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)更加全面、有效、精準(zhǔn)，提前判斷滾動(dòng)軸承的故障，提前進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)，對(duì)滾動(dòng)軸承故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)具有重要的意義。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為正常情況下ITD分解圖；

圖3為正常情況下Hilbert包絡(luò)圖；

圖4為故障情況下ITD分解圖；

圖5為故障情況下Hilbert包絡(luò)圖。

圖中各標(biāo)號(hào)：1-滾動(dòng)軸承，2-聲發(fā)射傳感器，3-加速度傳感器，4-信號(hào)采集處理器，5-模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，6-STM32微控制器，7-電源模塊，8-以太網(wǎng)模塊，9-路由器、10-PC機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：如圖1-5所示，一種滾動(dòng)軸承聲振聯(lián)合遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置，包括滾動(dòng)軸承1、聲發(fā)射傳感器2、加速度傳感器3、信號(hào)采集處理器4、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5、STM32微控制器6、電源模塊7、以太網(wǎng)模塊8、路由器9、PC機(jī)10；

所述聲發(fā)射傳感器2和加速度傳感器3分別固定在滾動(dòng)軸承1正上方和滾動(dòng)軸承1上，聲發(fā)射傳感器2的輸出端與信號(hào)采集處理器4的輸入端連接，加速度傳感器3的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5的輸入端連接，信號(hào)采集處理器4的輸出端和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5的輸出端通過SPI接口與STM32微控制器6輸入端連接，STM32微控制器6的輸出端通過以太網(wǎng)模塊8連接路由器9，路由器9通過Internet網(wǎng)與PC機(jī)10連接，PC機(jī)10采用ITD方法對(duì)接收到的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，電源模塊7對(duì)信號(hào)采集處理器4、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5、STM32微控制器6和以太網(wǎng)模塊8進(jìn)行電源供電。信號(hào)采集處理器4，其作用是采集聲發(fā)射傳感器輸出的電信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行分析和處理，并把分析的結(jié)果傳輸?shù)絊TM32微控制器6上。

本實(shí)用新型在滾動(dòng)軸承1的正上方安裝聲發(fā)射傳感器2，進(jìn)行軸承聲波信號(hào)采樣，所述的聲發(fā)射傳感器2，能夠探測(cè)涵蓋從低頻到高頻的所有信息，不受現(xiàn)場(chǎng)可聽見噪聲的影響，對(duì)故障缺陷診斷的靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)早期故障診斷,因此特別適合用于滾動(dòng)軸承的聲波信號(hào)的提取。由于滾動(dòng)軸承在工作時(shí)振動(dòng)比較強(qiáng)烈,噪聲較大，將聲發(fā)射傳感器2安裝在滾動(dòng)軸承1的正上方,可以有效減少滾動(dòng)軸承1本身的振動(dòng)噪聲對(duì)聲發(fā)射傳感器2檢測(cè)數(shù)據(jù)的影響。在滾動(dòng)軸承1上安裝加速度傳感器3，對(duì)振動(dòng)信號(hào)采樣，所述的加速度傳感器3，擁有足夠的擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍，且?guī)拰挘ＷC了對(duì)振動(dòng)信號(hào)故障頻段的完美覆蓋，因此特別適合用于滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)的提取。

本實(shí)用新型通過聲發(fā)射傳感器2采集聲波信號(hào)數(shù)據(jù)，信號(hào)采集處理器4對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析；加速度傳感器3采集振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)，傳輸?shù)紸DS1256將模擬采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字采樣信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過SPI口傳輸給STM32微控制器。經(jīng)過STM32微控制器處理后存入擴(kuò)展的SRAM靜態(tài)存儲(chǔ)器，再通過以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到路由器上。

進(jìn)一步地，所述的滾動(dòng)軸承1上安裝有三個(gè)加速度傳感器3，分別對(duì)測(cè)試軸承進(jìn)行軸向、徑向以及垂直方向的振動(dòng)信號(hào)采樣。

