轴心位置信息的生成方法及系统与流程

本发明涉及一种机械故障诊断技术领域，特别是涉及一种轴心位置信息的生成方法及系统。

背景技术：

针对高速旋转的机械设备中，转子与轴承的监控已经成为旋转机械振动状态监测中的重点监控对象。目前，现有仅仅通过轴心轨迹或仅仅通过轴心位置都无法准确确定转子与轴之间的位置关系，无法对转子与轴承进行及时准确的监控，降低高速旋转机械振动故障诊断的准确率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种轴心位置信息的生成方法及系统，主要目的在于解决现有仅仅通过轴心轨迹或仅仅通过轴心位置都无法准确确定转子与轴之间的位置关系，无法对转子与轴承进行及时准确的监控的问题。

依据本发明一个方面，提供了一种轴心位置信息的生成方法，包括：

获取传感器采集转子在轴承中相对运动的位置信息，以及静态位置参数，所述传感器为配置于轴承同一截面相互垂直方向的两个位移传感器，用于检测所述转子的振动位移产生的位置信息；

利用所述位置信息及静态位置参数计算所述转子运动时的轴心轨迹坐标数据；

根据所述轴心轨迹坐标数据、所述轴承与所述转子的直径数据整合生成转子轴承相对运动轴心位置的输出图像。

进一步地，所述静态位置参数包括静态间隙电压数据、传感器安装角度数据、传感器转换系数，所述利用所述位置信息及静态位置参数计算所述转子运动时的轴心轨迹坐标数据包括：

利用所述静态间隙电压数据及所述位置信息计算波形数据，所述位置信息包括所述转子振动位移产生的两个方向的电压序列值；

根据所述波形数据、所述静态间隙电压数据、传感器转换系数计算轴心轨迹信息的电压序列值；

按照所述传感器安装角度数据旋转变换所述轴心轨迹信息的电压序列值至预置坐标系中，得到轴心轨迹坐标数据。

进一步地，所述根据所述轴心轨迹坐标数据、所述轴承与所述转子的直径数据整合生成转子轴承相对运动轴心位置的输出图像包括：

标记所述轴承与所述转子的直径数据对应的圆形图像至所述预置坐标系中，并绘制所述轴心轨迹坐标数据及根据所述轴心轨迹坐标数据确定的轴心位置坐标数据，生成转子轴承相对运动轴心位置的输出图像。

进一步地，所述方法还包括：

判断所述转子在相对运动过程中的边缘坐标数据与所述轴承的边缘坐标数据是否重合；

若重合，则发送告警信息，所述告警信息携带有重合的边缘坐标数据。

进一步地，所述判断所述转子在相对运动过程中的边缘坐标数据与所述轴承的边缘坐标数据是否重合之前，所述方法还包括：

根据所述转子的直径数据以及所述轴心轨迹坐标数据确定所述转子在相对运动过程中的边缘坐标数据。

依据本发明另一个方面，提供了一种轴心位置信息的生成系统，包括：处理器、传感器，

所述处理器，用于获取传感器采集转子在轴承中相对运动的位置信息，以及静态位置参数，利用所述位置信息及静态位置参数计算所述转子运动时的轴心轨迹坐标数据；根据所述轴心轨迹坐标数据、所述轴承与所述转子的直径数据整合生成转子轴承相对运动轴心位置的输出图像；

所述传感器为配置于轴承同一截面相互垂直方向的两个位移传感器，用于检测所述转子的振动位移产生的位置信息。

进一步地，所述静态位置参数包括静态间隙电压数据、传感器安装角度数据、传感器转换系数，

所述处理器，具体用于利用所述静态间隙电压数据及所述位置信息计算波形数据，所述位置信息包括所述转子振动位移产生的两个方向的电压序列值；根据所述波形数据、所述静态间隙电压数据、传感器转换系数计算轴心轨迹信息的电压序列值；按照所述传感器安装角度数据旋转变换所述轴心轨迹信息的电压序列值至预置坐标系中，得到轴心轨迹坐标数据。

进一步地，所述处理器，具体用于标记所述轴承与所述转子的直径数据对应的圆形图像至所述预置坐标系中，并绘制所述轴心轨迹坐标数据及根据所述轴心轨迹坐标数据确定的轴心位置坐标数据，生成转子轴承相对运动轴心位置的输出图像。

