CN202886083U - 高速锭子动态虚拟振动测试分析系统 - Google Patents

Abstract

一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统，属于纺织机械专件制造行业，将激光测速、动态振动测试、频谱分析、变频驱动、微机实时闭环测控、虚拟仪器、RS485/RS232、Modbus串口通信、机电一体化技术应用于锭子测试技术领域的动态振动测试、频谱分析专用设备。系统由变频电机驱动加载机构，锭子安装升降机构，X、Y方向振动位移传感器及其三坐标调整机构，激光转速传感器测速机构，驱动控制模块，数据采集模块，数据处理、显示、文件存储模块，现场监控模块，LabVIEW虚拟仪器前面板构成。系统采用模块化设计、现代振动频谱分析模型、加窗滤波技术，能够实时动态测试、直观显示高速锭子动态频谱曲线、合成利萨如波形。

Description

高速锭子动态虚拟振动测试分析系统

技术领域

本实用新型属于纺织机械专件制造行业将激光测速、动态振动测试、频谱分析、变频驱动、微机实时闭环测控、虚拟仪器、RS485/RS232、Modbus串口通信、机电一体化技术应用于锭子测试技术领域的动态振动测试、频谱分析专用设备，是一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统。 

背景技术

锭子是纺织工业细纱机上高速回转的纺织机械专件，全国有数以亿计的锭子运转。研发和采用具有适应高速和超高速、广泛平坦幅频特性、较长使用寿命、节能的锭子是纺织机械制造业、纺织企业的追求。公正、科学、准确的评价锭子的幅频特性、对锭子的振动性能，尤其能动态的测试锭子的动态振动曲线及频谱分析，对于客观评价锭子使用性能，为锭子专件制造企业改进锭子设计，为纺织企业提供锭子最优运行参数显得尤为重要。 

目前国家纺织机械质量监督检验中心及锭子专件制造企业的锭子振动特性分析测试设备大都建于上世纪七、八十年代。其基本原理是：采用光电振动位移传感器，当被测锭子在光束工作区内高速转动时，由于锭子的振幅使光电器件的受光面积变化，即光通量的变化，经AD转换送计算机处理。缺点是：受当时锭子设计及生产技术条件的限制，锭子实际运转速度不高，因而测试设备的锭子设计最高运转转速设定在30000rpm，随着近年来高速及超高速锭子的研发需要，锭子的测试运转速度上限要求达到50000rpm以上，因此，原来的锭子振动特性分析测试设备的设计最高运转转速、高速下测试设备的防振动结构设计等技术条件已不能满足现行高速及超高速锭子研发测试分析的需求；且受当时软硬件技术条件限制(上位机采用386微机、12位AD芯片)，测试精度不高，测试振幅范围0.01-2mm时，分辨率仅0.001mm。由于光通量易受外部环境光线干扰，且光电转换元件采用硅光电池，当光电池老化、灵敏度降低时，引起测量数据不准，测量系统稳定性、重复性较差；传感器光源部分的灯泡由于 制作中的一致性较差，使得灯泡光路的安装调整较为繁琐，并需用电位器调整传感器的静态工作点，一旦灯泡烧毁，就需挑选合适灯泡，进行复杂的光路安装调整及静态工作点的调整；系统软件没有设传感器灵敏度校准程序模块，对具有不同灵敏度的传感器只有通过复杂的工作点调整硬件电路解决，且由于软件缺陷及传感器非模块化设计，使得该类传感器不能作为预先标定灵敏度的标准件使用；锭子驱动机构采用永磁直流电机，调速范围及精度不高，标称转速控制精度仅3％；电机加载机构采用滚针导轨，没有间隙消除预加载结构，结构刚性较低，不能满足高速及超高速锭子测试分析中对测试设备结构设计的防振动需求；光电振动位移传感器三坐标调整机构的Z轴(垂直运动方向)调整采用配重块平衡，结构臃肿复杂，且导轨没设置摩擦力调整机构，测试台架易下滑溜动；X、Y向(水平运动方向)调整机构采用螺旋副，调整传感器位置时，需要拧许多圈，无法实现快速调整，且一旦螺旋副磨损，由于螺旋副间隙，前后调整时，会出现调整空程，给传感器正确定位造成困难； 

