CN109884332A - 一种离心机转速测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离心机转速测量系统，包括振动传感器、适调器、数据采集卡、信号发生器和PC；振动传感器固定在离心机外壳振动敏感处，振动传感器输出端与调试器输入端连接，调试器输出端与数据采集卡输入端连接，数据采集卡输出端与PC连接，信号发生器输出端与数据采集卡输入端连接，信号发生器输入端输入激励信号。本发明通过固定在离心机外壳振动敏感处的振动传感器采集振动信号，基于振动信号测量离心机的转速，振动传感器安装在外壳上，安装简单，同时不会对离心机的运行造成干扰，提高了测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种离心机转速测量系统，属于离心机测量领域。
背景技术
离心机生产出来后，为保证离心机在工作，需要对其进行转速测量，传统的测量方法为光电式和磁电式转速测量方法，这些方法需要将传感器安装到离心机内部，传感器安装过程复杂，同时难免会影响离心机的运转，影响测量精度。
发明内容
本发明提供了一种离心机转速测量系统，解决了传统测量方式所具备的上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种离心机转速测量系统，包括振动传感器、适调器、数据采集卡、信号发生器和PC；
振动传感器固定在与转轴支架相连的离心机外壳振动敏感处，振动传感器输出端与调试器输入端连接，调试器输出端与数据采集卡输入端连接，数据采集卡输出端与PC连接，信号发生器输出端与数据采集卡输入端连接，信号发生器输入端输入激励信号。
振动传感器为压电式加速度传感器。
振动传感器通过固定安装件固定，固定安装件包括依次铰接的若干固定板，一端的固定板上固定有皮带，并且该固定板的内侧固定有吸盘，另一端的固定板上铰接有与皮带配合的皮带头，并且该固定板的内侧固定有吸盘，中部的固定板上开有通孔，通孔内穿有螺杆，位于中部固定板内侧的螺杆端部固定有开有卡槽的卡块，卡槽用以放置振动传感器，位于中部固定板外侧的螺杆杆身上拧有螺母。
调试器为单通道恒流适调器。
所述离心机转速测量系统还包括交直流变换器，交直流变换器输入端连接交流电源，交直流变换器输出端连接适调器和信号发生器，直流变换器为适调器和信号发生器供电，直流变换器为信号发生器提供激励信号。
PC内搭载有基于LabVIEW的测量系统，包括判别模块、主频计算模块、FFT分析模块和数据采集模块；
数据采集模块：从数据采集卡获取测量信号；
FFT分析模块：采用快速傅里叶变换对测量信号进行频谱分析，获取其频率的组成成分；
主频计算模块：根据频谱分析结果，计算离心机的频率和转速；
判别模块：判断计算获得的转速是否在理论范围内。
还包括展示模块，展示模块：展示数据采集模块获取的测量信号、FFT分析模块的分析结果、主频计算模块的计算结果以及判别模块的判别结果。
还包括存储模块，存储模块：存储数据采集模块获取的测量信号、FFT分析模块的分析结果、主频计算模块的计算结果以及判别模块的判别结果。
本发明所达到的有益效果：1、本发明通过固定在离心机外壳振动敏感处的振动传感器采集振动信号，基于振动信号测量离心机的转速，振动传感器安装在外壳上，安装简单，同时不会对离心机的运行造成干扰，提高了测量精度；2、本发明的固定安装件采用双重固定，能保证振动传感器的安装牢固，同时多个固定板铰接结构能贴靠不同离心机的外壳。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为固定安装件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种离心机转速测量系统，包括振动传感器、适调器、数据采集卡、信号发生器、PC（个人计算机）和交直流变换器。
