一種實現旋轉機械振動信號同步階比跟蹤分析的裝置的製作方法
2023-12-11 08:59:27 1
專利名稱：一種實現旋轉機械振動信號同步階比跟蹤分析的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及機械振動分析測量領域，特別涉及一種實現旋轉機械振動信號同步階比跟蹤分析的裝置。
背景技術：
傳統的旋轉機械振動階比跟蹤方法採用硬體方式來實現，需要有鎖相環、倍頻分頻電路，並且還需要有截止頻率實時可調的抗混疊濾波器等，電路複雜，成本高，特別是在等角度重新採樣進行了重點研究。硬體實現方式主要問題在於:1)採樣頻率需要由旋轉機械上一次的轉速進行預估計，估計存在誤差，因此不能實現精確的整周期同步採樣，從而導致FFT結果存在頻譜洩露；2)硬體方式所需的截止頻率可調的抗混疊濾波器結構複雜，由於採樣頻率需要不斷調整，採集得到的波形數據存在間隔，不連續的缺點。公告號為CN102175439的中國專利，公開了一種「針對旋轉機械的階次分析實現方法」其對等角度重新採樣是「根據更新頻率的低速脈衝以及當前高速軸上的轉速脈衝分別對採集卡輸出信號進行等角度重採樣」。此種方法在轉動機械轉速不變或變化小時相當有效，但當轉速隨時變化大時，此時的更新頻率是由第一次採樣時的頻率計算得來；因此，當用此更新頻率與當前高速軸上的轉速脈衝進行等角度重採樣，將帶來更新頻率與當前高速軸上的轉速脈衝不同
止/J/ O
發明內容為解決現有技術的問題，本實用新型提出一種實現旋轉機械振動信號同步階比跟蹤分析的裝置，通過本裝置由固定的採樣頻率實現精確的等角度採樣，不存在頻率混亂現象，也就是轉軸每轉動 一次，採樣點對應於轉軸上的角度差是一致的，在轉軸上位置是固定的，從而實現準確的整周期同步採樣。本實用新型的目的是這樣實現的:一種實現旋轉機械振動信號同步階比跟蹤分析的裝置，包括多路信號採集A/D轉換電路和信號處理電路，所述多路信號採集A/D轉換電路設置有多路信號接收接口，所述多路信號接收接口中的一路是鍵相脈衝信號接口，用於接收由光電傳感器傳遞的旋轉機械鍵相脈衝模擬信號；所述多路信號接收接口中其餘至少有四路是振動信號接口，用於接收由振動傳感器傳遞的旋轉機械振動信號；所述信號處理電路包括一個中央處理器晶片和一個FPGA晶片，所述FPGA晶片設置有對應連接A/D轉換電路中多路信號接口的濾波處理通道和採樣頻率發生器，所述FPGA晶片的控制口與中央處理器晶片的控制口連接，中央處理器晶片的數據口連接FPGA晶片的數據口，FPGA晶片連接顯示器。進一步，所述濾波處理通道對應鍵相脈衝信號接口的通路中設置有級聯積分梳狀濾波處理器，所述濾波處理通道對應振動信號接口的通路中設置有FIR數字濾波處理器。進一步，所述多路信號採集A/D轉換電路是型號為AD7606的16位8通道A/D採集模塊。[0007]本實用新型對現有技術的貢獻是:1.結構簡單，無需添加任何其他如鎖相環、倍頻電路等硬體就可實現精確的等角度採樣，不存在頻率混亂現象，也就是轉軸每轉動一次，採樣點對應於轉軸上的角度差是一致的，在轉軸上位置是固定的，從而實現準確的整周期同步採樣。2.本實用新型克服了傳統硬體方式時，由於採樣頻率需要不斷調整，採集得到的波形數據存在間隔，不連續的缺點，能夠實現波形的連續不間斷採集。下面結合實施例和附圖對本發明做一詳細描述。
圖1是本實用新型的電路結構示意圖。
具體實施方式
