1、1旋转机械智能检测系统设计说明书1、课程设计目的1. 让同学们了解检测对象的构成和工作原理。2. 让同学们了解旋转机械智能检测系统的结构及组成，能够根据需要确定系统的方案。3. 检测系统中各部分元、器件的工作原理、特点、作用，并能根据实际需要选择合适的元、器件。4. 掌握检测系统设计的基本步骤，撰写课程设计说明书5. 掌握传感器的安装方式和选择二、 检测参数本课程设计是以汽轮机为检测对象，检测参数为汽轮机的振动位移、速度和加速度。系统参数如下：(1) 转速范围： 1003000r/min(2) 位移峰-峰值：0200 m，加速度峰-峰值：010000m/s 2(3) 最高分析频率：大于转速的
2、10 倍(4) 采用整周期采样，每周期均匀采样 64 个点，共采 8 个周期，采集数据样本长度为 512。(5) 监测的机组为若干台2三、检测系统方案设计1.测试部位的选择附图 1：检测系统结构图2.测试点的确定选择水平方向、垂直方向和轴向方向三个测试方向3.传感器的选择和安装（1） 、旋转机械振动监测常用的传感器主要有电涡流传感器、速度传感器、压电式加速度传感器。此测试系统选择电涡流位移传感器电涡流位移传感器的特点：采用非接触测量，不受油污等介质的影响；具有零频率响应，且有频率范围宽(0l0kHz)；测量的线性范围大，抗干扰能力强。（2） 、传感器型号根据检测参数：转速范围：10030000
3、r/min 则转频 f 为 1.5Hz500Hz又 最高分析频率：大于转速的 10 倍则最高分析频率为 155000Hz查设计指导书表 4.1（附表如下）知：5、8、11、12、25 频率响应都能满足要求附：指导书 4.1 表3但综合考虑安装空间、测量范围、灵敏度、分辨率选择直径为 8 的电涡流传感器（3） 、电涡流传感器的安装1 电涡流传感器的安装局部装配图如附图：径向传感器局部装配图、轴向传感器局部装配图2 电涡流传感器安装是否合乎要求对测量精度及稳定性有一定影响，在具体安装时应注意以下几点：a 探头与被测表面应垂直，其偏差应小于土 50。b 探头与支架联接应牢固，支架应有很好的刚性，其固
4、有频率应远离工作领率，以免支架振动带来附加误差；c 支架端面应离开探头感应面，其距离 L3D，见图 4.7(a)，一般在 3 倍探头直径内不应有金属体及台阶面；d 若探头安装在机匣内，应如图 4.7(b)所示开一个直径为 d 深度为 I 的凹孔或锥角为 900 的锥形孔，要求 d3D，ID。4e 当有两个以上探头邻近安装时，见图 4.7(c)，为避免交叉失真，应使传感器之间距离 ED，D 为探头线圈外径；f 测轴振动及轨迹时，最小检测轴的直径应大于 4D，见图 4.7(d)；g 当被测物体位移由小到大，即正向位移时，传感器初始安装位置应在线性段的起点 h1 附近，见图 4.7(e)；反之，即负
5、向位移时，传感器初始安装位置应在线性段的终点 h2 附近；若被测物体位移时大时小时，则应将传感器装在线性段的中点 h0 附近的区域。4.数据采集卡的选择数据采集卡主要完成信号的 A/D 转换，A/D 转换将检测到的模拟信号转换成数字信号，以便于计算机分析与处理。数据采集卡可由实际的工况要求，根据 A/D 转换板的位数、转换时间和内存大小等参数来选择或设计。下面就数据采集过程中的相关概念和采集卡选择时的一些问题进行论述。取 2.56 倍的max2fsmaxf所以 =2.56*50*10* 其中 表示通道数s chNch此测试系统共 16 个传感器，故需 16 个通道，综合考虑价格、方便性初选 多
6、通道模数转换器 AD7890 AD7890 是一款 8 通道 12 位串行 AD 转换器，具有高转换效率(转换时间仅为 59s)、高速灵活的串行接口、多通道等优点。其中， AD7890-10 输入电压范围为-10+10 V。TMS320F2812 处理器上集成了多种先进的5外设，为实现电机及其他运动控制领域的应用提供了良好的平台，它所提供的 SPI 接口通常用于 DSP 处理器和外部设备及其他处理器之间的通信。需两台 AD7890AD 转换器验算 AD7890AD 转换器是否满足要求位数验算= 0024%5.9sf1s所以转换时间满足要求内存大小选择经过转换的振动信号的数据，须在 A/D 转换
