旋转机械智能检测系统设计VIP

1 旋转机械智能检测系统设计 第 一 章 预备知识 1. 机械工程测试技术 2. 旋转机械振动机理及诊断技术 3. 机械控制工程 4. 微机原理与接口技术 5. 数字信号处理 6. 工业控制计算机原理 7. 模拟电路和数字电路 8. 计算机网络 2 第 二 章 课程设计目的 1. 让同学们了解检测对象的构成和工作原理。 2. 让同学们了解旋转机械智能检测系统的结构及组成 ，能够根据需要确定系统的方案。 3. 检测系统中各部分元、器件的工作原理、特点、作用，并能根据实际需要选择合适的元、器件。 4. 掌握检测系统设计的基本步骤，撰写课程设计说明书 5. 掌握 传感器的安装 方式和选择 3 第 三 章 检测对象 介绍 本课程设计主要以汽轮机为 检测对象 。 在此简略介绍汽轮机的结构和工作原理。 述 汽轮机是使用电站锅炉产生的过热蒸汽去冲动汽轮机叶片，并使之转动，从而带动汽轮机和汽轮发电机发电的一种动力机械。它是发电设备中的一种原动机。 汽轮机本体主要由静子和转子两大部分组成。静子包括汽缸、隔板、静叶栅、进排汽部分、端汽封以及轴承、轴承座等。转子包括主轴、叶轮、动叶片 (或直接装有动叶片的鼓形转子，整锻转子 )和联轴器等。在汽轮机中，一对静叶栅和其后的动叶栅，以及有关的结构部分，组成将蒸汽热能转变成机械功的基本单元，称 之为汽轮机的级。由级的多少分为单级和多级汽轮机。为了保证安全和有效工作，汽轮机还配置有调节安全系统、油系统及各种辅助设备。 图 小型单级汽轮机的简图，其主要零件包括喷嘴和装在轮盘上的动叶 (图 蒸汽流过喷嘴和动叶流道叶 (图 蒸汽流过喷嘴时开始膨胀，压力降低，速度增高，将所含能量转换成动能。然后高速流动的蒸汽再流过动叶流道，压力有时还继续再降低 ,并在动叶上产生作用力 ,推动轮盘转动，将蒸汽的动能转换成由主轴输出的机械功。 图 多级汽轮机纵剖面图 ， 每一级包括一列静叶（或喷嘴）和一列 动叶。 图 20 万千瓦电站汽轮机组 。 图 四缸 30 万千瓦汽轮机在总装配台上 。 图 3. 1 单级汽轮机的简图 4 表 轮机种类和型号 分类 型式 说明 按工作原理 冲动式汽轮机 蒸汽主要在喷嘴 (或静叶栅 )中进行膨胀 反动式汽轮机 蒸汽在喷嘴 (或静叶栅 )和动叶栅中都进行膨胀 按热力特性 凝汽式汽轮机 排汽在低于大气压力的真空状态下进入凝汽器凝结成水。应用广泛 背压式汽轮机 排汽大于大气压力，排汽全部供热用户使用。当排汽作为其他中、低压汽轮机的工作蒸汽时，亦称前置式汽轮机 抽气式汽轮机 利用调整抽气供热的汽轮机。包括一次调整抽气式和二次调整抽气式。生产用抽气压力一般为 8活用抽气压力一般为 多级汽轮机纵剖面图 图 20 万千瓦电站汽轮机组 图 四缸 30 万千瓦汽轮机在总装配台上 5 抽气背压式汽轮机 具有调整抽气的背压式汽轮机 乏汽汽轮机 利用其他蒸汽设备的低压排汽或工业生产的工艺流程中的副产蒸汽工作，进汽压力通常较低 多压式汽轮机 利用其他来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级，与原来的蒸汽一起工作。通常用于工业生产的工艺流程中，作为蒸汽热量的综合利用 按汽流方向 轴流式汽轮机 在汽轮机内蒸汽基本上按轴向流动 辐流式汽轮机 在汽轮机内蒸汽基本上按辐向 (经向 )流动 周流 (网流 )式汽轮机 蒸汽大致沿轮周方向流动的小功率汽轮机 按用途 电站汽轮机 在化石燃料 (煤、油、天然气 )、核燃料或其他热能 (地热、太阳能等 )的电站中带发电机 的汽轮机。绝大部分采用凝汽式汽轮机 同时供热供电的汽轮机 (抽气式、背压式 )，通常又称为热电汽轮机 工业汽轮机 应用于工厂企业中的固定式汽轮机的统称，包括自备动力站的发电用汽轮机 (通常是等转的 )和驱动用汽轮机 (通常是变转速的 ) 船用汽轮机 用于船舶推进动力装置，驱动螺旋桨 类和型号 产汽轮机的型号表示方法 我国目前制造的汽轮机类型采用汉语洪音来表示，如表 示。蒸汽参数用数字来表 示 。 