振动传感器固定在与转轴支架相连的离心机外壳振动敏感处，振动传感器输出端与调试器输入端连接，调试器输出端与数据采集卡输入端连接，数据采集卡输出端与PC连接，PC为自带电源的PC，信号发生器输出端与数据采集卡输入端连接，交直流变换器输入端连接交流电源，交流电源为220V的交流电源，交直流变换器输出端连接适调器和信号发生器，直流变换器为适调器和信号发生器供电，直流变换器为信号发生器提供激励信号。
振动传感器为压电式加速度传感器，型号为CA-YD-1182T，该传感器为IEPE（压电集成电路）型，小型轻量，频率范围宽，动态范围宽，性价比好。振动传感器将离心机外壳的振动信号转换为模拟电压信号，并将模拟电压信号传递给适调器，振动传感器所需工作电压由适调器提供。
振动传感器最简便的固定方式是，直接用强力胶将振动传感器粘在在离心机外壳振动敏感处，但是强力胶很难清除，清除时很容易损伤壳体，因此这里设计如图2所示的固定安装件，通过固定安装件安装振动传感器，具体包括依次铰接的若干固定板1，一端的固定板1上固定有皮带3，并且该固定板1的内侧固定有吸盘2，另一端的固定板1上铰接有与皮带3配合的皮带头4，并且该固定板1的内侧固定有吸盘2，中部的固定板1上开有通孔，通孔内穿有螺杆5，位于中部固定板1内侧的螺杆5端部固定有开有卡槽的卡块6，卡槽用以放置振动传感器，放置在卡槽内的振动传感器部分露出卡槽（振动传感器横向放置，露出的部分约为振动传感器的1/7），用以与离心机外壳贴靠，位于中部固定板1外侧的螺杆5杆身上拧有螺母7。
固定安装件的工作过程如下：将振动传感器卡入卡槽，振动传感器露出卡槽的部分贴靠在离心机外壳敏感处，将两端固定板1上的吸盘2吸住离心机外壳，同时保证所有固定板1拉紧展开，通过皮带头4扣住皮带3，转动螺母7将卡槽压死。
该固定安装件采用双重固定（吸盘2和皮带3），能保证振动传感器的安装牢固。常见的离心机外壳为圆柱形的，但是还有一些不规则的外壳，该固定安装件中采用多个固定板1铰接结构，能贴靠不同离心机的外壳。
适调器为单通道恒流适调器，型号为YE3822A，该适调器性能特点为：体积小、重量轻、频率范围宽、工作可靠可内/外供电方式、内置升压电路提供振动传感器合适的工作电压。适调器接收来自振动传感器的模拟电压信号，并将模拟电压信号经过调理后送入数据采集卡中。
数据采集卡为TiePie制造商生产制造的Handyscope HS4采集卡，该数据采集卡是一款低功耗的四通道数据采集仪器，它的具体指标为50M/s采样，可变分辨率的调节范围是12-16位，每个通道的存储深度都是128K，数据采集卡不需外接电源，由USB（通用串行总线）与PC相连。数据采集卡对来自适调器或信号发生器的模拟电压信号进行模数转换，将转换后的数字电压信号通过USB（通用串行总线）接口送入PC。
交直流变换器可将输入的220V交流电变换成一个5V直流电和一个12V直流电，5V直流电供给适调器，作为适调器的工作电源，12V直流电供给信号发生器，作为信号发生器的激励源和工作电源。
信号发生器由7805三端稳压集成电路、DSP（数字信号处理器）开发板和滤波电路等组成（由于为常见结构，这里不详细描述），其作用是产生一个正弦的调试信号，用该调试信号对PC内搭载的测量系统做基本测试，并调试测量系统的主要模块。
考虑到便携性和方便，PC采用笔记本电脑，为ThinkPadE430c笔记本电脑，操作系统是Windows 7 64位旗舰版，处理器是英特尔第三代酷睿2.3GHz的双核I3-3337U，内存为8GB （三星 DDR3 1600MHz / 三星 DDR3L 1600MHz），电脑的配置对显示和刷新有一定的影响，电脑的内存和处理器配置高可以提高动态监测的实时性。
PC内搭载有基于LabVIEW的测量系统，包括判别模块、主频计算模块、FFT分析模块、数据采集模块、展示模块、存储模块和配置模块。
配置模块：配置采集、分析、计算、判别、展示、存储中需使用的参数；如：存储通道、显示的坐标尺度、误差等。
数据采集模块：从数据采集卡获取测量信号。初始时，向数据采集卡发出转换触发信号，数据采集卡进行数模转换，转换结束后，获取测量信号（即数字电压信号）。
