一种多通道轨道车辆轴承故障检测仪的制作方法

本专利涉及机械故障诊断领域，特别是涉及一种多通道轨道车辆轴承故障检测仪。

背景技术：

轨道交通作为城市基础设施，具有快速、大运量、节能等特点，越来越得到社会各界认可，逐步成为公共交通的骨干系统。其中轴承是轨道车辆的重要组成部分，轨道交通在高承载、大动力、长时间传输的运行条件下，轴承损坏的几率将大大提高。轴承是否完好会直接影响轨道车辆的运行安全，因此轴承的故障检测就显的尤为重要。

现有故障检测方法通常是通过人工检测或地面大型专用设备进行检测，前者靠检测人员手工触摸轴承看有无卡滞现象或转动轮对轴承靠听觉来判别有无异音，识别效果不稳定，受主观因素影响较大；后者则通过大型设备对运行列车进行动态检测，需要沿铁路干线建立众多监测点，如：轨旁温度监测、轨旁噪声监测及轨旁图像监测等，存在检测盲区，且列车运行过程中，有些工作状态地面检测装置无法监测到，故存在较大的技术缺陷，并且检测设备复杂、成本高，虚警和漏报率均很大。因此急需设计一种结构简单、操作方便、可实现实时监督的装置来对轴承的状态进行监测。

技术实现要素：

针对上述轴承故障检测设备存在的低效率、高虚警、高漏报、高成本等问题，本实用新型提供一种多通道轨道车辆轴承故障检测仪，包括复合信号采集装置、前置处理器、转速采集装置、信号调理器和信号诊断器，复合信号采集装置包括多个振动温度复合传感器，复合信号采集装置的输出端与前置处理器的输入端相连接，前置处理器与信号调理器相连接，转速采集装置的输出端与信号调理器的输入端相连接，信号调理器与信号诊断器相连接。

优选的，复合信号采集装置包括六个振动温度复合传感器，前置处理器包括振动信号选择模块、第一通讯模块及振动信号传输接口，振动信号选择模块用于从六个振动温度复合传感器的振动信号中选通其中的四路信号或两路信号，通过第一通讯模块和振动信号传输接口传输到信号调理器。采用复合采集装置和多路信号模块可提高采样效率，并可实现对轴承工作状态的实时监测。

优选的，信号调理器设置有第二通讯模块接口、转速采集装置、转速输出接口j2、信号处理电路和dsp数字信号处理器，转速输出接口j2与其他多通道轨道车辆轴承故障检测仪信号调理器的转速采集装置连接，使其获得相同的转速信号；信号处理电路包括共振电路、三阶高通滤波电路、绝对值检波电路、三阶低通滤波电路和抗混叠滤波电路，共振电路、三阶高通滤波电路、绝对值检波电路、三阶低通滤波电路和抗混叠滤波电路依次连接；dsp数字信号处理器通过第二通讯模块接口与信号诊断器连接。信号调理器通过硬件电路来实现对冲击信号的共振解调，排除常规振动信号的干扰，降低虚警率与漏报率。

优选的，多通道轨道车辆轴承故障检测仪还包括显示平台终端。显示平台终端用以实时显示检测情况。

优选的，信号诊断器设置有以太网接口、usb接口和调试接口，信号诊断器通过以太网接口与显示平台终端相连接。同时，以太网接口、usb接口和调试接口也方便了多通道轨道车辆轴承故障检测仪的检修、维护与升级。

优选的，多通道轨道车辆轴承故障检测仪还包括电源模组，电源模组分别与前置处理器、信号调理器和信号诊断器连接。电源模组可对前置处理器、信号调理器和信号诊断器进行供电，可实现在室外的长时间监测。