表 产汽轮机类型的代号 代号 类型 代号 类型 N 凝汽式 气背压式 B 背压式 H 船用 C 一次调节抽气式 Y 移动式 次调节抽气式 6 轮机工作原理 按 汽轮机级的工作原理 可 分为冲动级 和 反动级 两种 。 下面着重介绍这两种汽轮机的工作原理。 冲动级 图 冲动 式汽轮机 工作原理图。 蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能。高速汽流流经动叶片 3 时，由于汽流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮 2 旋转做功，将蒸汽的动能变成轴旋转的机械能。这种利用冲动力作功的原理 ,称为冲动作用原理。 反动级 由牛顿第三定律可知，当某物体对另一物体施加作 用力时，此物体就必然要受到与其作用力大小相等、方向相反的的反作用力。例如火箭就是利用燃料燃烧时所产生的大量高压气体从尾部高速喷出，对火箭产生的反作用力使其高速飞行的，这个反作用力称为反动力。 在反动式汽轮机中，蒸汽不但在喷嘴（静叶栅）中产生膨胀，压力由 度由 至 速汽流对动叶产生一个冲动力；而且在动叶栅中也膨胀，压力由 至 度由动叶进口相对速度 至动叶出口相对速度 汽流必然对动叶产生一个由于加速而引起的反动力，使转子在蒸汽冲动力和反动力的共同作用下旋转作功。蒸汽在 反动级中的压力和速度变化情况如 图 示。 反动式汽轮机一般都是多级的。按照蒸汽在汽轮机中的流动方向分类，反动式汽轮机可分为轴流式和辐流式两种。 要生产厂及输往国家、地区 我国具有出口能力的汽轮机生产厂家主要有：哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂、东方汽轮机厂、北京重型电机厂、南京汽轮发电机厂、武汉汽轮发电机厂等。除了提供定型产品外，亦可根据用户需要，设计和制造各种变形产品。我国的汽轮机及其配套产品、零部件销往美国、法国、印尼、泰国、香港等十几个国家和地区。 3. 叶片 4. 喷嘴 图 冲动式汽轮机工作原理图 图 蒸汽 在反动级中的流动 7 第 四 章 课程设计内容 检测 参数 本 课程设计是以 汽轮机 为检测对象，检测参数为 汽轮机 的振动位移、速度和加速度。系统参数如下： (1) 转速范围： 10030000r/2) 位移峰 0200 m，加速度峰 010000 m/3) 最高分析频率：大于转速的 10 倍 (4) 采用整周期采样，每周期均匀采样 64 个点，共采 8 个周期，采集数据样本长度为512。 (5) 监测的机组为若干台 检测系统方案设计 在旋转机械中，转子是设备的核心部件，整个设备能否正常工作主要取决于转子能否正常运转。不过， 转子的运动和其它回转件和非回转件是有联系的，它是通过轴承 (滑动轴承或滚动轴承 )支承在轴承座及机壳或基础之上，构成了所谓的转子 支承系统，许多情况下，支承的动力学特性在一定程度上会影响转子的运动。但是， 从总体上说，旋转机械的绝大多数机械故障都与转子及其组件 (齿轮、轴承 )直接相关，大约占 70，而从其它地方能够发现的故障较少。 既然大多数振动故障都直接与转子的运动有关，那么对于大型旋转设备来说，可以主要从监测转子的振动来发现故障。一般来说，监测转子比测试轴承座或机壳的振动信息更为直接和有效。在出现故障时，转子上 振动的变化比轴承座及外壳要敏感得多，这是因为油膜轴承 (圆瓦、椭圆瓦、多油叶瓦、三油楔瓦、可倾瓦等 )具有较大的轴承间缝，因此轴颈的相对振动与轴承座的振动有显著的差别，尤其是当支承系统 (轴承座、箱体及基础等 )的刚度相对来说较硬时 (或者说机械阻抗较大 )，轴颈的振动常常可以比轴承座的振动大几倍到十几倍。 对于滚动轴承而言，轴颈与轴承之间只有极小的间隙，因此轴的相对振动量值较小、但当滚动轴承出现严重磨损或损坏时，其振动值将明显增加。同理，齿轮本身出现故障时，轴系的振动反映比外壳和轴承座要明显得多。 不过，监测转子轴的 振动常常要比测量轴承座或外壳的振动需要更高的测试条件和技术，其中最基本的条件是能够合理地安装传感器。因为测量转子振动的非接触式涡流传感器，安装前一般需要加工设备外壳，保证传感器与轴颈之间没有其它物体。在高速大型旋转设备上，传感器的安装位置常常是在制造时就留下的，目的是对设备实行连续监视。