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专利名称：转动机械六点测试振动故障诊断装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量技术领域，是一种转动机械六点测试振动故障诊断装置。
背景技术：
转动机械在工业及相关领域使用非常普遍，所有转动机械都存在振动现象，一旦振动幅值超过规定便会发生故障或事故，因此必须对转动机械的振动进行检测与故障诊断。现有技术通常采用简单的振动测试仪器进行转动机械相关轴瓦位置的垂直振动或者水平振动幅值的测试，由于设备处于运转状态，并且结构复杂，引起的故障的原因很多，所以很难准确分析判断故障原因与引起故障的部位。

发明内容
所有转动机械都存在振动现象是客观的，而影响转动机械振动幅值大小的的要素有三个，即扰动力、支撑刚度、阻尼系数。对某一处于运转状态下的设备，扰动力和阻尼系数基本不变，而影响支撑刚度的因素有轴瓦或轴承座刚度及连接刚度；台板刚度及连接刚度；基础刚度。经推导支撑总刚度、=,,D工,.
ICbKg + Km \Kb + Kg)其中kb 轴瓦或轴承座刚度及连接刚度。kg:台板刚度及连接刚度。km:基础刚度。影响支撑总刚度1 因素很多，为了准确找到影响支撑总刚度具体部位及原因，必须测取轴瓦或轴承座垂直方向、轴瓦或轴承座水平方向、轴瓦或轴承座轴向、轴瓦或轴承座连接部位即机座、台板及基础的振动幅值与频谱情况。本发明的目的是提供一种能够顺序测量和存储转动机械轴瓦或轴承座的垂直方向、水平方向、轴向方向、台板位置、机座位置、基础位置的振动数据，自动给出振动故障原因和六个位置时域波形和频谱，具有显示直观、诊断准确的转动机械六点测试振动故障诊断装置。本发明的目的是由以下技术方案来实现的一种转动机械六点测试振动故障诊断装置，其特征是它包括ARM微处理器分别与信号处理电路、FPGA门阵列、IXD液晶显示、SD 存储单元、操作键盘、通讯端口、闪存FLASH和内存RAM相连接，置于转动机械轴瓦或轴承座的垂直方向、水平方向、轴向方向、台板位置、机座位置、基础位置的速度传感器或加速度传感器与信号处理电路相连接，信号处理电路与信号采集电路相连接，信号采集电路与FPGA 门阵列相连接。所述的信号处理电路包括型号LM358芯片ICl、型号LM358芯片IC2、型号LM358 芯片IC3，电阻Rl R16、电位器W1、W2、电容Cl C4、C15、C17、CZl CZ6相连接。所述的信号采集电路包括型号0PA^30IDGK芯片IC4、型号ADS8330IRSA芯片IC9, %fiRl、R2、R9、R10、R18、R19、R100 R103 和电容 C100、ClOl 相连接。所述的FPGA门阵列包括型号LFXP2-5E-5TN144C芯片IC13，电阻R47、R48和磁珠 PB5、PB6相连接。所述的ARM微处理器包括型号S3C2440A40芯片IC3，电容C15、C16和晶振X1、X2
相连接。所述的SD存储单元包括电阻R27 R33和卡件J9相连接。所述的通讯端口包括电阻R49和USB通讯端口 J13相连接。所述的闪存FLASH包括芯片型号K9F2G08U0M-PCB0IC1和电阻R4相连接。所述的内存RAM包括型号K4S561632H-UC75芯片IC2、型号K4S561632H-UC75芯片 IC4相连接。本发明的转动机械六点测试振动故障诊断装置，能够通过速度传感器或加速度传感器顺序测量转动机械轴瓦或轴承座的垂直方向、水平方向、轴向方向、台板位置、机座位置、基础位置六个位置的振动信号，并通过控制电路对所存储的数据进行最少IOM点的快速FFT分析，并根据采集的时域和傅立叶分析的六个位置数据，经过数学模型进行判别、比对，得出造成转动机械轴瓦或轴承座振动异常原因，具有显示直观、诊断准确等优点。


图1为本发明的转动机械六点测试振动故障诊断装置电路原理框图。
图2为信号处理电路1原理图。
图3为信号采集电路2原理图。
图4为FPGA门阵列3原理图。
图5为ARM微处理器4原理图。
图6为SD存储单元6原理图。
图7为通讯端口 8原理图。
图8为闪存FLASH 9原理图。