FFT分析模块：采用快速傅里叶变换对测量信号进行频谱分析，获取其频率的组成成分。这里采用的是基2时析型FFT，通过该算法对数字电压信号分析（由于基2时析型FFT为常见的算法，这里不详细描述了），获得清晰的频谱图，从图中可直观的获得频率的组成成分。
主频计算模块：根据频谱分析结果，计算离心机的频率和转速。
对FFT后的数据去除直流分量，剩下的就是一些谐波成分（按理说，所有的谐波成分都有，只不过，幅值都不太一样，有的幅值很大，有的很小），每个谐波成分都代表这一定的频率，此处，幅值最大的谐波成分就对应为离心机的频率，把频率乘以60即为转速。
判别模块：判断计算获得的转速是否在理论范围内。
将获得的转速与理论范围进行比较，若在范围内，则表明离心机运转正常，在展示模块显示正常状态（如用绿色指示灯表明正常），否则表明离心机运转不正常，在展示模块显示不正常状态（如用红色指示灯表明正常）；其中，理论的上限值=理论转速上限+理论转速上限×误差，理论的下限值=理论转速下限-理论转速下限×误差，误差一般设置为5%。
展示模块：展示数据采集模块获取的测量信号、FFT分析模块的分析结果、主频计算模块的计算结果以及判别模块的判别结果。
存储模块：存储数据采集模块获取的测量信号、FFT分析模块的分析结果、主频计算模块的计算结果以及判别模块的判别结果。
上述系统通过固定在离心机外壳振动敏感处的振动传感器采集振动信号，基于振动信号测量离心机的转速，振动传感器安装在外壳上，安装简单，同时不会对离心机的运行造成干扰，提高了测量精度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种离心机转速测量系统，其特征在于：包括振动传感器、适调器、数据采集卡、信号发生器和PC；
振动传感器固定在与转轴支架相连的离心机外壳振动敏感处，振动传感器输出端与调试器输入端连接，调试器输出端与数据采集卡输入端连接，数据采集卡输出端与PC连接，信号发生器输出端与数据采集卡输入端连接，信号发生器输入端输入激励信号。
2.根据权利要求1所述的一种离心机转速测量系统，其特征在于：振动传感器为压电式加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种离心机转速测量系统，其特征在于：振动传感器通过固定安装件固定，固定安装件包括依次铰接的若干固定板，一端的固定板上固定有皮带，并且该固定板的内侧固定有吸盘，另一端的固定板上铰接有与皮带配合的皮带头，并且该固定板的内侧固定有吸盘，中部的固定板上开有通孔，通孔内穿有螺杆，位于中部固定板内侧的螺杆端部固定有开有卡槽的卡块，卡槽用以放置振动传感器，位于中部固定板外侧的螺杆杆身上拧有螺母。
4.根据权利要求1所述的一种离心机转速测量系统，其特征在于：调试器为单通道恒流适调器。
5.根据权利要求1所述的一种离心机转速测量系统，其特征在于：所述离心机转速测量系统还包括交直流变换器，交直流变换器输入端连接交流电源，交直流变换器输出端连接适调器和信号发生器，直流变换器为适调器和信号发生器供电，直流变换器为信号发生器提供激励信号。
6.根据权利要求1所述的一种离心机转速测量系统，其特征在于：PC内搭载有基于LabVIEW的测量系统，包括判别模块、主频计算模块、FFT分析模块和数据采集模块；
数据采集模块：从数据采集卡获取测量信号；
FFT分析模块：采用快速傅里叶变换对测量信号进行频谱分析，获取其频率的组成成分；
主频计算模块：根据频谱分析结果，计算离心机的频率和转速；
判别模块：判断计算获得的转速是否在理论范围内。
7.根据权利要求6所述的一种离心机转速测量系统，其特征在于：还包括展示模块，展示模块：展示数据采集模块获取的测量信号、FFT分析模块的分析结果、主频计算模块的计算结果以及判别模块的判别结果。
8.根据权利要求6所述的一种离心机转速测量系统，其特征在于：还包括存储模块，存储模块：存储数据采集模块获取的测量信号、FFT分析模块的分析结果、主频计算模块的计算结果以及判别模块的判别结果。
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