一种检测机械故障的振动和声发射信号调理仪制造技术

一种检测机械故障的振动和声发射信号调理仪，属于机械设备故障检测仪器技术领域，用于对机械设备故障进行检测，其技术方案是：它由共振解调部分、常规信号处理部分组成，共振解调部分包括程控放大电路、高Q带通滤波器、二次谐振电路、包络检波电路和抗混叠电路，常规信号处理部分包括通道选择电路和抗混叠电路，检测故障的传感器与程控放大电路相连接，程控放大电路的分别与高Q带通滤波器和通道选择电路相连接，高Q带通滤波器与二次谐振电路、包络检波电路和抗混叠电路相连接，通道选择电路与抗混叠电路相连接，抗混叠电路均与A/D采集卡相连接。本发明专利技术通过振动和声发射信号调理技术对机械设备的故障信号提取效果更好、故障诊断更加准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对机械设备故障信号提取后，通过振动和声发射信号调理技术进行检测和故障诊断的仪器，属于机械设备故障检测仪器

技术介绍
机械设备齿轮箱的状态监测和故障诊断是国内外工程
一直非常关注的课题。目前，设备状态监测与故障诊断工作在保障机械设备的安全运行，实现基于设备运行状态进行视情维修、提高机器寿命方面起到了关键性的指导作用，并取得了显著的经济效益和社会效益。在工程应用中进行故障诊断，主要是判断机械零件的损伤程度和发生部位。齿轮箱振动信号的频率成分非常丰富，根据缺陷零件的不同，元件的故障特征频率也不相同。另外，由于早期故障信号十分微弱，往往湮灭在其它强烈的振动信号之中。因此，若仅检测信号的振动幅值，往往难以发现故障的存在，容易造成漏检。通过传统的傅立叶变换对振动信号作频率分析，可避免部分这种情况，但是也有其局限性，它不具有局部定位能力。在众多的故障诊断技术中，利用“三特征判别法”诊断齿轮箱故障是较为有效的方法之一。故障信号“三特征判别法”是指在常规傅立叶谱图上分析平稳功率故障振动信号特征，在共振解调傅立叶谱图上分析冲击功率故障振动信号特征，利用小波分析冲击故障振动信号特征。“三特征判别法”对非低速重载齿轮箱的诊断结果较为准确，但对于自动化水平较高且结构和工况复杂的现代机械设备，其诊断结果不够准确，特征信息的提取效果仍有待提闻。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是能够对自动化水平较高且结构和工况复杂的现代机械设备的故障信号提取效果更好、故障诊断更加准确的检测机械故障的振动和声发射信号调理仪。解决上述技术问题的技术方案是一种检测机械故障的振动和声发射信号调理仪，它由共振解调部分、常规信号处理部分和A/D采集卡组成，共振解调部分包括程控放大电路、高Q带通滤波器、二次谐振电路、包络检波电路和抗混叠电路，常规信号处理部分包括通道选择电路和抗混叠电路，检测故障的速度或加速度传感器和声发射传感器的输出信号端与程控放大电路相连接，程控放大电路的输出端分别与共振解调部分的高Q带通滤波器和常规信号处理部分通道选择电路相连接，高Q带通滤波器与二次谐振电路、包络检波电路和抗混叠电路相连接，通道选择电路与抗混叠电路相连接，共振解调部分的抗混叠电路的输出端和常规信号处理部分的抗混叠电路的输出端均与A/D采集卡相连接，A/D采集卡接计算机。上述检测机械故障的振动和声发射信号调理仪，所述程控放大电路包括放大电路CN 102914432 A书明说2/6页芯片U2和运放器U3，速度或加速度传感器和声发射传感器的输出信号端接放大电路芯片 U2的输入端和运放器U3的输出端，运放器U3的输出端接到反馈端，运放器U3的输入端接放大电路芯片U2，放大电路芯片U2的输出端接高Q带通滤波器的输入端。上述检测机械故障的振动和声发射信号调理仪，所述高Q带通滤波器包括滤波器 U6、运放器U5和晶体振荡器Y1，运放器U5的输入端接程控放大电路的放大电路芯片U2的输出端，运放器U5的反馈端与输出端相接，运放器U5的输出端接滤波器U6的输入端，晶体振荡器Yl接滤波器U6的时钟接口端，滤波器U6的输出端接二次谐振电路的输入端。上述检测机械故障的振动和声发射信号调理仪，所述二次谐振电路包括运放器U7 和滤波器U8，运放器U7的输入端接高Q带通滤波器的滤波器U6的输出端，运放器U7的反馈端与输出端相接，运放器U7的输出端接滤波器U8的输入端，滤波器U8的输出端接包络检波电路的输入端。上述检测机械故障的振动和声发射信号调理仪，所述包络检波电路包括运放器 UA、UB、二极管Dl、D2，二次谐振电路的输出端分别接运放器UA、UB的输入端，二极管Dl接在运放器UA的输出端与反馈端之间，运放器UB的反馈端与输出端相接，运放器UA的输出端与运放器UB的输出端相连接，二极管D2反向接在运放器UA的输出端与运放器UB的输出端之间，运放器UB的输出端接抗混叠电路的输入端。 