CN109900350A - 转速与键相融合测试装置及其方法 - Google Patents

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符栋梁
沈宇斐
叶斐
冯海军
马振来
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Abstract

本发明涉及一种转速与键相融合测试装置及其方法，该装置包括测速齿轮盘、电涡流传感器、融合测试系统，测速齿轮盘中任一个测速齿的齿顶向外延伸一段或向内收缩一段作为键相标记，并将带有键相标记的测速齿轮盘安装在轴上；所述带有键相标记的测速齿轮盘上方架设电涡流传感器，所述电涡流传感器连接融合测试系统。本发明是在传统测速齿轮上进行简单改造，便可实现转速与键相的融合测试，无需在同一型设备轴上既加齿轮又开键相槽，减少了对被测旋转机械设备的测试工艺改造。本发明的测试装置可同时兼顾两种测试方法，既确保了转速测试高精度的优点，又可实现振动相位的测量，为现场动平和和后续振动故障诊断分析提供依据。

Description

转速与键相融合测试装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种旋转机械设备性能测试装置及其方法，尤其是一种转速、键相融合的测试装置及其方法。
背景技术
转速是旋转机械设备性能测试的一个重要特性参数，在工业领域占据重要地位，因为旋转机械设备的众多特性参数均与转速有密切关系。因此设备转速的测量对于旋转机械设备的质量和效率有着重要意义。为确保转速测试的可靠性和精度，一般旋转机械设备常用的转速测试方法是采用轴上附加齿轮盘，采用磁电式或电涡流传感器非接触式感应齿轮，轴每旋转一圈，传感器即可感应齿轮相应数量的脉冲数。齿轮的齿数越多，即传感器每转产生的脉冲数量越大，测量精度即越高。若采用最为传统的计数方式即用计数器对脉冲计数，若每秒计数N个，齿数为M个，则转速n＝60*N/M，单位r/min。
而键相测试主要目的是为了提取旋转机械设备的振动相位信息，常用于设备动平衡分析以及设备的故障分析和诊断。其原理是通过在被测轴上设置一个凹槽或凸键，称着键相标记。当这个凹槽或凸键转到探头安装位置时，相当于探头与被测面间距突变，传感器会产生一个脉冲信号，轴每转一圈，就会产生一个脉冲信号，产生的时刻表明了轴在每转周期中的位置。通过将脉冲与轴的振动信号比较，即可确定振动的相位角。因轴旋转一圈即产生一个脉冲，同样若每秒计数N个键相槽，其计数公式为转速n＝60*N，单位r/min。
若在一个测试或在线监测系统中想同时要兼顾键相与转速测试，则分别存在以下缺陷：
(1)若单独采用键相槽方案，振动相位可测量，但转速测量精度相对比较差，且转速更新相对较慢，尤其对于转速较低场合，如一台设备其转速为n,单位r/min，若系统要求转速更新周期为2s，则以2S为周期计数，则其误差为1/(2*(n/60))，若选择用M齿的齿轮盘测转速则其计数误差为1/(2*M*(n/60))，可见采用齿轮盘的精度始终为其M倍，如该型设备转速为3000，采用键相方案器误差为1％，即±30r/min，若采用60齿的齿轮盘，其误差为0.0167％，误差为±0.5r/min。
(2)若单独采用齿轮盘方案，转速精度可提高很多，单因轴旋转一圈有N个齿，无法认定轴上唯一的起始零点，因此，无法得出振动的相位。
(3)若在一套监测系统中同时采用两种方式，上述键相与转速问题虽然可解决，但存在以下缺点：
a.需要在轴上同时布置转速齿轮和开键相槽；b.需要分别为转速测量和键相测量架设两路传感器，同时布置两路线缆；c.需要在后端监测系统中增加两路测试系统，一套用于转速测量，一套用于键相测量。
发明内容
本发明是要提供一种转速与键相融合测试装置及其方法，用于解决在同一测试或状态监测系统满足转速和键相可同时兼顾测量的技术问题。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种转速与键相融合测试装置，包括测速齿轮盘、电涡流传感器、融合测试系统，所述测速齿轮盘中任一个测速齿的齿顶向外延伸一段或向内收缩一段作为键相标记，并将带有键相标记的测速齿轮盘安装在轴上；所述带有键相标记的测速齿轮盘上方架设电涡流传感器，所述电涡流传感器连接融合测试系统。
进一步，所述测速齿的齿顶向外延伸一段的距离为1mm，向内收缩一段的距离为1mm。
进一步，所述融合测试系统包括传感器供电电路、信号调理电路、高速ADC、CPU芯片、融合测试模块；传感器供电电路连接电涡流传感器，给电涡流传感器供电，所述电涡流传感器依次连接信号调理电路、高速ADC、CPU芯片、融合测试模块。
一种采用转速与键相融合测试装置的测试方法，首先，电涡流传感器输出相应信号到信号调理电路，经信号调理电路对电涡传感器输出原始模拟信号作处理后进入高速ADC，在高速ADC内信号经模数转换转换成数字信号，输出脉冲波形，进入后端CPU芯片，然后CPU芯片经融合测试模块，将获得的齿轮+键相脉冲波形进行比较后，分别分离出齿轮脉冲与键相脉冲波形，并将获得的转速和键相脉冲波形分别送至融合测试模块的转速计算模块和键相测量模块进行计算处理，得到融合测试数据。
本发明的有益效果是：
1.按照本发明，如前所述，对传统测速齿轮设计上进行简单改造，便可实现转速与键相的融合测试，无需在同一型设备轴上既加齿轮又开键相槽，减少了对被测旋转机械设备的测试工艺改造。
2.按照本发明，后端监测系统仅需提供一个传感器和一路线缆，且在仅需在设备在工装一个传感器按照孔或加装一个安装工装，相对传统方法减少成本，降低安装和工艺难度；
3.按照本发明，后续处理系统只需占用一个硬件处理通道便可实现两种信号的同步测量，相对传统方式降低电路复杂度和硬件成本。
4.按照本发明，两种测试方法可同时兼顾，既确保了转速测试高精度的优点，又可实现振动相位的测量，为现场动平和和后续振动故障诊断分析提供依据。
附图说明
图1是本发明的转速与键相融合测试装置示意图；
其中：a.低齿，b.高齿；
图2是本发明融合测试系统结构示意图；
图3是两种齿轮输出脉冲波形图；
其中：a.低齿波形，b.高齿波形；
图4是低齿输出脉冲波形处理过程图；
其中：a～e为低齿输出不同的脉冲波形；
图5是高齿输出脉冲波形处理过程图；
其中：a～c为高齿输出不同的脉冲波形。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1，2所示，一种转速与键相融合测试装置及方法，该装置包括测速齿轮盘、电涡流传感器3、融合测试系统等。
(1)如图1中，在传统测速齿轮盘基础上，将测速齿轮盘其中一个测速齿增加1mm为高齿2(见图1b)或降低1mm为低齿1(见图1a)作为键相标记(增加或降低值可根据机组需要和传感器量程决定，在此1mm仅为推荐值)，将带有键相标记的测速齿轮盘按照传统方式安装于轴上；
(2)架设电涡流传感器3在测速齿轮盘上方，用于非接触式测量齿轮的转速和键相标记；
(3)本发明涉及的融合测试系统结构如图2所示，该融合测试系统包括传感器供电电路4、信号调理电路5、高速ADC 6、CPU芯片7、融合测试模块；由传感器供电电路4给电涡流传感器供电，而后电涡流传感器输出相应信号到信号调理电路5，经信号调理电路5对传感器输出原始模拟信号作一定处理后进入高速ADC 6，在高速ADC 6内信号经模数转换转换成数字信号，将获得如图3所示脉冲波形，进入后端CPU芯片7；
(4)通过本发明所涉及的融合测试模块，包括转速测量模块和键相测量模块，将获得齿轮+键相脉冲波形，若齿轮为低齿形式，其波形如图3a所示，其正常齿电压为V1，低齿电压为V2，则将获得的电压值作如下处理Vi’＝-Vi+V0，(V0＞V1)，则可获得图4c的波形，经处理后的其正常齿电压为V1’，低齿电压为V2’，使以上波形分别经过2个比较器，一个比较电压Vx>0且Vx小于V1’，则可分离出转速波形如图4d，一个比较电压Vy>V1’且Vx小于V2’,则可分离出键相波形如图4e所示；
(5)若齿轮为高齿形式，其波形如图3b所示，其正常齿电压为V1，高齿电压为V3，其正常齿电压为V1，高齿电压为V3，使以上波形分别经过2个比较器，一个比较电压Vx>0且Vx小于V1，则可分离出转速波形如图5b，一个比较电压Vy>V1且Vx小于V3,则可分离出键相波形如图5c所示；
(6)将图2所获得转速和键相脉冲波形分别送至转速测量模块9和键相测量模块8分别计算便可达到本发明的目的。

