RU2728485C1 - Method for multifunctional diagnostics of bearing assemblies and device for its implementation in integral version - Google Patents
Method for multifunctional diagnostics of bearing assemblies and device for its implementation in integral version Download PDFInfo
- Publication number
- RU2728485C1 RU2728485C1 RU2019141321A RU2019141321A RU2728485C1 RU 2728485 C1 RU2728485 C1 RU 2728485C1 RU 2019141321 A RU2019141321 A RU 2019141321A RU 2019141321 A RU2019141321 A RU 2019141321A RU 2728485 C1 RU2728485 C1 RU 2728485C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- channel
- input
- signal
- vibration
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M13/00—Testing of machine parts
- G01M13/04—Bearings
- G01M13/045—Acoustic or vibration analysis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к контролю подшипниковых узлов (ПУ) и может быть использовано для диагностики подшипников, применяемых в составе железнодорожных букс, в автомобильном транспорте, авиации, в машиностроении в процессе их эксплуатации.The claimed invention relates to the control of bearing assemblies (PU) and can be used to diagnose bearings used as part of railway axle boxes, in road transport, aviation, in mechanical engineering during their operation.
Известен датчик вибрации для контроля состояния вращающихся узлов или подшипников, состоящий из чувствительного элемента, электронного блока обработки, пользовательского интерфейса [1]. Электронный блок обработки содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), средства обработки сигнала, дисплей. Сам чувствительный элемент, блок обработки, интерфейс располагаются в одном корпусе. Процесс мониторинга состояния вращающегося подшипника, включающий этапы непрерывного или квази-непрерывного измерения выходного напряжения с чувствительного элемента, дальнейшей обработки сигнала во временной и частотной области и выдачи информации о техническом состоянии подшипника на дисплей. Выполняется преобразование Фурье (БПФ) огибающей. Для частотного анализа использовано так называемое масштабное БПФ, которое позволяет повысить разрешение по частоте. В устройстве предусмотрен режим проверки достоверности полученных данных, основанный на следующем принципе, повреждение, которое возникает на вращающемся элементе или на подшипнике, обычно не происходит случайным образом, а возникает и увеличивается с течением времени. Исходя из данного принципа, путем сравнения текущих данных о вибрации и аналогичных данных предыдущих измерений, может быть установлена ошибка измерений.Known vibration sensor for monitoring the state of rotating assemblies or bearings, consisting of a sensitive element, electronic processing unit, user interface [1]. The electronic processing unit contains an analog-to-digital converter (ADC), signal processing means, and a display. The sensing element itself, the processing unit, and the interface are located in one housing. The process of monitoring the condition of a rotating bearing, which includes the stages of continuous or quasi-continuous measurement of the output voltage from the sensing element, further processing of the signal in the time and frequency domain, and providing information on the technical condition of the bearing to the display. The Fourier transform (FFT) of the envelope is performed. For frequency analysis, the so-called scale FFT is used, which allows increasing the frequency resolution. The device provides a mode of validation of the received data, based on the following principle, damage that occurs on a rotating element or on a bearing does not usually occur randomly, but occurs and increases over time. Based on this principle, by comparing the current vibration data with similar data from previous measurements, the measurement error can be determined.
К недостаткам данного устройства можно отнести достаточно большие габариты устройства, а также отсутствие ВЧ измерительного тракта, что не позволит реализовать компактные, высокоточные системы вибродиагностики, определяющие зарождающиеся дефекты подшипника в процессе их эксплуатации.The disadvantages of this device include the rather large dimensions of the device, as well as the absence of an HF measuring path, which will not allow the implementation of compact, high-precision vibration diagnostic systems that determine incipient bearing defects during their operation.
Известно устройство диагностики шума и вибрации для транспортного средства, которое содержит измерительный датчик, выполненный с возможностью прикрепления на транспортное средство, входной канал с АЦП, и электронную схему обработки [2]. Устройство может дополнительно включать в себя дисплей, светодиод, который отображает состояние включения/выключения питания или состояния заряда батареи, разъем питания, слот для SD-карты, разъем USB, к которому подключен кабель USB, и порт линии связи, который нужно соединить с электронным блоком управления транспортным средством. Устройство позволяет определять предаварийные состояния транспортного средства, если измеренное значение шума и вибрации превышает эталонное значение, наличие дефектных компонентов по измеренным параметрам шума и вибрации.Known device for diagnosing noise and vibration for a vehicle, which contains a measuring sensor configured to be attached to a vehicle, an input channel with an ADC, and an electronic processing circuit [2]. The device may additionally include a display, an LED that displays the power on / off or battery charge status, a power connector, an SD card slot, a USB connector to which the USB cable is connected, and a communications port to be connected to the electronic vehicle control unit. The device allows you to determine the pre-emergency conditions of the vehicle, if the measured value of noise and vibration exceeds the reference value, the presence of defective components according to the measured parameters of noise and vibration.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности самодиагностики измерительного канала в рабочем режиме.The disadvantage of this device is the inability to self-diagnose the measuring channel in the operating mode.
