基于冲击脉冲传感器的轴承检测仪调理电路研究

论文摘要

机械设备在国民经济生产和人们日常生活中有着非常重要的作用,滚动轴承是机械设备的重要部件之一,据统计大约30%的生产故障都是由滚动轴承故障引起的。研究并应用设备状态监测、故障诊断、状态预测技术,不仅可以早期发现故障,避免恶性生产事故的发生,还可以从根本上解决目前设备定期维修中存在的维修不足和维修过剩的问题。20世纪60年代末出现的冲击脉冲法,即Shock Pulse Method,是众多轴承故障检测方法中比较经典的一种,冲击脉冲法通过测量轴承座上有效冲击点处冲击波幅值来判断轴承的工作状态与损伤程度,冲击脉冲法的硬件实现首先需要一个冲击脉冲传感器,然后再加上合适的调理电路,调理电路包括放大器,30kHz-40kHz的带通滤波器,以及AD转化几部分。本文首先针对一款某公司研制的代号为A的轴承检测仪进行研究,对实物进行了拆解,研究了冲击脉冲法信号处理的整个过程以及实际的电路处理方法,同时利用信号采集仪,数字示波器等实验仪器,实时的采集了数据,最后分析了该检测仪的存在的问题,为后面的数字化二次开发奠定了基础。由于轴承实际的工作环境,存在较大的噪声干扰,且不同的传感器及电子器件,在幅频特性方面实际情况和理论上有一定的差距,基于这些原因,本文通过实验的方式,测试了该冲击脉冲传感器的频率响应,并根据该频率响应和冲击脉冲信号处理理论,设计了符合实际的放大电路,能够有效放大信号,保证不饱和,且有用信号不会被噪声淹没,接着设计了30-40kHz带通滤波器,并在真实的轴承平台上测试,并得到较好的实验效果。通过新设计的前端调理电路,可以准确分辨出轴承的不同损坏程度,并利用数字示波器采集了实验数据,且数据通过数字信号处理验证了调理电路的有效性和测试数据的正确性。本文针对轴承故障检测这一问题,采用了冲击传感器,遵循冲击脉冲信号处理方法,设计了放大,滤波电路,并用数字示波器采集了数据,为FPGA数字化处理部分提供可靠的数据,实现了高速,精确的轴承故障检测,在状态监测、故障诊断、状态预测领域有着重要的意义,也将具有非常广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 轴承检测系统的国内外发展现状
• 1.2.1 国内发展现状
• 1.2.2 国外发展现状
• 1.3 课题的来源和研究意义
• 1.4 论文结构
• 第二章 冲击脉冲法原理及实现方式
• 2.1 滚动轴承及其基本特点
• 2.1.1 滚动轴承
• 2.1.2 滚动轴承基本特点
• 2.1.3 滚动轴承的故障成因
• 2.1.4 轴承故障的分类
• 2.2 冲击脉冲法
• 2.2.1 冲击脉冲
• 2.2.2 滚动轴承的寿命及其评定参数
• 2.2.3 冲击脉冲法测试的注意要点
• 2.3 冲击脉冲法的信号处理过程
• 2.4 实现模型
• 2.5 检测仪存在的问题
• 2.6 本章小结
• 第三章 检测仪前端调理电路的实现
• 3.1 设计规划
• 3.2 冲击脉冲传感器频率特性
• 3.2.1 实验器材介绍
• 3.2.2 冲击脉冲传感器频率特性测试结果
• 3.3 CMOS非门的交流信号放大原理
• 3.3.1 非门的特点
• 3.3.2 CMOS非门电压传输特性
• 3.3.3 单级非门构成的放大器
• 3.4 实现CMOS非门放大电路
• 3.5 放大电路饱和度测试
• 3.6 滤波电路设计及其仿真
• 3.6.1 滤波电路设计
• 3.6.2 参数计算
• 3.6.3 Multisim 10简介
• 3.6.4 仿真结果
• 3.7 制作信号调理电路板
• 3.7.1 制作信号调理电路板
• 3.7.2 轴承平台测试并保存数据
• 3.8 本章小结
• 第四章 测试数据及结果分析
• 4.1 轴承平台上测试数据
• 4.1.1 轴承平台及各种轴承
• 4.1.2 空测
• 4.1.3 正常轴承
• 4.1.4 故障轴承计算
• 4.1.5 故障轴承测试结果
• 4.2 计算结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究生期间的发表论文