進(jìn)一步地，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5的型號(hào)為ADS1256，有8個(gè)通道，每個(gè)通道都集成了低通濾波模塊、可編程增益放大器以及分辨率達(dá)24位的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。使系統(tǒng)在采集振動(dòng)信號(hào)時(shí)的數(shù)據(jù)變得更加可靠，而且在硬件電路設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)化了振動(dòng)信號(hào)采集的模擬部分。ADS1256集成芯片使系統(tǒng)在采集振動(dòng)信號(hào)時(shí)的數(shù)據(jù)變得更加可靠，而且在硬件電路設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)化了振動(dòng)信號(hào)采集的模擬部分。

進(jìn)一步地，所述的STM32微控制器6的型號(hào)為STM32F429，用于信號(hào)接收和無線通信。

進(jìn)一步地，所述的以太網(wǎng)模塊8采用W5500以太網(wǎng)控制芯片，該芯片體外部電路連接簡(jiǎn)單，體積小，可滿足絕大多數(shù)以太網(wǎng)接入服務(wù)要求，開發(fā)成本低等優(yōu)點(diǎn)。適合在噪聲干擾嚴(yán)重的工業(yè)場(chǎng)所確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

滾動(dòng)軸承故障診斷的方法有很多，最常用的故障診斷方法是對(duì)滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析。本征時(shí)間尺度分解(Intrinsic Time-scale Decomposition，ITD)是一種自適應(yīng)時(shí)頻分析方法，該方法在抑制端點(diǎn)效應(yīng)、拆解效率等方面都明顯優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型通過配置傳感器實(shí)現(xiàn)軸承所需監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù)數(shù)據(jù)的采集具體工作過程如下：

本實(shí)用新型系統(tǒng)PC機(jī)端分析界面使用Visual Studio 2013進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。主窗口包括數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)分析部分，數(shù)據(jù)顯示部分包括采樣數(shù)據(jù)的時(shí)域波形顯示和十進(jìn)制數(shù)顯示，數(shù)據(jù)分析部分為采樣數(shù)據(jù)的ITD方法分析。ITD分析方法可以單獨(dú)分析聲發(fā)射傳感器2采集的聲波信號(hào)數(shù)據(jù),也可以單獨(dú)分析加速度傳感器3采集的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù), 將振動(dòng)信號(hào)和聲波信號(hào)同時(shí)進(jìn)行分析，可以提高故障診斷的準(zhǔn)確性。采樣數(shù)據(jù)通過ITD分解得到4個(gè)PR分量，依次顯示在系統(tǒng)界面右側(cè)的分析窗口中。當(dāng)分析處理的結(jié)果顯示軸承發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)界面會(huì)自動(dòng)報(bào)警，系統(tǒng)報(bào)警提醒現(xiàn)場(chǎng)工作人員及時(shí)排除故障，由此保證工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。

將接收到的滾動(dòng)軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)候的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)在PC機(jī)10上通過ITD分解，如圖2所示,可以看到將正常數(shù)據(jù)分為了 4個(gè)PR分量，選取第一個(gè)分量進(jìn)行Hilbert包絡(luò)譜分析，如圖3所示可以看出沒有明顯的沖擊成份，說明軸承是正常運(yùn)轉(zhuǎn)的。

將接收到的滾動(dòng)軸承故障運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)候的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)在PC機(jī)10通過ITD分解，如圖4所示,可以看到將正常數(shù)據(jù)分為了 4個(gè)PR分量，選取第一個(gè)分量進(jìn)行Hilbert包絡(luò)譜分析，如5所示可以看出有明顯的沖擊成份，說明軸承是運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生故障，此時(shí)系統(tǒng)界面會(huì)自動(dòng)報(bào)警，系統(tǒng)報(bào)警提醒現(xiàn)場(chǎng)工作人員及時(shí)排除故障，由此保證工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。

在PC機(jī)10上通過ITD分解法分析聲發(fā)射傳感器2采集的聲波信號(hào)數(shù)據(jù)的情況與上述分析振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)的情況類似,均可以明顯看出滾動(dòng)軸承是否發(fā)生故障,通過對(duì)將振動(dòng)信號(hào)和聲波信號(hào)同時(shí)進(jìn)行分析，可以提高故障診斷的準(zhǔn)確性。

上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出各種變化。