优选的，电源模组包括低电检测电路和供电指示电路。低电检测电路和供电指示电路可防止多通道轨道车辆轴承故障检测仪电源过低自动关闭，影响轴承检测情况。

优选的，复合信号传感器安装在轴承、电机、齿轮箱,实时获取该安装位置的振动及温度信号。转速采集装置安装在靠近测速齿轮的边上，实时获取轴承转速信号。

优选的，信号调理器包括转速采集电路，转速采集电路包括电压转化子电路、低通滤波子电路、第一信号缓冲子电路、电压比较子电路、dsp信号采集子电路、第二信号缓冲子电路和转速信号输出子电路。信号调理器主要用于转速的采集，同时对轴承进行实时监测。

优选的，电压转化子电路包括取样电阻r4，电压转化子电路的输入端连接到输入接口j1的输出端；低通滤波子电路包括串联连接的电阻r2和电容c1，低通滤波子电路的输入端连接到电压转化子电路的输出端；第一信号缓冲子电路包括电压跟随器u1b，第一信号缓冲子电路的输入端连接到低通滤波子电路的输出端；电压比较子电路包括8.2v基准电压源和电压跟随器u1a，电压比较子电路的输入端连接到第一信号缓冲子电路的输出端；dsp信号采集子电路包括第一光耦隔离电路，第一光耦隔离电路的输入端连接到电压比较电路的输出端；第二信号缓冲子电路包括电压跟随器u1d，第二缓冲电路的输入端连接到电压比较电路的输出端；转速信号输出子电路包括第二光耦隔离电路，转速信号输出电路的输入端连接到第二缓冲电路的输出端。

本实用新型提出了一种改进的多通道轨道车辆轴承故障检测仪，通过安装在轨道车辆轴承的温度、转速、振动传感器的信号采集器提取故障冲击信号，实时检测轴承工作状态，真正实现高效率、低虚警、低漏报、低成本。同时，通过前置处理器、信号调理器和信号诊断器监测分析轴承振动、冲击、温度等数据，能够有效把握设备运行的状态，并可以实现对轴承故障的早期预测、实时监督，降低设备故障停机的时间，提高轨道车辆运行的安全可靠性。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本实用新型的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1是本实用新型的多通道轨道车辆轴承故障检测仪的系统框图；

图2是本实用新型的多通道轨道车辆轴承故障检测仪的共振电路；

图3是本实用新型的多通道轨道车辆轴承故障检测仪的三阶高通滤波电路；

图4是本实用新型的多通道轨道车辆轴承故障检测仪的绝对值检波电路；

图5是本实用新型的多通道轨道车辆轴承故障检测仪的三阶低通滤波电路；

图6是本实用新型的多通道轨道车辆轴承故障检测仪的抗混叠滤波电路；

图7是本实用新型的多通道轨道车辆轴承故障检测仪的转速信号采集及转速信号输出电路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本实用新型的多通道轨道车辆轴承故障检测仪，包括复合信号采集装置1、前置处理器2、信号调理器3、信号诊断器4和转速采集装置5，复合信号采集装置1包括多个振动温度复合传感器11，复合信号采集装置1的输出端与前置处理器2的输入端相连接，前置处理器2与信号调理器3相连接，转速采集装置5的输出端与信号调理器3的输入端相连接，信号调理器3与信号诊断器4相连接。

在具体的实施例中，前置处理器2配有六路振动温度复合传感器11输入接口。前置处理器2将采集到的各路振动温度复合传感器11的温度数据及前置处理器2本机的温度数据，通过第一通讯模块6发送给信号调理器3。同时，前置处理器2将六路振动温度复合传感器11的振动信号选通四路信号传输给信号调理器3。在优选的实施例中，第一通讯模块6可以选择rs485用于前置处理器2和信号调理器3之间的通讯，也可以采用其他通讯模块。信号调理器3配有一路转速采集装置5输入接口，一路转速输出接口，两路通过第二通讯模块7与信号诊断器4进行通讯。在优选的实施例中，第二通讯模块7可以选择rs232用于信号调理器3和信号诊断器4之间的通讯，也可以采用其他通讯模块。信号调理器3将四路振动信号的原始信号及经过共振、高通滤波、绝对值检波、低通滤波、抗混叠滤波提取的故障冲击信号送入dsp的八路ad接口。信号调理器3将采集到的速度信号作为抗混叠滤波器的时钟频率用以控制滤波器的通频带。dsp将采集到的故障冲击数据、轴承转速数据、第一通讯模块6获得的各路温度数据通过第二通讯模块7发送给信号诊断器4。

