CN101788332A - 一种转速跟踪的振动测量系统 - Google Patents
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Abstract
一种转速跟踪的振动测量系统，由信号调理电路、信号数字化电路、网络通讯电路和上位计算机构成，信号调理电路接收来自于振动传感器的振动信号和来自于转速传感器的转速信号，信号数字化电路对振动信号进行模数转换，信号数字化电路对转速信号进行脉冲捕获，将转速触发时刻嵌入到数据流中，网络通讯电路将信号数字化电路处理过的振动信号和转速信号进行封装及发送，上位计算机扫描每一个上传数据包并通过检测转速信号的到来以及转速值来实时获取转速信号的到达时刻，上位计算机根据转速信号对数据包中振动信号进行阶比分析、并按转速进行振动信号的分类处理。实现了转速同步采样，并可避免制动时的误报警，记录不同转速下的振动量，便于故障诊断。
Description
技术领域
本发明涉及电学领域，尤其涉及工业设备的振动信号检测技术，特别是一种转速跟踪的振动测量系统。
背景技术
部分机械设备的转速不是恒定的。在其工作过程中，设备的振动幅值和频谱随转速的变化相当大。现有技术中的振动分析工具，只适合于恒转速时的分析，不适合用于分析不恒定转速的设备振动。另外，有一些设备还会出现紧急减速和频繁制动的情况，此时振动幅值很大，如果对转速不进行实时跟踪，制动冲击振动容易触发误报警并被错误记录。
发明内容
本发明的目的是提供一种转速跟踪的振动测量系统，所述的这种转速跟踪的振动测量系统要解决现有技术中不能准确实时记录不恒定转速设备的振动信号的技术问题。
为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：
本发明的这种转速跟踪的振动测量系统由信号调理电路、信号数字化电路、网络通讯电路和上位计算机构成，其中，所述的信号数字化电路与信号调理电路连接，所述的网络通讯电路与信号数字化电路连接，所述的上位计算机通过网络与网络通讯电路连接，信号调理电路接收来自于振动传感器的振动信号和来自于转速传感器的转速信号，信号调理电路对所述的振动信号进行放大、滤波、积分和幅度调节处理，信号调理电路对所述的转速信号进行去毛刺和幅度调节处理，信号数字化电路对振动信号进行模数转换，信号数字化电路对转速信号进行脉冲捕获，网络通讯电路将信号数字化电路处理过的振动信号和转速信号进行封装及发送，信号数字化电路在处理振动信号和转速信号的过程中，将转速触发时刻嵌入到数据流中，上位计算机扫描每一个上传的数据包并通过检测转速信号的到来以及转速值来实时获取转速信号的到达时刻，上位计算机根据转速信号对数据包中振动信号进行阶比分析、并按转速进行振动信号的分类处理。
进一步的，所述的信号数字化电路中设置有数字信号处理器，所述的数字信号处理器连接有存储器，数字信号处理器按UDP(用户数据报协议)在所述的存储器中先设置一个以上数目的缓冲区，所述的缓冲区构成一个循环队列，缓冲区由头标志+转速事件标志+振动信号数据区+第一转速寄存器值+第二转速寄存器值组成，任意一个UDP包的总长度均为524字节，其中振动信号数据区的长度为512字节，标志区和转速寄存器的存储长度为12字节，再由所述的上位计算机向数字信号处理器发送采集命令，在转速脉冲信号到达之前，信号数字化电路等待转速脉冲信号，每个缓冲区中的数据区被填充满后，就向上位计算机发送，发送完后，将缓冲区标志清空后循环继续使用，信号数字化电路检测到转速脉冲信号时，触发振动的采样信号，数字信号处理器将定时寄存器清0，并启动一个32位的定时器，开始对60MHz的时钟计数，同时按采样频率对振动信号进行采集，将采集的信号幅值封装到UDP包中，通过网络向上位计算机发送，上位计算机扫描收到的UDP包中的标志，上位计算机根据所述的UDP包中的标志判断转速脉冲事件，并据此处理振动信号值。
进一步的，所述的信号调理电路连接有两路转速信号，信号数字化电路检测到第一路转速脉冲信号时，捕获并锁定定时计数器的值，将锁定的定时器计数值送到当前的UDP包的最尾部的4个字节，并在此缓冲区的头部设置标志位，信号数字化电路检测到第二路转速脉冲信号时，将定时器计数器的值附加到当前振动信号UDP包的最尾部的倒数第5到第8个缓冲区内，同样在头部附加标志位。
