CN103644863A

CN103644863A - 贯流风叶径向圆跳度非接触在线诊断装置与方法

Info

Publication number: CN103644863A
Application number: CN201310648101.5A
Authority: CN
Inventors: 宋寿鹏; 杨阳; 赵腾飞; 王云蛟; 刘立朝
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2014-03-19

Abstract

本发明提供一种贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断装置与方法。该装置包括传感器模块、信号调理处理模块、电源模块、单片机中央信息处理单元模块、液晶（LCD）诊断显示模块、声光报警模块。该方法主要是以激光三角法为原理的激光位移传感器对贯流风叶的多处圆跳度参数进行非接触式在线测量，诊断贯流风叶质量是否合格，而激光三角法是以经典的光学三角原理为基础，当物面移动时，其位移方向与接收光路光轴形成一夹角。本发明可在线诊断贯流风叶径向圆跳度，具有自动化程度高、诊断可靠以及诊断效率高，可实现不同规格贯流风叶的非接触诊断。

Description

贯流风叶径向圆跳度非接触在线诊断装置与方法

技术领域

本发明涉及产品监测与诊断技术领域，主要用于在线监测叶片圆跳动参数，特别适用于空调等贯流风叶轮圆跳动的检测，具有被测参数显示、合格与不合格报警显示功能。

背景技术

贯流风叶作为空调及气体输送设备的重要零部件，其几何特性参数将直接影响空调的噪声水平及风量输送效能，因此对贯流风叶结构几何参数有着较高的要求。其中，贯流风叶的圆跳动是其结构几何参数中最重要的参数之一，提出一种自动化非接触在线诊断装置是市场所迫切需要。

目前国内外对贯流风叶的监测方法可以分为两类：一是采用人工方式，通过百分表等器具测量圆跳动，再由工人根据诊断标准主观评估与判断；二是借助于测量仪器进行圆跳动参数的测量以及超限报警。根据资料检索结果，于本发明相关的几种圆跳动检测方法主要是基于运用激光检测技术及机器视觉检测技术（[1]太友科技.跳动测试(T01)[EB/OL]；[2]向胜梅.非连续回转面径向跳动测量数据处理系统研究[D].硕士学位论文.长春:长春理工大学,2008年；），这类技术对系统硬件要求高，开发成本高、难度大，对不同产品的测量需要重新标定，适应性不强。而对应的激光检测技术采用衍射法，只适用于小量程的精密测量，以激光扫描法为原理的圆跳动测量仪目前只能测量轴类零件的单点径向圆跳动参数。人工方式存在监测效率低、监测结果受人为主观因素影响大、长时间监测易使工人视觉疲劳等不足，采用测量仪器只能对单一的圆跳动参数进行测量与超限报警。

发明内容

本发明的目的是提出一种贯流风叶径向圆跳度非接触在线诊断装置，采用以单片机为核心的硬件结构，能够实现实时、在线、非接触的对风叶圆跳度质量诊断

本发明提出的贯流风叶径向圆跳度非接触在线诊断装置，主要包括：

（1）传感器模块，包括贯流风叶径向圆跳动测量传感器与贯流风叶探测传感器，前者用于测量贯流风叶径向圆跳动，作为故障诊断的监测信号源；后者用于判断贯流风叶放置情况，智能启动径向圆跳动测量程序；