上位机软件缺少滤波功能，无法对锭子振动特性采用各种现代先进振动分析理论及模型进行测试分析(如加各种窗函数)；频谱分析功能仅有幅值谱，缺少功率谱及相位谱；没有锭子升速时间及采样周期设定功能，因此不能测试分析锭子升速速率和锭子幅频曲线间的关系，没有采样周期设定功能，受于内存限制，在额定测试转速范围，最大只能测试32个采样点，由于一个测试周期内采样点数较少，因此锭子升速振动特性或锭子幅值-频率分析功能较差，更不能在时域(横坐标时间轴、纵坐标振幅轴)进行锭子长时间(如几小时或几天)振动性能的测试分析； 

另外，还存在没有调整锭子安装中心高功能的缺陷，对于具有不同安装高度的锭子，只能通过加减垫片的方法解决。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种将激光测速、动态振动测试、频谱分析、变频驱动、微机实时闭环测控、虚拟仪器、RS485/RS232、Modbus串口通信、现场实时监控、机电一体化技术应用于高速锭子测试技术领域的动态振动测试、频谱分析专用设备，以满足公正、科学、准确的评价高速及超高速锭子的幅频 特性、对高速及超高速锭子的振动性能，尤其能动态的测试高速及超高速锭子的动态振动曲线及频谱分析，客观评价高速及超高速锭子振动特性，能动态的测试分析高速及超高速锭子长期运行稳定性的动态频谱曲线的需求。 

本实用新型的目的是这样实现的：一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统，包括：变频电机驱动加载机构，锭子安装升降机构，X、Y方向振动位移传感器，X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构，激光转速传感器测速机构，驱动控制模块，数据采集模块，数据处理、显示、文件存储模块，现场监控模块，LabVIEW虚拟仪器前面板，其中： 

所述变频电机驱动加载机构上装有变频电机驱动机构、变频电机加载机构及变频电机加载运动机构，变频电机驱动机构中心线与变频电机加载运动机构运动平面中心线垂直。 

所述变频电机驱动机构上的变频电机轴上装有带轮，并通过锭带与锭子安装升降机构上的被测锭子相连，变频电机驱动机构中心线与锭子安装升降机构中心线平行。 

所述变频电机加载机构上装有加载砝码，并通过牵引线、滚轮与安装在变频电机加载运动机构上溜板上的牵引座相连，加载砝码依靠重力带动变频电机加载运动机构右移，并通过锭带与锭子间的张力，带动锭子旋转，变频电机加载机构隐藏于床身内部。 

所述变频电机加载运动机构包括上溜板、导轨基板，上溜板两侧分别装有轴心夹角成90°V型燕尾布置的滚动轴承，以及与90°V型燕尾布置的滚动轴承轴线成45°夹角，且轴线水平布置的滚动轴承，滚动轴承上装有可以调整燕尾式滚动轴承导轨间隙的偏心轴。 

所述锭子安装升降机构上装有被测锭子，锭子安装中心线与变频电机驱动机构中心线平行，锭子安装升降机构使被测锭子中心高度升降，调整锭子安装中心与变频电机驱动机构的相对高度。 

所述锭子安装升降机构侧面装有调整X、Y方向振动位移传感器坐标的三坐标调整机构，三坐标调整机构的Z轴调整机构包括：支柱、框体、连接座，支柱内装有齿条，支柱外装有可沿支柱上下滑动的框体，框体两侧装有侧板、升降旋钮、齿轮轴、升降锁紧钮，侧板与框体间装有连接座，连接座内孔中装有可以调整与支柱间摩擦力的导向板，三坐标调整机构的支柱的中心线与锭子安装中心线及锭子安装升降机构中心线平行； 

所述X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构上装有两个相位差90°的X、Y方向振动位移传感器正交调整体，两个振动位移传感器正交调整体上分别装有径向导向轴和切向导向轴，径向导向轴的中心线与锭子安装中心线垂直，切向导向轴的中心线与径向导向轴的中心线垂直。 

所述径向导向轴和切向导向轴沿其轴线上开有V型槽，分别与装在正交调整体上的径向位移旋钮和切向位移旋钮一体的V型摩擦轮相接触，两者通过摩擦传动，转动径向位移旋钮和切向位移旋钮，径向导向轴和切向导向轴沿其轴线前后运动，可调整X、Y方向振动位移传感器的测量位置。 

所述X、Y方向振动位移传感器正交调整体的径向导向轴上装有振动位移传感器，振动位移传感器将所测得的实时动态数据送数据采集模块处理。 

所述锭子安装升降机构侧面的X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构的支柱上装有激光转速传感器测速机构，激光转速传感器将所测得的锭子转速实时动态数据送数据采集模块处理。 