Наиболее близким по технической сути является изобретение, которое взято в качестве прототипа [3].The closest in technical essence is the invention, which is taken as a prototype [3].
Устройство вибродиагностическое многоканальное, содержащее вибродатчики, устанавливаемые на диагностируемых объектах, выходы которых соединены с входами усилителей заряда, аналого-цифровые преобразователи, входы которых подключены к выходам усилителей, а выходы аналого-цифровых преобразователей через устройство сопряжения соединены с последовательным USB-портом ПЭВМ. Предлагаемое устройство основано на применении удаленной обработки цифрового сигнала.The multichannel vibration diagnostic device contains vibration sensors installed on the diagnosed objects, the outputs of which are connected to the inputs of the charge amplifiers, analog-to-digital converters, the inputs of which are connected to the outputs of the amplifiers, and the outputs of the analog-to-digital converters through the interface device are connected to the USB serial port of the PC. The proposed device is based on the use of remote digital signal processing.
К недостаткам предлагаемого устройства следует отнести невозможность миниатюризации данного устройства и необходимости удаленной обработки цифрового сигнала, а как следствие невозможности проведения качественного диагностирования подвижных объектов в процессе их эксплуатации.The disadvantages of the proposed device include the impossibility of miniaturization of this device and the need for remote processing of a digital signal, and as a consequence of the impossibility of high-quality diagnostics of moving objects during their operation.
Наиболее близким способом выявления дефектов узлов и агрегатов автомобиля в реальном времени является изобретение, которое взято в качестве прототипа [4].The closest way to detect defects in components and assemblies of a car in real time is the invention, which is taken as a prototype [4].
Способ заключается в том, что виброакустический сигнал усиливают, фильтруют, дискретизуют по времени. Затем на каждом очередном шаге дискретизации определяют суммарное значение результатов нелинейных интегральных преобразований функцией y(x)=sin(x)*x2 следующих друг за другом N отсчетов виброакустического сигнала, сравнивают полученное значение с пороговым уровнем. В случае превышения порогового уровня формируется сигнал о наличии дефекта.The method consists in the fact that the vibroacoustic signal is amplified, filtered, time-sampled. Then, at each successive sampling step, the total value of the results of nonlinear integral transformations is determined by the function y (x) = sin (x) * x 2 of the following N samples of the vibroacoustic signal, the resulting value is compared with the threshold level. If the threshold level is exceeded, a defect signal is generated.
Недостатком данного способа является отсутствие возможности обработки вибросигнала в частотной области, что затрудняет однозначное определение типа дефекта и места его расположения.The disadvantage of this method is the inability to process a vibration signal in the frequency domain, which makes it difficult to unambiguously determine the type of defect and its location.
Задачей заявляемого изобретения является реализация высокоточного, компактного устройства диагностики подшипниковых узлов в интегральном исполнении, расширение функциональных возможностей способа определяющего дефекты подшипника, в том числе зарождающиеся, в процессе эксплуатации.The objective of the claimed invention is the implementation of a high-precision, compact device for diagnostics of bearing assemblies in an integral design, expanding the functionality of the method for determining bearing defects, including emerging ones, during operation.
Это достигается за счет наличия в составе устройства низкочастотного (НЧ), высокочастотного (ВЧ) и дополнительного вибродатчика для самодиагностики, соединения выходов НЧ и ВЧ датчиков вибрации с входами инструментальных усилителей НЧ и ВЧ каналов с программируемыми коэффициентами усиления и ограниченными полосами пропускания, соединения выходов инструментальных усилителей НЧ и ВЧ каналов с вторым и четвертым входом первого мультиплексора, соединения выхода усилителя температурного канала с первым входом первого мультиплексора, соединения датчика внешней температуры с входом усилителя температурного канала, соединения датчика внешней температуры с третьим входом первого мультиплексора, соединения выхода первого мультиплексора с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), соединения выхода АЦП с входом демультиплексора, соединения первого выхода демультиплексора с микроконтроллером, соединения второго выхода демультиплексора с входом усредняющего по четырем значениям фильтра НЧ канала и входом детектора огибающей НЧ канала, соединения выхода усредняющего по четырем значениям фильтра НЧ канала с входом интегратора НЧ канала, соединения выхода интегратора НЧ канала с входом блока фильтров нижних частот (ФНЧ) с различной частотой среза и входом усредняющего по 32-м значениям фильтра НЧ канала, соединения выхода блока ФНЧ с различной частотой среза с первым входом второго мультиплексора, соединения выхода детектора огибающей НЧ канала с вторым входом второго мультиплексора, соединения выхода второго мультиплексора с входом фильтра Гёрцеля НЧ канала и входом блока быстрого преобразования Фурье (БПФ) НЧ канала и входом блока расчета среднеквадратичного значения виброскорости (СКЗ) НЧ канала, соединения выхода фильтра Гёрцеля НЧ канала, выхода блока БПФ НЧ канала, выхода блока расчета СКЗ НЧ канала с микроконтроллером, соединения