专利名称：高速线材轧机齿轮箱故障检测板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高速线材轧机齿轮箱故障检测装置。特别是涉及一种对高速线材轧机齿轮箱低频振动、故障冲击解调信号检测装置。
故障诊断需要的是0-500HZ和10K-50K这两段频段的信息，其中0-500HZ频段的信息可用来作为常规故障诊断，而10K-50K频段的信息则用于作精密诊断。
振动信号的检测是利用连接于被测物体表面的加速度传感器来进行的，实质上加速度传感器是一种力传感器，加速度传感器是将承受到的冲击力转换为电荷信号的检测装置，值得注意的是，用加速度传感器检测机械的振动，传感器的信号包括了两部分的信息，一部分为正常的机械振动信息，因为正常的机械设备在运动过程中同样会产生振动，也会产生振动力，这会使加速度传感器产生电荷输出，但这种振动力往往是一种类似正弦的简谐运动，其振动的频率与机械的运动速度成正比；另一部分是当机械设备出现故障时(如轴承、齿轮的裂纹、局部脱落等)，由于机械部件之间存在着冲击力，这种冲击反应到加速度传感器上，使传感器的输出产生一种冲击信号，由于这种冲击力的时间极短，传感器输出一种脉冲信号，是一种脉冲宽度不足1μs的窄脉冲，如
图1所示，这种窄脉冲同样具有周期性，可用周期脉冲函数P(t)来描述。如将这种周期性的脉冲函数P(t)展开为付立叶级数，则各次正弦分量的幅值亦即付立叶系数CN，可写为CN=1T∫oTP(t)e-jωntdt---(1)]]>解调是从振动测量技术的基础上发展起来的一门技术，其主要的目标是检测、诊断机械设备出现故障时在振动信息中的微冲击，也就是提取10K-50K频段的信息。
从上面的分析中已经知道，通过频谱分析进行故障诊断，要在谱图上看到反应冲击信息的谱线，在时域上必须保证这种冲击信息通过高速A/D卡可以采集到，而实际上，这种脉宽不足1μs的周期冲击信号，用A/D卡将全部信息都采集到是非常困难的。
为了得到周期冲击信号的全部信息，必须对信号进行调理。
由付立叶级数分析可知，周期性的脉冲波包含了无限的频谱，其中一些频谱必被传感器自身的谐振频带所包含，传感器的共振放大因子大约是30bd，因此，在高频部分就可得到一些被放大的谱线，这些被放大的谱线比传感器谐振带之外的谱线大约高30倍，这些谱线反应到时域上，就成为自由衰减的振荡，即冲击能量是逐渐消失的。
本实用新型所述的高速线材轧机齿轮箱故障检测板，由一个能受感有关振动信号，包括至少能受感故障冲击引发的振动信号，低频振动信号在内的传感器配接于一个信号处理器的输入端，该信号处理器将分离出的系统振动信号放大处理后分别送入与其连接的解调变换器和低频振动分离器中，解调变换器则从交流振动信号中变换出反映故障冲击信息的解调信号，而低频振动分离器则分离出与转速对应的0-500HZ低频振动信号；所述解调变换器是由谐振频率F0＝30-50KHZ，频带10KHZ的电子谐振器、检波器和解调滤波器等同组成；所述解调变换器和低频振动分离器输出的信号送入一个采样和分析诊断的计算机AD接口。
如上所述的高速线材轧机齿轮箱故障检测板，其中低频振动分离器含有可测量计数器、锁相环和开关电容滤波器，计数器的控制输入端接计算机DO口，并受其控制；以便对锁相环输出的滤波控制频率Fclr作N＝1-16分频，得到从其另一输出端输出的频率F1，并送回锁相环的输入端，锁相环一个输入端接收来自晶体振荡器和分频器参考频率F0，该锁相环自动保证F1＝F0，因此，保证Fclr＝N×F0，计算机自动控制频率N，使Fclr等于所需滤波频率的K倍，从锁相环输出到开关电容滤波器，开关电容滤波器在Fclr控制下，自动进行截至频率等于Fclr/K的低通滤波开关电容滤波器的输入端接至信号处理的交流振动信号放大器的输出端，开关电容滤波器输出的低频信号接到计算机的AD接口。
如上所述的高速线材轧机齿轮箱故障检测板，在作为相对固定转速条件下的测量时，低频振动分离器可以是由开关电容滤波器MAX293组成，其1脚接一个相应的电容C到地，即可得到所需要的滤波控制开关。
本实用新型具如下积极效果1.对高频、低频信号进行预处理，低频信号中高频干扰信号得以消除，提高信号的信噪比，可调试增益，满足0-5V采样电压区间。
2.可以将轴承故障高频冲击的微弱信号提取出，供计算机对故障进行分析。
所述低频振动信号分离器为频带1.2-1.5倍于转速频率fn的低通滤波器，滤取与转动体转速频率相对应的振动信号送外接计算机AD接口采样分析。
对转速基本恒定的或变化很小的被检测体，由于fn基本固定，此时，相应的上述转速信号提取电路的低通滤波器，低频振动信号分离器电路的低通滤波器的滤波频率可以是固定的相应截止频率；为适应转动体转速范围的大幅度变化的检测要求，相应的低通滤波器的截至频率应是可由计算机程控的，滤波器就有相应的受控电路接受计算机并行控制口Do的控制。
