CN101750198A - 旋转机械不同测点振动信号相对相位的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转机械不同测点振动信号相对相位的测量方法，第一振动传感器检测振动信号经处理后作为参照波形，参照波形输入测量装置制成脉宽调制信号，脉宽调制信号作为窄带跟踪滤波模块的时钟频率；第二振动传感器分别检测旋转机械第一和第二测点的振动信号，第一和第二测点的振动信号经处理后输入窄带跟踪滤波模块并经A/D转换后成振动波形输入测量装置；测量装置根据输入的信号分别计算参照波形与第一、第二测点振动波形的相位差并计算其差值，即为旋转机械不同测点振动信号的相对相位。本方法在旋转机械无测速基点或测速受干扰的情况下，不用停机可测量不同测点振动信号相对相位，准确提供设备故障的判断依据。

Description

旋转机械不同测点振动信号相对相位的测量方法

技术领域

本发明涉及一种旋转机械不同测点振动信号相对相位的测量方法。

背景技术

在机械设备振动诊断技术中，旋转机械上不同测点如轴承座等振动信号之间的相对相位差是判断平衡、对中、轴弯、松动等故障类别的主要依据之一。得到了不同测点之间的相位差，并结合测点振动幅值变化和频谱特征，即可作出旋转机械各类故障的判断。

传统不同测点振动信号相对相位的检测方法如下：

如图1所示，采用转速测量装置获取相位参照基准信息，如以转轴1上的键相或反射贴2为基点，当该基点经过光电传感器7时，会产生一个脉冲，转轴每转一周，就会产生一个脉冲信号，脉冲信号产生的时刻表明了转轴在每个旋转周期的位置，该脉冲信号经脉冲信号处理模块4处理后输入测量装置6，采用振动传感器3检测转轴1的振动信号并经振动信号处理模块5处理后输入测量装置6，测量装置6以脉冲信号为基准通过与转轴的振动信号比较，可以确定不同测点振动信号的相位差，即相对相位，该相对相位用于转轴的动平衡分析以及设备的故障分析与诊断等方面。

上述方法必须在转轴上具备键相槽或加贴反射贴。而一些设备的转轴并未设计键相槽，要测量的话必须停机加贴反射贴，而连续运转的设备无法随意停机，造成很多出现异常情况的连续运转设备无法进行相对相位测量。当然还可采用频闪测速的方法测取转轴旋转的脉冲信号，利用该脉冲信号与轴的振动信号比较确定不同测点振动信号的相位差，该方法虽不需要加贴反射贴，但在转轴运转于多油污、水汽或不直接暴露等环境时易受干扰影响，无法获得正确的测量结果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种旋转机械不同测点振动信号相对相位的测量方法，使用本方法在旋转机械无测速基点或测速受干扰的情况下，不用停机可测量不同测点振动信号相对相位，准确提供旋转机械各类故障的判断依据。

为解决上述技术问题，本发明旋转机械不同测点振动信号相对相位的测量方法，包括第一和第二振动传感器，其步骤如下：

步骤一、将所述第一振动传感器固定于旋转机械上，所述第一振动传感器的输出信号经低通滤波模块、积分电路模块、信号放大模块和A/D转换模块后成为参照波形，参照波形输入测量装置，测量装置将该信号处理为脉宽调制信号；

步骤二、将所述第二振动传感器固定于旋转机械上第一测点，所述第二振动传感器在第一测点的输出信号经低通滤波模块、积分电路模块和程控放大模块后输入窄带跟踪滤波模块；

步骤三、所述第一振动传感器的脉宽调制信号同时输入窄带跟踪滤波模块并作为窄带跟踪滤波模块的时钟频率，

设定窄带跟踪滤波模块的中心频率为f₀、时钟频率为f_clk、脉宽调制信号的频率为f_pwm、参照波形的频率为f，

按窄带跟踪滤波模块的特性，设定f_clk∶f₀＝100∶1

通过测量装置，使f_pwm＝100Xf  则得到f₀＝f

即参照波形频率与窄带跟踪滤波模块的中心频率一致；

所述第二振动传感器在第一测点的振动信号经窄带跟踪滤波模块后通过A/D转换模块输入测量装置，测量装置以参照波形的过零点作为信号的起始相位，由于参照波形频率与窄带跟踪滤波模块的中心频率一致，则在时域上得出参照波形与第二振动传感器在第一测点所测振动波形的相位差φ₁并记录；

