一種軸承疲勞信號檢測系統的制作方法
【專利摘要】本發明是一種軸承疲勞信號檢測系統，應用在高速精密運動軸承的疲勞狀態檢測與故障診斷，可以為有效開展故障診斷研究和材料疲勞實驗提供測量基礎。本發明采用的是疲勞振動信號分析法，通過由疲勞信號前置提取和調理模塊、疲勞信號跟蹤濾波處理模塊以及疲勞信號分析和顯示模塊組成的檢測系統將有效疲勞損傷信號提取出來。疲勞信號跟蹤濾波處理模塊根據疲勞振動信號頻率隨高速精密元件運動的變化規律從包含各種噪聲的信號中獲得有效的疲勞振動信號。本發明方法通過跟蹤濾波技術將有效的疲勞振動損傷信號從復雜的背景噪聲中提取出來，從而使微損傷信號的檢測效率和準確性得到了極大的提高。
【專利說明】一種軸承疲勞信號檢測系統
【技術領域】
[0001]本發明是一種軸承疲勞信號檢測系統，屬于微小信號精密測量裝備，該系統采用疲勞振動信號分析法，主要通過跟蹤濾波技術對高速精密運動元件的疲勞損傷振動信號進行檢測，從而為高速精密運動元件的疲勞故障診斷以及材料的疲勞實驗提供重要依據。
【背景技術】
[0002]高速精密運動元件(例如航空發動機軸承)在發生損傷后，其產生的有效疲勞損傷信號較微弱，而背景噪聲卻比較復雜。而且該疲勞損傷信號的頻率隨著元件運動速度的變化而發生相應的變化。這些都增加了對元件有效疲勞損傷信號提取的難度。目前使用的疲勞損傷信號提取方法包括了溫度檢測法、油液分析法和聲反射法等。但以上方法都存在著操作難、成本高以及精度靈敏度較差的缺點，難以滿足高速精密運動元件疲勞損傷信號的檢測要求。

【發明內容】

[0003]本發明正是針對上述現有技術中存在的不足而設計提供了一種軸承疲勞信號檢測系統，該系統根據軸承運動的速度，對采集提取到的具有高背景噪聲的疲勞損傷信號進行跟蹤濾波放大處理，從而可以將微弱的有效疲勞振動信號提取出來，用于疲勞損傷程度的判斷。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0005]該軸承疲勞信號檢測系統，其特征在于:該系統包括:
[0006]⑴疲勞信號前置提取和調理模塊，該模塊對軸承的振動信號和速度信號進行實時采集，分別對振動信號進行放大濾波處理和對速度信號進行鎖相倍頻處理，將處理后的振動信號和速度信號傳送到跟蹤濾波處理模塊，該模塊是由振動信號檢測傳感器(I)、前置振動信號調理電路(2)、速度測量計(3)、速度信號鎖相電路(4)和速度信號倍頻電路(5)組成，其中:接收軸承振動信號的振動信號檢測傳感器(I)和前置振動信號調理電路(2)相連，將濾波放大處理后的振動信號傳輸給跟蹤濾波處理模塊，而接收軸承高速運動信號的速度測量計(3)、速度信號鎖相電路(4)和速度信號倍頻電路(5)依次相連，將處理后的速度信號傳輸給跟蹤濾波處理模塊和信號分析和顯示模塊；
[0007]⑵振動信號跟蹤濾波處理模塊，該模塊接收的是疲勞信號前置提取和調理模塊提供的軸承振動信號和速度信號，其根據速度信號對振動信號進行跟蹤濾波和低通濾波處理，將振動信號中的背景噪聲濾除，從而得到有效地軸承疲勞振動信號，最終將振動信號傳輸給疲勞信號分析和顯示模塊，該模塊是由跟蹤濾波處理電路(6)和低通濾波處理電路
(7)組成，它們依次相連，對得到的振動信號進行跟蹤濾波，將濾波后得到的有效振動信號傳輸給疲勞信號分析和顯示模塊；
[0008]⑶信號分析和顯示模塊，該模塊接收的是振動信號跟蹤濾波處理模塊提供的有效振動信號和疲勞信號前置提取和調理模塊提供的軸承速度信號，其完成對振動信號幅值大小的顯示以及軸承旋轉速度和次數的記錄，該模塊是由疲勞振動信號控制儀表(8)、旋轉次數顯示儀(9)和轉速表(10)組成，其中疲勞振動信號控制儀表(8)和振動信號跟蹤濾波處理模塊相連，傳輸處理有效的振動信號；旋轉次數顯示儀(9)、轉速表(10)分別和疲勞信號前置提取和調理模塊相連，傳輸處理的是軸承速度信號。
[0009]振動信號檢測傳感器(I)選擇基于加速度檢測原理的傳感器。