低频振动分离器的低通滤波器可见图2，含有可测量计数器(CD4516可预置计数器)、锁相环(CD4046)及开关电容滤波器(MAX293)。计数器的控制输入端接计算机Do口的D4-D7控制端口，以便对锁相环4脚输出的滤波控制频率Fclr作N＝1-16分频得到以其7脚输出的频率F1，送回锁相环的3脚；锁相环的14脚接受来自晶体振荡器的分频器的参考频率F0，该锁相环自动保证F1＝F0，因此保证Fclr＝N×F0，计算机自动控制N，使Fclr等于所需滤波频率的K倍，从锁相环4脚输出到开关电容滤波器R的1脚；开关电容滤波器在Fclr控制下，自动进行截至频率等于Fclr/K的低通滤波。开关电容滤波器的输入端8脚接到信号处理器的交流振动信号放下器的输出端，其输出脚5输出的低频振动信号接到计算机PC的AD接口。
在作为相对固定转速条件下的测量时，低通滤波器的截至频率相应可以是固定的，电路结构则相应简化为可以去掉计数器和锁相环，在开关电容滤波器(MAX293)的1脚接一个相应的电容C到地，即可得到所需的滤波控制频率。
电路原理图U1为放大器，其中1、2脚接PCB传感器，11、12、13、16脚的开关可调整放大倍数，分别对应×10、×100、×1000，0-10的任意调整。U1的输出是和输入相同的信号。U3为电源，其作用为传感器供电。U5为一个有源滤波器放大器，产生100HZ的截止频率。U6为有源滤波器的放大器，组成10KHZ的高通频率。U7为一个滤波器，产生100HZ的截止频率。U8为一个有源滤波器放大器，组成50KHZ的高通频率。U9为电平检测放大器，检测信号的低频率。U10为一个有源滤波器放大器，作为电压跟随器使用。U11为滤波器，组成10KHZ的高通频率。U12为一个有源滤波器放大器，组成100KHZ的高通频率。
为了有效的防止检测干扰，解调变换器的谐振频率应高于机器上所有常规振动频率及其谐被频率。对于低转速机器，解调变换器的谐振频率取转速频率fn的至少要高于亚超声频率；而对于高速的叶片机，解调变换器的谐振频率，则可取为转速频率fn乘以叶片数Y再乘以10部以上，变换器的Q值取5-10。
本电路除可以将解调处理得到的低频信号和经抗混滤波处理的振动信号送A/D卡进行数据采集外，还可直接将解调得到的低信号的幅度以发光二极管的棒图的形式显示出来，可以是用户直观的了解由故障引起的冲击大小。
权利要求1.一种高速线材轨机齿轮箱故障检测板，其特征在于由一个能受感有关振动信号，包括至少能受感故障冲击引发的振动信号，低频振动信号在内的传感器配接于一个信号处理器的输入端，该信号处理器将分离出的系统振动信号放大处理后分别送入与其连接的解调变换器和低频振动分离器中，解调变换器则从交流振动信号中变换出反映故障冲击信息的解调信号，而低频振动分离器则分离出与转速对应的0-500HZ低频振动信号；所述解调变换器是由谐振频率F0＝30-50KHZ，频带10KHZ的电子谐振器、检波器和解调滤波器等同组成；所述解调变换器和低频振动分离器输出的信号送入一个采样和分析诊断的计算机AD接口。
2.如权利要求1所述的一种高速线材轧机齿轮箱故障检测板，其特征在于低频振动分离器含有可测量计数器、锁相环和开关电容滤波器，计数器的控制输入端接计算机DO口，并受其控制；以便对锁相环输出的滤波控制频率Fclr作N＝1-16分频，得到从其另一输出端输出的频率F1，并送回锁相环的输入端，锁相环一个输入端接收来自晶体振荡器和分频器参考频率F0，该锁相环自动保证F1＝F0，因此，保证Fclr＝N×F0，计算机自动控制频率N，使Fclr等于所需滤波频率的K倍，从锁相环输出到开关电容滤波器，开关电容滤波器在Fclr控制下，自动进行截至频率等于Fclr/K的低通滤波；开关电容滤波器的输入端接至信号处理的交流振动信号放大器的输出端，开关电容滤波器输出的低频信号接到计算机的AD接口。
3.如权利要求1所述的一种高速线材轧机齿轮箱故障检测板，其特征在于作为相对固定转速条件下的测量时，低频振动分离器可以是由开关电容滤波器MAX293组成，其1脚接一个相应的电容C到地，即可得到所需要的滤波控制开关。
专利摘要一种高速线材轨机齿轮箱故障检测板，它由一个能受感有关振动信号的传感器配接于一个信号处理器的输入端，该信号处理器将分离出的系统振动信号放大处理后分别送入与其连接的解调变换器和低频振动分离器中，解调变换器则从交流振动信号中变换出反映故障冲击信息的解调信号，而低频振动分离器则分离出与转速对应的0－500Hz低频振动信号；所述解调变换器和低频振动分离器输出的信号送入一个采样和分析诊断的计算机AD接口。本实用新型所述高速线材轧机齿轮箱故障检测板可以解决对高速线材轧机齿轮箱输出的低频振动信号、故障冲击振动信号进行处理并采集的问题，为计算机振动与解调故障分析提供检测信号。
文档编号G01M7/00GK2591607SQ0229463
公开日2003年12月10日 申请日期2002年12月27日 优先权日2002年12月27日
发明者高立新, 周凤星, 丁庆新, 叶辉, 高广新 申请人:高立新