所述激光转速传感器，以反射激光脉冲信号下降沿作为微机INT0的中断源，以中断周期为锭子实时转速信号。 

所述驱动控制模块由变频器、变频电机及其驱动电路构成。变频器通过RS485/RS232、Modbus串口通信协议接收数据处理、显示、文件存储模块的控制字，实施对变频电机设定频率、升速时间、运行、停止的控制，并与激光转速传感器构成锭子转速的闭环控制，向数据处理、显示、文件存储模块返回变频电机实时频率。 

所述数据采集模块经RS485/RS232、Modbus串口通信协议与数据处理、显示、文件存储模块相连接，并将动态实时采集的X、Y方向振动位移传感器、激光转速传感器测量数据打包处理，送数据处理、显示、文件存储模块。 

所述数据处理、显示、文件存储模块与LabVIEW虚拟仪器前面板相连接，并将处理后的高速锭子的时域及频域动态频谱曲线、合成利萨如波形及现场实时监控模块采集的实时画面显示在LabVIEW虚拟仪器前面板上。 

本实用新型的有益效果是：采用变频电机驱动机构，微机实时闭环测 控，锭子的测试运转速度上限按50000rpm设计，变频电机频率解析度0.01Hz，在变频器标称100Hz工况下，变频电机转速控制精度0.01％，激光转速传感器测速精度1‰，可适应高速和超高速锭子测速范围和测试精度的需要；具有升速时间设定功能，上位机通过编程控制变频器的升速时间，进而可以控制锭子的升速时间，以使锭速有一个设定的升速曲线，便于测试分析锭子升速速率和锭子幅频曲线间的函数关系；具有采样周期设定功能，当采样时间一定时，采样周期的大小决定了采样点数(或密度)的多少(或大小)，采样周期越小，采样点数越多，越能准确描述测试曲线，默认情况下，数据缓存区可以有1024个采样点，当需要时，可以将历史数据自动存入内存区，从而能在时域(横坐标时间轴、纵坐标振幅轴)进行锭子长时间(如几小时或几天)振动性能的测试分析，能满足动态的测试分析高速锭子长期运行稳定性的动态频谱曲线的需求；具有振动位移传感器灵敏度设定功能，对具有不同灵敏度的传感器，在上位机程序中通过软件设置不同的灵敏度系数(即毫伏/位移当量值)即可，使得传感器可作为预先标定各自灵敏度的标准件使用，传感器既可离线检定，又可现场快速安装，免去现场调试工作点的许多麻烦；采用电涡流振动位移传感器及16位AD7705芯片，测试精度高，在测试振幅范围0-2mm时，分辨率可达0.00005mm；采用锭子安装升降机构，使被测锭子中心高度升降，调整锭子安装中心与变频电机驱动机构的相对高度，以适应具有不同安装高度的型号锭子的测试；变频电机驱动加载机构采用可调间隙燕尾式滚动轴承导轨，结构简单，承载能力及抗振性优于滚珠或滚针导轨，使用寿命长，即使导轨磨损，仍可通过调整偏心轴，消除间隙，保持导轨运行平稳；X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构的Z轴(垂直运动方向)调整，采用支柱与导向板间的摩擦力平衡，结构简单，运行平稳；X、Y向(水平运动方向)调整机构采用V型摩擦轮传动，结构简单，可实现快速调整，即使摩擦副出现磨损，仍可通过调整锁紧旋钮，消除摩擦副间隙，增大摩擦力保持调整机构功能正常；采用激光转速传感器测速机构，驱动控制模块，数据采集模块，数据处理、显示、文件存储模块(可选峰峰值、峰值、有效值单独显示或同时显示模式)，现场实时监控模块，现代振动频谱分析模型(可选幅值谱、功率谱、相位谱)，加窗滤波(可选不加窗、采样窗、海明窗、汉宁窗、三角窗、矩形窗、布莱克曼窗等窗函数)，LabVIEW虚拟仪器前 面板多种技术，能够实时动态测试、直观显示高速锭子动态频谱曲线(时域及频域)、合成利萨如(Lissajious)波形；由于变频电机驱动，电涡流振动位移传感器、激光转速传感器数据采集，数据处理、显示、文件存储、现场监控全部由计算机自动完成，因此，自动化程度及效率较高。 

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例的技术方案，下面对本实用新型实施例中的附图作简单介绍。 