而对低速中、小设备来说，常常不具备这种条件。在此情况下，可以选择在机壳或轴承座上放置传感器进行测试。 所以，对旋转机械来说，能测量转子就应尽可能测量转子，在不具备条件时可采取测量外壳或轴承座等措施。 旋转机 械的振动测试，一般测量三个方向： 水平方向、垂直方向和轴向方向 。不同的故 8 障在不同的测量方向上有不同的反映，比如，不平衡在水平方向，松动在垂直方向，不对中在轴向反映较强。 径向的两个测点，一般是互相垂直安装，水平方向测点以在轴中心高度处为好。虽然习惯的办法是在水平、垂直方向上测定，见图 有时也采用图 方式。 若测量轴承座，一般也是测三个方向。需要注意的是，一旦测点确定，就应经常在同一测点测量，测点应做出记号测点的偏移将导致测量值的极大误差。 对于大型的旋转设备，在进行测点布局时，要兼顾经济 、效率等方面的要求，以 能够捕捉机组的故障为前提，合理安排测点。 图 出了旋转机械振动测试框图的一种方案。测试框图根据测试的需要、研究的问题、机器特点以及测量仪器的不同会有所变化。 测试系统一般可分为两部分。前一部分包括传感器和专用测量与适调线路，其功能在于将机械振动最终转化为可以被一般分析测量仪器所能接受的、并具有归一化机电灵敏度的电压信号；后一部分的功能在于将前面所获得的原始电压信号加以分析、处理以及取得所要的数据，随着计算机技术的发展，这部分已逐渐由以计算机为核心的监视、分析系统来完 成。 以下为几种可供选择的 系统 框图： 图 转机械振动测试框图 (a) (b) 图 径向探头的安装方向 9 图 测系统方案 1 图 测系统方案 2 图 测系统方案 3 图 测系统方案 4 旋转机械 振动监测常用的传感器主要有 电涡流传感器、速度传感器 、 压电式加速度传感器 。 涡流 位移 传感器 电 涡 位移 流传感器 的特点： 采用非接触测量，不受油污等介质的影响；具有零频率响应，且有频率范围宽 (0测量的线性范围大，抗干扰能力强。 表 常用的电涡流位移传感器主要技术指标 。 常用的 有 列电涡流振动位移传感 器 ，上海瑞视的 列 电涡流振动位移传感 器 等 。 列电涡流振动位移传感 器的技术指标见表 列 电涡流振动位移传感 器 的选择和安装见 表 用的 电涡流 位移 传感器主要技术指标 10 表 列电涡流振动位移传感 器 的 主要技术指标 型 号 量程 头直径 装尺寸 头总长 长缆 点 81 36 58 3； 5 非接触测量，初始安装间隙大，探头尺寸小，灵敏高，动态范围宽，抗干扰能力强。 5 36 58 3； 5 8 46； 58 3； 5 11 0； 70 3； 5 19 73; 112 3； 5 非接触测量，测量范围宽，同等规格探头直径具有更宽的线性量程，可与多种仪表兼容，实现与计算机的方便连接。 0 29 4 3； 5 5 35 00 3； 5 0 40 30 3； 5 5 47 40 3； 5 0 47 40 3； 5 5 36 10 3； 5 表 主要技术指标 型号 量程 敏度 (v/线性度 (% 满度输出 (V) 电源电压 ) 外形尺寸 (5 2 10 5 10 15 806042 35 30 06042 35 20 5 ； 10 15 806042 特点：配接电涡流位移传感器；测量线性范围宽，有各种供电方式和输出方式供用户选择；动态响应特性好，频响可达到 5干扰能力强；长期连续工作稳定可靠，平均无故障工作时间可达 2 万小时以上；可与多种仪表兼容，实现与计算机的方便连接 。 电涡流 传感器安装是否合乎要求对测量精度及稳定性有一定影响，在具体安装时应注意以下几点： 11 (1)探头与被测表面应垂直， 其偏差应小于土 50。 (2)探头与支架联接应牢固，支架应有很好的刚性，其固有频率应远离工作领率，以免支架振动带来附加误差； (3)支架端面应离开探头感应面，其距离 L 3D，见图 4.7(a)，一般在 3 倍探头直径内不应 有金属体及台阶面； (4)若探头安装在机匣内，应如图 4.7(b)所示开一个直径为 d 深度为 I 的凹孔或锥角为 900的锥形孔，要求 d 3D， I D。 (5)当有两个以上探头邻近安装时，见图 4.7(c)，为避免交叉失真，应使传感器之间距离ED， D 为探头线圈外径； (6)测轴振动及轨迹时，最小检测轴的直径应大于 4D，见图 4.7(d)； (7)当被测物体位移由小到大，即正向位移时，传感器初始安装位置应在线性段的起点近，见图 4.7(e)；反之，即负向位移时，传感器初始安装位置应在线性段的终点 近；若 被测物体位移时大时小时，则应将传感器装在线性段的中点 近的区域。 电式速度传感器 磁电式传感器的特点：灵敏度高及输出阻抗低，可使用较长的电缆；稳定性好，不易受外部噪声干扰，信噪比高；使用简单方便，不须外加电源。还可作为相对振动测量的传感器。其缺点是适用频率范围不够宽，测量范围受结构限制，相对说来体积较大，其弹簧片由于长期运动易疲劳损坏，影响了使用寿命。 表 出了 北京测振仪器厂 的 列 磁电式传感器 。 表 列 磁 电式传感器 规格 型号 敏度(mV/cm600 300 600 600/6000 20 280 频率范围 (10 500 2 500 2 300 20 2 500 10 1000 最大位移 (1 6 1 最大加速度(m/50 100 100 10 500(冲击 ) 线性度 5 5 5 5 5 5 测量方式 绝对 相对 相对 绝对 相对 绝对 外形尺寸 (45160 50100 65170 7070113 20 55 3460 12 应用范围 稳态 稳态 稳态 低频 转速 监视用 电式加速度传感器 压电式加速度传感器，由于其体积小、重量轻、频率范围宽等 待点，在旋转机械的振动监测与诊断中应用十分广泛。 压电式加速度传感器主要有北京测振仪器厂生产的 列 ，如表 参考价格为380 1800 元。 东菱公司的 速传感器系列 等 。 表 列 压电式加速度传感器规格 型号 敏度 (-/8 13 1000 4 10pc/响 (110000 110000 120000 118000 110000 110000 1 5000 110000 1 10000 5 4000 极限加速度(m/2000 2000 300000 5000 5000 2000 1000 5000 100N 1000 工 作温度 ( ) 100 150 100 100 100 100 100 100 100 100 引出方式 顶向 顶向 顶向 侧向 侧向 顶向 侧向 顶向 侧向 侧向 质量 (g) 26 12 11 0 35 30 12 25 200 尺寸 (1530 1214 1214 99 1723 2320 2317 1420 2420 4555 安装螺纹 5 3 5 5 16 结构型式 周边 压缩 周边 压缩 周边 压缩 周边 压缩 中心 压缩 环剪 三角 剪切 环剪 压缩 压缩 东菱公司的加速度传感器系列产品包括： 100 系列内装电路电压输出压电式加速度传感器， 200 系列电荷输出型压电式加速度计和 600 系列恒流电压源、电荷放大器等。 100 系列内装电路电压输出压电式加速度传感器（ 动态特性： (1)灵敏度从 1 到 1000mV/g，偏差小于 5%； (2)标准型低频从 始，特殊传感器可达 (3) 横向灵 敏度 5%； (4)输出工作电压范围 5V。 感器可以在 到 125 温度范围内长期使用，可与带恒流电源的数采系统直接连用无需其它二次仪表，长距离信号输出送仍能保证信号的高质量， 实验室使用及工业现场离线或在线振动监测 感器 的 主要技术指标 如表 表 感器 的 主要技术指 标 型号 灵敏度(mv/频率范围 5%(分辨率(m/安装谐振频率(最大加速度(m/基座应变灵敏度() 重量(g) 外形尺寸 (顶端 输出 侧端 输出 111/112 1 8 5000 2 13*19*26 3*18*19 121/122 2 0 2500 3 13*19*26 3*18*19 131/132 5 2 1000 4 13*19*26 3*18*19 141/142 10 9 500 5 13*19*26 3*18*19 151/152 25 8 200 5 13*21*28 16*21*22 161/162 50 5 100 8 18*27*34 8*27*34 171/172 100 50 60 1*38 1*32 13 注： 1、频率范围一般指 5%偏差时，带 *号为 10%偏差时。 