CN109798303B - 一种闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线监测系统，包括轴承两端能够作为极板使用的两个密封圈，在密封圈上连接并引出导线，两个密封圈分别通过导线连接一个模拟开关，两个模拟开关连接一个共同的电容测量电路和两个独立的电荷测量电路，通过模拟开关控制极板与选定的电路连接，模拟开关连接嵌入式系统的数字端口，嵌入式系统控制产生控制信号切换模拟开关，嵌入式系统与进行信号分析的上位机电连接，将轴承两侧的密封圈作为电容测量的电极以及两个电荷测量电路的感应电极，从而使系统能对轴承的润滑油状态及电荷信息进行采集，从而能够在线对润滑油状态进行综合监测，同时也能对轴承的部分故障进行监测，具有精度高、使用方便、操作灵活的特点。
Description
技术领域
本发明涉及工业设备监测仪器技术领域，特别涉及一种闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线监测系统。
背景技术
轴承是机械设备必不可少的零件，它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦，并保证其回转精度。轴承润滑油状态对轴承工作状态起着决定性作用。目前，随着智能算法、大数据等的高速发展以及其在机器人上的应用，智能机器人成为当今的热点研究领域。机器人系统需要对各个部位的状态进行监测从而获取机器人的工作状态，轴承在机器人的动作执行中发挥着不可替代的作用。随着设备的运转，润滑油会受环境影响吸收水分、混入灰尘，同时也会在高温、高压等条件下发生氧化、分解等劣化过程，也会混入金属颗粒降低摩擦效能，润滑油在使用过程中也有发生泄漏的可能。这些过程都会导致轴承润滑效能降低，严重影响设备的正常运行。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线监测系统，能够对润滑油状态进行综合监测，同时也能对轴承的部分故障进行监测，具有精度高、使用方便、操作灵活的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线监测系统，包括轴承两端能够作为极板使用的两个密封圈3，在密封圈3上连接并引出导线8，两个密封圈3分别通过导线8连接一个模拟开关7，两个模拟开关7连接一个共同的电容测量电路和两个独立的电荷测量电路，通过模拟开关7控制极板与选定的电路连接，模拟开关7连接嵌入式系统的数字端口，嵌入式系统控制产生控制信号切换模拟开关7，嵌入式系统与进行信号分析的上位机电连接。
所述轴承类型包括滑动轴承、关节轴承、滚动轴承及深沟球轴承。
所述电容测量电路采用交流激励电容测量电路，具体包括交流激励信号源、电容电压转换电路、交流放大电路、乘法解调电路、低通滤波电路，交流激励信号源通过模拟开关与电容的一端极片连接，另一极片连接电容电压转换电路，信号依次进过交流放大电路、乘法解调电路、低通滤波电路输出最终测量信号，低通滤波电路的输出即为表征电容量大小的电压信号，低通滤波电路的输出连接模拟数字转换器的信号输入端。
所述两个独立的电荷测量电路均包括电荷电压转换电路和电压放大电路，电荷电压转换电路连接模拟开关7，当模拟开关7动作使两个密封圈电极分别连接电荷测量电路时，电荷电压转换电路将密封圈电极上的电荷量转换为初级电压信号，初级电压信号连接电压放大电路，从而提高信噪比，电压放大电路的输出连接模拟数字转换器的信号输入端。
所述嵌入式系统特别地应包含通讯模块及模拟数字转换器模块，且模拟数字转换器包含至少两路信号采集通道。
所述密封圈3的外部材料为非金属，能够避免与轴承发生等电位电气连接。
所述的测量电路，需使其地电位与轴承支座通过金属连接使轴承支座与电路板地电位等电势，从而达到电场屏蔽的效果。
本发明专门针对闭式轴承，利用闭式轴承带有密封圈这一特点，对轴承两侧的密封圈进行改进，使其形成电容测量的一组电极以及两个电荷测量电路的感应电极，从而使系统能对轴承的润滑油状态及电荷信息进行采集，从而能够在线对润滑油状态进行综合监测，同时也能对轴承的部分故障进行监测。该系统能在现有轴承基础上实现对目标的监测，非常适用于各类设备轴承的在线监测。