图1为本实用新型实施例公开的一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统装配简图。 

图2为图1中X.Y方向振动位移传感器三坐标调整机构B-B剖视图，图3为图2的上半部分右侧视图，图4为图2中的A-A剖视图。 

图5为图1中激光转速传感器测速机构K-K剖视图。 

图6为图1中燕尾式滚动轴承导轨剖视图，图8为图6中的N-N剖面，为轴心夹角成90°V型燕尾布置的滚动轴承安装剖视图，图7为图6中的M-M剖面，为与90°V型燕尾布置的滚动轴承轴线成45°夹角且轴线水平布置的滚动轴承安装剖视图。 

图9为图1中变频电机驱动加载机构局部放大图。 

图10为系统框图。 

图11为LabVIEW虚拟仪器前面板。 

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进一步说明。 

本实用新型提供一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统，以满足公正、科学、准确的评价高速及超高速锭子的幅频特性、对高速及超高速锭子的振动性能，尤其能动态的测试高速及超高速锭子的动态振动曲线及频谱分析，客观评价高速及超高速锭子振动特性，能动态的测试分析高速及超高速锭子长期运行稳定性的动态频谱曲线的需求。 

图1中示出了一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统装配简图，以下按部件展开给予说明，包括： 

变频电机驱动加载机构，锭子安装升降机构，X、Y方向振动位移传感器，X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构，激光转速传感器测速机构，其中： 

结合图1所示的一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统装配简图、图9所示的图1中变频电机驱动加载机构局部放大图和图6所示的图1中燕尾式滚动轴承导轨剖视图、图8N-N剖面图、图7M-M剖面图，所述变频电机驱动加载机构包括：变频电机驱动机构、变频电机加载机构及变频电机加载运动机构三部分，其中： 

所述变频电机驱动机构：上溜板29上装有变频电机2，变频电机2的轴上装有驱动带轮27，并通过锭带28与锭子9相连，当变频电机2旋转时，通过同轴安装的驱动带轮27、锭带28带动锭子9旋转。 

所述变频电机驱动机构中心线与锭子安装升降机构中心线平行。 

所述变频电机驱动机构中心线与变频电机加载运动机构运动平面中心线垂直。 

所述变频电机加载机构：导轨基板19下部装有滚轮支架安装座20，滚轮支架安装座20侧面装有滚轮支架21，滚轮支架21上固定有滚轮轴24，滚轮23可在滚轮轴24上转动，加载砝码26通过牵引线25与固定在上溜板29上的牵引座22相连，加载砝码26依靠重力通过牵引线25、牵引座22，带动变频电机加载运动机构右移，拉紧锭带28，通过锭带28与锭子9间的张力，使锭子9加载旋转。 

所述变频电机加载机构隐藏于床身1内部。 

所述变频电机加载运动机构：导轨基板19上部装有装配式燕尾导轨30，下部固定在床身1上，由图8中N-N剖面可见，上溜板29两侧分别装有轴心夹角成90°V型燕尾布置的滚动轴承32，由图7中M-M剖面可见，上溜板29两侧分别装有与90°V型燕尾布置的滚动轴承32轴线成45°夹角且轴线水平布置的滚动轴承32，各滚动轴承上装有可以调整燕尾式滚动轴承导轨间隙的偏心轴31，和将其轴向锁紧在上溜板29上的小圆螺母33，上溜板29上装有径向紧固偏心轴31的钢球34、顶丝35，分别调整各偏心轴31的偏心距，轴心夹角成90°V型燕尾布置的滚动轴承32以及与90°V型燕尾布置的滚动轴承32轴线成45°夹角且轴线水平布置的滚动轴承32，就分别紧密接触在导轨基板19的装配式燕 尾导轨30的燕尾形导轨面上，构成燕尾式滚动轴承导轨。 

所述锭子安装升降机构：安装基板7固定在床身1上，安装基板7上装有导轨11，导轨11上装有用于调整溜板3运动间隙的压板4，导轨11上下两端分别装有铜套5和丝杠座17，丝杠座17固定在安装基板7上，丝杠座17上装有轴承8，丝杠12装在轴承8和铜套5之间，丝杠12上装有用于调整丝杠12的轴向间隙的圆螺母6，手轮18通过销10固定在丝杠12的上端，丝杠12上装有丝杠螺母13，丝杠螺母13与溜板3相连接，溜板3装在导轨11和压板4之间，且溜板3可在导轨11和压板4之间上下滑动，导轨11与安装基板7连接处装有锁紧螺钉14、两粒装在垂直相交孔中的钢球15，水平方向的孔中装有锁紧柱16，其左边顶在溜板3的滑道上，右边与钢球15相接触，锭子9安装在溜板3上部的孔中。 