[0010]速度信號鎖相電路⑷和速度信號倍頻電路(5)中的信號多諧振蕩器和鎖相器分別選擇⑶4528和⑶4046芯片來實現，信號倍頻器通過⑶4518和⑶4520芯片的組合來分別實現100、200和300倍頻。
[0011]跟蹤濾波處理電路(6)通過開關電容濾波器MF10CCN和取絕對值電路來實現。
[0012]本發明技術方案的原理是:由于高速精密運動元件的疲勞損傷信號較弱，而且背景噪聲復雜，有效疲勞損傷信號頻率隨著元件運動速度的變化而發生相應的變化，本發明系統通過疲勞信號前置提取和調理模塊對振動信號(包括背景噪聲)和元件運動信號進行采集，并對采集到的信號進行相應的整形和放大處理，振動信號跟蹤濾波處理模塊通過開關電容濾波器，根據元件的運動速度，提取出有效的疲勞損傷信號，最終，檢測系統對疲勞損傷信號的幅值進行直觀顯示。
[0013]本發明技術方案的優點是:該方法采用了開關電容濾波器，克服了有效振動信號中心頻率會隨著元件速度變化而變化的困難。檢測靈敏度和準確度高，具有較高的信噪比，成本較低，操作簡便，滿足高速精密運動元件疲勞損傷信號的檢測要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發明系統組成示意圖
[0015]圖2為本發明系統中各模塊的組成及信號處理流程圖
[0016]圖3為本發明系統中前置振動信號調理電路的電路圖
[0017]圖4為本發明系統中速度信號鎖相電路和速度信號倍頻電路的電路圖
[0018]圖5為本發明系統中跟蹤濾波處理電路的電路圖
【具體實施方式】
[0019]以下將結合附圖和實施例對本發明技術方案作進一步地詳述:
[0020]參見附圖1?2所示，該種軸承疲勞信號檢測系統，其特征在于:該系統包括:
[0021]⑴疲勞信號前置提取和調理模塊，該模塊對軸承的振動信號和速度信號進行實時采集，分別對振動信號進行放大濾波處理和對速度信號進行鎖相倍頻處理，將處理后的振動信號和速度信號傳送到跟蹤濾波處理模塊，該模塊是由振動信號檢測傳感器1、前置振動信號調理電路2、速度測量計3、速度信號鎖相電路4和速度信號倍頻電路5組成，其中:接收軸承振動信號的振動信號檢測傳感器I和前置振動信號調理電路2相連，將濾波放大處理后的振動信號傳輸給跟蹤濾波處理模塊，而接收軸承高速運動信號的速度測量計3、速度信號鎖相電路4和速度信號倍頻電路5依次相連，將處理后的速度信號傳輸給跟蹤濾波處理模塊和信號分析和顯示模塊；
[0022]⑵振動信號跟蹤濾波處理模塊，該模塊接收的是疲勞信號前置提取和調理模塊提供的軸承振動信號和速度信號，其根據速度信號對振動信號進行跟蹤濾波和低通濾波處理，將振動信號中的背景噪聲濾除，從而得到有效地軸承疲勞振動信號，最終將振動信號傳輸給疲勞信號分析和顯示模塊，該模塊是由跟蹤濾波處理電路6和低通濾波處理電路7組成，它們依次相連，對得到的振動信號進行跟蹤濾波，將濾波后得到的有效振動信號傳輸給疲勞信號分析和顯示模塊；
[0023]⑶信號分析和顯示模塊，該模塊接收的是振動信號跟蹤濾波處理模塊提供的有效振動信號和疲勞信號前置提取和調理模塊提供的軸承速度信號，其完成對振動信號幅值大小的顯示以及軸承旋轉速度和次數的記錄，該模塊是由疲勞振動信號控制儀表8、旋轉次數顯示儀9和轉速表10組成，其中疲勞振動信號控制儀表8和振動信號跟蹤濾波處理模塊相連，傳輸處理有效的振動信號；旋轉次數顯示儀9、轉速表10分別和疲勞信號前置提取和調理模塊相連，傳輸處理的是軸承速度信號。
[0024]振動信號檢測傳感器I選擇基于加速度檢測原理的傳感器。
[0025]附圖3所示為前置振動信號調理電路2的實施電路圖，圖4所示為速度信號鎖相電路4和速度信號倍頻電路5的實施電路圖，其中，信號多諧振蕩器和鎖相器分別選擇⑶4528和⑶4046芯片來實現，信號倍頻器通過⑶4518和⑶4520芯片的組合來分別實現100、200和300倍頻。附圖5所示為跟蹤濾波處理電路6的實施電路圖，其中，開關電容濾波器選擇MF10CCN芯片來實現，根據之前采集到的速度信號，從疲勞信號(包括噪聲)中提取出有效的疲勞損傷振動信號，并對其進行取絕對值以及低通濾波處理。