выхода усредняющего по 32-м значениям фильтра НЧ канала с входом блока полосовых фильтров НЧ канала, соединения выхода блока полосовых фильтров НЧ канала с входом блока расчета СКЗ виброскорости, соединения выхода блока расчета СКЗ виброскорости с входом микроконтроллера, соединения третьего выхода демультиплексора с входом усредняющего по четырем значениям фильтра ВЧ канала и входом детектора огибающей ВЧ канала, соединения выхода детектора огибающей ВЧ канала с первым входом третьего мультиплексора, соединения выхода усредняющего по четырем значениям фильтра ВЧ канала с вторым входом третьего мультиплексора и амплитудным детектором, соединения выхода третьего мультиплексора с входом фильтра Гёрцеля ВЧ канала, входом блока БПФ ВЧ канала и входом блока расчета СКЗ виброскорости ВЧ канала, соединения с микроконтроллером выхода фильтра Гёрцеля ВЧ сигнала, выхода блока БПФ ВЧ канала, выхода блока расчета СКЗ ВЧ канала, выхода амплитудного детектора ВЧ канала, соединения выхода магниторезистивного датчика положения с детектором квадратур, который в свою очередь соединен с счетчиком положения, соединения выхода счетчика положения с микроконтроллером, соединения индикатора состояния с микроконтроллером, соединения входа блока диагностики с микроконтроллером, соединения выхода блока диагностики с блоком цифроаналогового преобразователя (ЦАП), соединения ЦАП и буфера и дополнительного пьезодатчика через буфер, интегрального исполнения всех функциональных блоков обработки в составе микросхемы.This is achieved due to the presence of a low-frequency (LF), high-frequency (HF) and an additional vibration sensor for self-diagnostics in the device, connecting the outputs of the LF and HF vibration sensors with the inputs of the instrumental amplifiers of LF and HF channels with programmable gains and limited bandwidths, connecting the outputs of the instrumental amplifiers of LF and HF channels with the second and fourth inputs of the first multiplexer, connecting the output of the temperature channel amplifier with the first input of the first multiplexer, connecting the external temperature sensor with the input of the temperature channel amplifier, connecting the external temperature sensor with the third input of the first multiplexer, connecting the output of the first multiplexer with the input analog-to-digital converter (ADC), connecting the ADC output to the demultiplexer input, connecting the first demultiplexer output to the microcontroller, connecting the second demultiplexer output to the input of the low-pass filter averaging over four values la and the input of the LF channel envelope detector, the connection of the output of the low-pass channel filter averaging over four values of the LF channel with the input of the LF channel integrator, the connection of the LF channel integrator output to the input of the low-pass filter unit (LPF) with different cutoff frequencies and the input of the filter averaging over 32 values LF channel, connecting the output of the LPF block with different cutoff frequencies to the first input of the second multiplexer, connecting the output of the LF channel envelope detector to the second input of the second multiplexer, connecting the output of the second multiplexer to the input of the Goertzel filter of the LF channel and the input of the Fast Fourier Transform (FFT) block of the LF channel and the input of the unit for calculating the RMS value of the vibration velocity (RMS) of the LF channel, the connection of the output of the Goertzel filter of the LF channel, the output of the FFT unit of the LF channel, the output of the calculation unit for the RMS of the LF channel with the microcontroller, the connection of the output of the LF channel filter averaging over 32 values with the input of the bandpass unit low-frequency channel filters, bandpass filter block output connections in the low-frequency channel with the input of the vibration velocity RMS calculation unit, connecting the output of the vibration velocity RMS calculating unit with the microcontroller input, connecting the third output of the demultiplexer with the input of the high-frequency channel filter averaging over four values and the input of the RF channel envelope detector, connecting the output of the RF channel envelope detector with the first input of the third multiplexer, connecting the output of the RF channel averaging over four values of the filter with the second input of the third multiplexer and the amplitude detector, connecting the output of the third multiplexer with the input of the Goertzel filter of the RF channel, the input of the FFT of the RF channel and the input of the RMS calculation unit for the vibration velocity of the RF channel, connections with the microcontroller of the filter output Goertzel of the RF signal, the output of the FFT unit of the RF channel, the output of the RMS calculation unit of the RF channel, the output of the amplitude detector of the RF channel, the connection of the output of the magnetoresistive position sensor with the quadrature detector, which in turn is connected to the position counter, connections of the output of the position counter with the microcontroller, connecting the status indicator with the microcontroller, connecting the diagnostic unit input with the microcontroller, connecting the diagnostic unit's output with the digital-to-analog converter (DAC) unit, connecting the DAC and the buffer and an additional piezoelectric sensor through the buffer, integrated execution of all processing functional blocks as part of the microcircuit.