附图说明
图1是监测系统结构图。
图2是嵌入式系统程序流程图。
图3为电容测量电路图。
图4为电荷测量电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，一种闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线监测系统，包括轴承两端能够作为极板使用的两个密封圈3，所述轴承类型包括滑动轴承、关节轴承、滚动轴承及深沟球轴承。所述密封圈3的外部材料为非金属，能够避免与轴承发生等电位电气连接。
在密封圈3上连接并引出导线8，两个密封圈3分别通过导线8连接一个模拟开关7，两个模拟开关7共同连接一个电容测量电路和两个独立的电荷测量电路，通过模拟开关7控制极板与特定的电路连接，从而获取两个极板形成电容结构时的电容值以及两个极板形成静电电极时的两路静电信号，所述的测量电路，需使其地电位与轴承支座通过金属连接使轴承支座与电路板地电位等电势，从而达到电场屏蔽的效果。
模拟开关7连接嵌入式系统的数字端口，嵌入式系统控制产生控制信号切换模拟开关7，嵌入式系统与上位机电连接，将信号发送给上位机，上位机对信号进行分析，实现对闭式轴承内部润滑油及轴承故障进行检测。
如图1所示，首先对闭式轴承的密封圈3进行改动，按照密封圈3的种类分别进行操作：当密封圈3材质为金属骨架外包裹非金属时，通过刮削或其他操作使密封圈3外侧中心部位的金属骨架外露一定面积，需保证金属骨架不与轴承内圈4、轴承外圈1、滚珠2、保持架5发生接触，同时使该外露部分金属能用于焊接并连接电极；当密封圈3材质为单纯非金属时，在密封圈3外部粘合与密封圈3尺寸稍小的圆环形金属电极6，确保金属电极6与轴承内圈4、轴承外圈1不发生接触，金属电极6与密封圈3通过胶水粘合。
所述嵌入式系统特别地应包含通讯模块及模拟数字转换器模块，且模拟数字转换器包含至少两路信号采集通道。
嵌入式系统程序流程图如图2所示，在系统初始化后，通过模拟开关控制极板与特定的电路连接从而获取两个极板形成电容结构时的电容值以及两个极板形成静电电极时的两路静电信号，模拟开关7的切换通过嵌入式系统控制。首先，当测量电容信号时，控制模拟开关7使极板接入电容测量电路，获取电路的电压输出信号并通过RS232或RS485或以太网发送给上位机。然后，当测量静电信号时，控制模拟开关7使极板接入两个电荷测量测量电路，获取电路的电压输出信号并发送给上位机。在设置好模拟开关7后，嵌入式系统控制模拟数字转换器采集一路电容测量电路信号或两路静电信号，并通过通讯接口发送给上位机，上位机在接收到信号后对信号进行显示、分析、存储、调用等操作，从而形成一个闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线监测系统，同时嵌入式系统也可以对信号进行分析、检测。
参见图3，所述电容测量电路采用交流激励电容测量电路，具体包括交流激励信号源、电容电压转换电路、交流放大电路、乘法解调电路、低通滤波电路，交流激励信号源通过模拟开关与电容的一端极片连接，另一极片连接电容电压转换电路，然后信号依次进过交流放大电路、乘法解调电路、低通滤波电路输出最终测量信号，低通滤波电路的输出即为表征电容量大小的电压信号，低通滤波电路的输出连接模拟数字转换器的信号输入端；当两个模拟开关7接通时，两个密封圈电极形成测量电容Cx接入电容测量电路，交流激励信号连接其中一个密封圈电极，另一个密封圈电极连接运放反向输入端，即可实现对待测电容的测量。
参见图4，所述两个独立的电荷测量电路均包括电荷电压转换电路和电压放大电路，电荷电压转换电路连接模拟开关7，当模拟开关7动作使两个密封圈电极分别连接两个电荷测量电路时，电荷电压转换电路将密封圈电极上的电荷量转换为初级电压信号，初级电压信号连接电压放大电路，从而提高信噪比，电压放大电路的输出连接模拟数字转换器的信号输入端。
