虚拟检测系统设计与开发

1、工业设备运行状态虚拟检测系统设计与开发实验目的 了解旋转机械检检测系统的结结构及组成，根根据实际需要要确定系统的的方案。了解检测系统中中各部分元器器件的工作原原理、特点和和作用，并根根据实际需要要选择合适的的元器件。掌握传感器的安安装方式、选选择和标定。掌握状态检测虚虚拟仪器系统统设计与开发发的基本步骤骤。二系统设计 1 实验对对象 该该实验台是一一种模块化、开开放型的机械械设计综合实实验装置，由由硬件动力力模块、传动动模块、支承承联接、调节节模块、加载载模块和软软件【控制模模块、工具模模块、测试模模块】等组成成，通过对不不同模块德选选择和装配搭搭接可以组成成典型机械传传动装置。如如图所示：实

2、验台结构简图图2实验对象名名称、型号及及主要零部件件的性能参数数动力模块Y90L-4电电动机：额定定功率1.55KW;同步步转速：15500r/mmin，额定定电压下，最最大转矩予额额定转矩之比比2.3。MM420-1150/3变变频器。传动模块 JS-1000齿轮减速器器：减速比11：1.5，齿齿数：Z1=32、ZZ2 =48，螺螺旋角849”，中心距aa=100mmm.法面模模数Mn=22.5.3）加载模块CZ-5型磁粉粉制动器：额额定转矩500Nm,激磁磁电流0.88A，允许滑滑差功率4KKW。3监测参数频带选定测量参参数指南测量参数位 移速 度加 速 度适用频带0100HZZ10100

3、00HZ大于1000HHZ1）电动机的测测试参数电动机电源：单相交流流，200/220伏，频频率 50/600Hz功率：1.5KKW设定转速：15500rpmm(25Hz)电动机振动的测测定参数：速速度轴的转速：15500rpmm2）齿轮的测定定参数电机转速设定为为：15000rpm(255Hz)若出现齿轮故障障，将引起的的振动频率啮合频率=轴转转频齿数小齿轮啮合频率率=2532=800(Hzz)大齿轮啮合频率率=2532/4848=800(Hzz)考虑3次谐波，为为244Hzz，属于“高频”。齿轮振动测定参参数：加速度度3监测位置（如如图）12341234测点位置如图所所示，由左到到右依次为

4、扭扭矩、齿轮低低速端、齿轮轮高速端和电电机。虚拟仪仪器处理的通通道依次为44、3、2、11，其对应数数据采集卡通通道依次为66、5、1、00通道。4传感器的选选择与安装选择压电式传感感器：它体积积小、重量轻轻、灵敏度高高、测量范围围大、频响范范围宽、线性性度好、安装装简便等诸多多优点，因此此获得了最为为广泛的应用用。初选采用秦皇皇岛佳盟测控控技术有限公公司的ck88305标准准参考加速度度计，采用石石英晶体压电电元件，性能能指标：结构形式灵敏度重量（g）频响 (10%)振频（kHz）石英晶体中心压压缩0.1pc/ms-2351Hz10KKHz30速度范围（mss-2）大横向灵敏度安装螺钉温度范

5、围（0cc）外形尺寸（mmm）150005%M5-54+2660六方16高300价格：15800元/只实际用传感器为为压电加速度度计Type42991，且传感感器用蜂蜡直直接粘在所示示测点处。 5故障评价标标准常用的标准判别别法有绝对标标准、相对标标准和类比标标准三种方法法，在此选用用绝对标准判判别法。它是是在一定的测测试条件下，按按规定的方法法确定的用以以判别设备状状态的界限值值。把测得的的参数值与标标准值比较即即可判别设备备处于“良好”、“允许”、“较差”、“不允许”等各种状态态。主要采用用ISQ13372判别：见表振动速度有效值值Vrms(mm/s)状态判别Vrms1.8良好1.8Vrm

