一种方向自校正振动传感器的制作方法

本实用新型涉及设备故障诊断领域，具体涉及一种方向自校正振动传感器，应用于转设备故障诊断中振动信号的校正方面。

背景技术：

在旋转设备故障诊断中，需要利用振动传感器来获取旋转设备运转过程中的振动信号，并由振动信号的特征来分析诊断旋转设备可能产生了何种故障，因此振动信号质量的好坏影响着诊断结果的准确与否。

然而由于人为放置等原因，振动传感器可能会发生倾斜，导致传感器的设定轴可能发生倾斜，由此直接导致各轴信号的幅值、相位发生变化，此时得到的振动数据一定是不准确的，也影响到后续的故障分析诊断。

技术实现要素：

鉴于上述缺陷，本实用新型提出加入检测振动方向倾角的装置，并利用得到的角度对传感器测的数据进行校正。

本实用新型的技术方案如下：

一种方向自校正振动传感器，包括振动传感器和检测振动方向倾角的装置，具体包括检测单元、数字信号采集单元和电源管理模块；所述检测单元包括振动信号感应单元（原有的振动信号感应单元）、双轴加速度感应单元、信号调理单元和低通滤波器；所述数字信号采集单元包括ADC模块、CPU、存储模块、时钟模块和RS485模块；所述信号调理单元包括振动信号调理单元（与振动信号感应单元相对应）和加速度信号调理单元（与双轴加速度感应单元相对应）；所述低通滤波器包括振动信号低通滤波器（与振动信号感应单元相对应）和加速度信号低通滤波器（与双轴加速度感应单元相对应）；所述ADC模块包括振动信号ADC模块（与振动信号感应单元相对应）和加速度信号ADC模块（与双轴加速度感应单元相对应）；所述振动信号感应单元经振动信号调理单元、振动信号低通滤波器和振动信号ADC模块输出到CPU；所述双轴加速度感应单元经加速度信号调理单元、加速度信号低通滤波器和加速度信号ADC模块输出到CPU。

所述RS485模块与上位机连接。

所述检测单元中的振动信号感应单元与振动信号调理单元电连接，振动信号信号调理单元与振动信号低通滤波器电连接，振动信号低通滤波器与数字信号采集处理单元中的振动信号ADC模块电连接；双轴加速度感应单元与加速度信号调理单元电连接，加速度信号调理单元与加速度信号低通滤波器电连接，加速度信号低通滤波器与数字信号采集处理单元中的加速度信号ADC模块电连接；振动信号ADC模块和加速度信号ADC模块分别与CPU电连接。

所述检测单元中CPU与存储模块、时钟模块和RS485模块均为电连接。

所述电源管理模块与振动信号感应单元和双轴加速度感应单元、信号调理单元、低通滤波器、ADC模块和时钟模块均为电连接。

所述电源管理模块与振动信号感应单元、双轴加速度感应单元、振动信号调理单元、加速度信号调理单元、振动信号低通滤波器、加速度信号低通滤波器、振动信号ADC模块、加速度信号ADC模块和时钟模块均为电连接。

本实用新型的有益效果是本实用新型方向自校正振动传感器可以得到传感器测得的X、Y轴振动数据和电机启动之前（即静止状态下）X、Y轴倾斜的角度。利用倾角对振动传感器采集的X、Y轴信号进行校正，从而得到准确的水平竖直方向的振动数据。与原来的直接使用振动传感器振动信号相比，校正之后使用了更准确的振动数据，可以有效提高故障识别率。

附图说明

图1为本实用新型方向自校正振动传感器各部件连接示意图；

图2为本实用新型的X、Y轴信号校正原理图；

图3为用MATLAB软件仿真的校正前后X、Y轴振动信号对比图，其中a为较正前后X轴信号对比图，b为较正前后Y轴信号对比图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型的思想和具体实施方式作更详细的说明。

