轴承状态监测装置设计论文

1、轴承状态监测装置设计 引言：通过对轴承状态监测文献的检索，学习，分析，可以得出，轴承状态监测的三个主要步骤：数据采集信号分析诊断识别。因此，对应轴承轴承状态监测装置主要由，传感器，数据采集卡，工控机及相关信号分析处理软件等组成。以下，按轴承状态监测的步骤分别介绍与之对应的装置选择与设计。一、检测轴承运行振动信号的传感装置选择据文献资料得到可参考的轴承振动信号频率在50Hz-8KHz之间，可采用振动加速度传感器进行信号的检测。考虑振动信号频率范围，检测轴承故障所需信号精度，以及传感器的灵敏度，响应频率等特性，经过查询可选择下述TG-3型三轴加速度传感器。TG-3型三轴振动加速度传感器是一款尺寸精

2、巧、性价比高、以电压输出且无直流偏置的加速度传感器，广泛应用在姿态矫正，惯性导航，机械振动测试、接触式位移测试、地质勘探、地震波测量、旋转电机偏摆检测等多个测试控制领域。该款传感器具有体积小、安装简便、测量精度高、一致性好、抗干扰等特点，能满足多样化的要求。技术参数： 量程：±2g±3g±5g； 测量方向：三维方向，XYZ座标系； 频带范围：A型1500Hz，B型11500Hz（-3dB）； 灵敏度：300 mVg 或 600 mVg（可定制高输出型）； 非线性度：0.5； 幅值准确度：±5； 信号分辩率：A型0.01g，B型0.002g； 工作温度：-

3、4070； 尺寸：25mm X 25mm X 25mm（WLH） 重量：20克； 二、数据采集卡的选用数据采集是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析,处理。数据采集卡的选择应考虑到以下几个部分：接口方式，输入和输出指标，接口协议处理器，采集卡处理器，数据采集电路。1，数据采集电路方面：而滚动轴承由传感器采集到的振动加速度信号是模拟电压信号，那么所选板卡的电路一般由多路开关，放大器，采样保持电路以及模数转换器。一个模拟信号通过上述各部分后可以转化为数字信号。ADC的性能和参数直接影响着采集数据的质量，应根据实际测量所需要的精度来选择合适的A

4、DC。2，数据采集卡接口 ：常见的接口方式有PCI, Compact PCI,USB, PCMCIA, CAN, 无线，网卡；还有较老式的方式如串口UART/LPT/SPI，并口COM，ISA/EISA，PC/AT。 从数据传输可靠和速度角度考虑，首选PCI总线接口方式。我们将数据采集卡得到到数据信息通过PCI总线接人计算机。3，数据采集卡处理器:数据采集卡预处理采集的数据可选用单片机, FPGA, DSP, ARM等。单片机由于便宜,易于开发,开发的资料齐全,工程师众多,比较适合。而现今使用比较广泛的是ATS51单片机系列。综合上述要求可选用如下所述板卡：PCI2013卡。PCI2013卡是

5、一种基于PCI总线的数据采集卡，可直接插在IBM-PC/AT 或与之兼容的计算机内的任一PCI插槽中，构成实验室、产品质量检测中心等各种领域的数据采集、波形分析和处理系统。也可构成工业生产过程监控系统。PCI2013板上装有12Bit分辨率的A/D转换器和12位D/A转换器。为用户提供了16 双/8单的模拟输入通道和2 路模拟输出通道。输入信号幅度可以经硬件增益仪表放大器调到合适的范围，保证最佳转换精度,A/D和D/A转换器信号范围:±5V、±10V、010V。 32位PCI 总线，支持PCI2.2协议，真正实现即插即用FPGA接口芯片设计，具有极高的保密性，特别适合OEM

6、合作支持软件查询方式、中断方式，8K字（点）深度的FIFO存储器保证数据的完整性，16路开关量输入，16路开关量输出，支持超前、滞后、定时、外部、阈值电平触发等多种触发方式，支持内外时钟。三、工控机的选择鉴于此轴承状态监测信号处理过程的复杂程度，可以选用个人计算机。由于现今厂商提供的工控机配置可满足本监测装置要求，关于计算机的品牌配置不予详述。四、测控软件的选择及其功能简介就目前接触到的软件，可选用LabVIEW和MATLAB作为轴承状态监测系统的信号处理分析，故障诊断的应用软件，并在c+builder环境下编写数据采集程序。 LabVIEW是一个开放型的开发环境,使用图标代替文本代码创建应用

7、程序,拥有大量与其它应用程序通信库,是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境. LabVIEW作为一种虚拟仪器开发平台,广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。MATLAB用于概念设计、算法开发、仿真建模、实时实现的理想集成环境由于用MATLAB编制程序的高效性,它被称为“科学便签式”的科学工程计算语言,在系统仿真、数字信号处理等各方面都有广泛的应用.MATLAB提供了矩阵运算、图形处理功能,编程效率高,几乎在所有的工程计算领域都提供了准确高效的工具箱,特别擅长数值分析和处理. MATLAB的扩展功能为各个领域的应用提供了基础,由各个

8、领域的专家相继推出了MATLAB工具箱,其中主要有信号处理，控制系统，神经网络、图像处理等。在此采用LabVIEW作为数据采集的控制软件，采用c+builder编写采集数据的控制程序。以LabVIEW软件界面作为数据采集控制的操作界面。具体操作步骤可分为如下步。1打开c+builder，编写数据采集控制程序。在此需要注意的是采样频率的设定，和通道选择。跟据采样定理，最低采样频率必须是信号频率的两倍。滚动轴承振动信号频率范围为50Hz-8kHz，较长时间使用很高的采样率可能会导致没有足够的内存或者硬盘存储数据太慢。理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分的2倍就够了，实际上工程中选用510倍，有时为了较好地还原波形，甚至更高一些。因此采样频率可设为30Hz-80Hz之间。2，打开LabVIEW操作界面，调用以上编写的控制程序。开始采集数据。3，在LabVIEW中调用MATLAB当中的工具箱信号分析，人工神经网络部分进行在线分析处理最后得出轴承故障结论。其中，人工神经网络采用前向三层BP人工神经网络。有关建立，初始化，学习方法等不予详述。此轴承状态监测系统是基于传感技术，LabVIEW软件开