进一步的，所述的采样频率是51.2KHz、或者102.4KHz、或者204.8KHz。
进一步的，所述的网络通讯电路中设置有无线网络电路。
具体的，本发明中所述的信号调理电路、信号数字化电路、网络通讯电路、上位计算机、阶比分析、信号分类处理、数字信号处理器和UDP(用户数据报协议)均采用现有技术中的公知技术方案，有关上述公知技术方案，本领域的技术人员均已经了解，在此不再赘述。
本发明与已有技术相对比，其效果是积极和明显的。本发明利用信号数字化电路同时采集设备的振动信号和转速信号，实现了转速同步采样，从而为阶比分析提供了可能，并可避免制动时的误报警，记录不同转速下的振动量，便于故障的诊断与识别。
附图说明：
图1是本发明一种转速跟踪的振动测量系统的原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种转速跟踪的振动测量系统，由信号调理电路1、信号数字化电路2、网络通讯电路3和上位计算机4构成，其中，所述的信号数字化电路2与信号调理电路1连接，所述的网络通讯电路3与信号数字化电路2连接，所述的上位计算机4通过网络与网络通讯电路3连接，信号调理电路1接收来自于振动传感器的振动信号和来自于转速传感器的转速信号，信号调理电路1对所述的振动信号进行放大、滤波、积分和幅度调节处理，信号调理电路1对所述的转速信号进行去毛刺和幅度调节处理，信号数字化电路2对振动信号进行模数转换，信号数字化电路2对转速信号进行脉冲捕获，网络通讯电路3将信号数字化电路2处理过的振动信号和转速信号进行封装及发送，信号数字化电路2在处理振动信号和转速信号的过程中，将转速触发时刻嵌入到数据流中，上位计算机4扫描每一个上传的数据包并通过检测转速信号的到来以及转速值来实时获取转速信号的到达时刻，上位计算机4根据转速信号对数据包中振动信号进行阶比分析、并按转速进行振动信号的分类处理。
在图1所示的本发明的一个优选实施例中，信号调理电路1接收8路振动信号和2路转速信号。
进一步的，所述的信号数字化电路2中设置有数字信号处理器(图中未示)，所述的数字信号处理器连接有存储器(图中未示)，数字信号处理器按UDP(用户数据报协议)在所述的存储器中先设置一个以上数目的缓冲区，所述的缓冲区构成一个循环队列，缓冲区由头标志+转速事件标志+振动信号数据区+第一转速寄存器值+第二转速寄存器值组成，任意一个UDP包的总长度均为524字节，其中振动信号数据区的长度为512字节，标志区和转速寄存器的存储长度为12字节，再由所述的上位计算机4向数字信号处理器发送采集命令，在转速脉冲信号到达之前，信号数字化电路2等待转速脉冲信号，每个缓冲区中的数据区被填充满后，就向上位计算机4发送，发送完后，将缓冲区标志清空后循环继续使用，信号数字化电路2检测到转速脉冲信号时，触发振动的采样信号，数字信号处理器将定时寄存器清0，并启动一个32位的定时器，开始对60MHz的时钟计数，同时按采样频率对振动信号进行采集，将采集的信号幅值封装到UDP包中，通过网络向上位计算机4发送，上位计算机4扫描收到的UDP包中的标志，上位计算机4根据所述的UDP包中的标志判断转速脉冲事件，并据此处理振动信号值。
在所述的信号调理电路1连接两路转速信号的场合中，信号数字化电路2检测到第一路转速脉冲信号时，捕获并锁定定时计数器的值，将锁定的定时器计数值送到当前的UDP包的最尾部的4个字节，并在此缓冲区的头部设置标志位，信号数字化电路2检测到第二路转速脉冲信号时，将定时器计数器的值附加到当前振动信号UDP包的最尾部的倒数第5到第8个缓冲区内，同样在头部附加标志位。
进一步的，所述的采样频率是51.2KHz、或者102.4KHz、或者204.8KHz。
进一步的，所述的网络通讯电路3中设置有无线网络电路5。
具体的，本发明的一个优选实施例中采用高速数据采集技术，采样频率可以支持51.2KHz，102.4KHz，204.8KHz.。同时精确测量每次转速脉冲到达的时刻，精确到0.016us。这样，它就可以实现复杂的振动分析方法：阶比分析和按转速来进行振动信号的分类处理。其工作过程如下：
转速信号与振动信号同步传输的实现：
A.先申请若干个UDP缓冲构成一个循环队列。缓冲由头标志+转速事件标志+振动信号数据区+4字节的第一转速寄存器值+4字节第二转速寄存器值组成，每个UDP的包视内存情况分配长度，在此设备中总长度设为524字节。其中振动信号数据区为512字节。标志区和转速寄存器存储区占12字节。