锁紧螺钉14、钢球15、锁紧柱16的作用是消除溜板3与导轨11和压板4间的间隙将溜板3锁紧在导轨11上。 

工作时，松开锁紧螺钉14，则钢球15、锁紧柱16取消了对溜板3的锁紧，旋动手轮18，带动丝杠12旋转，使丝杠螺母13带动溜板3上下运动，到合适高度，锁紧锁紧螺钉14，锭子安装升降机构使被测锭子9中心高度升降，调整锭子9安装中心与变频电机驱动机构的相对高度。 

所述锭子安装升降机构中心线与锭子安装中心线平行。 

结合图1所示的一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统装配简图、图2所示的图1中X.Y方向振动位移传感器三坐标调整机构B-B剖视图、图3所示图2的上半部分右侧视图、图4所示图2中的A-A剖视图和图5所示的图1中激光转速传感器测速机构K-K剖视图，所述X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构包括Z轴(垂直运动方向)调整机构和径向、切向(水平面两个正交方向)调整机构两部分，其中： 

所述X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构Z轴(垂直运动方向)调整机构：连接板54固定在安装基板7上，连接板54上装有支柱55，支柱55内装有齿条56，支柱55外部装有可以沿支柱55上部两45°侧面和下部平面上下滑动的框体58，框体58内装有两个与支柱55上部两45°侧面滑动配合的铜片62，框体58两侧面装有侧板59，侧板59与框体58间装有连接座36，框体58、两侧板59、连接座36组成一个可以沿支柱55上部两45°侧面和下部平面 上下滑动的封闭框体结构；连接座36的内孔中装有导向板69、短圆柱销70、弹簧垫圈71、圆柱销72、顶丝73，通过顶丝73调整弹簧垫圈71对导向板69的压力，使导向板69压紧在支柱55的下部平面上，依靠导向板69、安装在框体58上的铜片62与支柱55上部两45°侧面、下部平面间的摩擦力，平衡所述X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构Z轴(垂直运动方向)调整机构的重力；侧板59中间的孔为螺纹结构，螺纹孔中装有与之配合的升降锁紧钮64，升降锁紧钮64外圆上装有三个纽子65，升降锁紧钮64的孔中装有可转动的齿轮轴67，齿轮轴67中间的齿轮与齿条56啮合，齿轮轴67为对称阶梯轴，两侧凸台端面与升降锁紧钮64的端面间装有升降锁片63，齿轮轴67的两端装有升降旋钮66，升降旋钮66外圆上装有三个纽子65，升降旋钮66用顶丝68固定在齿轮轴67上；框体58沿Z轴(垂直运动方向)的上下两端面装有上盖61，侧面装有侧盖60，支柱55的前面装有前盖板57，上盖61、侧盖60、前盖板57的作用是外观装饰及隐蔽内部结构。 

工作时，转动升降锁紧钮64外圆上的三个纽子65，旋松升降锁紧钮64，解除升降锁紧钮64端面对升降锁片63的压力，升降锁片63与支柱55两侧端面出现间隙，转动升降旋钮66外圆上的三个纽子65，升降旋钮66带动齿轮轴67做旋转运动，同时齿轮轴67带动框体58、两侧板59、连接座36组成的封闭框体结构，沿装在支柱55内并与其啮合的齿条56上下运动，待调整到合适测量位置后，反向转动升降锁紧钮64外圆上的三个纽子65，旋紧升降锁紧钮64，升降锁紧钮64端面将升降锁片63压紧在支柱55两侧端面上，实现所述X、Y方向振动位移传感器Z轴坐标(垂直运动方向)的调整。 

所述X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构的Z轴(垂直运动方向)重力平衡调整，采用支柱55、安装在框体58上的铜片62与导向板69间的摩擦力平衡。 

所述X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构的支柱55的(垂直运动方向)中心线与锭子9的安装中心线及锭子安装升降机构中心线平行。 

结合图1所示的一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统装配简图、图2所示的图1中X.Y方向振动位移传感器三坐标调整机构B-B剖视图，所述X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构的径向、切向(水平面两个正交方向)调 整机构：连接座36一端固定在侧板59与框体58上，另一端上下两面平行装配有上测盘38、下测盘39，上测盘38、下测盘39间装有支块37，支块37、连接座36在上测盘38、下测盘39两平面间形成一个X、Y方向振动位移传感器坐标调整机构的安装基面。需要说明的是：所述X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构的径向、切向(水平面两个正交方向)调整机构的结构完全相同，这里仅就图4所示的图2中X.Y方向振动位移传感器三坐标调整机构B-B剖视图中A-A剖面的(X方向)振动位移传感器的安装结构予以说明： 

