一种轴承系统声学故障检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明一种轴承系统声学故障检测装置，属于故障检测技术领域，该装置将声学传感器与加速度传感器结合为一体使用，对低频的声振信号用抗干扰能力较强的加速度传感器检测，对高频和中频的声振信号用带宽较大的驻极体电容声学传感器检测，结合轴承温度实时处理数据，识别轴承故障，并用3G无线传输模块将故障信号及时发送给工作人员，可实现对轴承系统故障的在线监测与无线报警。
【背景技术】
[0002]在旋转机械中，轴承是关键的基础部件，但目前存在的问题是轴承的故障率偏高，轴承故障已成为机械传动中主要的故障之一，并对机械设备机组的连续运行和安全生产带来极大影响。因此，实时监控轴承的运行状态，对故障提前进行诊断和报警，减少停机现象和事故发生的概率，及时维护轴承部件，变故障停机为计划停机，以及对轴承运行状态实现无线远程监控，具有重要的意义。
[0003]轴承出现故障时早期的现象是先在高频段出现超声特征频率，之后当轴承出现轻微损伤时，特征频率慢慢移向中频段，当轴承已经出现显著损伤时，特征频率才会出现在低频部分，此时温度开始显著上升。现有的轴承故障检测装置多采用加速度传感器测量轴承的振动信号，而加速度传感器只能测量单一振动信号，只有在轴承失效已经比较显著时才能发现故障，因此给轴承的维护与设备的计划停机带来困难。
【发明内容】
[0004]本发明一种轴承系统声学故障检测装置，其目的在于解决现有轴承故障检测装置的弊端，公开一种声学传感器与加速度传感器一体化检测轴承声振信号，结合轴承温度，通过信号处理实时分析轴承故障，并用3G无线传输模块传输监测数据与故障信号的轴承系统声学故障检测装置的技术方案，该方案可以对轴承各个阶段的故障进行识别、实时分析处理、无线报警，具有结构紧凑、安装方便等优点。
[0005]本发明一种轴承系统声学故障检测装置，其特征在于将声学传感器与加速度传感器结合为一体使用，对低频的声振信号用加速度传感器检测，对高频和中频的声振信号用驻极体电容声学传感器检测，结合轴承温度实时处理数据，识别轴承故障，并用3G无线传输模块将故障信号及时发送给工作人员。整套轴承系统声学故障检测装置I由测量装置和信号处理电路两部分组成。所述的测量装置部分包括驻极体电容声学传感器2、三轴加速度传感器3、第一温度传感器7、第一电路板4、第二电路板9、第三电路板10、第四电路板
11、工业级3G传输模块15、轴承系统声学故障检测装置外壳16、T型三通航空接头20和第二温度传感器21组成，其中驻极体电容声学传感器2采用接触式的方法测量轴承的声振信号，用金属片与螺丝将传感器探头固定在轴承系统声学故障检测装置外壳16上，输出端通过接线端子17连接至第四电路板11上，将三轴加速度传感器3焊接到第一电路板4上，并将三轴加速度传感器3用一层AB胶5与轴承系统声学故障检测装置外壳16粘紧，利于振动信号的传导，再用螺丝将第一电路板4连同三轴加速度传感器3固定在轴承系统声学故障检测装置外壳16上，并通过排线6与第四电路板11连接，将第一温度传感器7通过接线端子17安装在第一电路板9上，用于测量环境温度，工业级3G传输模块15插接在第三电路板10上；轴承系统声学故障检测装置I通过航空接头8与T型三通航空接头20的中间端口连接来实现与外部的连接，使得整个装置安装简易并且防尘防水，轴承系统声学故障检测装置I通过T型三通航空接头20的左边端口与第二温度传感器21连接，第二温度传感器21深入轴承座靠近轴承的预留孔中测量轴承的温度，并将数据传回到轴承系统声学故障检测装置I中的处理芯片中，与第一温度传感器7采集的数据求差，有效减少了环境温度对轴承温度测量的影响，轴承系统声学故障检测装置I通过T型三通航空接头20的右边端口与轴承系统声学故障检测装置上位机22连接，一方面将供电的电源线接入轴承系统声学故障检测装置I，通过接线端子17与第二电路板9连接，达到给轴承系统声学故障检测装置I的信号处理电路部分供电的目的，另一方面将信号处理电路输出的信号输出到轴承系统声学故障检测装置上位机22中，以便保存历史数据和工作人员观测运行状态；轴承系统声学故障检测装置测量电路在轴承系统声学故障检测装置I中采用三层电路设计，包括第二电路板9、第三电路板10和第四电路板11，三层电路板之间分别通过排针13和排母12连接，轴承系统声学故障检测装置外壳16预置插槽，第二电路板9、第三电路板10和第四电路板11通过排针13和排母12连接为一体后，对应预置插槽放入轴承系统声学故障检测装置外壳16中，使整个装置的结构紧凑而稳定，合页18连接轴承系统声学故障检测装置外壳16和盖子，轴承系统声学故障检测装置外壳16与盖子接触的部位装有密封胶条，预置外壳固定螺母19，用螺丝将盖子和整个轴承系统声学故障检测装置外壳16连接成为一体，保证整个装置防尘防水，轴承系统声学故障检测装置外壳16采用不锈钢材质，底部不锈钢板厚度约5mm，便于轴承系统声学故障检测装置I的固定和振动信号的传导，在底部不锈钢板伸出轴承系统声学故障检测装置I的部位预置轴承系统声学故障检测装置固定孔14，用来将轴承系统声学故障检测装置I稳定地固定在轴承座上。