CN206192657U - 一种轴承故障诊断仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种轴承故障诊断仪，包括振动采集装置、温度采集装置、转速采集装置、信号处理电路、数据采集控制电路、核心板和供电装置，各装置/电路独立处理并相互协同工作、智能化程度高，集振动采集、温度采集、转速采集于一体，数据采集实时性强、采集数据更精确，故障诊断更高效，同时有效地提高了轴承故障诊断的诊断精度，适用于机械设备的振动分析、故障诊断，尤其适用于滚动轴承和齿轮箱的状态监测、故障诊断；仪器结构简单精巧，体积小、价格较低、便于携带，适合于大范围推广使用。

Description

一种轴承故障诊断仪

技术领域

本实用新型涉及机械设备振动分析、故障诊断技术领域，尤其涉及滚动轴承和齿轮箱状态监测、故障诊断技术领域，特别是一种新型的轴承故障诊断仪。

背景技术

轴承是各类机械装备的重要基础零部件，其精度、性能、寿命和可靠性对主机的精度、性能、寿命和可靠性起着决定性的作用。确保轴承有长的使用寿命，在机器和轴承的运行过程中其状态的确定非常地重要。故而在轴承生命周期中，在设备运行期间，使用基本状态监测手段(例如温度、振动和噪声测量)定期检测轴承的状态，及时发现潜在的故障，帮助预防意外停机，可以避免影响到与生产安排相符的设备维修计划，提高工厂的生产力和生产效率。同时预测性维修有助于减少机器的停机时间，降低维护成本。目前针对轴承检测的仪器种类及主要存在的问题是：1)单一仪器。其功能单一，单一仪器不能全面采集设备状态，该种类轴承诊断仪的仪器只有测振功能，仅通过测量高频振动加速度峰值和平均值，以及低频振动有效值，再经过查表判断轴承及齿轮的运行状态。此外这种单一仪器的智能化程度低，单一状态测量的预测准确率低，轴承和齿轮的故障预测依赖于使用人员的技术经验，所采集的数据状态无法进行数据回放，无法智能存储，如需记录则需进行手工录入，效率低，出错率高。2)不同仪器简单拼接。该种类轴承诊断仪即使可以实现多种状态功能检测，但是各种状态检测自成一体，不同仪器不能兼容结合，与离线的设备状态采集系统在很多方面存在差异，如数据格式，存储方式等，需要统一到同一个数据平台系统，以便设备管理和设备故障诊断分析和维护。3)手持式轴承诊断仪。现有的手持式轴承诊断仪虽然可以兼容多种功能且能够较准确地给出轴承和齿轮工作状态、故障原因等，但是通常其硬件结构复杂、体积大、功耗大，兼容性较差，故障率高，维护费用高。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中的轴承故障诊断仪存在的或功能单一、检测效率低，智能化程度低；或体积大、兼容性较差，故障率高，维护费用高等问题，提供一种新型的轴承故障诊断仪，采用包括振动采集装置、温度采集装置、转速采集装置、信号处理电路、数据采集控制电路、核心板和供电装置相互协同工作的架构，仪器结构简单精巧，体积小、功耗低、各装置/电路协同工作，多状态检测功能智能化集成兼容良好，有效地提高了轴承故障诊断精度和效率。

本实用新型的技术方案如下：

一种轴承故障诊断仪，其特征在于，包括振动采集装置、温度采集装置、转速采集装置、信号处理电路、数据采集控制电路、核心板和供电装置，所述振动采集装置、温度采集装置和转速采集装置均与信号处理电路相连接，所述信号处理电路还与数据采集控制电路相连接，所述数据采集控制电路还与核心板相连接，所述供电装置分别与振动采集装置、温度采集装置、转速采集装置、信号处理电路、数据采集控制电路和核心板相连接。