转速脉冲启动振动信号的采集。
上位计算机4向本设备发送采集命令，在转速脉冲未到之前，设备一直等待，一旦转速脉冲到来后，即触发振动的采样信号。此时定时寄存器被清0。一个32位的定时器被启动，开始对60MHz的时钟计数。同时振动信号按采样频率(例如102.4KHz)进行采集，采集的信号幅值被封装到UDP包中，通过网络向上发送。如果没有转速脉冲，则每个UDP包缓冲中的数据区被填充满后，就向上位机发送。发送完后，此缓冲区标志清空，循环继续使用。
C.当有转速脉冲到来时，捕获沿锁定定时计数器的值，此时第一路转速将锁定的定时器计数值送到当前的UDP包的最尾部的4个字节，且在此缓冲区的头部设置标志位。如果有第二路转速到来，则将定时器计数器的值附加到当前振动信号UDP包的最尾部的倒数第5到第8个缓冲区内，同样，在头部附加标志位。
当此缓冲区数据区填满后，它被发送，发送完后，缓冲区标志清空，循环继续使用。
D.上位计算机4扫描收到的UDP包的标志。如果存在，就证明转速脉冲发生过，如果不存在，就证明此包采样的时间内，未有转速脉冲发生。
这样，上位计算机4就可以快速且精确地知道何时发生过转速事件，而且振动信号值也同时被接收到，可由上位计算机4进行各种处理。
Claims (5)
1.一种转速跟踪的振动测量系统，由信号调理电路、信号数字化电路、网络通讯电路和上位计算机构成，其特征在于：所述的信号数字化电路与信号调理电路连接，所述的网络通讯电路与信号数字化电路连接，所述的上位计算机通过网络与网络通讯电路连接，信号调理电路接收来自于振动传感器的振动信号和来自于转速传感器的转速信号，信号调理电路对所述的振动信号进行放大、滤波、积分和幅度调节处理，信号调理电路对所述的转速信号进行去毛刺和幅度调节处理，信号数字化电路对振动信号进行模数转换，信号数字化电路对转速信号进行脉冲捕获，网络通讯电路将信号数字化电路处理过的振动信号和转速信号进行封装及发送，信号数字化电路在处理振动信号和转速信号的过程中，将转速触发时刻嵌入到数据流中，上位计算机扫描每一个上传的数据包并通过检测转速信号的到来以及转速值来实时获取转速信号的到达时刻，上位计算机根据转速信号对数据包中振动信号进行阶比分析、并按转速进行振动信号的分类处理。
2.如权利要求1所述的转速跟踪的振动测量系统，其特征在于：所述的信号数字化电路中设置有数字信号处理器，所述的数字信号处理器连接有存储器，数字信号处理器按用户数据报协议在所述的存储器中先设置一个以上数目的缓冲区，所述的缓冲区构成一个循环队列，缓冲区由头标志+转速事件标志+振动信号数据区+第一转速寄存器值+第二转速寄存器值组成，任意一个UDP包的总长度均为524字节，其中振动信号数据区的长度为512字节，标志区和转速寄存器的存储长度为12字节，再由所述的上位计算机向数字信号处理器发送采集命令，在转速脉冲信号到达之前，信号数字化电路等待转速脉冲信号，每个缓冲区中的数据区被填充满后，就向上位计算机发送，发送完后，将缓冲区标志清空后循环继续使用，信号数字化电路检测到转速脉冲信号时，触发振动的采样信号，数字信号处理器将定时寄存器清0，并启动一个32位的定时器，开始对60MHz的时钟计数，同时按采样频率对振动信号进行采集，将采集的信号幅值封装到UDP包中，通过网络向上位计算机发送，上位计算机扫描收到的UDP包中的标志，上位计算机根据所述的UDP包中的标志判断转速脉冲事件，并据此处理振动信号值。
3.如权利要求2所述的转速跟踪的振动测量系统，其特征在于：所述的信号调理电路连接有两路转速信号，信号数字化电路检测到第一路转速脉冲信号时，捕获并锁定定时计数器的值，将锁定的定时器计数值送到当前的UDP包的最尾部的4个字节，并在此缓冲区的头部设置标志位，信号数字化电路检测到第二路转速脉冲信号时，将定时器计数器的值附加到当前振动信号UDP包的最尾部的倒数第5到第8个缓冲区内，同样在头部附加标志位。
4.如权利要求2所述的转速跟踪的振动测量系统，其特征在于：所述的采样频率是51.2KHz、或者102.4KHz、或者204.8KHz。
5.如权利要求1所述的转速跟踪的振动测量系统，其特征在于：所述的网络通讯电路中设置有无线网络电路。
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