一种用于动平衡机的智能动平衡测试系统的制作方法
【专利摘要】一种用于动平衡机的智能动平衡测试系统，包括母板，电源模块和PC主机，所述电源模块电性连接母板，所述PC主机有线或无线连接母板；还包括若干振动信号处理模块、至少一个转速信号处理模块，及若干振动传感器和/或转速传感器；所述振动信号处理模块和转速信号处理模块分别为模块化设置，且彼此相对独立，所述振动信号处理模块、转速信号处理模块、振动传感器和转速传感器分别连接母板。本实用新型通过采用PC主机为处理器，计算速度更快，人机交互性更强；多通道数据传输的数据传输高速，支持热插拔，无需外接电源，扩展接口多；各信号处理模块模块化，结构简单合理、性能稳定、测试精度高且易于维护；多传感器信息融合，提高平衡精度。
【专利说明】
一种用于动平衡机的智能动平衡测试系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及动平衡技术领域，特别涉及一种用于动平衡机的智能动平衡测试系统。【背景技术】
[0002]旋转机械是机械系统的重要组成部分，在航空、航天、汽车、石油等广泛的领域得到了广泛的应用。但由于设计缺陷、转子材质不均匀、制造装配误差，以及转子在运行过程中有质量脱落或是有环境介质粘附到转子上等原因，使得实际运行中转子的主惯性轴偏离其旋转轴线，产生质量不平衡，进而产生不平衡力。不平衡力将引起转子挠曲变形、产生内应力，并通过轴承传递给机座，从而使机器产生振动、噪声，进而降低机器性能、工作效率和使用寿命。为了避免这些现象的发生，动平衡测试成为消除转子不平衡量的必要途径。
[0003]目前国内出现较多的测试系统多是以单片机为核心处理器的便携式动平衡仪，这种便携式动平衡仪在现场动平衡时有很大优点，但由于其采用单片机作为处理器，处理速度有线，限制了新型有效但较为复杂的测试算法的运用，且由于外围键盘模块、显示模块连接麻烦，操作不方便、显示结果不清楚易懂，系统升级困难等原因使其推广受到了一定的限制。随着动平衡技术的发展和高精度高效率动平衡测试的需求，对多测点动平衡测试系统、 多传感器信息融合、有效的数据处理方法提出了要求，且随着笔记本电脑的广泛使用，采用笔记本电脑作为处理器来进行系统控制、数据计算和结果显示，既能用于现场动平衡，更能开发出性能更为优良的动平衡测试系统。
[0004]因此，有必要做进一步改进。【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的旨在提供一种结构简单合理、操作方便、精度高、效率高的用于动平衡机的智能动平衡测试系统，其是以PC主机为处理器的基于USB接口的多通道智能动平衡测试系统，以克服现有技术中的不足之处。
[0006]按此目的设计的一种用于动平衡机的智能动平衡测试系统，包括母板，电源模块和PC主机，所述电源模块电性连接母板，所述PC主机有线或无线连接母板;其特征在于:还包括若干振动信号处理模块、至少一个转速信号处理模块，及若干振动传感器和/或转速传感器;所述振动信号处理模块和转速信号处理模块分别为模块化设置，且彼此相对独立，所述振动信号处理模块、转速信号处理模块、振动传感器和转速传感器分别连接母板。
[0007]所述振动信号处理模块至少包括振动传感器、前置处理电路、程控积分电路、程控增益放大电路、窄带跟踪滤波电路和/或固定增益放大电路，以实现振动信号的转换、滤波、 放大等功能。
[0008]所述转速信号处理模块至少包括转速传感器、前置处理电路、程控积分电路、整形放大电路和/或锁相倍频电路，以实现转速信号的整形放大、倍频/分频等功能。
[0009]所述振动传感器为压电式加速度传感器和/或电磁式速度传感器和/或电涡流位移传感器。
[0010] 所述转速传感器为光电式转速传感器和/或电涡流转速传感器。[〇〇11]所述母板上设置有EZ-UAB芯片，所述振动信号处理模块和/或转速信号处理模块通过EZ-USB芯片连接PC主机。
[0012]所述母板上还设置有若干用于连接振动信号处理模块和/或转速信号处理模块的模块插槽、用于连接电源模块的电源接口、用于连接振动传感器和/或转速传感器的传感器接口、及用于连接PC主机的PC接口。
[0013]所述模块插槽和/或电源接口和/或传感器接口和/或PC接口为USB接口。