Claims (4)

1.一种转速与键相融合测试装置，包括测速齿轮盘、电涡流传感器、融合测试系统，其特征在于：所述测速齿轮盘中任一个测速齿的齿顶向外延伸一段或向内收缩一段作为键相标记，并将带有键相标记的测速齿轮盘安装在轴上；所述带有键相标记的测速齿轮盘上方架设电涡流传感器，所述电涡流传感器连接融合测试系统。
2.根据权利要求1所述的转速与键相融合测试装置，其特征在于：所述测速齿的齿顶向外延伸一段的距离为1mm，向内收缩一段的距离为1mm。
3.根据权利要求1所述的转速与键相融合测试装置，其特征在于：所述融合测试系统包括传感器供电电路、信号调理电路、高速ADC、CPU芯片、融合测试模块；传感器供电电路连接电涡流传感器，给电涡流传感器供电，所述电涡流传感器依次连接信号调理电路、高速ADC、CPU芯片、融合测试模块。
4.一种采用权利要求3所述的转速与键相融合测试装置的测试方法，其特征在于：首先，电涡流传感器输出相应信号到信号调理电路，经信号调理电路对电涡传感器输出原始模拟信号作处理后进入高速ADC，在高速ADC内信号经模数转换转换成数字信号，输出脉冲波形，进入后端CPU芯片，然后CPU芯片经融合测试模块，将获得的齿轮+键相脉冲波形进行比较后，分别分离出齿轮脉冲与键相脉冲波形，并将获得的转速和键相脉冲波形分别送至融合测试模块的转速计算模块和键相测量模块进行计算处理，得到融合测试数据。
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