旋轉機械不同測點振動信號相對相位的測量方法
2023-10-10 01:18:24 1
專利名稱：旋轉機械不同測點振動信號相對相位的測量方法
技術領域：
本發明涉及一種旋轉機械不同測點振動信號相對相位的測量方法。
背景技術：
在機械設備振動診斷技術中，旋轉機械上不同測點如軸承座等振動信號之間的相 對相位差是判斷平衡、對中、軸彎、鬆動等故障類別的主要依據之一。得到了不同測點之間 的相位差，並結合測點振動幅值變化和頻譜特徵，即可作出旋轉機械各類故障的判斷。
傳統不同測點振動信號相對相位的檢測方法如下 如圖l所示，採用轉速測量裝置獲取相位參照基準信息，如以轉軸l上的鍵相或反 射貼2為基點，當該基點經過光電傳感器7時，會產生一個脈衝，轉軸每轉一周，就會產生一 個脈衝信號，脈衝信號產生的時刻表明了轉軸在每個旋轉周期的位置，該脈衝信號經脈衝 信號處理模塊4處理後輸入測量裝置6，採用振動傳感器3檢測轉軸1的振動信號並經振動 信號處理模塊5處理後輸入測量裝置6，測量裝置6以脈衝信號為基準通過與轉軸的振動信 號比較，可以確定不同測點振動信號的相位差，即相對相位，該相對相位用於轉軸的動平衡 分析以及設備的故障分析與診斷等方面。 上述方法必須在轉軸上具備鍵相槽或加貼反射貼。而一些設備的轉軸並未設計鍵 相槽，要測量的話必須停機加貼反射貼，而連續運轉的設備無法隨意停機，造成很多出現異 常情況的連續運轉設備無法進行相對相位測量。當然還可採用頻閃測速的方法測取轉軸旋 轉的脈衝信號，利用該脈衝信號與軸的振動信號比較確定不同測點振動信號的相位差，該 方法雖不需要加貼反射貼，但在轉軸運轉於多油汙、水汽或不直接暴露等環境時易受幹擾 影響，無法獲得正確的測量結果。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種旋轉機械不同測點振動信號相對相位的 測量方法，使用本方法在旋轉機械無測速基點或測速受幹擾的情況下，不用停機可測量不 同測點振動信號相對相位，準確提供旋轉機械各類故障的判斷依據。 為解決上述技術問題，本發明旋轉機械不同測點振動信號相對相位的測量方法， 包括第一和第二振動傳感器，其步驟如下 步驟一、將所述第一振動傳感器固定於旋轉機械上，所述第一振動傳感器的輸出 信號經低通濾波模塊、積分電路模塊、信號放大模塊和A/D轉換模塊後成為參照波形，參照 波形輸入測量裝置，測量裝置將該信號處理為脈寬調製信號； 步驟二、將所述第二振動傳感器固定於旋轉機械上第一測點，所述第二振動傳感 器在第一測點的輸出信號經低通濾波模塊、積分電路模塊和程控放大模塊後輸入窄帶跟蹤 濾波模塊； 步驟三、所述第一振動傳感器的脈寬調製信號同時輸入窄帶跟蹤濾波模塊並作為 窄帶跟蹤濾波模塊的時鐘頻率，
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設定窄帶跟蹤濾波模塊的中心頻率為f。、時鐘頻率為fdk、脈寬調製信號的頻率為f,、參照波形的頻率為f， 按窄帶跟蹤濾波模塊的特性，設定fdk : f。=ioo : i
通過測量裝置，使fpwm = iooxf 則得到f0 = f
即參照波形頻率與窄帶跟蹤濾波模塊的中心頻率一致； 所述第二振動傳感器在第一測點的振動信號經窄帶跟蹤濾波模塊後通過A/D轉
換模塊輸入測量裝置，測量裝置以參照波形的過零點作為信號的起始相位，由於參照波形頻率與窄帶跟蹤濾波模塊的中心頻率一致，則在時域上得出參照波形與第二振動傳感器在
第一測點所測振動波形的相位差並記錄； 步驟四、保持所述第一振動傳感器檢測旋轉機械振動信號的參照波形不變，將所
述第二振動傳感器固定於旋轉機械上第二測點，所述第二振動傳感器在第二測點的輸出信
號經低通濾波模塊、積分電路模塊和程控放大模塊後輸入窄帶跟蹤濾波模塊； 步驟五、所述第一振動傳感器的脈寬調製信號同時輸入窄帶跟蹤濾波模塊並作為
窄帶跟蹤濾波模塊的時鐘頻率，依據步驟三，參照波形頻率與窄帶跟蹤濾波模塊的中心頻
率一致，所述第二振動傳感器在第二測點的振動信號經窄帶跟蹤濾波模塊後通過A/D轉換
模塊輸入測量裝置，測量裝置計算所述第一振動傳感器的參照波形與第二振動傳感器在第
