CN207420937U - 一种轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置，该装置由轴流式通风机单元，上位机单元和下位机单元组成。轴流式风机单元的叶片是被监测对象；轴流式风机的测试传感器主要采用电涡流式位移传感器、磁电式速度传感器。上位机单元将传感器的信号通过调理部分和搭载ARM处理器的单片机进行数据采集，并通过无线电发射装置传送给下位机单元；信号调理部分包含信号放大、滤波、A/D转换模块。下位机单元主要包含无线电接收装置、搭载ARM处理器的单片机、串行通讯电路和PC机组成；下位机通过无线电接收装置接收上位机的信号，最后传到PC电脑进行数据存储和数据处理;下位机单元可以发出命令，转发给传感器，对上位机的采样行为进行控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及轴流式风机故障诊断领域,尤其涉及一种轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置。
背景技术
轴流式风机是一种将原动机的机械能转换为输送气体的机械，叶片作为风机设备中的核心部件，在实际工作中承受极其复杂的激振力，叶片很容易发生振动，从而导致疲劳，甚至出现裂纹、折断等故障，造成严重安全事故因此，要保证旋转机械高效、安全、无故障运行，叶片振动监测技术是不可或缺的重要手段。
本实用新型针对风机上产生的振动进行监测，了解风机工况，以期对风机转子叶片裂纹故障做出早期监测和诊断。常规的通风机监测模式需要大量的布线，安装与维护非常麻烦，因此本实用新型设计的嵌入式无线测振在硬件方面引入了嵌入式平台和无线发射接收平台，降低成本的同时提升了系统整体的可靠性。
实用新型内容
本实用新型在于提供一种轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置，主要用于无线检测轴流式风机叶片的振动进行测量,及对信号处理的目的。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
所述的一种轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置，其轴流式风机叶片嵌入式无线测振系统由轴流式通风机单元Ⅰ，及上位机单元Ⅱ和下位机单元Ⅲ三个部分组成；被监测对象是轴流式通风机单元Ⅰ上的叶片8；系统的上位机单元Ⅱ包括计算机、电源等，计算机与电源通过电源线连接；计算机中需安装Labview虚拟仪器软件；系统的软件部分主要由Labview编写的数据采集、信号处理以及信号分析组成；采用单片机作为下位机单元Ⅲ来进行数据采集和装置控制；采集到的数据进行进一步分析和处理的工作由功能强大的主控PC机来完成，因此PC机和单片机之间有大量的数据交换；下位机单元Ⅲ包含传感器、传感器的供电系统、信号调理模块、基于ARM处理器的单片机等，其中传感器与传感器的供电系统是通过电源线连接、PC机和单片机之通过数据线连接。
所述的轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置，其上位机单元主要完成数据信号的采集、信号调理、A/D转换、数据压缩及数据发送的工作；下位机单元完成数据信号的接收并传送到PC机上，以便进行数据处理。
所述的轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置，其被监测系统由风机筒，叶片组成；当叶片在风机筒中旋转时，叶片经过叶尖定时传感器，叶尖定时传感器产生信号。
所述的轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置，其振动测量系统的传感器包括叶尖定时传感器；横梁用于固定叶根同步传感器和转速同步传感器；转速同步传感器产生转速同步脉冲，用于监测风机的转速；同时作为其它传感器的同步信号，叶根同步传感器采用磁电式传感器，主要用作测量叶尖扰动的同步信号，达到尽量减小风机转速不均匀引起的测量误差的目的。
所述的轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置，其叶尖过叶尖定时传感器发出的信号转入调理电路而被后续处理，前期处理模块主要包括前置处理单元和基于ARM处理器的单片机，前置单元与传感器类型对应，相互之间可串联接入，前置单元的主要作用是接收并处理传感器信号，并将模拟信号转换成脉冲信号传输到采集卡，单片机的主要作用则是对脉冲信号进行模数转换，然后由无线发射模块发送。
所述的轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置，其上位机单元Ⅱ与下位机单元Ⅲ的通讯采用无线通信，将采集到的振动信号打包送到无线模块进行信号调制和功率放大等操作后，通过基于ARM处理器的单片机进行电平转换，进而达到与上位机单元Ⅱ通信的目的，从而实现无线传输功能。
附图说明
图1是系统总体设计结构图。
图2是轴流式通风机单元示意图。
图3是上位机单元信号发射示意图。
图4是下位机单元信号处理示意图。
图5是振动信号分析原理图。
图6是下位机单元系统软件流程图。
具体实施方式
本实用新型针对旋式轴流通风机叶片振动实验所需的工作，设计对旋式轴流式通风机嵌入式无线测振，选择合适传感器与采集器，建立风机叶片振动的采集系统和测量方案并进行实验，对通风机的振动特性进行测量，获得振动特性曲线。
结合图1，本实用新型包括轴流式通风机单元Ⅰ，上位机单元Ⅱ，下位机单元Ⅲ三部分组成。
结合图2，轴流式通风机单元Ⅰ利用叶尖间隙及定时测量的非接触旋转叶片测振技术来监测叶片的运行参数，能同时监测整级叶片的振动情况，而且不会改变叶片原有的振动特性，且准备工作少，安装简单。
结合图3，上位机单元Ⅱ将传感器的信号进行采集，并通过无线电发射装置传送给下位机单元。