所述振动采集装置包括振动传感器，所述温度采集装置包括温度传感器，所述转速采集装置包括转速传感器，所述振动传感器、温度传感器和转速传感器均与信号处理电路相连接。

所述信号处理电路包括第一滤波网络、第二滤波网络、积分电路、信号幅值调整电路、数据转换存储器、抗混滤波电路、数据缓冲电路、定时计数器、采集量选择器和可编程信号放大器，所述第一滤波网络、积分电路、信号幅值调整电路、采集量选择器、可编程信号放大器和抗混滤波电路依次相连接，且所述第一滤波网络与振动传感器相连接，所述采集量选择器分别与积分电路和数据采集控制电路相连接，所述数据转换存储器分别与第二滤波网络和抗混滤波电路相连接，且所述第二滤波网络与温度传感器相连接，所述数据转换存储器还分别与可编程信号放大器和数据采集控制电路相连接，所述抗混滤波电路和可编程信号放大器均与数据采集控制电路相连接，所述数据缓冲电路分别与转速传感器和定时计数器相连接，且所述定时计数器与数据采集控制电路相连接。

所述积分电路依次集成一次积分电路和二次积分电路。

所述供电装置包括相互连接的锂电池和供电输出电路，所述供电输出电路分别与振动采集装置、温度采集装置、转速采集装置、信号处理电路、数据采集控制电路和核心板相连接。

所述供电装置还包括电池充电管理电路，所述电池充电管理电路与锂电池相连接。

所述供电装置还包括低电检测电路，所述锂电池和供电输出电路之间引出信号连接至所述低电检测电路。

所述供电装置还包括供电指示电路，所述供电指示电路与供电输出电路相连接。

所述供电装置还包括低电指示电路，所述低电指示电路与低电检测电路相连接。

所述轴承故障诊断仪还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与核心板相连接。

本实用新型的技术效果如下：

本实用新型涉及了一种轴承故障诊断仪，包括振动采集装置、温度采集装置、转速采集装置、信号处理电路、数据采集控制电路、核心板和供电装置，各装置/电路独立处理并相互协同工作、智能化程度高，集振动采集、温度采集、转速采集于一体，使得振动数据、温度数据、转速数据采集使用更方便，设备检测更全面，同时三种信号处理各自具有独立信号处理通道，有效杜绝通道间干扰，大大提高了轴承故障诊断精度和效率；此外，本实用新型的轴承故障诊断仪集成度高，仪器结构简单精巧，体积小、价格较低、便于携带，适合于大范围推广使用，解决了现有的轴承故障诊断仪功能单一、测量精度较低、效率低以及结构复杂、体积大、功耗大，兼容性较差，故障率高，维护费用高的问题；上述轴承故障诊断仪的各装置或各电路均可以硬件实现，适用于机械设备的振动分析、故障诊断，尤其适用于滚动轴承和齿轮箱的状态监测、故障诊断等。

本实用新型提出的轴承故障诊断仪，上述各装置/电路作为独立的单元模块可以进行优化、细化设置，例如，数据采集控制电路和核心板协同控制下，结合采集量选择器，可以实现高低频下振动量多种数据类型的精确采集检测，进而更准确地判断各类轴承故障；例如，信号处理电路采用精心设计地滤波网络、抗混滤波电路、信号幅值调整、可编程信号放大器等，有效地提高了诊断仪的信号信噪比和诊断精度；再例如，供电装置配置低电检测电路以及电池充电管理电路，能够实现电池低压的实时监控以及实现电池充电管理功能。

综上所述，本实用新型提出的轴承故障诊断仪，集成温度测量、振动测量、转速测量，具有数据采集、分析处理、测点管理等功能，可以精确给出轴承和齿轮工作状态、故障原因，在实际应用中，可以诊断设备各种转子类故障(基础松动、不平衡、不对中、轴弯曲、轴裂纹、共振等)，轴承类故障(轴承磨损、轴承点蚀、轴承缺油等)，齿轮箱类故障(齿轮磨损、齿轮偏心、齿轮齿距误差过大等)等各种机械故障，集数据采集、控制、监测、处理、故障诊断，数据存储回放等优化处理，数据采集实时性强、采集数据更精确，人机交互及故障预测简单、高效、方便、快捷，更有利于设备维护、降低设备维护成本和维护时间。