结合图1所示的一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统装配简图、图2所示的图1中X.Y方向振动位移传感器三坐标调整机构B-B剖视图、图4所示图2中的A-A剖视图，所述X方向振动位移传感器三坐标调整机构的径向、切向(水平面两个正交方向)调整机构：上测盘38、下测盘39间装有左右两个定位块40，两个定位块40间装有可以沿上测盘38、下测盘39平面左右方向移动的正交调整体51，正交调整体51上有径向、切向两个垂直布置的导向孔，正交调整体51的切向导向孔中装有切向导向轴41，切向导向轴41的两端固定在两个定位块40上，切向导向轴41上沿其轴线上开有V型槽，正交调整体51上装有带有V型摩擦轮的切向位移旋钮43，切向位移旋钮43的V型摩擦轮与切向导向轴41上的V型槽相接触，切向位移旋钮43的V型摩擦轮两侧的轴上装有切向锁紧簧片45、切向锁紧盖42、切向锁紧旋钮44；正交调整体51的径向导向孔中装有径向导向轴46，径向导向轴46上沿其轴线上开有V型槽，正交调整体51上装有带有V型摩擦轮的径向位移旋钮48，径向位移旋钮48的V型摩擦轮与径向导向轴46上的V型槽相接触，径向位移旋钮48的V型摩擦轮两侧的轴上装有径向锁紧簧片50、径向锁紧盖47、径向锁紧旋钮49。 

工作时，分别稍许旋紧切向锁紧旋钮44、径向锁紧旋钮49，则切向锁紧簧片45、径向锁紧簧片50通过切向锁紧盖42、径向锁紧盖47以合适的压力压向切向位移旋钮43、径向位移旋钮48的V型摩擦轮两侧的轴上，同时，切向位移旋钮43、径向位移旋钮48的V型摩擦轮也被压在了与之接触的切向导向轴41、径向导向轴46上的V型槽上。转动切向位移旋钮43，由于切向导向轴41的两端固定在两个定位块40上，通过摩擦传动，切向位移旋钮43带动正交调整体51沿切向导向轴41的轴线作左右直线运动。转动径向位移旋钮48，通过 摩擦传动，径向位移旋钮48带动径向导向轴46及安装在其前端孔中的传感器安装套52、振动位移传感器74，沿正交调整体51的径向导向孔作前后直线运动。当振动位移传感器74被调整到合适坐标位置后，分别再度旋紧切向锁紧旋钮44、径向锁紧旋钮49，通过切向锁紧盖42、径向锁紧盖47、切向锁紧簧片45、径向锁紧簧片50的压紧力传递，切向位移旋钮43、径向位移旋钮48、切向导向轴41、径向导向轴46、正交调整体51、被锁紧为一个整体，振动位移传感器74被定位在合适坐标位置。 

所述径向导向轴46的中心线与锭子9的安装中心线垂直，切向导向轴41的中心线与径向导向轴46的中心线垂直。 

所述径向导向轴46和切向导向轴41沿其轴线上开有V型槽，分别与装在正交调整体51上的径向位移旋钮48和切向位移旋钮43一体的V型摩擦轮相接触，两者通过摩擦传动。 

结合图1所示的一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统装配简图、图2所示的图1中X.Y方向振动位移传感器三坐标调整机构B-B剖视图、图4所示图2中的A-A剖视图，所述X、Y方向振动位移传感器：X、Y方向振动位移传感器的两个正交调整体51的径向导向孔中装有径向导向轴46，径向导向轴46为一中空轴，径向导向轴46的前端装有传感器安装套52，通过顶丝75将传感器安装套52固定在径向导向轴46上，传感器安装套52上装有振动位移传感器74，径向导向轴46的另一端装有尼龙材料的哈夫螺钉53，其作用是保护振动位移传感器74的输出信号线。 