结合图4，下位机单元Ⅲ部分，主要包含基于振动信号测试的测试传感器、信号调理模块、信号发射和信号接收装置等部分组成。利用叶尖间隙及定时测量的非接触旋转叶片测振技术来监测叶片、叶轮的运行参数，而且不会改变叶片原有的振动特性，能同时监测整级叶片的振动情况，且准备工作少，安装简单。通过对叶片振动的监测，可以计算出叶片在运行过程中的应力幅值，由此可以进行叶片疲劳寿命的预测。
具体实施方案是利用叶尖定时传感器2、3、4对叶片振动进行非接触式测量，传感器布置结合图2所示，即叶尖定时传感器2、3、4安装在风机相对静止的外壳上，利用传感器感受它在它前面通过的旋转叶片所产生的脉冲信号。同时另设一转速同步传感器7产生转速同步脉冲，用于监测风机的转速，同时作为其它传感器的同步信号。在叶片8根部设置一叶根同步传感器6，主要用作测量叶尖扰动的同步信号，达到尽量减小风机转速不均匀引起的测量误差，如果风机转速均匀，则叶尖过叶尖定时传感器的时间可直接相对转速同步脉冲测量。
测量原理结合图5如果叶片发生振动，叶片的端部相对于转动方向将会向前或向后偏移，这样就引起脉冲到达时间的改变，从而计算出叶片振动的振幅，对叶片振幅序列的时间序列进行变换，并进行一些必要的数据处理即可确定叶片的实际振动频率。
结合图6软件流程图，下位机发出的采集开始、暂停、结束等命令，并转发给上位机连接的传感器，从而对上位机的采样行为进行控制。
本实用新型采用无线方式传输，实现了数据的远距离传输。结合图1数据采集单片机和无线接收单片机之间采用无线通讯：单片机与无线模块通过串口相连，采集到的数据经过单片机软件编码后，由无线发射模块发射；结合图4，上位机部分利用无线接收模块接收到数据，经过单片机软件解码后，数据由串行方式传输到PC机，再利用Labview软件对所采集到的信号进行数据处理。
Claims (6)
1.一种轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置，其特征在于：轴流式风机叶片嵌入式无线测振系统由轴流式通风机单元(Ⅰ)，及上位机单元(Ⅱ)和下位机单元(Ⅲ)三个部分组成；被监测对象是轴流式通风机单元(Ⅰ)上的叶片(8)；系统的上位机单元(Ⅱ)包括计算机、电源等，计算机与电源通过电源线连接；计算机中需安装Labview虚拟仪器软件；系统的软件部分主要由Labview编写的数据采集、信号处理以及信号分析组成；采用单片机作为下位机单元(Ⅲ)来进行数据采集和装置控制；采集到的数据进行进一步分析和处理的工作由功能强大的主控PC机来完成；因此PC机和单片机之间有大量的数据交换；下位机单元(Ⅲ)包含传感器、传感器的供电系统、信号调理模块、基于ARM处理器的单片机等,其中传感器与传感器的供电系统是通过电源线连接、PC机和单片机之通过数据线连接。
2.根据权利要求1所述的轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置，其特征在于：该装置的上位机单元(Ⅱ)主要完成数据信号的采集、信号调理、A/D转换、数据压缩及数据发送的工作；下位机单元(Ⅲ)完成数据信号的接收并传送到PC机上，以便进行数据处理。
3.根据权利要求1所述的轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置，其特征在于：被监测系统由风机筒(1)，叶片(8)组成；当叶片(8)在风机筒(1)中旋转时，叶片(8)经过叶尖定时传感器(2、3、4)，叶尖定时传感器(2、3、4)产生信号。
4.根据权利要求1所述的轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置，其特征在于：振动测量系统的传感器包括叶尖定时传感器(2、3、4)；横梁(5)用于固定叶根同步传感器(6)和转速同步传感器(7)；转速同步传感器(7)产生转速同步脉冲，用于监测风机的转速；同时作为其它传感器的同步信号，叶根同步传感器(6)采用磁电式传感器，主要用作测量叶尖扰动的同步信号，达到尽量减小风机转速不均匀引起的测量误差的目的。
5.根据权利要求1所述的轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置，其特征在于：叶尖过叶尖定时传感器(2、3、4)发出的信号转入调理电路而被后续处理，前期处理模块主要包括前置处理单元和基于ARM处理器的单片机，前置单元与传感器类型对应，相互之间可串联接入，前置单元的主要作用是接收并处理传感器信号，并将模拟信号转换成脉冲信号传输到采集卡，单片机的主要作用则是对脉冲信号进行模数转换，然后由无线发射模块发送。
6.根据权利要求1所述的轴流式风机叶片嵌入式无线测振装置，其特征在于：上位机单元(Ⅱ)与下位机单元(Ⅲ)的通讯采用无线通信，将采集到的振动信号打包送到无线模块进行信号调制和功率放大等操作后，通过基于ARM处理器的单片机进行电平转换，进而达到与上位机单元(Ⅱ)通信的目的，从而实现无线传输功能。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106907347A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-06-30 | 河南理工大学 | 一种轴流式风机叶片嵌入式无线测振系统 |
| CN112179480A (zh) * | 2020-08-26 | 2021-01-05 | 西安交通大学 | 一种谐波叠加拟合叶尖定时振动参数识别的方法、系统及电子设备 |
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2017
- 2017-05-05 CN CN201720489188.XU patent/CN207420937U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN112179480A (zh) * | 2020-08-26 | 2021-01-05 | 西安交通大学 | 一种谐波叠加拟合叶尖定时振动参数识别的方法、系统及电子设备 |
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