附图说明

图1是本实用新型轴承故障诊断仪的结构示意图。

图2是本实用新型轴承故障诊断仪的一种优选结构示意图。

图中各标号列示如下：

1－振动采集装置；2－温度采集装置；3－转速采集装置；4－信号处理电路；5－供电装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行说明。

本实用新型涉及一种轴承故障诊断仪，其结构示意如图1所示，包括振动采集装置、温度采集装置、转速采集装置、信号处理电路、数据采集控制电路、核心板和供电装置，振动采集装置、温度采集装置和转速采集装置均与信号处理电路相连接，信号处理电路还与数据采集控制电路相连接，数据采集控制电路还与核心板相连接，供电装置分别与振动采集装置、温度采集装置、转速采集装置、信号处理电路、数据采集控制电路和核心板相连接。振动采集装置主要完成待诊断轴承的振动量数据采集；温度采集装置主要完成待诊断轴承的工作温度采集；转速采集装置主要完成待诊断轴承的实时转速采集；信号处理电路主要是将振动采集装置、温度采集装置和转速采集装置分别各自输出的采集数据进行实时处理，例如实时信号滤波、数据缓冲、数据转换、数据存储、信号幅值调整、可编程信号放大等；核心板，即为核心电路板，或称为数据交互电路板，完成数据输入、输出显示控制，人机交互控制，数据采集控制电路配合核心板可以实现轴承故障诊断仪的功能控制、功能切换和数据信息显示控制等，综合各种采集数据进行数据分析、故障诊断，实现诊断设备各种转子类故障、轴承类故障、齿轮箱类故障等各种机械故障；供电装置主要完成对上述各装置/电路的供电。本实用新型提出的轴承故障诊断仪，结构简单精巧，集成度高，体积小、功耗低，故障率低、智能化高、易于使用和维护，各装置/电路的功能单元模块相互协同工作，兼容集成振动采集、温度采集和转速采集的功能，数据采集实时性强、采集数据更精确，故障诊断更高效，同时有效地提高了轴承故障诊断的诊断精度，适用于机械设备的振动分析、故障诊断，尤其适用于滚动轴承和齿轮箱的状态监测、故障诊断，可以广泛适用于机械制造、冶金、化工、电力、水泥、印刷、车辆等领域。

图2是本实用新型轴承故障诊断仪的一种优选结构示意图。如图2所示，该轴承故障诊断仪的振动采集装置包括振动传感器，用于待诊断轴承的振动量数据的感应、采集；温度采集装置包括温度传感器，用于待诊断轴承的工作温度的感应、采集；转速采集装置包括转速传感器，用于待诊断轴承的实时转速的感应、采集；信号处理电路包括第一滤波网络、第二滤波网络、积分电路(积分电路在不积分的零次积分(即无积分)通路上依次集成一次积分电路和二次积分电路，实现输出振动量数据类型，如加速度、速度或位移)、信号幅值调整电路、数据转换存储器、抗混滤波电路、数据缓冲电路、定时计数器、采集量选择器(配合积分电路，可以用于控制选择采集量即振动量的数据类型，如加速度、速度或位移)和可编程信号放大器；核心板优选包括CPU、数据通信电路、内部存储器、外部存储器等，CPU分别连接数据通信电路、内部存储器和外部存储器，并且核心板通过数据通信电路与数据采集控制电路相连；轴承故障诊断仪还包括触摸显示屏，该触摸显示屏与核心板(具体是与核心板的CPU)相连接；供电装置包括锂电池、电池充电管理电路、供电输出电路、供电指示电路、低电检测电路和低电指示电路；其中，第一滤波网络、积分电路、信号幅值调整电路、采集量选择器、可编程信号放大器和抗混滤波电路依次相连接，且第一滤波网络与振动传感器相连接，采集量选择器分别与积分电路和数据采集控制电路相连接，数据转换存储器分别与第二滤波网络和抗混滤波电路相连接，且第二滤波网络与温度传感器相连接，数据转换存储器还分别与可编程信号放大器和数据采集控制电路相连接，抗混滤波电路和可编程信号放大器均与数据采集控制电路相连接，数据缓冲电路分别与转速传感器和定时计数器相连接，且定时计数器与数据采集控制电路相连接；锂电池分别与电池充电管理电路和供电输出电路相连接，供电输出电路分别与振动采集装置、温度采集装置、转速采集装置、信号处理电路、数据采集控制电路、核心板以及供电指示电路相连接，锂电池和供电输出电路之间引出信号连接至低电检测电路，低电检测电路还与低电指示电路相连接。上述各装置/电路作为独立的硬件设备相互协同工作的具体说明如下：