优选的，采用电涡流振动位移传感器，电涡流振动位移传感器将所测得的实时动态数据送数据采集模块处理。 

结合图1所示的一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统装配简图、图5所示的图1中激光转速传感器测速机构K-K剖视图，所述激光转速传感器测速机构：X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构的支柱55的下部侧面上装有测速支架77，测速支架77的孔中装有可以沿其轴线垂直滑动的测速支杆76，测速支杆76通过旋钮78锁紧在测速支架77上，测速支杆76上端装有激光转速传感器安装架80，激光转速传感器安装架80的孔中装有可以沿其轴线水平滑动的激光转速传感器79，激光转速传感器79通过旋钮78锁紧在激光转速传感 器安装架80上，激光转速传感器79向安装在锭子安装升降机构上的锭子9发射激光束，并接收反射回来的激光脉冲，并将该脉冲作为激光转速传感器将所测得的锭子转速实时动态数据送数据采集模块处理。 

所述激光转速传感器以反射激光脉冲信号下降沿作为微机INT0的中断源，以中断周期为锭子实时转速信号，采用测周期法测量转速的实时性优于脉冲计数法。 

图10示出了一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统框图，以下按模块展开给予说明，包括： 

驱动控制模块、数据采集模块、数据处理、显示、文件存储模块、LabVIEW虚拟仪器前面板、RS485/RS232、Modbus串口通信以及X、Y方向振动位移传感器、激光转速传感器、实时现场监控摄像，其中： 

由图10系统框图左下部双点划线框区域可见，所述驱动控制模块：变频器与变频电机相连，变频电机通过驱动带轮、变频电机加载机构带动被测锭子旋转，变频器通过RS485/RS232、Modbus串口通信协议接收数据处理、显示、文件存储模块的控制字，实施对变频电机设定频率、升速时间、运行、停止的控制，并与激光转速传感器构成锭子转速的闭环控制，向数据处理、显示、文件存储模块返回变频电机实时频率。 

由图10系统框图上中部双点划线框区域可见，所述数据采集模块：X、Y方向振动位移传感器将所测得实时动态数据，经16位AD7705芯片模数转换后，经SPI模拟串口送STC89C52RC处理。 

激光转速传感器以反射激光脉冲信号下降沿作为微机INT0的中断源，以中断周期为锭子实时转速信号，送STC89C52RC处理，STC89C52RC经RS485/RS232、Modbus串口通信协议与数据处理、显示、文件存储模块相连接，并将动态实时采集的X、Y方向振动位移传感器、激光转速传感器测量数据打包处理送数据处理、显示、文件存储模块。 

由图10系统框图右部双点划线框区域可见，所述数据处理、显示、文件存储模块：上位机LabVIEW应用程序经RS485/RS232、Modbus串口通信协议与驱动控制模块、数据采集模块相连，并向驱动控制模块、数据采集模块发送控制命令，接收返回数据。 

结合图10一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统框图、图11LabVIEW虚拟仪器前面板，所述数据处理、显示、文件存储模块通过后台程序与LabVIEW虚拟仪器前面板相连接，LabVIEW虚拟仪器前面板将数据采集模块采集，数据处理、显示、文件存储模块处理后的实时转速、实时X、Y方向振动幅值以及采用现代振动频谱分析模型、加窗滤波技术后的高速锭子动态频谱曲线(时域及频域)、合成利萨如(Lissajious)波形及现场实时监控模块采集的实时画面显示在LabVIEW虚拟仪器前面板上。 

综上所述：一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统，由变频电机驱动加载机构，锭子安装升降机构，X、Y方向振动位移传感器，X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构，激光转速传感器测速机构，驱动控制模块，数据采集模块，数据处理、显示、文件存储模块，现场监控模块，LabVIEW虚拟仪器前面板构成。 

高速锭子动态虚拟振动测试分析系统采用模块化设计，微机实时闭环测控，调速范围及精度高，结构简单，传感器可离线检定，测试精度高，高速下测试设备的防振性能好，测量系统稳定性、重复性好，使用寿命长，测试分析系统自动化程度及效率较高，采用现代振动频谱分析模型、加窗滤波技术，能够实时动态测试、直观显示高速锭子动态频谱曲线(时域及频域)、合成利萨如(Lissajious)波形，能满足动态的测试分析高速锭子长期运行稳定性的动态频谱曲线的需求。如果对锭子安装升降机构的安装部位稍加改动，即可适用于同类机械产品的动态振动频谱分析。 

Claims (9)

1.一种高速锭子动态虚拟振动测试分析系统，其特征在于，包括：变频电机驱动加载机构，锭子安装升降机构，X、Y方向振动位移传感器，X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构，激光转速传感器测速机构，驱动控制模块，数据采集模块，数据处理、显示、文件存储模块，现场监控模块，LabVIEW虚拟仪器前面板，其中： 