在具体的实施例中，如图2所示，信号调理器3中的共振电路包括电压跟随器u10b、电压跟随器u10c、电压跟随器u10d、电压跟随器u11b、电压跟随器u11c、电压跟随器u11d、电阻r35、电阻r36、电阻r37、电阻r38、电阻r39、电阻r40、电阻r41、电阻r42、电阻r43、电阻r44、电阻r45、电阻r46、电容c64、电容c65、电容c66与电容c67；电阻r39的一端与信号输入端连接，电阻r39的另一端、电阻r35的一端、电容c64的一端、电阻r37的一端与电压跟随器u10b的第6引脚连接，电阻r35的另一端、电压跟随器u10c的第8引脚与电容c65的一端连接，电压跟随器u10c的第10引脚接地，电压跟随器u10c的第9引脚、电容c65的另一端与电阻r36的一端连接，电压跟随器u10b的第5引脚接地，电压跟随器u10b的第7引脚、电容c64的另一端、电阻r37的另一端与电阻r40的一端连接，电阻r40的另一端、电阻r38的一端与电压跟随器u10c的第13引脚连接，电压跟随器u10d的第12引脚接地，电压跟随器u10c的第14引脚、电阻r38的另一端、电阻r36的另一端与电阻r45的一端连接，电阻r45的另一端、电阻r41的一端、电容c66的一端、电阻r43的一端与电压跟随器u11b的第6引脚连接，电阻r41的另一端、电压跟随器u11c的第8引脚与电容c67的一端连接，电压跟随器u11c的第10引脚接地，电压跟随器u10c的第9引脚、电容c67的另一端与电阻r42的一端连接，电压跟随器u11b的第5引脚接地，电压跟随器u11b的第7引脚、电容c66的另一端、电阻r43的另一端与电阻r46的一端连接，电阻r46的另一端、电阻r44的一端与电压跟随器u11c的第13引脚连接，电压跟随器u11d的第12引脚接地，电压跟随器u10c的第14引脚、电阻r44的另一端与电阻r42的另一端连接后作为共振电路的输出端。共振电路主要对振动和对故障冲击引发的振动进行变换，对其信号进行幅值放大和时域展宽，从而进行频谱分析和故障诊断，是一种有效而被广泛使用的故障检测手段。

在具体的实施例中，如图3所示，信号调理器3中的三阶高通滤波电路包括电压跟随器u10a、电容c68、电容c69、电容c70、电阻r47、电阻r48、电阻r49、电阻r50与电阻r51；电容c68的一端与信号输入端连接，电容c68的另一端、电容c69的一端与电阻r48的一端连接，电阻r48的另一端接地，电容c69的另一端、电阻r47的一端与电容c70的一端连接，电容c70的另一端、电阻r49的一端与电压跟随器u10a的第3引脚连接，电阻r49的另一端接地，电压跟随器u10a的第2引脚、电阻r51的一端与电阻r50一端连接，电阻r51的另一端接地，电压跟随器u10a的第4引脚连接电源正极，电压跟随器u10a的第11引脚连接电源负极，电压跟随器u10a的第1引脚、电阻r47的另一端与电阻r50的另一端连接后作为三阶高通滤波电路的输出端。