（2）信号调理模块，对传感器信号输出信号进行滤波以及限幅处理，用于单片机输入；

（3）电源模块，将AC-DC输出的5V直流电源进行转换，用于传感器、信号调理电路、单片机、声光报警以及LCD显示屏供电；

（4）单片机中央信息处理单元模块，用于接受传感器检测信号，对数据进行运算处理、故障诊断与决策，并通过显示模块实时显示贯流风叶故障状态信息以及径向圆跳动参数值；

（5）液晶（LCD）诊断显示模块，用于接收单片机的显示信息，显示故障诊断结果和贯流风叶径向圆跳动参数；

（6）声光报警模块，分别用绿、红两种颜色的LED分别显示贯流风叶径向圆跳动合格与故障时的状态，对超出阈值的不合格产品，蜂鸣器出现报警提示。

上述装置中的各模块主要包括：

（1）传感器模块是激光测量传感器收发电路，用于检测风叶轮径向圆跳度，光电传感器检测检测风叶的放置与否。

（2）模拟信号处理模块具有放大、滤波、信号幅度衰减功能，使传感器输出稳定信号。

（3）电源模块将AC-DC输出的+5V、±15V、+24V直流电，给传感器、信号调理、LCD显示及单片机供电。

（4）单片机中央信息处理单元模块采用C8051F020单片机，将传感器采集到的数据送入单片机，记录下采集到的数据，并进行贯流风叶径向圆跳度的诊断与识别。

（5）LCD诊断显示模块实时显示诊断结果和圆跳动的相关参数。

（6）声光报警系统，用绿、红两种颜色分别显示风叶圆跳动质量是否合格，并对超出阈值的不合格产品输出音频报警。

贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断方法，其包括如下步骤：

（1）初始化系统，初始化完成后，通过贯流风叶探测传感器的输出来判断是否已放置工件，此时，接近开关在下降沿有效；

（2）当放置工件后，贯流风叶探测传感器将输出的控制信号送至步进电机控制系统启动电机运转；

（3）电机运转的同时选择模数转换通道采集贯流风叶径向圆跳度测量传感器的输出信号，循环采集一定采样点数，并通过算法计算出采集信号的最大值与最小值，如此循环采集三路传感器输出值并存储最值；

（4）数据处理程序主要是将采集的电压值的三组最值作差并转换为位移值，再将位移值与预存的阈值进行比较，进行声光报警显示，并将所得的圆跳动值在LCD屏上显示。

本发明提出了一种贯流风叶径向圆跳度在线诊断装置和方法，该方法主要以激光三角法为原理的激光测量传感器对风叶的径向圆跳度进行非接触式在线测量，而激光三角法是以经典的光学三角原理为基础，当物面移动时，其位移方向与接收光路光轴形成一夹角。该发明检测效率高，产线在线监测，成本低，适合大范围推广。

附图说明：

图1为本发明中贯流风叶径向圆跳度在线诊断装置结构框图。

图2为本发明中主程序流程图。

图3为本发明中传感器布设示意图。

图4为本实例中电路原理图。

具体实施方式：

下面结合附图及一个实施例对本发明作进一步的说明。

以下将结合附图和具体的实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

如图1所示，本发明的原理结构框图，本发明的装置硬件功能模块主要包括传感器模块、信号调理处理模块、电源模块、单片机中央信息处理单元模块、液晶（LCD）诊断显示模块、声光报警模块。。

如图2所示，本发明装置主程序流程图，首先初始化系统，初始化完成后，通过贯流风叶探测传感器输出来判断是否已放置工件；当检测放置工件后，将输出的控制信号送至步进电机控制系统启动电机运转；电机运转的同时选择模数转换通道采集激光传感器的输出信号，循环采集一定采样点数，并通过算法计算出采集信号的最大值与最小值，如此循环采集三路传感器输出值并存储最值；数据处理程序主要是将采集的最值（电压值）作差并转换为位移值，再将位移值与预存的阈值进行比较，进行声光报警显示，并将所得的圆跳动值在LCD屏上显示。

如图3所示为传感器的布设示意图，本发明中，电机1带动贯流风叶2旋转，在贯流风叶2一侧设有贯流风叶探测传感器3，此实施例中贯流风叶探测传感器3为慢反射型光电传感器（型号为M18）；所述贯流风叶侧还设有贯流风叶径向圆跳度测量传感器4，贯流风叶径向圆跳度测量传感器4主要采用了激光测量传感器（型号为LG5B65NU），，。所述的贯流风叶径向圆跳度测量传感器4中包括激光器5，会聚透镜6，以及光电探测器7，实例中，贯流风叶探测传感器3监测导轨上是否放置贯流风叶，并控制电机带动风叶轮转动，贯流风叶侧还设有贯流风叶径向圆跳度测量传感器4对风叶的径向圆跳度进行在线监测，所述所述的贯流风叶径向圆跳度测量传感器4的位置可以移动，从不同角度对贯流风叶进行探测。