步骤四、保持所述第一振动传感器检测旋转机械振动信号的参照波形不变，将所述第二振动传感器固定于旋转机械上第二测点，所述第二振动传感器在第二测点的输出信号经低通滤波模块、积分电路模块和程控放大模块后输入窄带跟踪滤波模块；

步骤五、所述第一振动传感器的脉宽调制信号同时输入窄带跟踪滤波模块并作为窄带跟踪滤波模块的时钟频率，依据步骤三，参照波形频率与窄带跟踪滤波模块的中心频率一致，所述第二振动传感器在第二测点的振动信号经窄带跟踪滤波模块后通过A/D转换模块输入测量装置，测量装置计算所述第一振动传感器的参照波形与第二振动传感器在第二测点所测振动波形的相位差φ₂并记录；

步骤六、测量装置对记录的相位差φ₂和相位差φ₁作差值运算，

φ₂₁＝φ₂-φ₁

所得值φ₂₁为旋转机械第一测点和第二测点振动信号的相对相位，如此得出旋转机械不同测点振动信号的相对相位。

由于本发明旋转机械不同测点振动信号相对相位的测量方法采用了上述技术方案，即以第一振动传感器检测的振动信号经处理后作为为参照波形，该参照波形输入测量装置制成脉宽调制信号，该脉宽调制信号作为窄带跟踪滤波模块的时钟频率；使用第二振动传感器分别检测旋转机械第一测点和第二测点的振动信号，该第一测点和第二测点的振动信号经处理后输入窄带跟踪滤波模块并经A/D转换后成振动波形输入测量装置，测量装置根据输入的信号分别计算出参照波形与第一测点振动波形的相位差φ₁和参照波形与第二测点振动波形的相位差φ₂，然后计算φ₂₁＝φ₂-φ₁，式中φ₂₁即为旋转机械第一测点和第二测点振动信号的相对相位。使用本方法在旋转机械无测速基点或测速受干扰的情况下，不用停机可测量不同测点振动信号相对相位，准确提供旋转机械各类故障的判断依据。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为传统相对相位测量方法的示意图，

图2为本测量方法的示意图，

图3为本测量方法中参照信号处理示意图，

图4为本测量方法中第一和第二测点振动信号处理示意图。

具体实施方式

如图2至图4所示，本发明旋转机械不同测点振动信号相对相位的测量方法，包括第一振动传感器8和第二振动传感器3，其步骤如下：

步骤一、将所述第一振动传感器8固定于旋转机械1上，所述第一振动传感器8的输出信号经低通滤波模块81、积分电路模块82、信号放大模块83和A/D转换模块84后成为参照波形，参照波形输入测量装置6，测量装置6将该信号处理为脉宽调制信号；

步骤二、将所述第二振动传感器3固定于旋转机械1上第一测点，所述第二振动传感器3在第一测点的输出信号经低通滤波模块31、积分电路模块32和程控放大模块33后输入窄带跟踪滤波模块34；

步骤三、所述第一振动传感器8的脉宽调制信号同时输入窄带跟踪滤波模块34并作为窄带跟踪滤波模块34的时钟频率，窄带跟踪滤波模块通俗上讲即为一个带通滤波器，它能将振动信号中的转频分量提取出来，同时衰减其它不相关频率分量；

设定窄带跟踪滤波模块34的中心频率为f₀、时钟频率为f_clk、脉宽调制信号的频率为f_pwm、参照波形的频率为f，

按窄带跟踪滤波模块34的特性，设定f_clk∶f₀＝100∶1

通过测量装置6，使f_pwm＝100Xf  则得到f₀＝f

即参照波形频率与窄带跟踪滤波模块34的中心频率一致；

所述第二振动传感器3在第一测点的振动信号经窄带跟踪滤波模块34后通过A/D转换模块35输入测量装置6，测量装置6以参照波形的过零点作为信号的起始相位，由于参照波形频率与窄带跟踪滤波模块34的中心频率一致，则在时域上得出参照波形与第二振动传感器3在第一测点所测振动波形的相位差φ₁并记录；

步骤四、保持所述第一振动传感器8检测旋转机械1振动信号的参照波形不变，将所述第二振动传感器3固定于旋转机械1上第二测点，所述第二振动传感器3在第二测点的输出信号经低通滤波模块31、积分电路模块32和程控放大模块33后输入窄带跟踪滤波模块34；