6、ms4.5允许4.5Vrmms11.2较差，应设法降降低Vrms111.2不允许6检测系统方方案机械测振系统的的结构框图如如图所示，主主要由传感器器、电荷放大大器、分析仪仪、显示输出出和磁带记录录几个部分组组成。电荷放大器电荷放大器分析仪磁带记录仪显示输出传感器被测设备传感器将机械振振动量转变为为适于电测的的电参量，电电荷放大器将将机械量转变变成与其成正正比的微弱电电荷Q，而且且输出极高的的阻抗Ra，分分析仪测试分分析统计结果，用计算算机显示输出出结果，并用用磁带记录仪仪记录结果数数据。数据采集器的选选型数据采集卡的选选择是硬件系系统建设的关关键，基于性性能的稳定性性和性价比的的原因，选用用了

7、凌华的PPCI 166通道，2500K/s低价价位多功能采采集卡产。 特性型号DAQ-2221432位PCI总总线，即插即即用 16个单端以及及8个差动模拟拟量输入通道道 输入通道能够允允许单端与差差动混合组成成 16位AD分辨辨率，采样频频率可达2550K 双极性/单极性性模拟量输入入 模拟/数字触发发 2路带波形发生生功能的D/A输出通道道 双极性/单极性性模拟量输出出 D/A：I/OO更新及支持持Scattter/Gaather功功能的总线主主控DMA 系统同步接口 完全自动校准 完全软件配置价格：42000元/块实际采用数据卡卡参数：型号号BNC212. 板卡卡60244E2）转速的测

8、量量 转速直接采采用机器加载载上去，例如如直接加载2200、4000、6000等等。3）计算机选型型选择凌华工控机机RACK-610 价格：56000元/台配置：RACKK-610PIV2.00G841主板512M80G光驱驱键盘鼠鼠标 产品简介：EIA RS-310C 19”上架式式标准4U机箱，易于更换和和清洁的滤网网，三个5.255”和一个3.55”外置驱动动器架和一个个3.5”内部部驱动器架，均均为抗振动、抗抗冲击设计 前部机箱门内已已有USB接口，前前面板配有一一个PS2键盘接接口，专门的板卡卡固定，卡架设计以以抵抗运输过过程中的震动动，支持300WW/400WW冗余电源，可更换为B

9、PP/MB/MMB DVRR后面板：规格：尺寸 197717.8”（ 483177451mmm）（WHD） 驱动器架 3个个5.25”和和1个3.5”前置置可达驱动器器架 1个内置3.55”驱动器架架 结构：高强度钢钢板 颜色标准：米色色和黑色 其它：按需而定定 散热 In：一一个120 xx120 x225mm和一一个80 x880 x25mmm滚轴风扇扇 前面板 前面板板带锁 2个LEDs：硬盘活动指指示和系统电电源指示 系统复位开关、ATX电源开关和K/B锁开关 后面板 支持114槽无源背背板和ATXX母板 支持PS2架构构ATX电源 包装尺寸 244.81321.9”（63033055

10、5mmm） 重量 12kggs/26.4 lbss4)选用的电荷荷放大器 型型号VM27M 66CHMETTER、UNNIT（6通通道） 公公司：RIOONCO、LLTD（日本本）5）软件开发工工具 选选用虚拟仪器器开发平台，它是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性

11、能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。7、初选检测系系统的软硬件件成本报价编号设备名称型号规格台单价（元）总价（元）生产厂家1压电式传感器ck8305石英晶体中心压压缩415806320秦皇岛佳盟测控控技术有限公公司2数据采集卡DAQ-2211432位PCI总总线、16个单端、8个差动模拟拟量输入通道道 、16位AD分辨率，采采样频率可达达250K 142004200凌华3工控机RACK-6110配置：RACKK-610PIV2.00G841主板512M80G光驱驱键盘鼠鼠标 156005600凌华合计￥16120四实验研究(1) 程序流流程图：开始开始在线/离线取信号时域信号

12、、有效值频域信号FFT变换波形输出波形输出数据储存储存时域、频域和有效值数据数据读取读取时域、频域和有效值数据程序结束停止按键是是是是否否否否程序设计1.程序前面板板程序后面板： (22) 标定传感感器步骤。实验步骤：1.首先在虚拟拟仪器程序里里，将DAQQ中的传感器器通道打开。 2.再按照所打打开的通道，将将传感器、电电荷放大器和和数据采集卡卡联接好。 3.将传感器接接于自激振动动器上，打开开电荷放大器器，校正传感感器，观察程程序上所显示示的时域信号号，调整到使使幅值为1。 4.将校正好的的传感器放在在一边，并将将调节好的通通道的灵敏度度锁住。 5.再校正其它它几个传感器器，重复3、44步骤