Это достигается за счет того, что после дискретизации выполняется усреднение цифрового НЧ и ВЧ сигнала по нескольким значениям и вычисление огибающей, для НЧ сигнала после усреднения выполняется фильтрация цифрового сигнала, для ВЧ сигнала после усреднения определяется максимальное из нескольких значений, после фильтрации цифрового НЧ сигнала и усреднения цифрового ВЧ сигнала или после вычисления огибающей НЧ и ВЧ сигнала, выполняется вычисление среднеквадратичного значения либо вычисление спектра сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье, либо вычисление спектральной плотности по алгоритму Гёрцеля, затем происходит запись и обработка полученных результатов в микроконтроллере, обработка может состоять в сравнении СКЗ сигнала с пороговыми значениями предаварии и аварии, в сравнении температуры вращающегося подшипника с пороговым значением предаварии и аварии, в мониторировании СКЗ сигнала на выбранных гармониках, в определении значений модуля спектральных составляющих, в определении отношения максимального значения ВЧ сигнала к среднеквадратичному, в определении частоты основной гармоники БПФ и последующем вычислении спектральной плотности по алгоритму Гёрцеля на определенной ранее частоте, после обработки результатов выдается сигнал о текущем техническом состоянии подшипника.This is achieved due to the fact that after sampling, the digital LF and HF signal is averaged over several values and the envelope is calculated, for the LF signal after averaging, the digital signal is filtered, for the HF signal, after averaging, the maximum of several values is determined, after filtering the digital LF signal and averaging the digital RF signal or after calculating the envelope of the LF and HF signal, the rms value is calculated, or the signal spectrum is calculated using the fast Fourier transform, or the spectral density is calculated using the Goertzel algorithm, then the results are recorded and processed in a microcontroller, the processing can consist in comparison RMS signal with threshold values of pre-failure and accident, in comparison of the temperature of a rotating bearing with the threshold value of pre-failure and failure, in monitoring the RMS signal at selected harmonics, in determining the values of the modulus of spectral components, in determined and the ratio of the maximum value of the RF signal to the rms signal, in determining the frequency of the fundamental harmonic of the FFT and the subsequent calculation of the spectral density using the Goertzel algorithm at a previously determined frequency, after processing the results, a signal is issued about the current technical condition of the bearing.
Устройство может выступать в качестве малогабаритного составляющего элемента при построении систем бортового мониторинга транспортных средств и контроля состояния оборудования. Использование ВЧ канала измерения вибрации позволит увеличить достоверность определения зарождающего дефекта на фоне всех имеющихся шумов в рабочем режиме. Цифровая обработка вибросигнала с применением алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ) и Гёрцеля, а также расчет среднеквадратичных значений виброскорости и виброускорения позволяет анализировать вибросигнал в частотной области без применения удаленной обработки цифрового сигнала на внешней ПЭВМ. Наличие магниторезистивных датчиков позволяет проводить измерения угловой скорости и углового положения вращающего объекта. Обработка полученных результатов в микроконтроллере позволяет выявлять дефекты на стадии зарождения, сигнализировать индикатором, а также прогнозировать остаточный срок службы узла. Метод огибающей высокочастотной (ВЧ) вибрации является сегодня одним из главных методов вибродиагностики подшипников, редукторов, электродвигателей и других, вращающихся механизмов и машин. Обусловлено это очевидными преимуществами метода: помехозащищенностью, информативностью и, самое главное, возможностью обнаружения дефектов на самой ранней стадии их развития. В случае возникновения какого-либо дефекта подшипника высокочастотная (несущая) составляющая вибрации начнет модулироваться низкочастотной вибрацией, возбуждаемой дефектом. Таким образом, если выделить из общего модулированного ВЧ сигнала его низкочастотную (модулирующую) составляющую (называемую «огибающей» сигнала), то по частотному расположению амплитудных пиков в спектре огибающей можно однозначно судить о месте возникновения дефекта, а по величине амплитуды - о глубине развития дефекта. В этом и заключается суть метода огибающей.The device can act as a small-sized component in the construction of on-board vehicle monitoring systems and equipment condition monitoring. The use of a high-frequency vibration measurement channel will increase the reliability of the incipient defect determination against the background of all available noise in the operating mode. Digital processing of a vibration signal using fast Fourier transform (FFT) and Goertzel algorithms, as well as the calculation of the root mean square values of vibration velocity and vibration acceleration, allows you to analyze a vibration signal in the frequency domain without using remote digital signal processing on an external PC. The presence of magnetoresistive sensors makes it possible to measure the angular velocity and angular position of a rotating object. The processing of the results obtained in the microcontroller makes it possible to detect defects at the inception stage, signal with an indicator, and also predict the residual life of the unit. The envelope method of high-frequency (HF) vibration is today one of the main methods of vibration diagnostics of bearings, gearboxes, electric motors and other rotating mechanisms and machines. This is due to the obvious advantages of the method: noise immunity, information content and, most importantly, the ability to detect defects at the earliest stage of their development. In the event of any bearing defect, the high-frequency (carrier) vibration component will begin to be modulated by the low-frequency vibration excited by the defect. Thus, if we extract from the general modulated HF signal its low-frequency (modulating) component (called the “envelope” of the signal), then by the frequency location of the amplitude peaks in the envelope spectrum, one can unambiguously judge the location of the defect, and by the magnitude of the amplitude, the depth of defect development ... This is the essence of the envelope method.