步骤五、所述第一振动传感器8的脉宽调制信号同时输入窄带跟踪滤波模块34并作为窄带跟踪滤波模块34的时钟频率，依据步骤三，参照波形频率与窄带跟踪滤波模块34的中心频率一致，所述第二振动传感器3在第二测点的振动信号经窄带跟踪滤波模块34后通过A/D转换模块35输入测量装置6，测量装置6计算所述第一振动传感器8的参照波形与第二振动传感器3在第二测点所测振动波形的相位差φ₂并记录；

步骤六、测量装置6对记录的相位差φ₂和相位差φ₁作差值运算，

φ₂₁＝φ₂-φ₁

所得值φ₂₁为旋转机械第一测点和第二测点振动信号的相对相位，如此得出旋转机械不同测点振动信号的相对相位。

根据上述方法，可使用第二振动传感器3检测旋转机械1多个不同测点的振动信号，并采用上述方法分别与第一振动传感器8的参照波形进行比较，即可得到多个不同测点振动信号的相对相位。

由于本发明旋转机械不同测点振动信号相对相位的测量方法采用了上述技术方案，即以第一振动传感器检测的振动信号经处理后作为为参照波形，该参照波形输入测量装置制成脉宽调制信号，该脉宽调制信号作为窄带跟踪滤波模块的时钟频率；使用第二振动传感器分别检测旋转机械第一测点和第二测点的振动信号，该第一测点和第二测点的振动信号经处理后输入窄带跟踪滤波模块并经A/D转换后成振动波形输入测量装置，测量装置根据输入的信号分别计算出参照波形与第一测点振动波形的相位差φ₁和参照波形与第二测点振动波形的相位差φ₂，然后计算φ₂₁＝φ₂-φ₁，式中φ₂₁即为旋转机械第一测点和第二测点振动信号的相对相位。使用本方法在旋转机械无测速基点或测速受干扰的情况下，不用停机可测量不同测点振动信号相对相位，准确提供旋转机械各类故障的判断依据。

Claims (1)

1.一种旋转机械不同测点振动信号相对相位的测量方法，包括第一和第二振动传感器，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、将所述第一振动传感器固定于旋转机械上，所述第一振动传感器的输出信号经低通滤波模块、积分电路模块、信号放大模块和A/D转换模块后成为参照波形，参照波形输入测量装置，测量装置将该信号处理为脉宽调制信号；

步骤二、将所述第二振动传感器固定于旋转机械上第一测点，所述第二振动传感器在第一测点的输出信号经低通滤波模块、积分电路模块和程控放大模块后输入窄带跟踪滤波模块；

步骤三、所述第一振动传感器的脉宽调制信号同时输入窄带跟踪滤波模块并作为窄带跟踪滤波模块的时钟频率，

设定窄带跟踪滤波模块的中心频率为f₀、时钟频率为f_clk、脉宽调制信号的频率为f_pwm、参照波形的频率为f，

按窄带跟踪滤波模块的特性，设定f_clk∶f₀＝100∶1

通过测量装置，使f_pwm＝100Xf  则得到f₀＝f

即参照波形频率与窄带跟踪滤波模块的中心频率一致；

所述第二振动传感器在第一测点的振动信号经窄带跟踪滤波模块后通过A/D转换模块输入测量装置，测量装置以参照波形的过零点作为信号的起始相位，由于参照波形频率与窄带跟踪滤波模块的中心频率一致，则在时域上得出参照波形与第二振动传感器在第一测点所测振动波形的相位差φ₁并记录；

步骤四、保持所述第一振动传感器检测旋转机械振动信号的参照波形不变，将所述第二振动传感器固定于旋转机械上第二测点，所述第二振动传感器在第二测点的输出信号经低通滤波模块、积分电路模块和程控放大模块后输入窄带跟踪滤波模块；

步骤五、所述第一振动传感器的脉宽调制信号同时输入窄带跟踪滤波模块并作为窄带跟踪滤波模块的时钟频率，依据步骤三，参照波形频率与窄带跟踪滤波模块的中心频率一致，所述第二振动传感器在第二测点的振动信号经窄带跟踪滤波模块后通过A/D转换模块输入测量装置，测量装置计算所述第一振动传感器的参照波形与第二振动传感器在第二测点所测振动波形的相位差φ₂并记录；

步骤六、测量装置对记录的相位差φ₂和相位差φ₁作差值运算，

φ₂₁＝φ₂-φ₁

所得值φ₂₁为旋转机械第一测点和第二测点振动信号的相对相位，如此得出旋转机械不同测点振动信号的相对相位。

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