本专利技术的有益效果如下(I)针对齿轮箱早期微弱故障信号，利用硬件共振解调技术进行信号调理，可有效滤除噪声信号，只对富含高频成分的冲击进行响应，可极大的提高信噪比，效果明显优于基本信号处理。(2)将共振解调技术同时应用在被测对象的振动和声发射信号处理中，可从两种不同的角度对设备进行监测，能够更加全面的了解其运行情况，并及时的发现故障隐患。(3)本专利技术构造了一种新型的振动和声发射信号调理仪用于提取故障特征信息， 其兼具常规信号处理和共振解调处理两种方式，可实现对设备早期故障和中晚期故障的全面监测，信号调理效果良好。(4)针对生产现场背景噪声大、工况恶劣的特点，本专利技术的信号调理仪的电路抗干扰设计严密，能使得本专利技术在复杂环境中保持正常工作，具有良好的稳定性和可靠性。(5)本专利技术的信号调理仪使用灵活方便，可作为独立的单元应用到已有的在线设备监测系统当中，改善已有故障诊断系统的性能，降低系统升级的成本，有效提高生产现场的齿轮箱故障诊断率。附图说明图I是本专利技术的电路原理框图；图2是本专利技术的电信号处理结构框图；图3是本专利技术的电信号流程图；图4是程控放大电路原理图；图5是高Q带通滤波器；图6是二次谐振滤波电路原理图；图7是包络检波电路原理图；4图8是通道选择电路原理图。具体实施方式本专利技术的目的是改进“三特征判别法”提取特征信息和诊断设备故障的效果，研制一种新型的振动和声发射信号调理仪。本专利技术在“三特征判别法”的基础上，结合声发射信号故障诊断方法，以齿轮箱作为被测对象，以振动和声发射信号作为信息载体，运用硬件共振解调技术实现信号调理，研制基于共振技术的新型振动和声发射信号调理仪，从而有效提取早期微弱故障冲击信号和中晚期故障信号特征，以实现设备的全面监测和故障诊断。基于共振解调技术的新型振动和声发射信号调理仪，其基本设计思路为利用速度或加速度传感器和声发射传感器测取被测设备在运行过程中的振动和声发射信号，经由自主研制的共振解调信号调理仪对传感器输出信号进行采集和处理，通过设置一个谐振频率 远远高于常规频率的“共振器”去处理振动和声发射信号，把微弱故障冲击信号从检测信号中提取出来，将调理过的数据送入A/D采集卡后输入到工控机中，结合小波分析方法诊断设备故障，了解设备的运行状况，以实现设备在线监测和故障诊断。以下结合附图对本专利技术进行说明。图I是本专利技术的电原理框图。图中显示，本专利技术包括硬件共振解调技术和常规信号处理两部分。硬件共振解调技术主要包含三个环节谐振滤波将相应的高频共振信号提取出来以提升信噪比；包络检波电路对滤波后输出的信号进行绝对值检波；对低频解调波采用信号分析方法以判断故障。硬件共振解调电路由程控放大电路，高Q带通滤波器，二次谐振电路，包络检波电路和抗混叠电路组成。其中，对高Q带通滤波器和包络检波的主要性能要求是窄带性、稳定性、光滑性及保留冲击信号特征的完整性。常规信号处理电路则由通道选择电路和抗混叠电路组成。图2是本专利技术的电信号处理结构框图。图中显示，每一路加速度/速度传感器或声发射传感器采集到的信号，经由本专利技术后会变为两路输出信号，分别为解调信号和非解调信号，用以表征不同时期的设备故障信息。其电路结构并列，并可串联多个通道同时工作，以满足现场应用中对测点的需求量， 具有良好的扩展性能。共振解调诊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测机械故障的振动和声发射信号调理仪，其特征在于：它由共振解调部分、常规信号处理部分和A/D采集卡组成，共振解调部分包括程控放大电路、高Q带通滤波器、二次谐振电路、包络检波电路和抗混叠电路，常规信号处理部分包括通道选择电路和抗混叠电路，检测故障的速度或加速度传感器和声发射传感器的输出信号端与程控放大电路相连接，程控放大电路的输出端分别与共振解调部分的高Q带通滤波器和常规信号处理部分通道选择电路相连接，高Q带通滤波器与二次谐振电路、包络检波电路和抗混叠电路相连接，通道选择电路与抗混叠电路相连接，共振解调部分的抗混叠电路的输出端和常规信号处理部分的抗混叠电路的输出端均与A/D采集卡相连接，A/D采集卡接计算机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高立新，郝倩，迟桂友，于根茂，仝金平，王宏斌，刘伍，王玉兵，赵玉武，
申请(专利权)人：宣化钢铁集团有限责任公司，北京工业大学，河北钢铁集团有限公司，
类型：发明
国别省市：