在具体的实施例中，如图4所示，信号调理器3中的绝对值检波电路包括电压跟随器u11a、电压跟随器u14b、电阻r52、电阻r53、电阻r58、电阻r59、电容c72、电容c75、稳压二极管d16与稳压二极管d17,电容c72的另一端、电阻r58的一端与电压跟随器u11a的第3引脚连接，电阻r58的另一端接地，电压跟随器u11a的第2引脚、稳压二极管d16的一端、电阻r52的一端与电容c75的一端连接，电压跟随器u11a的第11引脚连接电源负极，电压跟随器u11a的第4引脚连接电源正极，电压跟随器u11a的第1引脚、稳压二极管d16的另一端与稳压二极管d17的一端连接，电阻r52的另一端、电阻r53的一端与电压跟随器u14b的第6引脚连接，稳压二极管d17的另一端、电容c75的另一端、电阻r59的一端与电压跟随器u14b的第5引脚连接，电阻r59的另一端接地，电阻r53的另一端与电压跟随器u14b的第7引脚连接后作为绝对值检波电路的输出端。通过绝对值检波电路可以对交流信号进行绝对值处理。

在具体的实施例中，如图5所示，信号调理器3中的三阶低通滤波电路包括电压跟随器u12c、电阻r54、电阻r55、电阻r56、电阻r57、电阻r60、电容c71、电容c73与电容c74；电阻r54的一端与信号输入端连接，电阻r54的另一端、电容c73的一端与电阻r55的一端连接，电容c73的另一端接地，电阻r55的另一端、电容c71的一端与电阻r56的一端连接，电阻r56的另一端、电容c74的一端与电压跟随器u12c的第10引脚连接，电容c74的另一端接地，电压跟随器u12c的第9引脚、电阻r57的一端与电阻r60的一端连接，电阻r60的另一端接地，电压跟随器u12c的第8引脚、电容c71的另一端与电阻r57的另一端连接后作为三阶低通滤波电路的输出端。

在具体的实施例中，如图6所示，信号调理器3中的抗混叠滤波电路包括电压跟随器u12a、电压跟随器u12b、有源滤波器u13、电阻r61、电阻r62、电阻r63、电阻r64、电阻r65、电阻r66、电阻r67、电阻r68、电阻r69、电容c76、电容c77、电容c78、电容c79、电容c80、电容c81与电容c82。时钟信号输入端clk与有源滤波器u13的第3引脚连接，有源滤波器u13的第13引脚与电源连接，有源滤波器u13的第4引脚接地，有源滤波器u13的第12引脚接地，信号输入端sig与电阻r66的一端连接，电阻r66的另一端、电阻r67的一端、电阻r61的一端与有源滤波器u13的第6引脚连接，电阻r61的另一端、电阻r62的一端与电容c76的一端连接，电容c76的另一端接地，电阻r62的另一端、电压跟随器u12b的第7引脚、电压跟随器u12b的第6引脚与电容c78的一端连接，电阻r67的另一端与电容c82的一端连接，电容c82的另一端、有源滤波器u13的第5引脚与有源滤波器u13的第14引脚连接，有源滤波器u13的第11引脚与电阻r63的一端连接，电阻r63的另一端、电阻r64的一端与电容c79的一端连接，电容c79的另一端接地，电阻r64的另一端、电容c77的一端与电阻r65的一端连接，电阻r65的另一端、电容c80的一端与电压跟随器u12a的第3引脚连接，电容c80的另一端接地，电压跟随器u12a的第8引脚连接电源正极，电压跟随器u12a的第4引脚连接电源负极，电压跟随器u12a的第2引脚、电阻r68的一端、电阻r69的一端与电容c81的一端连接，电阻r68的另一端接地，电容c81的另一端、电阻r69的另一端、电压跟随器u12a的第1引脚、电容c77的另一端与电压跟随器u12b的第5引脚连接，电容c78的另一端作为抗混叠滤波电路的输出端。该抗混叠滤波电路为rc低通滤波电路，主要用于滤除信号中频率大于1/2采样频率的干扰信号，将通带外的高频信号基本滤除，防止采集信号的频谱产生混迭。在数据采集过程中，不可避免地会混入干扰信号，为了最大程度地抑制混淆现象，通常都采用抗混叠滤波电路将混叠信号进行衰减和滤除。