一種實現旋轉機械振動信號同步階比跟蹤分析的裝置實施例，參見圖1，包括多路信號採集A/D轉換電路I和信號處理電路，所述多路信號採集A/D轉換電路設置有多路信號接收接口，所述多路信號接收接口中的一路是鍵相脈衝信號接口，用於接收由光電傳感器2傳遞的旋轉機械鍵相脈衝模擬信號；所述多路信號接收接口中其餘至少有四路是振動信號接口，用於接收由振動傳感器3傳遞的旋轉機械振動模擬信號；所述信號處理電路包括一個中央處理器晶片4和一個FPGA晶片5，所述FPGA晶片設置有對應連接A/D轉換電路中多路信號接口的濾波處理通道和採樣頻率發生器，所述FPGA晶片的控制口與中央處理器晶片的控制口連接 ，中央處理器晶片的數據口連接FPGA晶片的數據口，FPGA晶片連接顯示器6，同時FPGA晶片還分別連接有SDRAM和SRAM存儲器。實施例中，所述濾波處理通道對應鍵相脈衝信號接口的通路中設置有級聯積分梳狀濾波處理器，所述濾波處理通道對應旋轉機械振動信號接口的通路中設置有FIR數字濾波處理器。實施例中，所述多路信號採集A/D轉換電路是型號為AD7606的16位8通道同步A/D採集模塊。採用上述實施例由固定的採樣頻率實現旋轉機械振動信號同步階比跟蹤分析方法是:採用固定採樣頻率同步採集旋轉機械振動信號和轉速鍵相脈衝信號，選取一個振動階比數M，利用插值濾波器對鍵相脈衝進行2*M倍插值，得到等角度振動採樣信號，經過對等角度振動採樣信號進行處理，最終得到振動各階諧波波形；其具體步驟是:I)由大於最大轉速頻率*階比數M的固定採樣頻率連續同步採集旋轉機械振動信號和轉速鍵相脈衝信號；2)根據一個閾值識別鍵相脈衝信號上升沿和下降沿的到達時間，通過到達時間計算每兩個脈衝間的時間差，從而確旋轉機械每轉動一周的轉速和一周瞬時頻率；3)採用基於FPGA的級聯積分梳狀濾波器(CIC, Cascaded Integrator Combfilter)作為插值濾波器，對兩個鍵相脈衝之間的固定採樣頻率進行(N=2*M)倍插值濾波，得到振動信號的振動均角信號對應的時間序列；4)由旋轉機械瞬時頻率和時間序列，對振動信號進行數字濾波和插值得到(對應時間序列的)等角度採樣信號。[0020]5)對等角度採樣信號進行傅立葉變換(FFT)得到連續的旋轉機械振動階比譜，對等角度採樣信號進行恆帶寬濾波或者Gabor變換，得到連續的各階諧波波形。本實施例實時跟蹤的實現:每採集0.25秒就進行一次信號分析，信號重採樣頻率是根據實際轉動頻率(因為信號已經完成採集，根據信號進行精確計算的)進行調整的，而非硬體方式下，由上一次轉動頻率值，對下一次轉動頻率進行預測，再對採樣頻率進行調難
iF.0實施例中，所述的插值是線性插值、樣條插值、拉格朗日插值或者sine插值算法中的一種。實施例中，所述階比數M是2的X次方，X是4或4以上的正整數。實施例中，所述數字濾波採用Kaiser窗FIR濾波器。本實施例中:I)按照某一固定的採樣頻率；同步採集旋轉機械的一路轉速鍵相脈衝信號；和四路振動信號；2)對鍵相脈衝信號，根據上升(或下降)沿電壓值大小人為指定閾值(threshold)，或按照某一算法，由統計學規律，自動計算閾值大小。