进一步地，所述处理器，还用于判断所述转子在相对运动过程中的边缘坐标数据与所述轴承的边缘坐标数据是否重合；若重合，则发送告警信息，所述告警信息携带有重合的边缘坐标数据。

进一步地，所述处理器，还用于根据所述转子的直径数据以及所述轴心轨迹坐标数据确定所述转子在相对运动过程中的边缘坐标数据。

借由上述技术方案，本发明实施例提供的技术方案至少具有下列优点：

本发明提供了一种轴心位置信息的生成方法及系统，与现有技术仅仅通过轴心轨迹或仅仅通过轴心位置都无法准确确定转子与轴之间的位置关系，无法对转子与轴承进行及时准确的监控相比，本发明实施例通过安装在轴承上同一截面相互垂直的传感器采集转子相对运动的位置信息，根据位置信息及静态位置参数计算转子的轴心轨迹坐标，将轴心轨迹坐标、轴承与转子直径生成转子轴承相对运动的轴心位置的输出图像，以便实时监控转子与轴承之间的相对位置关系，大大增强了对轴心位置的生成效率，提高监控的准确性，从而提高高速旋转机械振动故障诊断的准确率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的一种轴心位置信息的生成方法流程图；

图2示出了本发明实施例提供的一种传感器位于轴承安装示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种轴心轨迹输出图像示意图；

图4示出了本发明实施例提供的另一种轴心位置信息的生成方法流程图；

图5示出了本发明实施例提供的一种角度转换示意图；

图6示出了本发明实施例提供的一种轴心轨迹绘制示意图装置组成框图；

图7示出了本发明实施例提供的一种轴心位置信息的生成系统结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种轴心位置信息的生成方法，如图1所示，该方法包括：

101、获取传感器采集转子在轴承中相对运动的位置信息，以及静态位置参数。

其中，所述传感器为配置于轴承同一截面相互垂直方向的两个位移传感器，用于检测所述转子的振动位移产生的位置信息，即位移传感器可以检测出转子相对于轴承运动时的位移数据，然后将位移数据转换为电压数据进行输出，以便处理器根据电压数据计算出转子的轴心轨迹坐标。另外，所述静态位置参数包括静态间隙电压数据、传感器安装角度数据、传感器转换系数。所述静态间隙电压数据为转子相对于轴承静止时的电压数据，所述传感器安装角度数据为两个位移传感器安装在轴承上时相对轴承的安装角度值，如图2所示，x、y分别为2个传感器，ɑ、β分别对应与水平的夹角，所述传感器转换系数为位移传感器测量单位与距离单位的转换关系，本发明实施例不做具体限定。

需要说明的是，传感器采集的位置信息为实时采集的数据，因此，当前处理器获取传感器中的位置信息即为实时的位置信息，包括不同时间点的位置信息，静态位置参数为安装传感器时预先确定的固定参数，预先存储至当前处理器中的存储位置中，以便在需要时直接获取。

102、利用所述位置信息及静态位置参数计算所述转子运动时的轴心轨迹坐标数据。

对于本发明实施例，由于转子运行时相对于轴承做自转运动，而实际工业生产中，由于重力等因素影响，转子的自转运动对应的轴心会相对于轴承的轴心出现大幅度的偏移，因此，需要利用位置信息及静态位置参数计算出轴心轨迹坐标数据。本发明实施例中，通过位置信息中的振动序列x(n)、y(n)与静态位置参数中的静态间隙电压数据计算出轴心位置，然后根据实时对应的轴心位置绘制出轴心轨迹。

103、根据所述轴心轨迹坐标数据、所述轴承与所述转子的直径数据整合生成转子轴承相对运动轴心位置的输出图像。

对于本发明实施例，为了便于观察轴心轨迹与轴承、转子之间的相对位置关系，根据轴心轨迹坐标数据、轴承与转子的直径绘制轴心位置的图像，以便进行输出。如图3所示，坐标系中输出显示有轴承边缘坐标、转子相对运动后的轴心轨迹边缘坐标，静止状态下转子轴心位置坐标等。