在具体的实施例中，如图7所示，信号调理器3包括转速采集及转速信号输出电路，转速采集及转速信号输出电路包括电压转化子电路、低通滤波子电路、第一信号缓冲子电路、电压比较子电路、dsp信号采集子电路、第二信号缓冲子电路和转速信号输出子电路。电压转化子电路包括取样电阻r4，电压转化子电路的输入端连接到输入接口j1的输出端；低通滤波子电路包括串联连接的电阻r2和电容c1，低通滤波子电路的输入端连接到电压转化子电路的输出端；第一信号缓冲子电路包括电压跟随器u1b，第一信号缓冲子电路的输入端连接到低通滤波子电路的输出端；电压比较子电路包括8.2v基准电压源和电压跟随器u1a，电压比较子电路的输入端连接到第一信号缓冲子电路的输出端；dsp信号采集子电路包括第一光耦隔离电路，第一光耦隔离电路的输入端连接到电压比较电路的输出端；第二信号缓冲子电路包括电压跟随器u1d，第二缓冲电路的输入端连接到电压比较电路的输出端；转速信号输出子电路包括第二光耦隔离电路，转速信号输出电路的输入端连接到第二缓冲电路的输出端。电流信号从输入接口j1传输给电压转化电路，电压转化电路将电流信号转化为6v或10v的电平信号传输给电容c1，低通滤波电路接入第一信号缓冲电路，第一信号缓冲电路输出端连接电压比较电路，电压比较电路输出0v或15v的电平信号至dsp信号采集电路和第二信号缓冲电路，dsp信号采集电路输出0v或3.3v的电平信号，第二信号缓冲电路连接转速信号输出电路。因此当多台检测仪在同一列车上工作时，只需安装一个转速传感器，其他检测仪的速度信号可通过级联的方式获得。例如：当有a、b、c三台检测仪在同一列车上工作，a的j1口接转速传感器，b的j1口接a的j2口，c的j1口接b的j2口，这样a、b、c三台检测仪均获得了同样的转速信号数据，以此实现真正的高效率、低虚警、低漏报、低成本。

在具体的实施例中，与信号调理器3连接的信号诊断器4配有一路第二通讯模块7接口，一路以太网接口，一路usb接口，一路调试接口。usb接口作为程序升级接口；信号诊断器4将第二通讯模块7获得的各路故障冲击数据、轴承转速数据通过计算可获得故障程度数据和故障类型数据。信号诊断器4通过以太网实时的将故障程度数据、故障类型数据、轴承转速数据、温度数据发送至数据显示平台终端。

本实用新型提出了一种改进的多通道轨道车辆轴承故障检测仪，，包括复合信号采集装置1、前置处理器2、转速采集装置5、信号调理器3和信号诊断器4，复合信号采集装置1包括多个振动温度复合传感器，复合信号采集装置1的输出端与前置处理器2的输入端相连接，前置处理器2与信号调理器3相连接，转速采集装置5的输出端与信号调理器3的输入端相连接，信号调理器3与信号诊断器4相连接。通过安装在轨道车辆轴承的温度、转速、振动传感器的信号采集器，并提取故障冲击信号，实时检测轴承工作状态，真正实现高效率、低虚警、低漏报、低成本。同时，通过前置处理器2、信号调理器3和信号诊断器4监测分析轴承振动、冲击以及温度等数据，有效把握设备运行的状态，可以实现对轴承故障的早期预测、实时检测，降低设备故障停机的时间，提高轨道车辆运行的安全可靠性，有利于大规模应用及广泛推广。

显然，本领域技术人员在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以作出对本发明的实施例的各种修改和改变。以该方式，如果这些修改和改变处于本发明的权利要求及其等同形式的范围内，则本发明还旨在涵盖这些修改和改变。词语“包括”不排除未在权利要求中列出的其它元件或步骤的存在。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于获利。权利要求中的任何附图标记不应当被认为限制范围。