[0014]本实用新型的有益效果为:通过采用PC主机为处理器，相比传统模式功能更强大， 计算速度更快，人机交互性更强;基于USB接口的多通道数据传输，克服了传统PCI总线和 ISA总线插拔麻烦，扩展槽有线的缺点，具有数据传输高速，支持热插拔，无需外接电源，扩展接口多的优点；振动信号处理模块和/或转速信号处理模块采用模块化设置，结构简单、 合理，性能稳定，测试精度高且易于维护;采用多传感器信息融合，提高了刚性转子的平衡精度及可对柔性转子进行动平衡。其具有结构简单合理、操作方便、精度高、效率高的特点。【附图说明】
[0015]图1是本实用新型一实施例的测试系统结构框图。
[0016]图2是本实用新型一实施例的测试系统结构图。【具体实施方式】
[0017]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。
[0018]参见图1和图2,本用于动平衡机的智能动平衡测试系统，包括母板，电源模块、PC 主机、八个振动信号处理模块、一个转速信号处理模块、振动传感器和转速传感器;其中，电源模块电性连接母板，PC主机通过USB总线有线连接母板;振动信号处理模块和转速信号处理模块分别为模块化设置，且彼此相对独立;振动信号处理模块、转速信号处理模块、振动传感器和转速传感器分别连接母板。
[0019]具体地讲:
[0020]振动信号处理模块:包括振动传感器、前置处理电路、程控积分电路、程控增益放大电路、窄带跟踪滤波电路和固定增益放大电路，以实现振动信号的转换、滤波、放大等功能。振动信号处理模块的数量可根据测试需要进行设置，各通道的结构相同，参数可以分别配置，本实施例构建的测试系统设置了八个振动信号处理模块。[0〇21 ]转速信号处理模块:包括转速传感器、前置处理电路、程控积分电路、整形放大电路和锁相倍频电路，以实现转速信号的整形放大、倍频/分频等功能。[0〇22]转速信号处理模块中的隔直电路和程控积分电路参数与振动信号处理模块中的相同，目的是为了消除转速变化对振动、转速信号处理模块之间相位差的影响。
[0023]为了适应不同的实际应用场合，本实施例的测试系统选用的振动传感器为压电式加速度传感器、电磁式速度传感器和电祸流位移传感器三种;转速传感器为光电式转速传感器和电涡流转速传感器两种。[〇〇24]母板上设置有EZ-UAB芯片，振动信号处理模块和转速信号处理模块分别通过EZ-USB芯片连接PC主机。其中，EZ-USB芯片是基于RAM的“软〃系统解决方案，不需要ROM或其它的固化存储器，而只使用EZ-USB芯片内的程序/数据RAM，速度更快，同外部器件的连接更加简单。[〇〇25]母板上还设置有九个用于连接八个振动信号处理模块和一个转速信号处理模块的模块插槽、用于连接电源模块的电源接口、用于连接振动传感器和转速传感器的传感器接口、及用于连接PC主机的PC接口。模块插槽、电源接口、传感器接口和PC接口分别为USB接□ 〇
[0026]母板通过各插槽和各接口将各传感器的信号和电源模块的电压传递给各信号处理模块，将转速倍频信号传递给各振动信号处理模块，并将A/D采样数据和转速信号传递给 PC主机。[〇〇27]振动信号处理模块采用基于USB接口数据通道实现A/D采样电路与PC主机间的连接。PC主机作为数据处理器，其根据转速信号和A/D转换数据进行各程控电路参数设置，并根据转速信号和采样数据进行信号处理和解算，求得转子转速和不平衡质量的大小与方位。
[0028]本实用新型能够同时对不同类型的振动传感器和转速传感器发出的信号进行测量;既能测量单点振动信号，也可同时进行多点测量;能够根据传感器类型和转速大小自动选择不同的积分器，能够根据转速大小自动选择不同的可编程模拟窄带跟踪滤波器的品质因子。[〇〇29]其具体操作如下:
[0030]振动传感器和转速传感器测得转子的相关电流信号后输入前置信号处理电路，根据传感器的类型不同，采用相应的处理电路将信号中的直流量隔离，并输出电压信号，例如对于振动信号处理模块，当连接磁电式速度传感器时采用同相电压放大电路，主要起阻抗匹配作用；当连接压电式加速度传感器时，采用无源I/V变化电路，将电荷量转换成与之成比例的电压信号；当连接电涡流位移传感器或电涡流转速传感器时，由于电涡流传感器一般配备有专门的处理模块，已经将振动位移量转换成了适当的电压信号，所以可以直接和后面的电路相连。各种前置放大电路的切换由电子开关实现。微处理器根据测试系统使用的传感器类型，控制电子开关将相应的前置处理电路接入信号处理通道。