本发明提供了一种轴心位置信息的生成方法，与现有技术仅仅通过轴心轨迹或仅仅通过轴心位置都无法准确确定转子与轴之间的位置关系，无法对转子与轴承进行及时准确的监控相比，本发明实施例通过安装在轴承上同一截面相互垂直的传感器采集转子相对运动的位置信息，根据位置信息及静态位置参数计算转子的轴心轨迹坐标，将轴心轨迹坐标、轴承与转子直径生成转子轴承相对运动的轴心位置的输出图像，以便实时监控转子与轴承之间的相对位置关系，大大增强了对轴心位置的生成效率，提高监控的准确性，从而提高高速旋转机械振动故障诊断的准确率。

本发明实施例提供了另一种轴心位置信息的生成方法，如图4所示，该方法包括：

201、获取传感器采集转子在轴承中相对运动的位置信息，以及静态位置参数。

本步骤与图1所示的步骤101方法相同，在此不再赘述。

需要说明的是，在高速旋转的机械滑动轴承附近安装互相垂直的两个位移传感器x、y，如图2所示，传感器转换系数为位移传感器测量单位与距离单位的转换关系k，传感器安装角度数据分别为α、β，则有α+β＝45度。转子旋转时，由于油膜力的作用，轴在轴承内浮起，相对于轴心位置涡动，以满足采样定理的采样频率对x和y的数据进行采样，采样点数为n，则某一时刻获得的采样序列分别为x(n)、y(n)，本发明实施例不做具体限定。

202、利用所述静态间隙电压数据及所述位置信息计算波形数据。

对于本发明实施例，便于准确计算出轴心轨迹坐标，利用静态间隙电压数据及位置信息计算波形数据。其中，所述位置信息包括所述转子振动位移产生的两个方向的电压序列值，如x(n)、y(n)，静态间隙电压数据为转子静止时，转子在轴承的最下边，间隙电压分别为xgap0、ygap0，波形数据x1(n)、y1(n)计算方法为：其中，由于采集的电压序列值为多个，因此，预先计算出电压序列值的平均值，即为x(n)、y(n)的平均值，本发明实施例不做具体限定。

203、根据所述波形数据、所述静态间隙电压数据、传感器转换系数计算轴心轨迹信息的电压序列值。

本发明实施例，轴心轨迹信息的电压序列值x2(n)、y2(n)的计算方法为：其中，k为传感器转换系数。

204、按照所述传感器安装角度数据旋转变换所述轴心轨迹信息的电压序列值至预置坐标系中，得到轴心轨迹坐标数据。

对于本发明实施例，将序列x1(n)、y1(n)在预置坐标系，即直角坐标系中依次对应描点，则获得含有轴心位置信息的轴心轨迹图，考虑到位移传感器的安装位置与直角坐标系存在角度α，所以将坐标系进行旋转-α，则获得与实际情况一致的含有轴心位置信息的轴心轨迹，如图5所示，变换方法为：x3(n)＝x2(n)cosα-y2(n)sinα；y3(n)＝y2(n)cosα+x2(n)sinα，x3(n)、y3(n)为转换角度后的序列数据。

需要说明的是，由于需要在预置坐标系中绘制对于的轴心坐标数据，因此，还需要将x3(n)、y3(n)进行进一步地坐标转换显示，即用两个圆表示轴承与轴颈，其中大圆表示轴承直径dpixel，小圆表示轴颈直径dpixel，直角坐标系原点在大圆圆心上，轴颈与轴承的间隙值为gpix＝(d-d)pixel，实际间隙值为gμm，二者比例关系s为：s＝gpix/gμm，振动序列对应的像素为：x4(n)＝sx3(n)；y4(n)＝sy3(n)。初始位置在大圆的底部，应对直角坐标系进行平移，即：x5(n)＝x4(n)；y5(n)＝y4(n)-gpix/2。对序列x5(n)和y5(n)，在直角坐标系中合成，即为含有轴心轨迹坐标数据的轴心轨迹图。

205、标记所述轴承与所述转子的直径数据对应的圆形图像至所述预置坐标系中，并绘制所述轴心轨迹坐标数据及根据所述轴心轨迹坐标数据确定的轴心位置坐标数据，生成转子轴承相对运动轴心位置的输出图像。