二測點所測振動波形的相位差小2並記錄； 步驟六、測量裝置對記錄的相位差小2和相位差小工作差值運算，
小21 =小2—(j^ 所得值小21為旋轉機械第一測點和第二測點振動信號的相對相位，如此得出旋轉機械不同測點振動信號的相對相位。 由於本發明旋轉機械不同測點振動信號相對相位的測量方法採用了上述技術方案，即以第一振動傳感器檢測的振動信號經處理後作為為參照波形，該參照波形輸入測量裝置製成脈寬調製信號，該脈寬調製信號作為窄帶跟蹤濾波模塊的時鐘頻率；使用第二振動傳感器分別檢測旋轉機械第一測點和第二測點的振動信號，該第一測點和第二測點的振動信號經處理後輸入窄帶跟蹤濾波模塊並經A/D轉換後成振動波形輸入測量裝置，測量裝置根據輸入的信號分別計算出參照波形與第一測點振動波形的相位差小i和參照波形與第二測點振動波形的相位差小2，然後計算小21=小廠ch，式中小21即為旋轉機械第一測點和第二測點振動信號的相對相位。使用本方法在旋轉機械無測速基點或測速受幹擾的情況下，不用停機可測量不同測點振動信號相對相位，準確提供旋轉機械各類故障的判斷依據。
下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步的詳細說明 圖1為傳統相對相位測量方法的示意圖， 圖2為本測量方法的示意圖， 圖3為本測量方法中參照信號處理示意圖， 圖4為本測量方法中第一和第二測點振動信號處理示意圖。
具體實施例方式
如圖2至圖4所示，本發明旋轉機械不同測點振動信號相對相位的測量方法，包括第一振動傳感器8和第二振動傳感器3，其步驟如下 步驟一、將所述第一振動傳感器8固定於旋轉機械1上，所述第一振動傳感器8的輸出信號經低通濾波模塊81、積分電路模塊82、信號放大模塊83和A/D轉換模塊84後成為參照波形，參照波形輸入測量裝置6，測量裝置6將該信號處理為脈寬調製信號；
步驟二、將所述第二振動傳感器3固定於旋轉機械1上第一測點，所述第二振動傳感器3在第一測點的輸出信號經低通濾波模塊31、積分電路模塊32和程控放大模塊33後輸入窄帶跟蹤濾波模塊34 ; 步驟三、所述第一振動傳感器8的脈寬調製信號同時輸入窄帶跟蹤濾波模塊34並作為窄帶跟蹤濾波模塊34的時鐘頻率，窄帶跟蹤濾波模塊通俗上講即為一個帶通濾波器，它能將振動信號中的轉頻分量提取出來，同時衰減其它不相關頻率分量；
設定窄帶跟蹤濾波模塊34的中心頻率為f。、時鐘頻率為fdk、脈寬調製信號的頻率為f,、參照波形的頻率為f， 按窄帶跟蹤濾波模塊34的特性，設定fdk : f。=100 : 1 通過測量裝置6，使fpwm = 100Xf 則得到f。 = f 即參照波形頻率與窄帶跟蹤濾波模塊34的中心頻率一致； 所述第二振動傳感器3在第一測點的振動信號經窄帶跟蹤濾波模塊34後通過A/D轉換模塊35輸入測量裝置6，測量裝置6以參照波形的過零點作為信號的起始相位，由於參照波形頻率與窄帶跟蹤濾波模塊34的中心頻率一致，則在時域上得出參照波形與第二振動傳感器3在第一測點所測振動波形的相位差小工並記錄； 步驟四、保持所述第一振動傳感器8檢測旋轉機械1振動信號的參照波形不變，將所述第二振動傳感器3固定於旋轉機械1上第二測點，所述第二振動傳感器3在第二測點的輸出信號經低通濾波模塊31、積分電路模塊32和程控放大模塊33後輸入窄帶跟蹤濾波模塊34 ; 步驟五、所述第一振動傳感器8的脈寬調製信號同時輸入窄帶跟蹤濾波模塊34並作為窄帶跟蹤濾波模塊34的時鐘頻率，依據步驟三，參照波形頻率與窄帶跟蹤濾波模塊34的中心頻率一致，所述第二振動傳感器3在第二測點的振動信號經窄帶跟蹤濾波模塊34後通過A/D轉換模塊35輸入測量裝置6，測量裝置6計算所述第一振動傳感器8的參照波形與第二振動傳感器3在第二測點所測振動波形的相位差小2並記錄；
步驟六、測量裝置6對記錄的相位差小2和相位差小工作差值運算，