振动传感器将待诊断轴承的振动量数据进行实时感应、采集后，在数据采集控制电路和核心板的协同控制下，具体来说即在数据采集控制电路作为前端协调控制(即前台控制)硬件设备且核心板作为后端管理控制(即后台控制)硬件设备下，进而在可编程信号放大器(控制信号选择不经过放大或选择放大且选择放大倍数，例如可以实现1～256倍的信号放大)和采集量选择器(配合积分电路，可以选择为加速度、速度或位移)的协同选择控制下，振动传感器输出的振动数据信号可以经过第一滤波网络进行信号滤波，再经过积分电路进行积分处理，可以实现输出振动量数据类型，如加速度、速度或位移，进而经过信号幅值调整电路进行信号幅值调整(信号幅值增加或减小)，还可以经过抗混滤波电路进行进一步的信号滤波，再经过数据转换存储器进行如数据信号转换(例如通过高速高精密AD实现模拟数字信号转换)以及阻抗匹配等信号处理后直接进行存储(例如内嵌大容量数据存储器)，最后可以经数据采集控制电路和核心板的数据传输通道传输至核心板实现待诊断轴承的振动量数据的实时数据处理，处理后的振动值输出至触摸显示屏实现待诊断轴承的振动量数据的实时数据显示，并且可以通过核心板控制触摸显示屏以实现人机交互；

温度传感器将待诊断轴承的工作温度进行实时感应、采集后，在数据采集控制电路和核心板的协同控制下，具体来说即在数据采集控制电路作为前端协调控制(即前台控制)且核心板作为后端管理控制(即后台控制)下，温度传感器输出的温度数据信号可以首先经过第二滤波网络进行信号滤波，再经过数据转换存储器进行如数据信号转换(例如通过高速高精密AD实现模拟数字信号转换)以及阻抗匹配等信号处理后直接进行存储(例如内嵌大容量数据存储器)，最后可以经数据采集控制电路和核心板的数据传输通道传输至核心板实现待诊断轴承的温度数据的实时数据处理，处理后的温度值输出至触摸显示屏实现待诊断轴承的温度数据的实时数据显示，并且可以通过核心板控制触摸显示屏以实现人机交互；

转速传感器将待诊断轴承的实时转速进行实时感应、采集后，在数据采集控制电路和核心板的协同控制下，具体来说即在数据采集控制电路作为前端协调控制(即前台控制)且核心板作为后端管理控制(即后台控制)下，进而在定时计数器进一步的定时计数控制下，输出的实时转速信号可以首先经过数据缓冲电路进行数据信号缓冲、延迟，保护、隔离，最后可以经数据采集控制电路和核心板的数据传输通道传输至核心板实现待诊断轴承的转速数据的实时数据处理，处理后的转速值输出至触摸显示屏实现待诊断轴承的转速数据的实时数据显示，并且可以通过核心板控制触摸显示屏以实现人机交互；