所述变频电机驱动加载机构上装有变频电机驱动机构、变频电机加载机构及变频电机加载运动机构，变频电机驱动机构中心线与变频电机加载运动机构运动平面中心线垂直； 

所述变频电机驱动机构上的变频电机轴上装有带轮，并通过锭带与锭子安装升降机构上的被测锭子相连，变频电机驱动机构中心线与锭子安装升降机构中心线平行； 

所述变频电机加载机构上装有加载砝码，并通过牵引线、滚轮与安装在变频电机加载运动机构上溜板上的牵引座相连，变频电机加载机构隐藏于床身内部； 

所述锭子安装升降机构侧面装有调整X、Y方向振动位移传感器坐标的三坐标调整机构，三坐标调整机构的Z轴调整机构包括：支柱、框体、连接座，支柱内装有齿条，支柱外装有可沿支柱上下滑动的框体，框体两侧装有侧板、升降旋钮、齿轮轴、升降锁紧钮，侧板与框体间装有连接座，连接座内孔中装有可以调整与支柱间摩擦力的导向板，三坐标调整机构的支柱的中心线与锭子安装中心线及锭子安装升降机构中心线平行； 

所述数据采集模块经RS485/RS232、Modbus串口通信协议与数据处理、显示、文件存储模块相连接，并将动态实时采集的X、Y方向振动位移传感器、激光转速传感器测量数据打包处理，送数据处理、显示、文件存储模块； 

所述数据处理、显示、文件存储模块与LabVIEW虚拟仪器前面板相连接，并将处理后的高速锭子的时域及频域动态频谱曲线、合成利萨如波形及现场实时监控模块采集的实时画面显示在LabVIEW虚拟仪器前面板上。 

2.根据权利要求1所述的高速锭子动态虚拟振动测试分析系统，其特征在于，所述变频电机加载运动机构包括上溜板、导轨基板，上溜板两侧分别装有轴心夹角成90°V型燕尾布置的滚动轴承，以及与90°V型燕尾布置的滚动轴承轴线成45°夹角，且轴线水平布置的滚动轴承，滚动轴承上装有可以调整燕尾式滚动轴承导轨间隙的偏心轴。 

3.根据权利要求1所述的高速锭子动态虚拟振动测试分析系统，其特征在于，所述锭子安装升降机构上装有被测锭子，锭子安装中心线与变频电机驱动机构中心线平行。 

4.根据权利要求1所述的高速锭子动态虚拟振动测试分析系统，其特征在于，所述X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构上装有两个相位差90°的X、Y方向振动位移传感器正交调整体，两个振动位移传感器正交调整体上分别装有径向导向轴和切向导向轴，径向导向轴的中心线与锭子安装中心线垂直，切向导向轴的中心线与径向导向轴的中心线垂直。 

5.根据权利要求4所述的高速锭子动态虚拟振动测试分析系统，其特征在于，所述径向导向轴和切向导向轴沿其轴线上开有V型槽，分别与装在正交调整体上的径向位移旋钮和切向位移旋钮一体的V型摩擦轮相接触，两者通过摩擦传动，调整X、Y方向振动位移传感器的测量位置。 

6.根据权利要求5所述的高速锭子动态虚拟振动测试分析系统，其特征在于，所述X、Y方向振动位移传感器正交调整体的径向导向轴上装有振动位移传感器，振动位移传感器将所测得的实时动态数据送数据采集模块处理。 

7.根据权利要求1所述的高速锭子动态虚拟振动测试分析系统，其特征在于，所述锭子安装升降机构侧面的X、Y方向振动位移传感器三坐标调整机构的支柱上装有激光转速传感器测速机构，激光转速传感器将所测得的锭子转速实时动态数据送数据采集模块处理。 

8.根据权利要求7所述的高速锭子动态虚拟振动测试分析系统，其特征在于，所述激光转速传感器，以反射激光脉冲信号下降沿作为微机INT0的中断源，以中断周期为锭子实时转速信号。 

9.根据权利要求1所述的高速锭子动态虚拟振动测试分析系统，其特征在于，所述驱动控制模块由变频器、变频电机及其驱动电路构成。变频器通过RS485/RS232、Modbus串口通信协议接收数据处理、显示、文件存储模块的控制字，实施对变频电机设定频率、升速时间、运行、停止的控制，并与激光转速传感器构成锭子转速的闭环控制，向数据处理、显示、文件存储模块返回变频电机实时频率。 

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