根據這一閾值，由檢波算法，準確識別和記錄鍵相脈衝信號上升沿(或下降沿)的到達時間t0、tl、t2…tN ；3)由兩個脈衝間的時間差,dt0=tl_t0, dtl=t2_tl,…，dtN-l=tN-tN_l,計算轉速rpm和瞬時頻率f ；4)根據分析需要設定階比數M (可以取16、32、64、128、256等)，採用CIC插值濾波器，對鍵相脈衝進行N倍插值(N=2*M)，得到角域等角度振動信號每一樣本對應的時間序列；5)由轉子瞬時頻率和重採樣時間序列，對振動信號進行數字濾波和插值重採樣，得到等角度採樣信號，其中，插值可以採用線性插值、樣條插值、拉格朗日插值或者sine插值算法；6)對等角度採樣信號進行傅立葉變換(FFT)，得到旋轉機械振動階比譜，對等角度採樣信號進行恆帶寬濾波或者Gabor變換，可以得到各階諧波波形。採用本實施例方法，使用美國NI公司的24位數據採集卡-USB4432或型號為AD7606的16位8通道同步A/D採集模塊，無需添加任何其他硬體(如鎖相環、倍頻電路等)，由I個光電傳感器和4個振動傳感器分別採集I路轉速鍵相信號和4路振動信號，即構成了一個高精度振動信號採集分析系統，實現變轉速振動信號階比跟蹤採集和階比分析功能。本實施例方 法目的是實現精確的等角度採樣，也就是轉軸每轉動一次，採樣點對應於轉軸上的角度差是一致的，在轉軸上位置是固定的，從而實現準確的整周期同步採樣。
權利要求1.一種實現旋轉機械振動信號同步階比跟蹤分析的裝置，其特徵在於，所述裝置包括多路信號採集A/D轉換電路和信號處理電路，所述多路信號採集A/D轉換電路設置有多路信號接收接口，所述多路信號接收接口中的一路是鍵相脈衝信號接口，用於接收由光電傳感器傳遞的旋轉機械鍵相脈衝模擬信號；所述多路信號接收接口中其餘至少有四路是振動信號接口，用於接收由振動傳感器傳遞的旋轉機械振動信號；所述信號處理電路包括一個中央處理器晶片和一個FPGA晶片，所述FPGA晶片設置有對應連接A/D轉換電路中多路信號接口的濾波處理通道和採樣頻率發生器，所述FPGA晶片的控制口與中央處理器晶片的控制口連接，中央處理器晶片的數據口連接FPGA晶片的數據口，FPGA晶片連接顯示器。
2.根據權利要求1所述的一種實現旋轉機械振動信號同步階比跟蹤分析的裝置，其特徵在於，所述濾波處理通道對應鍵相脈衝信號接口的通路中設置有級聯積分梳狀濾波處理器，所述濾波處理通道對應振動信號接口的通路中設置有FIR數字濾波處理器。
3.根據權利要求1所述的一種實現旋轉機械振動信號同步階比跟蹤分析的裝置，其特徵在於，所述多路信號 採集A/D轉換電路是型號為AD7606的16位8通道A/D採集模塊。
專利摘要本實用新型涉及一種實現旋轉機械振動信號同步階比跟蹤分析的裝置，包括多路信號採集A/D轉換電路和信號處理電路，所述多路信號採集A/D轉換電路設置有多路信號接收接口，多路信號接收接口中的一路是接收旋轉機械鍵相脈衝的鍵相脈衝信號接口，其餘至少有四路是旋轉機械振動信號接口；所述信號處理電路包括一個中央處理器晶片和一個FPGA晶片，所述FPGA晶片設置有對應連接A/D轉換電路中多路信號接口的濾波處理通道和採樣頻率發生器。本實用新型結構簡單，克服了傳統硬體方式由於採樣頻率需要不斷調整，採集的波形數據存在間隔，不連續的缺點；能夠實現波形的連續不間斷採集，無需添加任何其他如鎖相環、倍頻電路等硬體就可實現精確的等角度採樣。
文檔編號G01H17/00GK203132688SQ20132010872
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月11日 優先權日2013年3月11日
發明者汪江, 杜曉峰, 田萬軍, 張本耀, 高峰, 徐曉峰, 徐鵬程 申請人:安徽新力電業科技諮詢有限責任公司, 安徽省電力科學研究院