На фиг. 1 представлено заявляемое устройство. Выход резистивного датчика внешней температуры 1 подключен к входу усилителя температурного канала 2, а выход усилителя температурного канала 2 к первому входу первого мультиплексора 3. В составе устройства имеются два основных чувствительных элемента вибрации 4 и 6, и один дополнительный 33 для реализации режима метрологического самоконтроля. Выводы датчика вибрации НЧ канала 4 соединены с высокоимпедансным инструментальным усилителем 5 с программируемым коэффициентом усиления от 1 до 20 и ограниченной полосой пропускания от 2 до 10 кГц. Датчик вибрации ВЧ канала 6 соединен с входом высокоимпедансного инструментального усилителя 7 с программируемым коэффициентом усиления от 1 до 20 и ограниченной полосой пропускания в диапазоне от 18 до 42 кГц. Выходы инструментальных усилителей НЧ и ВЧ каналов 5 и 7 соединены со вторым и четвертым входом мультиплексора 3. Выход резистивного датчика внутренней температуры 8 подключен к третьему входу мультиплексора 3. Выход мультиплексора 3 соединен с входом 16-ти разрядного АЦП последовательного приближения 9, который построен на основе 16-ти разрядной дифференциальной емкостной матрицы с разделительным конденсатором. Выход АЦП 9 соединен с входом демультиплексора 10. Первый выход демультиплексора 10 соединен с микроконтроллером 11. Второй выход демультиплексора 10 через усредняющий по четырем значениям фильтр НЧ канала 12, интегратор НЧ канала 13, блок ФНЧ с перенастраиваемой частотой среза НЧ канала 14, детектор огибающей НЧ канала 15, мультиплексор 16, фильтр Гёрцеля НЧ канала 17, блок быстрого преобразования Фурье (БПФ) НЧ канала 18, блок расчета среднеквадратичного значения виброскорости (СКЗ) НЧ канала 19, а также усредняющий по 32-м значениям фильтр НЧ канала 20, блок полосовых фильтров НЧ канала 21, блок СКЗ НЧ канала 22 соединены с микроконтроллером 11. Третий выход демультиплексора через детектор огибающей ВЧ канала 23, усредняющий фильтр ВЧ канала 24, мультиплексор 25, блок фильтра Гёрцеля ВЧ канала 26, блок БПФ ВЧ канала 27, блок СКЗ ВЧ канала 28 и блок амплитудного детектирования ВЧ канала 29 соединен с микроконтроллером 11. Вход блока диагностики 30 соединен с микроконтроллером 11, а его выход с блоком ЦАП 31. С выхода ЦАП сигнал поступает через буфер 32 на дополнительный пьезодатчик 33, который расположен в непосредственной близости от двух основных датчиков вибрации 4, 6. Выход магниторезистивного датчика положения 34 соединен с детектором квадратур 35, который в свою очередь соединен с счетчиком положения 36. Счетчик положения 36 соединен с микроконтроллером 11. К микроконтроллеру также подключен индикатор состояния 37.FIG. 1 shows the claimed device. The output of the resistive
При вращении магнитного диска, закрепленного на вращающейся части подшипника, изменяется величина и направление вектора магнитной индукции в месте расположения магниторезистивного датчика, следовательно, изменяется и выходное напряжение датчика, которое в виде квадратурного сигнала поступает на детектор квадратур. Детектор квадратур формирует сигналы счета, которые суммируются счетчиком положения. В микроконтроллере рассчитывается угол поворота и текущая скорость вращения. Внешний датчик температуры располагается вблизи вращающихся узлов. Цифровое значение температуры нагрева сохраняется в микроконтроллере. При вращении подшипника под нагрузкой на устройство воздействует вибрация. Низкочастотная вибрация преобразуется в напряжение с помощью датчиков, выполняется дискретизация, усреднение цифрового сигнала по нескольким значениям, вычисление огибающей, фильтрация цифрового сигнала. Затем выполняется три процедуры обработки: вычисление спектральной плотности по алгоритму Гёрцеля на одной заранее известной частоте с высокой точностью; быстрое преобразование Фурье на системной частоте 16 МГц; вычисление среднеквадратичного значения итерационным методом. Метод основан на фильтрации отношения xi*xi/RMSi, где xi - входной сигнал, RMSi - текущее значение среднеквадратичного значения (СКЗ). СКЗ вычисляется по итерационной формуле RMSi+1=xi*xi/RMSi. Начальное значение RMS0 принимается равным половине шкалы. Каждое последующее значение RMSi вычисляется в результате фильтрации отношения xi*xi/RMSi. Высокочастотная вибрация также преобразуется в напряжение, выполняется дискретизация, усреднение цифрового сигнала по нескольким значениям, вычисление огибающей, определение максимального значения. Затем выполняются три процедуры обработки: вычисление спектральной плотности по алгоритму Гёрцеля на одной заранее известной частоте с высокой точностью; быстрое преобразование Фурье на системной частоте 16 МГц; вычисление среднеквадратичного значения итерационным методом, приведенным выше. В микроконтроллере происходит анализ рассчитанных