所述的信号处理电路由数据处理模块FPGA 29、驻极体电容声学传感器2、信号放大电路23、带通滤波器24、第一温度传感器7、温度/电阻转换电路25、温度变送电路26、多通道A/D转换电路27、三轴加速度传感器3、第二温度传感器21、工业级3G传输模块15和CAN总线通讯模块28组成，其中驻极体电容声学传感器2、信号放大电路23、带通滤波器24和多通道A/D转换电路27组成声学信号检测系统，驻极体电容声学传感器2将声学信号转换为电压信号，由于驻极体电容声学传感器2的阻抗很大，输出电压小，因此要用信号放大电路23将信号调至后续转换电路合适的电压范围，采样前信号通过带通滤波器24滤除高频信号，确保采样过程不会出现频率混叠现象，并将容易给驻极体电容声学传感器2带来干扰的低频噪声信号滤除，经过多通道A/D转换电路27将模拟信号转换为数字信号送至数据处理模块FPGA 29，由数据处理模块FPGA29经过频谱分析等处理提取信号中的特征频率；第一温度传感器7、温度/电阻转换电路25、温度变送电路26、多通道A/D转换电路27和第二温度传感器21组成温度检测系统，第一温度传感器7测得的温度信号经温度/电阻转换电路25转换成电阻信号输出，通过温度变送电路26将信号放大，由多通道A/D转换电路27将模拟信号转换为数字信号后送至数据处理模块FPGA 29计算得到第一温度信号，即当前的环境温度，第二温度传感器21测得的轴承温度信号也送至数据处理模块FPGA 29计算得到第二温度信号，并与第一温度信号求差，有效避免了室外温度变化导致轴承温度变化而引起的误报警等事故；三轴加速度传感器3测得振动信号，与数据处理模块FPGA 29建立通讯，并由数据处理模块FPGA 29经过频谱分析等处理提取信号中的特征频率；数据处理模块FPGA 29将驻极体电容声学传感器
2、三轴加速度传感器3、第一温度传感器7和第二温度传感器21测得的数据分析处理后，通过CAN总线通讯模块28将数据传输到轴承系统声学故障检测装置上位机22中，通过工业级3G传输模块15将轴承故障信号传输到工作人员的手机中。
[0006]本发明一种轴承系统声学故障检测装置的优点在于:
1、将可测高频振动的声学传感器与加速度传感器结合为一体使用，扩大测量轴承振动信号的带宽范围，对轴承故障的各个阶段特征频率都可识别，可以提前预报故障并作出诊断，变故障停机为计划停机。
[0007]2、可分别测量轴承温度与环境温度，并将轴承温度与环境温度求差，减小了外界温度变化对温度报警系统的影响，提高了报警功能的容错能力。
[0008]3、装置本身具有实时分析处理数据和无线报警功能，并具有可靠性高、结构紧凑、安装方便等优点。
【附图说明】
[0009]图1轴承系统声学故障检测装置结构示意图1.轴承系统声学故障检测装置 2.驻极体电容声学传感器 3.三轴加速度传感器4.第一电路板 5.AB胶 6.排线7.第一温度传感器 8.航空接头9.第二电路板10.第三电路板11.第四电路板12.排母13.排针14.轴承系统声学故障检测装置固定孔15.工业级3G传输模块16.轴承系统声学故障检测装置外壳17.接线端子18.合页19.外壳固定螺母20.T型三通航空接头21.第二温度传感器22.轴承系统声学故障检测装置上位机
图2轴承系统声学故障检测装置信号处理电路原理图
23.信号放大电路24.带通滤波器25.温度/电阻转换电路26.温度变送电路27.多通道A/D转换电路28.CAN总线通讯模块29.数据处理模块FPGA图3轴承系统声学故障检测装置安装示意图
30.轴承座 31.轴承座及轴承系统声学故障检测装置固定螺丝 32.轴承座温度传感器预留孔。
【具体实施方式】
[0010]实施方式1:
下面结合附图1、附图2和附图3进一步说明采用本发明一种轴承系统声学故障检测装置在轴承系统声振信号故障分析、在线检测和实时报警中的应用以及本发明装置的工作原理与安装方法。
[0011]按照附图1将驻极体电容声学传感器2、三轴加速度传感器3、第一电路板4、第一温度传感器7、第二温度传感器