此外，本实用新型的轴承故障诊断仪采用如图2所示的内置锂电池供电，锂电池的电源电压经过供电输出电路将电压信号转换为适用的电压后对上述各装置/电路即振动采集装置、温度采集装置、转速采集装置、信号处理电路、数据采集控制电路和核心板进行供电，并且可以将电池供电状态通过供电指示电路进行实时显示，以实时监测该轴承故障诊断仪的工作电压稳定性。进一步，本实用新型的袖珍式测振仪还设置电池充电管理电路和低电检测电路，电池充电管理电路可以实现锂电池充电管理与监控，低电检测电路可以实时监测供电电压的低压数值范围且将电池低电状态通过低电指示电路进行实时显示，以实时监测该轴承故障诊断仪的工作电压稳定性。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种轴承故障诊断仪，其特征在于，包括振动采集装置、温度采集装置、转速采集装置、信号处理电路、数据采集控制电路、核心板和供电装置，所述振动采集装置、温度采集装置和转速采集装置均与信号处理电路相连接，所述信号处理电路还与数据采集控制电路相连接，所述数据采集控制电路还与核心板相连接，所述供电装置分别与振动采集装置、温度采集装置、转速采集装置、信号处理电路、数据采集控制电路和核心板相连接。

2.根据权利要求1所述的轴承故障诊断仪，其特征在于，所述振动采集装置包括振动传感器，所述温度采集装置包括温度传感器，所述转速采集装置包括转速传感器，所述振动传感器、温度传感器和转速传感器均与信号处理电路相连接。

3.根据权利要求2所述的轴承故障诊断仪，其特征在于，所述信号处理电路包括第一滤波网络、第二滤波网络、积分电路、信号幅值调整电路、数据转换存储器、抗混滤波电路、数据缓冲电路、定时计数器、采集量选择器和可编程信号放大器，所述第一滤波网络、积分电路、信号幅值调整电路、采集量选择器、可编程信号放大器和抗混滤波电路依次相连接，且所述第一滤波网络与振动传感器相连接，所述采集量选择器分别与积分电路和数据采集控制电路相连接，所述数据转换存储器分别与第二滤波网络和抗混滤波电路相连接，且所述第二滤波网络与温度传感器相连接，所述数据转换存储器还分别与可编程信号放大器和数据采集控制电路相连接，所述抗混滤波电路和可编程信号放大器均与数据采集控制电路相连接，所述数据缓冲电路分别与转速传感器和定时计数器相连接，且所述定时计数器与数据采集控制电路相连接。

4.根据权利要求3所述的轴承故障诊断仪，其特征在于，所述积分电路依次集成一次积分电路和二次积分电路。

5.根据权利要求1所述的轴承故障诊断仪，其特征在于，所述供电装置包括相互连接的锂电池和供电输出电路，所述供电输出电路分别与振动采集装置、温度采集装置、转速采集装置、信号处理电路、数据采集控制电路和核心板相连接。

6.根据权利要求5所述的轴承故障诊断仪，其特征在于，所述供电装置还包括电池充电管理电路，所述电池充电管理电路与锂电池相连接。

7.根据权利要求5所述的轴承故障诊断仪，其特征在于，所述供电装置还包括低电检测电路，所述锂电池和供电输出电路之间引出信号连接至所述低电检测电路。

8.根据权利要求5所述的轴承故障诊断仪，其特征在于，所述供电装置还包括供电指示电路，所述供电指示电路与供电输出电路相连接。

9.根据权利要求7所述的轴承故障诊断仪，其特征在于，所述供电装置还包括低电指示电路，所述低电指示电路与低电检测电路相连接。

10.根据权利要求1所述的轴承故障诊断仪，其特征在于，所述轴承故障诊断仪还包括触摸显示屏，所述触摸显示屏与核心板相连接。