значений, сравнение с предельно допустимыми нормами по вибрации и температуре и выдача сигнала на индикатор состояния.When the magnetic disk, fixed on the rotating part of the bearing, rotates, the magnitude and direction of the magnetic induction vector at the location of the magnetoresistive sensor changes, therefore, the output voltage of the sensor changes, which is fed to the quadrature detector in the form of a quadrature signal. The quadrature detector generates counting signals that are summed by the position counter. The microcontroller calculates the angle of rotation and the current rotation speed. The external temperature sensor is located near the rotating parts. The digital value of the heating temperature is stored in the microcontroller. When the bearing rotates under load, vibration is applied to the device. Low-frequency vibration is converted into voltage using sensors, sampling, averaging of the digital signal over several values, calculation of the envelope, filtering of the digital signal. Then three processing procedures are performed: calculation of the spectral density according to the Goertsel algorithm at one previously known frequency with high accuracy; Fast Fourier transform at 16 MHz system frequency; calculation of the mean square value by the iterative method. The method is based on filtering the ratio x i * x i / RMS i , where x i is the input signal, RMS i is the current value of the root mean square value (RMS). The RMS is calculated by the iterative formula RMS i + 1 = x i * x i / RMS i . The initial RMS value of 0 is assumed to be half the scale. Each subsequent RMS i value is calculated by filtering the ratio x i * x i / RMS i . High-frequency vibration is also converted to voltage, sampling, digital signal averaging over several values, envelope calculation, maximum value determination. Then three processing procedures are performed: calculation of the spectral density according to the Goertsel algorithm at one previously known frequency with high accuracy; Fast Fourier transform at 16 MHz system frequency; calculating the RMS value by the iterative method above. In the microcontroller, the calculated values are analyzed, compared with the maximum permissible norms for vibration and temperature, and a signal is sent to the status indicator.
Устройство работает следующим образом. Для мониторинга подшипников устройство располагают на его неподвижных частях, например на внешнем кольце подшипника. При длительной работе подшипника под нагрузкой в сложных погодных условиях в телах качения возникают усталостные дефекты, появляются шероховатости и трещины, которые приводят к абразивному износу и выходу из строя всего подшипника. Данные дефекты вызывают увеличение температуры и появление вибрации, что позволяет их обнаружить с помощью заявляемого устройства. Устройство последовательно выполняет измерения температуры, углового положения и угловой скорости, виброскорости по ВЧ и НЧ каналу. В обычном режиме работы устройство выполняет сравнение среднеквадратичного значения вибросигнала и температуры с пороговыми значениями предаварии и аварии, в случае превышения выдает информацию об аварийном или предаварийном состоянии на индикатор. В расширенном режиме работы устройство определяет тип дефекта с помощью анализа вибросигнала в частотной области. Такими дефектами могут быть: перекос наружного кольца при посадке, износ наружного кольца, износ поверхности тел качения, сколы на внутреннем и наружном кольце, обкатывание наружного кольца.The device works as follows. For bearing monitoring, the device is positioned on stationary parts such as the outer ring of a bearing. With prolonged operation of the bearing under load in difficult weather conditions, fatigue defects appear in the rolling elements, roughness and cracks appear, which lead to abrasive wear and failure of the entire bearing. These defects cause an increase in temperature and the appearance of vibration, which makes it possible to detect them using the proposed device. The device sequentially performs measurements of temperature, angular position and angular velocity, vibration velocity along the HF and LF channels. In normal operation, the device compares the root-mean-square value of the vibration signal and temperature with the threshold values of the pre-failure and emergency, in case of excess it gives information about the emergency or pre-emergency state to the indicator. In the extended mode of operation, the device determines the type of defect by analyzing the vibration signal in the frequency domain. Such defects can be: distortion of the outer ring during fit, wear of the outer ring, wear of the rolling element surface, chips on the inner and outer rings, rolling of the outer ring.