[0026]本專利闡述的軸承信號檢測系統最終可以形成一套振動信號檢測儀器，該儀器可以應用在軸承材料疲勞試驗機上，其由普通交流220V電源供電，通過安裝在試驗機上的光電測速儀和振動信號加速度傳感器采集運動速度和振動信號，然后利用檢測儀器內部的相關電路板對信號進行處理，最終由儀器上的儀表對振動信號和速度信號進行實時顯示。
[0027]本發明疲勞信號檢測系統的工作過程:
[0028]高速精密運動元件(如航空發動機軸承)在發生疲勞損傷后，其會產生隨元件速度變化而變化的疲勞振動信號，該信號的背景噪聲復雜。首先，由前置信號提取和調理模塊通過振動信號加速度傳感器I和前置信號調理電路2對疲勞損傷信號進行提取和放大，并通過光電測速計3對運動元件的運動速度進行檢測，對得到的速度信號由速度鎖相電路4和倍頻電路5進行處理，從而為跟蹤濾波處理模塊提供對應頻率的速度信號和振動信號。然后，跟蹤濾波處理模塊根據得到的速度信號頻率，利用開關電容濾波器對振動信號進行濾波，并進行信號絕對值和低通濾波處理，從而得到有效的疲勞振動信號。最后，疲勞損傷信號分析和顯示模塊對運動元件的運動速度、旋轉次數和疲勞振動信號進行顯示。
【權利要求】
1.一種軸承疲勞信號檢測系統，其特征在于:該系統包括: (1)疲勞信號前置提取和調理模塊，該模塊對軸承的振動信號和速度信號進行實時采集，分別對振動信號進行放大濾波處理和對速度信號進行鎖相倍頻處理，將處理后的振動信號和速度信號傳送到跟蹤濾波處理模塊，該模塊是由振動信號檢測傳感器(I)、前置振動信號調理電路(2)、速度測量計(3)、速度信號鎖相電路(4)和速度信號倍頻電路(5)組成，其中:接收軸承振動信號的振動信號檢測傳感器(I)和前置振動信號調理電路(2)相連，將濾波放大處理后的振動信號傳輸給跟蹤濾波處理模塊，而接收軸承高速運動信號的速度測量計(3)、速度信號鎖相電路(4)和速度信號倍頻電路(5)依次相連，將處理后的速度信號傳輸給跟蹤濾波處理模塊和信號分析和顯示模塊； ⑵振動信號跟蹤濾波處理模塊，該模塊接收的是疲勞信號前置提取和調理模塊提供的軸承振動信號和速度信號，其根據速度信號對振動信號進行跟蹤濾波和低通濾波處理，將振動信號中的背景噪聲濾除，從而得到有效的軸承疲勞振動信號，最終將振動信號傳輸給疲勞信號分析和顯示模塊，該模塊是由跟蹤濾波處理電路(6)和低通濾波處理電路(7)組成，它們依次相連，對得到的振動信號進行跟蹤濾波，將濾波后得到的有效振動信號傳輸給疲勞信號分析和顯示模塊； ⑶信號分析和顯示模塊，該模塊接收的是振動信號跟蹤濾波處理模塊提供的有效振動信號和疲勞信號前置提取和調理模塊提供的軸承速度信號，其完成對振動信號幅值大小的顯示以及軸承旋轉速度和次數的記錄，該模塊是由疲勞振動信號控制儀表(8)、旋轉次數顯示儀(9)和轉速表(10)組成，其中疲勞振動信號控制儀表(8)和振動信號跟蹤濾波處理模塊相連，傳輸處理有效的振動信號；旋轉次數顯示儀(9)、轉速表(10)分別和疲勞信號前置提取和調理模塊相連，傳輸處理的是軸承速度信號。
2.根據權利要求1所述的軸承疲勞信號檢測系統，其特征在于:振動信號檢測傳感器(I)選擇基于加速度檢測原理的傳感器。
3.根據權利要求1所述的軸承疲勞信號檢測系統，其特征在于:速度信號鎖相電路(4)和速度信號倍頻電路(5)中的信號多諧振蕩器和鎖相器分別選擇CD4528和CD4046芯片來實現，信號倍頻器通過⑶4518和⑶4520芯片的組合來分別實現100、200和300倍頻。
4.根據權利要求1所述的軸承疲勞信號檢測系統，其特征在于:跟蹤濾波處理電路(6)通過開關電容濾波器MF10CCN和取絕對值電路來實現。
【文檔編號】G01M13/04GK103712796SQ201310684230
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】王磊, 程爽, 龐長濤 申請人:中國航空工業集團公司北京航空精密機械研究所