本发明属于振动监测技术领域，特别涉及一种基于静电传感器的传动带横向振动监测装置及方法。
背景技术：
带传动是一种利用柔性带进行运动或动力传递的机械传动形式，具有运转平稳、可缓和载荷冲击、适于远距离传动、结构简单、维护方便等优点，因此在各类动力机械中得到了应用广泛。然而，由于传动带本身的柔性以及带轮之间的大跨度，传动带工作时会产生横向振动，从而带来传动噪声、降低传动精度、加速疲劳磨损、减少设备寿命。对传动带横向振动进行在线测量是机械设备状态监测以及故障预测和诊断的必要手段，对提高设备的可靠性、减少停机时间具有重要的现实意义。
传统的接触式振动测量仪表，如加速度计、应变仪等，由于传动带的轴向运动而无法安装并使用；用于旋转轴振动测量的各种接近传感器，如电涡流式、超声式、电容式接近传感器，也由于被测物体材料性质、安装条件等因素而无法应用；目前，对传动带横向振动的测量主要依靠激光位移传感器，它具有测量精度高、频带宽等优点，但其价格昂贵，难以在常规的工业场合广泛应用，而且精密的光学器件也无法在多尘、恶劣及极端环境中使用。传动带在运行过程中，由于与带轮、空气的接触和摩擦，其表面会积累一定数量的静电荷，从而在其周围空间形成一个静电场。传动带的轴向与横向运动使该静电场不断变化，通过对该静电场进行检测，可推断传动带的运动信息。本发明提出一种基于静电传感器的传动带振动监测装置及方法，该装置将条形静电传感器置于传动带上方，以对其周围静电场进行检测，通过对静电信号进行处理与分析，获得传动带横向振动频率、振动位移等信息。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于静电传感器的传动带振动监测装置及方法，其特征在于，所述振动监测装置为传动带套在带轮式，在传动带上方或者下方放置静电传感器，静电传感器的金属电极的裸露面面向传动带安装，金属电极、电荷放大器、二级放大器和低通滤波器串联组成信号调理电路，以对传动带周围静电场进行检测；信号调理电路置于金属外壳内进行密封屏蔽，以降低外界电磁干扰；
所述静电传感器输出信号由嵌入式信号处理模块进行采集与处理，以获得传动带振动参数。
所述静电传感器的金属电极为条形，其三个面包覆在绝缘体中、裸露面面向传动带安装，其宽度方向沿传动带的轴向运动方向，其长度小于传动带的宽度，其宽度根据振动测量的空间分辨率要求进行设定，以1至4毫米为宜。
所述静电传感器到传动带平衡位置的距离根据传动带振动幅度进行设定，在不发生碰撞的前提下，应使传感器尽量靠近传动带，以获得较强的信号幅度。
所述静电传感器由金属电极和信号调理电路构成；
所述信号调理电路采用电荷放大器将金属电极输出的感应电荷信号转换为电压信号，并经二级放大电路和低通滤波电路进行调理。
所述嵌入式信号处理模块采用模数转换器对静电信号进行实时采集，并由嵌入式微处理器对信号进行在线处理，以获得传动带振动参数。
所述基于静电传感器的传动带振动测量方法是根据传动带横向振动引起金属电极感应电荷周期性变化进行测量，当传动带接近金属电极时，感应电荷量增加，静电信号幅度增大，反之静电信号幅度减小，对静电信号进行频谱分析而得到传动带横向振动位移频谱，其谱峰位置对应于横向振动模态频率，谱峰幅度定性表示振动模态的横向位移。
本发明的有益效果是所提供的振动监测装置结构简单，成本低廉，易于安装和维护，并且适于在高温、多尘的恶劣工业条件下应用，是一种全新的传动带振动监测技术，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为传动带振动监测装置原理结构示意图。
图中：1.传动带；2.带轮；3.静电传感器；4.金属电极；5.绝缘体；6.电荷放大器；7.二级放大器；8.低通滤波器；9.金属外壳；10.嵌入式信号处理模块。
具体实施方式
本发明提供一种基于静电传感器的传动带振动监测装置及方法。下面结合附图和实施例对本发明予以说明如下：
图1所示为传动带振动监测装置原理结构示意图。图中所示振动监测装置为传动带1套在带轮2上，在传动带1上方或者下方放置静电传感器3，静电传感器3的金属电极4为条形，其三个面包覆在绝缘体5中、裸露面面向传动带1安装；金属电极4、电荷放大器6、二级放大器7和低通滤波器8串联组成信号调理电路，以对传动带周围静电场进行检测；其金属电极4的感应电荷信号由电荷放大器6转换为电压信号，进而由二级放大器7和低通滤波器8进行调理；信号调理电路置于金属外壳9内进行密封屏蔽，以降低外界电磁干扰.。静电传感器3的输出信号由嵌入式信号处理模块10进行实时采集与处理，以获得传动带振动参数。
传动带1在运动过程中与带轮2发生接触和摩擦，致使传动带1表面积累一定数量的静电荷，从而在传动带1周围空间形成一个静电场。传动带1的轴线和横向运动使该静电场不断变化，将静电传感器3置于传动带1下方，可对该静电场进行检测，进而根据静电传感器3的输出信号推断传动带1的运动信息。
静电传感器3到传动带1的距离应在安全范围内尽量靠近传动带1，以获得较强的感应电荷信号。其宽度方向沿传动带1的轴向运动方向，其长度小于传动带1的宽度，其宽度可根据振动测量的空间分辨率要求进行设定，一把以1至4毫米为宜。
本发明基于静电传感器的传动带振动测量方法是根据静电感应原理，当传动带1接近静电传感器3时，感应电荷量增加，静电信号幅度增大，反之静电信号幅度减小。为获得传动带1的振动参数，本发明通过对静电信号进行频谱分析，可得到传动带1的横向振动位移频谱，其谱峰位置对应于横向振动模态频率，谱峰幅度可定性表示振动模态的横向位移。