Предлагаемое устройство позволяет проводить измерения параметров вибрации -виброскорость, виброускорение в двух диапазонах частот, проводить цифровую обработку вибросигнала с применением алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ) и Герцеля, вычислять среднеквадратичное значение вибросигнала, анализировать вибросигнал в частотной области, проводить измерения угловой скорости и углового положения вращающего объекта, измерять температуру нагрева подшипника, выявлять дефекты на стадии зарождения, выполнять сравнение СКЗ вибросигнала с пороговыми значениями предаварии и аварии, выполнять сравнение температуры вращающегося подшипника с пороговыми значениями предаварии и аварии, проводить мониторирование СКЗ сигнала на выбранных гармониках, определять значения модуля спектральных составляющих, рассчитывать отношение максимального значения ВЧ сигнала к среднеквадратичному, определять частоту основной гармоники БПФ с последующим вычислением спектральной плотности по алгоритму Гёрцеля на определенной ранее частоте, сигнализировать о текущем техническом состоянии подшипника.The proposed device allows you to measure vibration parameters - vibration velocity, vibration acceleration in two frequency ranges, to carry out digital processing of a vibration signal using fast Fourier transform (FFT) and Goertzel algorithms, to calculate the root-mean-square value of a vibration signal, to analyze a vibration signal in the frequency domain, to measure angular velocity and angular position rotating object, measure the bearing heating temperature, identify defects at the inception stage, compare the RMS vibration signal with the pre-failure and failure threshold values, compare the rotating bearing temperature with the pre-failure and failure threshold values, monitor the RMS signal at selected harmonics, determine the values of the spectral component modulus , calculate the ratio of the maximum value of the RF signal to the rms signal, determine the frequency of the fundamental harmonic of the FFT with the subsequent calculation of the spectral density according to the Goertsel algorithm for defining previously set frequency, signal the current technical condition of the bearing.
Источники информации:Sources of information:
1. Патент США 72313031. US patent 7231303
2. Патент США 82961032. US patent 8296103
3. Патент РФ 183296 - прототип3. RF patent 183296 - prototype
4. Патент РФ 2547504- прототип4. RF patent 2547504 - prototype
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019141321A RU2728485C1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Method for multifunctional diagnostics of bearing assemblies and device for its implementation in integral version |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019141321A RU2728485C1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Method for multifunctional diagnostics of bearing assemblies and device for its implementation in integral version |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2728485C1 true RU2728485C1 (en) | 2020-07-29 |
Family
ID=72085441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019141321A RU2728485C1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Method for multifunctional diagnostics of bearing assemblies and device for its implementation in integral version |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2728485C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2753156C1 (en) * | 2020-09-01 | 2021-08-12 | Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях" (Ао "Концерн Росэнергоатом") | Method for monitoring technical condition of diesel generator during operation |
RU2774697C1 (en) * | 2022-01-16 | 2022-06-21 | Общество с ограниченной ответственностью "ГТЛАБ Диагностика" | Method for vibration diagnostics for determining the degree and speed of development of nearing defects in industrial equipment |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1307272A1 (en) * | 1985-12-03 | 1987-04-30 | Ленинградский Институт Авиационного Приборостроения | Device for diagnostic checking of friction units of mechanisms with rotating members |
US7231303B2 (en) * | 2002-04-13 | 2007-06-12 | I-For-T Gmbh | Vibration sensor and method for monitoring the condition of rotating components and bearings |
RU2547504C1 (en) * | 2013-10-07 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method of defects identification in vehicle assemblies and equipment in real time, and device for its implementation |
US9453760B2 (en) * | 2012-10-02 | 2016-09-27 | Pruftechnik Dieter Busch Ag | Device and method for evaluation of vibrations |
RU176408U1 (en) * | 2017-02-21 | 2018-01-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Перспективные Системы Транспорта" (ООО "ПСТ") | Diagnostic system of mechanisms |
RU183296U1 (en) * | 2018-04-20 | 2018-09-17 | Общество с ограниченной ответственностью "ДиаТех" | Vibrodiagnostic multi-channel system |
US20190101436A1 (en) * | 2017-09-29 | 2019-04-04 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Method and Apparatus for Online Condition Monitoring of Variable Speed Motor Applications |
CN106768769B (en) * | 2017-03-21 | 2019-04-19 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | A kind of feedback-controlled vibration platform based on stepper motor |
US20190331551A1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-10-31 | Aktiebolaget Skf | Signal processing method and device |