4>21 =小2—小i 所得值小21為旋轉機械第一測點和第二測點振動信號的相對相位，如此得出旋轉機械不同測點振動信號的相對相位。 根據上述方法，可使用第二振動傳感器3檢測旋轉機械1多個不同測點的振動信號，並採用上述方法分別與第一振動傳感器8的參照波形進行比較，即可得到多個不同測點振動信號的相對相位。 由於本發明旋轉機械不同測點振動信號相對相位的測量方法採用了上述技術方案，即以第一振動傳感器檢測的振動信號經處理後作為為參照波形，該參照波形輸入測量裝置製成脈寬調製信號，該脈寬調製信號作為窄帶跟蹤濾波模塊的時鐘頻率；使用第二振動傳感器分別檢測旋轉機械第一測點和第二測點的振動信號，該第一測點和第二測點的振動信號經處理後輸入窄帶跟蹤濾波模塊並經A/D轉換後成振動波形輸入測量裝置，測量裝置根據輸入的信號分別計算出參照波形與第一測點振動波形的相位差小i和參照波形與第二測點振動波形的相位差小2，然後計算小21=小廠ch，式中小21即為旋轉機械第一測點和第二測點振動信號的相對相位。使用本方法在旋轉機械無測速基點或測速受幹擾的情況下，不用停機可測量不同測點振動信號相對相位，準確提供旋轉機械各類故障的判斷依據。
權利要求
一種旋轉機械不同測點振動信號相對相位的測量方法，包括第一和第二振動傳感器，其特徵在於本方法包括如下步驟步驟一、將所述第一振動傳感器固定於旋轉機械上，所述第一振動傳感器的輸出信號經低通濾波模塊、積分電路模塊、信號放大模塊和A/D轉換模塊後成為參照波形，參照波形輸入測量裝置，測量裝置將該信號處理為脈寬調製信號；步驟二、將所述第二振動傳感器固定於旋轉機械上第一測點，所述第二振動傳感器在第一測點的輸出信號經低通濾波模塊、積分電路模塊和程控放大模塊後輸入窄帶跟蹤濾波模塊；步驟三、所述第一振動傳感器的脈寬調製信號同時輸入窄帶跟蹤濾波模塊並作為窄帶跟蹤濾波模塊的時鐘頻率，設定窄帶跟蹤濾波模塊的中心頻率為f0、時鐘頻率為fclk、脈寬調製信號的頻率為fpwm、參照波形的頻率為f，按窄帶跟蹤濾波模塊的特性，設定fclk∶f0＝100∶1通過測量裝置，使fpwm＝100Xf 則得到f0＝f即參照波形頻率與窄帶跟蹤濾波模塊的中心頻率一致；所述第二振動傳感器在第一測點的振動信號經窄帶跟蹤濾波模塊後通過A/D轉換模塊輸入測量裝置，測量裝置以參照波形的過零點作為信號的起始相位，由於參照波形頻率與窄帶跟蹤濾波模塊的中心頻率一致，則在時域上得出參照波形與第二振動傳感器在第一測點所測振動波形的相位差φ1並記錄；步驟四、保持所述第一振動傳感器檢測旋轉機械振動信號的參照波形不變，將所述第二振動傳感器固定於旋轉機械上第二測點，所述第二振動傳感器在第二測點的輸出信號經低通濾波模塊、積分電路模塊和程控放大模塊後輸入窄帶跟蹤濾波模塊；步驟五、所述第一振動傳感器的脈寬調製信號同時輸入窄帶跟蹤濾波模塊並作為窄帶跟蹤濾波模塊的時鐘頻率，依據步驟三，參照波形頻率與窄帶跟蹤濾波模塊的中心頻率一致，所述第二振動傳感器在第二測點的振動信號經窄帶跟蹤濾波模塊後通過A/D轉換模塊輸入測量裝置，測量裝置計算所述第一振動傳感器的參照波形與第二振動傳感器在第二測點所測振動波形的相位差φ2並記錄；步驟六、測量裝置對記錄的相位差φ2和相位差φ1作差值運算，φ21＝φ2-φ1所得值φ21為旋轉機械第一測點和第二測點振動信號的相對相位，如此得出旋轉機械不同測點振動信號的相對相位。
全文摘要
本發明公開了一種旋轉機械不同測點振動信號相對相位的測量方法，第一振動傳感器檢測振動信號經處理後作為參照波形，參照波形輸入測量裝置製成脈寬調製信號，脈寬調製信號作為窄帶跟蹤濾波模塊的時鐘頻率；第二振動傳感器分別檢測旋轉機械第一和第二測點的振動信號，第一和第二測點的振動信號經處理後輸入窄帶跟蹤濾波模塊並經A/D轉換後成振動波形輸入測量裝置；測量裝置根據輸入的信號分別計算參照波形與第一、第二測點振動波形的相位差並計算其差值，即為旋轉機械不同測點振動信號的相對相位。本方法在旋轉機械無測速基點或測速受幹擾的情況下，不用停機可測量不同測點振動信號相對相位，準確提供設備故障的判斷依據。
文檔編號G01M7/02GK101750198SQ20081020373
公開日2010年6月23日 申請日期2008年11月28日 優先權日2008年11月28日
發明者宋傑峰, 朱獻忠, 楊大雷 申請人:上海寶鋼工業檢測公司