2、本系列产品输出阻抗均为小于 100。 3、本系列产品供电电源均为 18 4、本系列产品直流偏置电压均为 12V。 5、本系列产品安装螺钉为 中 171/172 为 6、 111、 121、 131、 141、 151、 161、 171 为顶端输出。 7. 112、 122、 132、 142、 152、 162、 172 为侧端输出。 表 9100 系列 压电式 加速度传感器 的 主要技术指 标 型号 电荷灵敏度(pC/m/ 频 率范围 (谐振频率 (工作温度 ( ) 质量 (g) 特点 9101 30 10k 27 120 15 通用型，宽频带，体积小 9102 120 6000 20 120 42 通用型振动测量 9103 350 3000 12 120 75 通用型，较高灵敏度 9104 1200 2000 7 120 116 超低频测量，高灵敏度 9105 10 10k 27 260 20 大温度范围 9106 15 1 15k 42 120 12 结构坚固，耐冲击，宽频带 9109 2 1 18k 55 120 3 冲击测量专用，重量轻 9110 1000 1500 5 120 290 两轴向传感器，低频测量 9112 1000 1500 5 120 320 三轴向传感器，低频测量 9121 10 6000 17 350 69 高温长期，三角法兰联接 9123 150 6500 20 120 210 长期监测，三角法兰联接 为 了将正比于加速度的电荷量转变为一般电压输出，必须采用电荷放大器。 表 杭州四海通数字控制技术有限公司生产的电荷放大器 5850 的主要技术指标 。 表 北京测振仪器厂 生产的 列 电荷放大器 。 还有 江苏联能电子技术有限公司 生产的 荷放大器 等。 14 型号 5850 极低频 5851 小型密封 5852 低噪音 5853 多通道 5854 精密型 最大输入电荷量 (pC/ 106 103 106 105 105 测量模式 静力标定、加速度、 压力、力 加速度、压力、力 加速度、压力、力 加速度、压力、力 加速度、压力、力 传感器灵敏度调节 三位调节旋钮 内部电阻调节 三位调节旋钮 三位调节旋钮 四位调节旋钮 电荷灵敏度 (mV/000 101000 000 000 00 频率范围 20000000000通分档 2101010101010001， 3， 10， 100H 1， 3， 10， 30通分档 1， 3， 10， 30， 10000围用户自定 1， 3， 10， 100， 3， 10， 30， 100性 1， 3， 10， 100度误差 1% 1% 噪音 30101010510510510出 1000100100100100源 220V,18V 615V 220V,18V 220V,15V 220V,18V 尺寸 (高 宽 深 )2280200 3250100 12280200 144420300(六通道 ) 12212020 表 荷放大器 5850 的主要技术指标 型号 5857 宽频带 5858 多功能 5859 计算机控制手动 5862 低噪声多通道 最大输入电荷量 (pC/ 105 105 106 106 测量模式 加速度、速度、压力、力 加速度、速度、位移、 压力、力 加速度、压力、力 加速度、压力、力 传感器灵敏度调节 数字旋钮 三位调节旋钮 手动或计算机调节 12 位 荷灵敏度 (mV/00 00 160 000 频率范围 00： 000000通分档 1， 101， 3， 10， 30， 1001， 3， 10， 30， 100通分档 2001， 3， 10， 1001， 3， 10， 1001， 3， 10， 30， 100度误差 1% 1% 1% 噪音 10105105100出 10010100100源 15V （电池） ,528V 220V 220V 尺寸 (高 宽 深 )2240200 12280200 177420340 300375175 15 表 