如图4所示，本装置中电路原理图，其中，信号调理模块采用差分放大、滤波处理，运算放大器（型号为JRC4558）需要±12V供电，通过改变可调电阻，得到所需放大倍数。实例中，由于C8051F020单片机内部ADC的输入范围为0－VREF，VREF<3V，一般取VREF=2.5V，需要对传感器的输出进行信号幅度衰减，然而光电开关的工作电压采用的是12V，而C8051F020的I/O口的逻辑高电平为>2.4V，耐5V，也需要进行幅度衰减，为此我们采用了精密分压电路。

本装置中电源模块，系统外部供电电源采用AC-DC输出为+5V、+24直流电，供传感器、单片机、信号调理电路、声光报警及LCD诊断显示电路供电，激光传感器采用AC-DC提供的+24V，光电传感器工作电压为10-30VDC。

本装置中单片机中央信息处理单元电路中单片机型号为C8051F020，该单片机与C51系列单片机具有兼容的控制器内核，采用流水线结构，指令执行速度大大提高，本例中，其晶振为22MHz，将信号通过A\D转换输入单片机，采集注塑叶轮转动一圈得到的数据，根据实验所得数据阈值的判断比较。本实施例中，贯流风叶径向圆跳动的诊断：如果T＞T_H or T＞T_L（T_H,T_L为实验过程所得阈值点，T为实测值。），则端面圆跳动不合格。

本装置中LCD诊断显示，LCD显示器(型号为RT12864M-1)实时显示风叶径向圆跳度的相关参数，操作者可以清晰地了解参数，并做出正确的操作。

本装置中声光报警，采用了绿、红两种颜色LED表示圆跳动是否合格及蜂鸣器报警电路。实例中，绿、红两种颜色LED分别表示圆跳动合格与不合格，对超出阈值的不合格产品，蜂鸣器出现报警提示。

Claims

1.贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断装置，其特征在于：该装置包括：

（1）传感器模块，包括贯流风叶径向圆跳度测量传感器与贯流风叶探测传感器，前者用于测量贯流风叶径向圆跳动，作为故障诊断的监测信号源；后者用于判断贯流风叶放置情况，智能启动径向圆跳动测量程序；

（2）信号调理模块，对传感器输出信号进行滤波以及限幅处理，并输入到单片机系统中；

（3）电源模块，将AC-DC输出的直流电源进行转换，用于给传感器模块、信号调理模块、单片机、声光报警以及LCD显示屏供电；

（4）单片机中央信息处理单元模块，用于接收传感器检测信号，对数据进行运算处理、故障诊断与决策，并通过显示模块实时显示贯流风叶故障状态信息以及径向圆跳动参数值；

2.如权利要求1所述的贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断装置，其特征在于：所述的贯流风叶径向圆跳度测量传感器采用激光测量传感器；贯流风叶探测传感器采用光电开关传感器。

3.如权利要求1所述的贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断装置，其特征在于：所述的模拟信号处理模块具有放大、滤波、信号幅度衰减功能，使传感器输出稳定信号。

4.如权利要求1所述的贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断装置，其特征在于：所述的电源模块将AC-DC输出直流电源进行转换，转换为+5V、±15V、+24V直流电，给传感器模块、信号调理模块、LCD显示模块及单片机供电。

5.如权利要求1所述的贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断装置，其特征在于：所述的单片机中央信息处理单元模块采用C8051F020单片机，将传感器采集到的数据送入单片机，记录下采集到的数据，并进行贯流风叶径向圆跳度的诊断与识别。

6.如权利要求1所述的贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断装置，其特征在于：所述的LCD诊断显示模块实时显示诊断结果和圆跳动的相关参数。

7.贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断方法，其特征在于：其包括如下步骤：

（4）数据处理程序主要是将采集的电压值的最值作差并转换为位移值，再将位移值与预存的阈值进行比较，进行声光报警显示，并将所得的圆跳动值在LCD屏上显示。