7、器上暂时贮存，以便等待主机调用，因此还需要考虑 A/D 转换器上内存的大小。如果转换的信号的通道数为，每个通道采样的振动信号数据的个数为个，选择的 A/D 转换芯片的位数为 b 位，现需要保存 N 组的振动信号数据，那么内存位。注意，此处计算出的内存容量的单位为位（bit） ，而内存容量的一般单位为千位（KB：KiloBit） ，因此必须把该内存容量除以 1024，以便化为千位的单位，因此内存 ）（ KBbNSchd 1024/=1*512*8*12/1024=48KB）（ KBbNSchd 1024/6其他选择(1) 输入阻抗A/D转换板的输入阻抗越大，对输入的振动信号的影响越小。一般选用的
8、输入阻抗应大于10M。(2) 最大输入电压A/D转换板的最大输入电压应大于实际的输入的振动信号的峰峰值电压，但不能太大，以免影响测量精度。(3) A/D触发方式一般的触发方式有 外电平触发、外时钟触发、内软件触发等。(4) A/D外触发电平一般有TTL 电平、上升沿电平触发、下降沿电平触发等。其它一些特定要求5.转速的检测对于实际运行的机器，往往需要同时采集多路振动信号，并对交、直流分量分别采集，此外采样频率和采样起始时刻等也必须根据机器的实际运行工况进行选择。采样控制模块的主要任务就是协调和控制采样电路的正常工作。1转速测量转速测量的主要功能：a)提供一个相位基准信息。对于机械振动，相位与频
9、谱是振动的主要特征，它为工况分析和故障诊断提供重要的特征信息；b)转速信号可用于采样频率的确定，控制采样，以保证振动信号的整周期采样。7转速测量采用涡流式传感器，根据传感器获得的单位时间内的脉冲数确定转速。工程中通常采用涡流传感器。涡流传感器要求在转子轴上标记线处开一条几毫米深的键槽，设定前置器的输出为负电平的脉冲信号如图4.9所示。转子转一周则输出一个脉冲信号，显然，只要测得两个脉冲间的时间t，就可求得转子转速或频率。一般来讲，键槽开的宽，脉冲也宽。由于键槽有一定的宽度，因此参考脉冲信号有一定的宽度，这时转速测量取值应明确以脉冲前沿或后沿为触发参考。如图：2. 采样控制和整周期采样采样控制电
10、路对振动信号采集模块不断发出控制信号或指令，以协调整个模块的正常工作。其主要功能如下：a) 通道选择控制； b)交直流选择控制，可以分别采集信号的交直流分量；c) 采样控制模块不断向采样电路发出来自转速传感器的脉冲信号，控制采样的起始时刻，以保证整周期采样对于实际运行的机器，往往需要同时采集多路振动信号，并对交、直流分量分别采集，此外采样频率和采样起始时刻等也必须根据机器的实际运行工况进行选择。采样控制模块的主要任务就是协调和控制采样电路的正常工作。整周期采样控制是由傅里叶变换对离散信号的要求提出的。离散傅里叶变换的谱分辨率为：其中，N 为采样点数，T 为采样周期8实现整周期采样的关键是如何将
11、一个完整的周期信号均匀地分成 N 等分进行采样，即实现倍频（N 为一个周期内的采样点数） 。如图 4.8 所示，旋转机械旋转一周所需的时间为键相位信号周期，将此周期做 N 等分，即可实现一个信号周期内采样 N 点数据。在转速恒定，即信号频率不变的情况下，可以用软件算出采样的时间间隔；但是在转速变化的情况下，尤其在转速变化较快时用软件计算很难预测转速变化的趋势及大小，即实现很困难，为此采用了硬件的分析方法。键相信号可通过光电传感器或涡流式传感器获取。转子转一周则输出一个脉冲信号，此信号即作为键相信号。脉冲信号经过处理电路即可送去测量。为了获得参考基准点，振动信号的采集可采用以下方式：用鉴相脉冲触
12、发采样。当鉴相脉冲到来时开始对振动信号进行多路同时采集，所得到的振动信号均开始于转子上参考位置，克服了巡检方式采样及分时顺序转换不能获得准确的可比较的相对相位的缺点、可保证转子振动信号在同一时刻采集，从而可对转子振动信号的相位进行有效的比较，采集的信号经过软件处理可求出各振动信号的相位。振动信号采集与监测系统中采用了软、硬件两种触发采集方式。当键相脉冲(转速脉冲) 的上升沿到来时将触发采集卡中微处理器的外部中断,在中断服务程序中,根据前后两次脉冲的时间间隔计算出当前转速值。转速测定后,立即转向采集振动信号的模块。如果转子处于转速升降过程中,则按实际的键相信号采集,实现整周期采样；如果转子在定转速的情况下,可用实际键相信号触发采样，也可通过软件设定采样时间间隔来采集。9