列电荷放大器的主要技术指标 型号 大输入电荷量 (pC/106 106 106 103 灵敏度 电荷灵敏度 PC/10100mV/出电压 V/ 0101010; 101010,10 见下表 ,10,100,1000 适调电位器适调量 三位数 三位数 三位数 准确度和线性度 频率范围 (100 100 100 50 输出 10V/10010V/510V/5010V/5 声电平 1000小于 1最高增益档输出噪音电平小于 10流噪声： 2流零漂： 5波失真 1% 1% 2% 电源 220V( 10%), 5015V(约 35外接 直流电压 (5V15V) 尺寸 (高 宽 深 )0130210 60122180 806030 对于 。 当仪器所配用雅典传感器的与适调开关归一之后与各衰减开关之间的关系如下表 表 的 灵敏度 电荷灵敏度 1 10 100 10 100 mV/ (100) mV/ 10 (10)mV/ 10 100 (1)mV/0 100 1000 10000 (mV/接电缆是连接加速度计与电子测量设备的信号传输线。要求传输电缆能不失真地输出信号，又不致引入噪声，压电加速度计都采用多股单屏蔽低噪声同轴电缆作为传输电缆。一般，电缆线与压电加速度计配套购买。 加速度传感器根据不同的使用条件和环境有各种安装方式，见图 图 电式加速度传感器 的安装方式 16 图 (a)是用双头钢制螺栓固定，为最理想安装方法被测物体与传感器可看成整体，因而共振频率与其它方式相比为最高，可承受最大加速度，适于冲击测量。 图 (b)是用绝缘螺栓固定，需要电气绝缘时使用。其共振频率略低于图 (a)方式，承受的负荷加速度大。 图 (c)是靠永久磁铁固定，便于装拆和现场使用。其共振频率中等，承受的负荷加速度中等 (200g)，使用温度 150。 图 (d)是用渗腊层粘结，其共振频率较高，承受的负荷加速度小，不宜在高温下使用。 图 (e)是用粘结剂固定，如 502 胶或环氧树脂连接，其共振频率低 ( 5000承受的负荷加速度小。 用手持探针测量， 其共振频率最低 ( 1000负荷加速度也小，特点是使用方便。 据采集卡的选择 数据采集卡主要完成信号的 A/A/便于计算机分析与处理。数据采集卡可由实际的工况要求，根据 A/换时间和内存大小等参数来选择或设计。下面就数据采集过程中的相关概念和采集卡选择时的一些问题 进行论述。 样定理 A/x(t)按一定的时间间隔 逐点取其瞬时值 x(k )。根据 于带限信号（信号中的频率成分 f不失真采样的条件是采样频率大于信号频带上限的两倍，即： 其中此在选择采样频率时，必须确定测试信号中感兴趣的频率成分。对故障诊断来说，需确定能够反映设备运行工况，并提供诊断依据的频率范围。例如对于旋转机械来说，振动信号在工作频率及其数倍频处的能量分布直接反映了设备的运行状态，因此诊断系统一般要求在数倍频于工频的频率范围内分析振 动频谱。 对于不同的机械设备来说，由于其各自的工作频率不同，对采样频率也有不同的要求，如某机组的工作频率为 50果希望在 10倍工频范围内分析机组振动的振动情况，则根据采样定理，下限采样频率至少为 1了保证无频率混叠现象，或是提高采样频率，或是在 A/此在对模拟信号进行滤波处理时应统一地考虑滤波器的截止频率和采样频率的相互关系。 ， A/D 转换器的位数是一定的，主要有 8 位、 10 位、 12 位 、 16 位等。增加 A/D 转换器位数可以减少量化误差，提高 A/D 转换精度。位数可根据需要转换的信号的测量精度来选择。即： 测量精度 芯片的位数 1002 1 例 1：现需要测量精度为 选择多少位的 A/D 转换芯片？ 解：设 A/D 转换芯片的位数为 b，则 10 10 002 2100 1.0 b ， 所以，选择 10 位的 A/D 转换器。 由于 A/D 转换器位数越高，其价格越贵，因此在满足测量要求的情况下，尽量选择位数低的A/D 转换器。 17 ，其倒数称为 A/D 转换器的采样频率。其选择应根据上述采样定理确定，即根据所要分析的振动信号的最高频率来选择。