13、，直到到所有传感器器校正结束。 6.选择试验台台上所要检测测的点，将传传感器和所测测点上涂上松松脂，把传感感器紧贴在所所测点处。 (3) 测试实实验台的振动动和噪声步骤骤。实验步骤：1.首先在虚拟拟仪器程序里里，将DAQQ中的测噪声声传感器通道道打开。 2.将传感器接接在精密声级级计倍频程滤滤波器上。 3.再将声级计计与数据采集集卡上的通道道相连接。 4.把校正传感感器的仪器接接在声级计上上，观察程序序上所显示的的时域信号，调调整到使幅值值为1。 5.将声级计放放在离声源一一米内，与声声源平行即可可。下图为数据保存存程序：(4) 处理实实验数据。电机200转测测得的数据：1通道波形2通道波形

14、3通道波形形 4通道波形形声通道波形10.5000075-0.466875010.5000075-0.088544910.50000750.004488310.50000750.1466484 10.50000750.090033210.9217775-0.622988310.9221775-0.100986310.9221775-0.033418010.92177750.1344277 100.92177750.102253911.50000500.4900723 11.5000050-0.177578111.50000500.004488311.50000500.1688457 111.5

15、000050 0.133916011.9686650-0.188310511.9668650-0.155625011.96686500.014464811.96866500.0800566 11.96686500.070080112.5000000-1.255976612.5000000-0.077080112.50000000.0077324 12.5000000-0.011953112.50000000.036662112.99999000.4888281 12.99999000.0366621 122.9999900 -0.000976612.9999900-0.033662112.99

16、99900-0.077812513.5000000-0.300761713.5000000-0.055615213.5000000-0.033662113.5000000-0.000732413.5000000-0.133183613.99999000.0411504 13.9999000-0.022197313.9999900-0.022197313.9999900-0.188066413.9999900-0.155869114.51566251.1255488 144.51566250.2144844 14.5156225-0.000488314.5156625-0.111230514.5

17、115625-0.077568415.0155525-0.788857415.01155250.0266855 155.0155525-0.022441415.0155525-0.044150415.0115525-0.0880566分析：以上是五五个通道传感感器所测得的的波形图和每每个0.5秒秒截取的信号号数据，从上上面的波形我我们可以看出出，试验台电电机为2000转低速旋转转时，每个通通道的情况如如下：一通道检测电机机，其时域出出现周期变化化，引起原因因可能是由于于电机转子不不平衡所引起起的，从而导导致时域波形形出现周期变变化；其频域域波形在5000Hz左右右时出现了一一个较大值，这这也可

18、能是由由于转子不平平衡引起的而通道检测齿轮轮传动的高速速端，其时域域也出现了同同电机一样的的周期变化，其其原因是因为为电机转子的的不平衡以及及转子在连接接过程中不对对中引起；其其频域在18800Hz时时有较大值出出现，原因同同上。三通道检测扭矩矩处，其时域域波形变化较较为集中，有有效值为0.0707，产产生的变化可可能是有齿轮轮传动中，齿齿轮误差、齿齿轮与内孔不不同心、各部部分轴线不对对中、不平衡衡等原因造成成；其频域变变化范围同样样也相对集中中，所以扭矩矩处工作情况况较为正常。四通道检测齿轮轮传动的低速速端，其时域域有突发性较较大值出现，产产生的变化同同样可能是有有齿轮传动中中，齿轮误差差、齿轮与内内孔不同心、各各部分轴线不不对中、不平平衡等原因造造成；其频域域变化同样有有影响。声通道检测的情情况中，我们们可以看到有有突发性的较较大值出现，由由于声通道距距离电机所产产生的声源最最近，所以其其主要原因可可能是电机转转子不平衡造造成的。总的说来，试验验所检测的仪仪器情况都在在允许的范围围之内，所以以试验台在2200转的速速转动是运行行情况还算良良好。电机800转测测得的数据：1通道波形 2通道波波形3通道波形4通道波形 声通道波形形 分析简述：电机在转速速为800转转/分的情况况下的出上示示五个波形图图，从中可以以反映出各通通