[0031]进一步地，上述电压信号进入程控积分电路，本实用新型测试系统中设计了四阶 RC积分电路。对于简谐信号，经过一阶积分，其输出信号与信号频率(转速成反比，相位滞后90° ;经过二阶积分，其输出信号与信号频率(转速)co ~2成反比，相位滞后180°，以次类推。积分电路还起到低通滤波的作用，以抑制高频噪声干扰。为了适应较宽的转速范围，本实用新型测试系统的积分(低通滤波)电路设计了四种转速档位。为了保证各档的测量精度以及防止转速在档位之间波动时档位的频繁切换，相邻档位之间的转速有一些重叠。实际应用中，积分器的阶次和档位由微处理器根据支承类型、传感器类型和转子旋转速度来确定。
[0032]进一步地，所得到振动信号经由程控增益放大电路调节其幅值大小，使之尽可能大，以减少在A/D转换器中的转换误差。微处理器根据解算出的振动信号幅值的大小来自动调节程控增益放大电路的增益。当振动信号幅值大于满量程的95%时，微处理器通过电子开关将增益调小；当振动信号幅值小于满量程的20%时，微处理器将增益调大，使之适应于后续的处理电路。
[0033]进一步地，采用窄带跟踪滤波电路提取不平衡量引起的振动信号，本实用新型测试系统采用可编程开关电容来模拟窄带跟踪滤波电路，其由锁相倍频电路、低通滤波器、可编程开关电容滤波器组成。
[0034]进一步地，通过固定增益放大电路将窄带跟踪滤波器的输出信号进行电平调节和固定增益放大，以满足A/D转换器的输入要求。
[0035]进一步地，为准确获得不平衡量的相位信息，通过转速脉冲信号启动A/D转换，即用转子标记位置经过转速传感器时的脉冲沿来启动采样，以保证每组采样数据是从转子的同一角度位置开始的。为了保证A/D转换的精度，在振动信号进入A/D芯片转换前对输入模拟信号进行采样保持，以减小因输入信号变化较快而引起较大的转换误差。
[0036]进一步地，转换后得到的振动信息，经由USB接口数据通道传输到PC主机，PC主机根据转速信号和采样数据进行信号处理和解算，求得转子转速和不平衡质量的大小与方位，实现本实用新型测试系统的功能。[〇〇37]上述为本实用新型的优选方案，显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本领域的技术人员应该了解本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
【主权项】
1.一种用于动平衡机的智能动平衡测试系统，包括母板，电源模块和PC主机，所述电源 模块电性连接母板，所述PC主机有线或无线连接母板;其特征在于:还包括若干振动信号处 理模块、至少一个转速信号处理模块，及若干振动传感器和/或转速传感器;所述振动信号 处理模块和转速信号处理模块分别为模块化设置，且彼此相对独立，所述振动信号处理模 块、转速信号处理模块、振动传感器和转速传感器分别连接母板。2.根据权利要求1所述用于动平衡机的智能动平衡测试系统，其特征在于:所述振动信 号处理模块至少包括振动传感器、前置处理电路、程控积分电路、程控增益放大电路、窄带 跟踪滤波电路和/或固定增益放大电路。3.根据权利要求2所述用于动平衡机的智能动平衡测试系统，其特征在于:所述转速信 号处理模块至少包括转速传感器、前置处理电路、程控积分电路、整形放大电路和/或锁相 倍频电路。4.根据权利要求3所述用于动平衡机的智能动平衡测试系统，其特征在于:所述振动传 感器为压电式加速度传感器和/或电磁式速度传感器和/或电涡流位移传感器。5.根据权利要求4所述用于动平衡机的智能动平衡测试系统，其特征在于:所述转速传 感器为光电式转速传感器和/或电涡流转速传感器。6.根据权利要求1-5任一项所述用于动平衡机的智能动平衡测试系统，其特征在于:所 述母板上设置有EZ-UAB芯片，所述振动信号处理模块和/或转速信号处理模块通过EZ-USB 芯片连接PC主机。7.根据权利要求6所述用于动平衡机的智能动平衡测试系统，其特征在于:所述母板上 还设置有若干用于连接振动信号处理模块和/或转速信号处理模块的模块插槽、用于连接 电源模块的电源接口、用于连接振动传感器和/或转速传感器的传感器接口、及用于连接PC 主机的PC接口。8.根据权利要求7所述用于动平衡机的智能动平衡测试系统，其特征在于:所述模块插 槽和/或电源接口和/或传感器接口和/或PC接口为USB接口。
【文档编号】G01M1/22GK205620086SQ201620232811
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】黄禹, 丁斌, 龚时华, 黎家广, 徐中
【申请人】广东顺威精密塑料股份有限公司