本发明的工作原理是：
由于润滑油的绝缘性，金属颗粒的带电性会在润滑油中持续一段时间，静电信号用于检测润滑油中滚珠与轴承碰撞产生的带电金属。电容信号用于检测润滑油状态的劣化。润滑油的劣化，例如含水量增加、润滑油金属杂质含量增加、PH值变化、润滑油渗漏都会导致电容值发生变化。
该系统通过电极功能的切换分别获取电容与静电信息，通过电容值的测量获取润滑油的油品状态变化，以及通过静电信号对轴承荷电现象进行监测，从而达到闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线检测的目的。包括润滑油的油品检测、润滑油泄露检测、滚珠及内外圈磨损检测。当润滑油油品质劣化时，如含水量增加、金属磨粒含量增加均会使电容值变大，而润滑油泄露会是电容值减少，滚珠及内外圈磨损均会产生金属带电颗粒，静电传感器可以感应带电颗粒信息，同时内外圈及滚珠上发生故障时，发生的不同的磨粒带电现象。
Claims (7)
1.一种闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线监测系统，其特征在于，包括轴承两端能够作为极板使用的两个密封圈(3)，在密封圈(3)上连接并引出导线(8)，两个密封圈(3)分别通过导线(8)连接一个模拟开关(7)，两个模拟开关(7)连接一个共同的电容测量电路和两个独立的电荷测量电路，通过模拟开关(7)控制极板与选定的电路连接，模拟开关(7)连接嵌入式系统的数字端口，嵌入式系统控制产生控制信号切换模拟开关(7)，嵌入式系统与进行信号分析的上位机电连接。
2.根据权利要求1所述的一种闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线监测系统，其特征在于，所述轴承类型包括滑动轴承、关节轴承、滚动轴承及深沟球轴承。
3.根据权利要求1所述的一种闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线监测系统，其特征在于，所述电容测量电路采用交流激励电容测量电路，具体包括交流激励信号源、电容电压转换电路、交流放大电路、乘法解调电路、低通滤波电路，交流激励信号源通过模拟开关与电容的一端极片连接，电容另一极片连接电容电压转换电路，信号依次进过交流放大电路、乘法解调电路、低通滤波电路输出最终测量信号，低通滤波电路的输出即为表征电容量大小的电压信号，低通滤波电路的输出连接模拟数字转换器的信号输入端。
4.根据权利要求1所述的一种闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线监测系统，其特征在于，所述两个独立的电荷测量电路均包括电荷电压转换电路和电压放大电路，电荷电压转换电路连接模拟开关(7)，当模拟开关(7)动作使两个密封圈电极分别连接电荷测量电路时，电荷电压转换电路将密封圈电极上的电荷量转换为初级电压信号，初级电压信号连接电压放大电路，从而提高信噪比，电压放大电路的输出连接模拟数字转换器的信号输入端。
5.根据权利要求1所述的一种闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线监测系统，其特征在于，所述嵌入式系统特别地应包含通讯模块及模拟数字转换器模块，且模拟数字转换器包含至少两路信号采集通道。
6.根据权利要求1所述的一种闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线监测系统，其特征在于，所述密封圈(3)的外部材料为非金属，能够避免与轴承发生等电位电气连接。
7.根据权利要求1所述的一种闭式轴承润滑油状态及轴承故障在线监测系统，其特征在于，所述的测量电路，需使其地电位与轴承支座通过金属连接使轴承支座与电路板地电位等电势，从而达到电场屏蔽的效果。
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