US20190331552A1 (en) * | 2015-01-21 | 2019-10-31 | Vayeron Pty Ltd | Conveyor and components therefor, monitoring methods and communication systems |
CN110411747A (en) * | 2018-04-25 | 2019-11-05 | 斯凯孚公司 | For determining the rotation speed of the road wheel end of vehicle and the device of vibration |
-
2019
- 2019-12-13 RU RU2019141321A patent/RU2728485C1/en active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1307272A1 (en) * | 1985-12-03 | 1987-04-30 | Ленинградский Институт Авиационного Приборостроения | Device for diagnostic checking of friction units of mechanisms with rotating members |
US7231303B2 (en) * | 2002-04-13 | 2007-06-12 | I-For-T Gmbh | Vibration sensor and method for monitoring the condition of rotating components and bearings |
US9453760B2 (en) * | 2012-10-02 | 2016-09-27 | Pruftechnik Dieter Busch Ag | Device and method for evaluation of vibrations |
RU2547504C1 (en) * | 2013-10-07 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method of defects identification in vehicle assemblies and equipment in real time, and device for its implementation |
US20190331552A1 (en) * | 2015-01-21 | 2019-10-31 | Vayeron Pty Ltd | Conveyor and components therefor, monitoring methods and communication systems |
RU176408U1 (en) * | 2017-02-21 | 2018-01-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Перспективные Системы Транспорта" (ООО "ПСТ") | Diagnostic system of mechanisms |
CN106768769B (en) * | 2017-03-21 | 2019-04-19 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | A kind of feedback-controlled vibration platform based on stepper motor |
US20190101436A1 (en) * | 2017-09-29 | 2019-04-04 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Method and Apparatus for Online Condition Monitoring of Variable Speed Motor Applications |
RU183296U1 (en) * | 2018-04-20 | 2018-09-17 | Общество с ограниченной ответственностью "ДиаТех" | Vibrodiagnostic multi-channel system |
US20190331551A1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-10-31 | Aktiebolaget Skf | Signal processing method and device |
CN110411747A (en) * | 2018-04-25 | 2019-11-05 | 斯凯孚公司 | For determining the rotation speed of the road wheel end of vehicle and the device of vibration |
CN110411748A (en) * | 2018-04-25 | 2019-11-05 | 斯凯孚公司 | Signal processing method and device |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2753156C1 (en) * | 2020-09-01 | 2021-08-12 | Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях" (Ао "Концерн Росэнергоатом") | Method for monitoring technical condition of diesel generator during operation |
WO2022050863A1 (en) * | 2020-09-01 | 2022-03-10 | Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях" | Method for monitoring the technical condition of a diesel generator when in operation |
RU2783616C1 (en) * | 2021-10-19 | 2022-11-15 | Общество с ограниченной ответственностью «ГТЛАБ Диагностика» | Method for vibration diagnostics for detecting incipient defects of industrial equipment |
RU2774697C1 (en) * | 2022-01-16 | 2022-06-21 | Общество с ограниченной ответственностью "ГТЛАБ Диагностика" | Method for vibration diagnostics for determining the degree and speed of development of nearing defects in industrial equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102305128B1 (en) | Device for detecting residual braking torque in a vehicle with disc brakes | |
CN109883702B (en) | Motor bearing fault diagnosis method based on time-frequency domain statistical characteristics | |
US4931949A (en) | Method and apparatus for detecting gear defects | |
US11198338B2 (en) | Device for determining a rotational speed and a vibration of a wheel end of a vehicle | |
JP4003088B2 (en) | Rotating body abnormality diagnosis method and apparatus | |
CA2955531C (en) | Vibration monitoring systems | |
US8924184B2 (en) | Pitot tube diagnostic systems and methods | |
JPS58176545A (en) | Acoustic type defect detection system | |
CN112105907B (en) | Method and apparatus for monitoring a gear system | |
JP2011252753A (en) | Diagnostic device for bearings | |
CN112985468B (en) | Vector length difference check for functional safety of angle sensor | |
RU2728485C1 (en) | Method for multifunctional diagnostics of bearing assemblies and device for its implementation in integral version | |
JP5218614B2 (en) | Abnormality diagnosis device, rotating device, railway vehicle, automobile and abnormality diagnosis method | |
JP7082585B2 (en) | Bearing information analysis device and bearing information analysis method | |
CN110573845A (en) | Method for detecting defects in a vibration sensor, associated device and computer program | |
CN115015756A (en) | Fault diagnosis method for fine-crushing fused new material mixer | |
JP4848803B2 (en) | Abnormality diagnosis device, rotation device, and abnormality diagnosis method | |
CN115683644B (en) | Dual-source beat vibration characteristic identification method for aeroengine | |
JP3918931B2 (en) | Rotating body abnormality diagnosis method and apparatus | |
KR101406081B1 (en) | Resolver-to-digital shape error measuring sistem and method | |
JP2012184957A (en) | Encoder analysis apparatus | |
JP7367535B2 (en) | Diagnostic method and device for rotating bearings | |
RU105026U1 (en) | VIBRATION PARAMETERS MONITORING SYSTEM | |
JP2002131439A (en) | Deterioration diagnosing device for semiconductor detector | |
KR100506349B1 (en) | Device and method for detecting tire initial failure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201110 Effective date: 20201110 |