对于本发明实施例，如图6所示，分别在预置坐标系中标记出轴承、转子直径数据对应的圆，并绘制出轴心轨迹坐标数据对应的轴心位置，从而得到如图3所示的输出图像。

206、判断所述转子在相对运动过程中的边缘坐标数据与所述轴承的边缘坐标数据是否重合。

对于本发明实施例，为了监控转子与轴承之间是否出现摩擦，则需要实时判断转子的边缘坐标与轴承的边缘坐标数据是否出现重合，若重合，则说明转子与轴承在相对运动时进行了碰触，会产生摩擦。其中，对于边缘坐标数据的重合判断仅仅需要判断坐标数据中的x轴、y轴坐标值是否相同即可，如判断转子边缘坐标数据中的任意一组(x、y)与轴承边缘坐标数据中的任意一组(x’、y’)是否相同。

对于本发明实施例，步骤206之前可以包括：根据所述转子的直径数据以及所述轴心轨迹坐标数据确定所述转子在相对运动过程中的边缘坐标数据。

需要说明的是，为了便于准确判断边缘坐标数据是否重合，需要根据转子的直径及轴心轨迹坐标数据计算出转子在相对运动过程中边缘坐标数据，具体的计算方法为根据轴心轨迹坐标数据确定出的转子的轴心坐标及圆的标准方程公式：(x-a)²+(y-b)²＝r²，计算出所有的边缘坐标数据，本发明实施例不做具体限定。

207、若重合，则发送告警信息。

对于本发明实施例，为了及时的在出现摩擦时进行告警，当转子边缘与轴承边缘出现重合时，发送告警信息，所述告警信息携带有重合的边缘坐标数据。其中，告警信息可以为短信形式，也可以为邮件形式，本发明实施例不做具体限定。

本发明提供了另一种轴心位置信息的生成方法，本发明实施例通过安装在轴承上同一截面相互垂直的传感器采集转子相对运动的位置信息，根据位置信息及静态位置参数计算转子的轴心轨迹坐标，将轴心轨迹坐标、轴承与转子直径生成转子轴承相对运动的轴心位置的输出图像，以便实时监控转子与轴承之间的相对位置关系，大大增强了对轴心位置的生成效率，提高监控的准确性，从而提高高速旋转机械振动故障诊断的准确率。

进一步的，作为对上述图1所示方法的实现，本发明实施例提供了一种轴心位置信息的生成系统，如图7所示，该系统包括：处理器31、传感器32，

所述处理器31，用于获取传感器采集转子在轴承中相对运动的位置信息，以及静态位置参数，利用所述位置信息及静态位置参数计算所述转子运动时的轴心轨迹坐标数据；根据所述轴心轨迹坐标数据、所述轴承与所述转子的直径数据整合生成转子轴承相对运动轴心位置的输出图像；

所述传感器32为配置于轴承同一截面相互垂直方向的两个位移传感器，用于检测所述转子的振动位移产生的位置信息。

进一步地，所述静态位置参数包括静态间隙电压数据、传感器安装角度数据、传感器转换系数，

所述处理器31，具体用于利用所述静态间隙电压数据及所述位置信息计算波形数据，所述位置信息包括所述转子振动位移产生的两个方向的电压序列值；根据所述波形数据、所述静态间隙电压数据、传感器转换系数计算轴心轨迹信息的电压序列值；按照所述传感器安装角度数据旋转变换所述轴心轨迹信息的电压序列值至预置坐标系中，得到轴心轨迹坐标数据。

进一步地，所述处理器31，具体用于标记所述轴承与所述转子的直径数据对应的圆形图像至所述预置坐标系中，并绘制所述轴心轨迹坐标数据及根据所述轴心轨迹坐标数据确定的轴心位置坐标数据，生成转子轴承相对运动轴心位置的输出图像。

进一步地，所述处理器31，还用于判断所述转子在相对运动过程中的边缘坐标数据与所述轴承的边缘坐标数据是否重合；若重合，则发送告警信息，所述告警信息携带有重合的边缘坐标数据。

进一步地，所述处理器31，还用于根据所述转子的直径数据以及所述轴心轨迹坐标数据确定所述转子在相对运动过程中的边缘坐标数据。

本发明提供了一种轴心位置信息的生成系统，本发明实施例通过安装在轴承上同一截面相互垂直的传感器采集转子相对运动的位置信息，根据位置信息及静态位置参数计算转子的轴心轨迹坐标，将轴心轨迹坐标、轴承与转子直径生成转子轴承相对运动的轴心位置的输出图像，以便实时监控转子与轴承之间的相对位置关系，大大增强了对轴心位置的生成效率，提高监控的准确性，从而提高高速旋转机械振动故障诊断的准确率。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。