本实用新型实施例，将倾角测量装置与振动传感器结合起来，从而得到振动信号与倾斜角度，并基于此对传感器信号进行校正。

实施例1

如图1所示，一种方向自校正振动传感器，包括振动传感器和检测振动方向倾角的装置，具体包括检测单元、数字信号采集单元和电源管理模块；所述检测单元包括振动信号感应单元（原有的振动信号感应单元）和双轴加速度感应单元、振动信号调理单元、加速度信号调理单元、振动信号低通滤波器和加速度信号低通滤波器；所述数字信号采集单元包括振动信号ADC模块、加速度信号ADC模块和CPU，所述CPU与存储模块、时钟模块和RS485模块均为电连接；所述RS485模块与上位机连接。所述检测单元中的振动信号感应单元与振动信号调理单元电连接，振动信号信号调理单元与振动信号低通滤波器电连接，振动信号低通滤波器与数字信号采集处理单元中的振动信号ADC模块电连接；双轴加速度感应单元与加速度信号调理单元电连接，加速度信号调理单元与加速度信号低通滤波器电连接，加速度信号低通滤波器与数字信号采集处理单元中的加速度信号ADC模块电连接；两ADC模块与CPU电连接；所述振动信号感应单元经振动信号调理单元、振动信号低通滤波器和振动信号ADC模块输出到CPU；所述双轴加速度感应单元经加速度信号调理单元、加速度信号低通滤波器和加速度信号ADC模块输出到CPU。

所述电源管理模块与振动信号感应单元、双轴加速度感应单元、振动信号调理单元、加速度信号调理单元、振动信号低通滤波器、加速度信号低通滤波器、振动信号ADC模块、加速度信号ADC模块和时钟模块均为电连接。

使用时，电源管理模块向各个模块提供电源，接通电源，振动信号感应单元、双轴加速度感应单元分别检测到原始的振动、加速度信息，之后经过各自的信号调理单元、滤波器进行调理、滤波，再传给数字信号采集处理单元进行模数转换、计算、存储、输出，最终得到的振动数据和装置倾角传到上位机并得以保存。

后续的校正思路为：将所得到的X、Y轴数据与倾斜角度带入校正公式中，从而得到准确的水平、竖直方向振动数据，再用其进行后续的故障诊断工作。

在本实施例中，若振动传感器逆时针倾斜（X、Y平面逆时针旋转，如图2中轴、所示），得到的角度是负值，反之（如图2中，轴、所示），得到的角度则为正值。将传感器得到的X、Y轴信号分别向水平轴、竖直轴分解，可以得到校正后的水平、竖直振动信号分别为：

逆时针倾斜时：

(1)

顺时针倾斜时：

(2)

因为为负值，所以可以将式(1)进行转化，变为：

(3)

式(3)即可作为校正振动信号的通用公式。在用MATLAB处理时，将、轴数据带入，即可得到准确的水平、竖直振动数据。

图3是校正前后X、Y轴信号对比仿真示意图。其中将传感器测得的X、Y轴信号模拟为正弦函数，假定传感器测出的X轴信号为、Y轴信号为，传感器倾斜的角度为30°。图3中，虚曲线即是传感器测得的X、Y轴数据，利用前述公式（3）对其进行校正，得到图中的实曲线，即是准确的水平、竖直方向的振动信号。可以看出，对于X、Y轴信号的幅值、相位都有变化，这对于后续的故障诊断非常重要：即在没有校正的情况下，所得到的振动传感器X、Y轴数据并不是真实的水平、竖直数据，比如定义一段信号中振幅最大的信号频率为主要频率，那么当振动传感器倾斜时，就可能导致水平、竖直方向上的信号主要频率不准确；再比如某一频率的信号原本只在水平方向振动，振动传感器倾斜就导致其在Y轴也有了分量。由此可知，振动传感器的倾斜校正对故障诊断分析意义重大。

以上所述仅为本实用新型的仿真实施例，对实用新型而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在实用新型权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变、修改、甚至等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。