如机器的转速为n 转 /分，其主频率为 n/60需要分析的最高频率为主频率的 K 倍，则分析的最高频率为 果一个 A/D 转换器需要对多个通道进行 A/D 转换，则通道数为 好需要乘以信号的最高频率为60根据 样定理的原则，采样频率必须是信号频率 的 ，所以 A/D 转换芯片的采样频率 其转换时间 。 例 2：现有机器的转速 n=3000转 /分，需要分析的最高频率为主频率的 K=16倍，信号的通道数为8 问选择转换时间为多少的 A/ 解：根据上面的分析， A/ 00 061 T 。 由于 A/转换时间越快，其价格越高，因此在满足要求的情况下，尽量选择转换较慢的 A/ 存大小的选择 经过转换的振动信号的数据，须在 A/便等待主机调用，因此还需要考虑 A/ 如果转换的信号的通道数为个通道采样的振动信号数据的个数为择的 A/需要保存 么内存 位。注意，此处计算出的内存容量的单位为位（ 而内存容量的一般单位为千位（ 因此必须把该内存容量除以 1024，以便化为千位的单位，因此内存 ）（ 1 0 2 4/。 例 3：现有某机器的转换的振动信号的通道数为 8个通道采样的振动信号数据的个数为 512择的 A/2b 位，现需要保存 N=4组的振动信号数据，问选择 A/存为多大？ 解：根据上面的介绍， A/ 18 ）（192 1024/1285124 1024/ 所以选择的 A/92般选用 256因为内存的大小一般是 6412856时考虑留有余量。） 它的选择 A/输入的通道数 ， 输入阻抗 ， 最大输入电压 ， A/ 外触发电平 (1) 输入的通道数 要求满足 单个 A/ 不满足 ，则需多个A/得 A/ (2) 输入阻抗 A/输入的振动信号的影响越小。一般选用的输入阻抗应大于10 (3) 最大输入电压 A/不能太大，以免影响测量精度。 (4) A/一般的触发方式有 外电平触发、外时钟触发、内软件触发等。 (5) A/一般有 升沿电平触发、下降沿电平触发等。其它一些特定要求。 通用 A/D 转换器 的产品型号见 ，往往需要同时采集多路振动信号，并对交、直流分量分别采集，此外采样频率和采样起始时刻等也必须根据机器的实际运行工况进行选择。采样控制模块的主要任务就是协调和控制采样电路的正常工作。 1转速测量 转速测量的主要功能： a)提供一个相位基准信息。对于机械振动，相位与频谱是振动的主要特征，它为工况分析和故障诊断提供重要的特征信息； b)转 速信号可用于采样频率的确定，控制采样，以保证振动信号的整周期采样。 转速测量可采用光电传感器或涡流式传感器，根据传感器获得的单位时间内的脉冲数确定转速。工程中通常采用涡流传感器。涡流传感器要求在转子轴上标记线处开一条几毫米深的键槽，设定前置器的输出为负电平的脉冲信号如图 子转一周则输出一个脉冲信号，显然，只要测得两个脉冲间的时间 t，就可求得转子转速或频率。一般来讲，键槽开的宽，脉冲也宽。由于键槽有一定的宽度，因此参考脉冲信号有一定的宽度，这时转速测量取值应明确以脉冲前沿或后沿为触发参考。 2. 采样控制和整周期采样 采样控制电路对振动信号采集模块不断发出控制信号或指令，以协调整个模块的正常工作。其主要功能如下： a)通道选择控制； b)交直流选择控制，可以分别采集信号的交直流分量； c)采样控制模块不断向采样电路发出来自转速传感器的脉冲信号，控制采样的起始时刻，以保证整周期采样对于实际运行的机器，往往需要同时采集多路振动信号，并对交、直流分量分别采集，此外采样频率和采样起始时刻等也必须根据机器的实际运行工况进行选择。采样控制模块的主要任务就是协调 19 和控制采样电路的正常工作。 整周期采样控制是由傅里叶变换对 离散信号的要求提出的。离散傅里叶变换的谱分辨率为 ： 1 其中， 实现整周期采样的关键是如何将一个完整的周期信号均匀地分成 实现倍频（ 如图 转机械旋转一周所需的时间为键相位信号周期，将此周期做 可实现一个信号周期内采样 转速恒定，即信号频率不变的情况下，可以用软件算出采样的时间间隔 ； 但是在转速变化的情况下，尤其在转速变化较快时用软件计算很难预测转速变化的趋势及大小，即 实现很困难，为此采用了硬件的分析方法。 键 相信号可通过光电传感器或涡流式传感器获取。 转子转一周则输出一个脉冲信号，此信号即作为