一种基于超声波的轴承检测仪的制作方法

本发明属于无损检测领域，具体涉及一种基于超声波的轴承检测仪。

背景技术：

在现代工业中轴承是各种机械中传递运动和承受载荷的重要支撑零件，被广泛运用于精密仪器、电力、能源、化工、航空航天和船舶等领域，负责实现力与力矩的传递，是旋转机械的核心部件。然而，在以往所发生的各类重大机械故障中，转动部件的故障高达80％以上，其中大约有30％的故障与轴承有关，可以说转动轴承的性能和质量控制是决定转动机械安全运行的重要因素之一，所以对于轴承进行状态检测具有十分现实的工程意义。

传统的轴承状态检测方法有振动法、油液分析法及温度检测法等，振动法检测时，轴承在高温高速工况下，振动信号存在局限，无法测到高速情况下轴承保持架转速等轴承状态值；使用油液分析法时，目前能够进行工程应用的均属于离线检测，无法做到轴承故障的在线检测；温度检测法，当温度有明显变化时，轴承故障一般都达到了相当严重的程度。上述测量方法因各自的缺点限制，无法对工业现场实际工况下的轴承进行全面检测。随着无损检测的发展，由于超声检测适用场景多样，测量检测范围广，超声技术在轴承检测领域得到了发展。但是，目前使用超声技术对轴承进行检测多使用离线检测处理，而且整体检测过程繁杂，体积庞大，设备笨重，无法应用在工业现场。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种基于超声波的轴承检测仪，用于工业现场的轴承运行状态在线检测，以至少解决现有基于超声波的轴承检测设计方案检测过程繁杂、设备笨重、无法进行在线检测等问题。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于超声波的轴承检测仪，包括主控采集处理模块、超声发射接收模块、电源模块和超声探头，所述主控采集处理模块包括采集控制模块、高频模数转换模块、超声触发控制模块与处理显示模块；采集控制模块与高频模数转换模块双向通信连接，超声发射接收模块和超声触发控制模块双向通信连接，超声探头与发射接收电路双向通信连接；其中，

所述采集控制模块，用于控制高频模数转换模块对超声回波信号进行数据采集；

所述超声触发控制模块，用于向超声发射接收模块发送超声重复频率信号；

所述超声发射接收模块，用于接收超声触发控制模块发送的超声重复频率信号，并产生超声激励脉冲信号，同时接收并放大超声探头发送的反射回波信号；

所述高频模数转换模块，用于采集经放大后的超声反射回波信号，并发送给所述处理显示模块进行数据处理；

所述处理显示模块，用于处理经高频模数转换模块转换而得的超声反射回波信号数据，并将计算的所得结果进行显示；

所述电源模块，用于为该轴承检测仪供电。

本发明进一步的改进在于，所述主控采集处理模块的主控制器具体为单片socfpga。

本发明进一步的改进在于，所述电源模块包括：

高压直流电源模块，用于为激励超声探头所需的高压高频脉冲信号提供可调的正负高压电源；

低压电源模块，用于为主控采集处理模块与超声发射接收模块提供供电电压。

本发明进一步的改进在于，所述超声发射接收模块的超声脉冲的重复频率范围为0-100khz。

本发明进一步的改进在于，所述高压高频脉冲信号为窄脉冲。

本发明进一步的改进在于，所述高频模数转换模块由主控芯片socfpga采用硬件逻辑资源实现对所述超声反射回波信号的控制采集，所述高频模数转换模块采样位宽为12位。

本发明进一步的改进在于，所述超声探头固定在轴承外圈上。

本发明具有如下有益的技术效果：

(1)本发明一种基于超声波的轴承检测仪是用于轴承在线检测的专用仪器，能够进行实时在线的轴承状态检测；

(2)本发明采用高度集成的整体化方案设计，系统结构简单，体积小，重量轻，安装使用方便；

(3)本发明主要控制处理单元采用socfpga(arm+fpga架构)，在一个器件中集成arm处理器的系统任务管理功能以及fpga(现场可编程门阵列)严格的实时运算、极强的数据处理以及接口丰富功能，系统可扩展性较好，方便检测系统的调试、更新和维护。

附图说明

图1为本发明系统结构图；

图2为本发明的测量系统流程图；

图3为本发明实施例提供的一种单通道高压超声驱动电路；

图4为本发明实施例提供的一种超声探头尖脉冲激励波形。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

参照图1和图2，本发明提供的一种基于超声波的轴承检测仪，包括主控采集处理模块、超声发射接收模块、电源模块和超声探头，主控采集处理模块包括采集控制模块、高频模数转换模块、超声触发控制模块与处理显示模块。

主控采集处理模块的主控制器为单片socfpga(arm+fpga架构)，其中芯片内部可编程逻辑器件fpga部分主要负责产生高精度的采样时钟来控制高速模数转化器进行高速采样，以及对超声回波数据进行预处理(峰峰值检测、自相关滤波等)和缓存，并且通过高速数据总线传输到arm端，其等效采样频率为2gbps，数据位宽为12位。利用arm优异的浮点运算能力，对arm端接收到的数据进行运算处理，并对计算结果进行存储和输出显示。另外，arm端还负责用于向超声发射接收模块发送所需超声重复频率，超声发射接收模块的超声脉冲的重复频率范围为0-100khz。

本发明实施例提供一种基于超声波的轴承检测仪，其超声发射接收模块用于接收超声触发控制模块发送的超声重复频率信号，并产生超声激励脉冲信号，同时接收并放大超声探头发送的反射回波信号。如图3所示，本发明实施例提供的一种单通道高压超声驱动电路，主要实现激励超声探头所需的高压高频脉冲信号。驱动电路主要由电平位移电路和mosfet电路组成，整体框架如图4所示。电平位移电路主要由芯片el7158构成，将所接收到的控制信号电平由3.3v提升为12v，从而提高信号的驱动能力。mosfet电路主要由芯片tc6320构成，每个芯片中包含两个增强型mosfet管，通过驱动信号控制mosfet的开通、关断，可对正负高压直流电源进行斩波，从而输出脉冲电压信号。正负高压直流电源电压通过电位器进行电压调节控制，电压范围为0至正负200v。el7158在电容负载2000pf时的时钟速度可达到40mhz。实际上,tc6320输入电容小于200pf，远低于2000pf。因此,本电路理论上可产生中心频率高于100mhz的输出脉冲。实际设计中，每两个tc6320芯片构成一路超声探头驱动信号。其中一个芯片负责产生正负高压脉冲信号；另一个负责抑制信号振荡，提高信号质量。

用于激励超声探头的高压高频脉冲信号为窄脉冲，其具有分辨力好、频带宽度大、信噪比高等优点。优选地，在本发明实施例中，激励脉冲采用尖脉冲。尖脉冲属于窄脉冲的一种，其电路机构简单、信噪比高、需要元器件少、逻辑结构简单，具体可参照图4。

进一步，所述高频模数转换模块用于采集经放大后的超声反射回波信号，并发送给所述处理显示模块进行数据处理；

进一步，所述处理显示模块用于处理经高频模数转换模块转换而得的超声反射回波信号数据，并将计算的所得结果进行显示。

高压直流电源模块，用于为激励超声探头所需的高压高频脉冲信号提供可调的正负高压电源。低压电源模块，用于为主控采集处理模块与超声发射接收模块提供供电电压；

超声探头用于接收激励电压，并向轴承内发射超声信号，然后接收反射波，并将反射波传递至发射接收电路；

计算机用于接收发射接收电路传递的放大后的反射波，跟根据放大后的反射波计算轴承保持架的转速。