图9为内存RAM 10原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。参照图1，本发明的转动机械六点测试振动故障诊断装置包括ARM微处理器分别与信号处理电路、FPGA门阵列、IXD液晶显示、SD存储单元、操作键盘、通讯端口、闪存FLASH 和内存RAM相连接，置于转动机械轴瓦或轴承座的垂直方向、水平方向、轴向方向、台板位置、机座位置、基础位置的速度传感器或加速度传感器与信号处理电路相连接，信号处理电路与信号采集电路相连接，信号采集电路与FPGA门阵列相连接。参照图1和2，所述的信号处理电路包括可选择输入速度传感器信号或加速度传感器信号。它包括型号LM358芯片IC1、型号LM358芯片IC2、型号LM358芯片IC3，电阻R1、 R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16，电位器 W1、W2，电容 C1、C2、 C3、C4、C15、C17、CZl、CZ2、CZ3、CZ4、CZ5、CZ6和模拟部分与数字部分间60芯接插件。当选择速度传感器输入时，信号首先经电容Cl进行隔直和芯片IClB整形后到电阻RlO输入
4侧，速度传感器信号经芯片IC3B、电容CZ4、CZ5、CZ6和电阻Rll构成的积分电路进行积分， 把速度信号变换成位移信号，然后再经芯片IC3A进行放大输出ADCIN2 ；当选择加速度传感器输入时，信号首先经电容C3进行隔直和芯片IClA整形后到电阻R4输入侧，加速度传感器信号经芯片IC2B、电容CZ1、CZ2、以3和电阻R5构成的积分电路进行积分，把加速度信号变换成速度信号到电阻RlO输入侧，同理，速度传感器信号经芯片IC3B、电容CZ4、CZ5、CZ6 和电阻Rll构成的积分电路进行积分，把速度信号变换成位移信号，然后再经芯片IC3A进行放大输出ADCIN2。参照图1和3，所述的信号采集电路2包括型号0PA^30IDGK芯片IC4、型号 ADS8330IRSA 芯片 IC9,电阻 Rl、R2、R9、RIO、R18、R19、R100、R101、R102、R103、C100、ClOl。 信号处理电路1的芯片IC3A输出的ADCIN2信号传输到信号采集电路2的电阻Rl输入侧， 该信号经芯片IC4放大后由芯片IC4的7脚输出，再经电阻R100、RlOU ClOO滤波处理后送入AD采集芯片IC9的12、13脚。AD采集芯片IC9的3脚接收来自FPGA门阵列3的芯片IC13的第72脚发出的控制信号ADC0-C0N。该控制信号ADCO-CON是根据ARM微处理器 4的ARM芯片IC3软件所要求的采样方式和采样率等设置情况由FPGA芯片发出的。AD采集芯片IC9根据控制信号要求实现AD转换，并经该芯片的5脚、6脚、7脚、9脚输出。参照图1和4，所述的FPGA门阵列3包括型号LFXP2-5E-5TN144C芯片IC13、电阻 R47、R48和磁珠PB5、PB6。FPGA芯片是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。FPGA芯片IC13接收ARM芯片IC3 的采样设置要求，并控制信号采集电路2的芯片IC9的5脚、6脚、7脚、9脚输出，该输出送入FPGA门阵列3的FPGA芯片66、69、70、71脚，然后经FPGA芯片的5脚 22脚输出。参照图1和5，所述的ARM微处理器4包括型号S3C2440A40芯片IC3、电容C15、 C16和晶振X1、X2。FPGA芯片IC13的5脚 22脚数据输出到ARM芯片IC3的DO D15， 再由ARM根据嵌入的数学模型进行计算和数据存储，存储芯片分别为K4S561632H-UC75、 K9F2G08U0M-PCB0和SD卡，并根据ARM程序要求接受键盘输入、驱动IXD液晶屏显示5的 3. 5英寸IXD液晶显示和进行USB方式通讯。所述的IXD液晶屏显示5包括接收经FPGA部分两层板和ARM部分六层板间200脚连接插获取的ARM芯片IC3送出的VD-BO VD-B7、 VD-GO VD-G7、VD-RO VD-R7的数据和指令。参照图1和6，所述SD存储单元6包括电阻R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33和卡件J9。该部分通过200脚接插件获取ARM芯片IC3送出的SDR控制和数据。操作键盘7 通过200脚接插件，向ARM芯片IC3提供K控制信号。参照图1和7，所述的通讯端口 8包括电阻R49和USB通讯端口 J13相连接，提供一种通讯方式USB通讯。参照图1和8，所述的闪存FLASH包括芯片型号K9F2G08U0M-PCB0IC1和电阻R4相连接。参照图1和9，所述的内存RAM包括型号K4S561632H-UC75芯片IC2、型号 K4S561632H-UC75 芯片 IC4 相连接。本发明的转动机械六点测试振动故障诊断装置采取便携可移动模式。所测得的振动幅值、波形与频谱情况能通过LCD液晶触摸屏直观显示。用锂电池作为电源，满足最少4 小时连续测试与数据存储。
发明的转动机械六点测试振动故障诊断装置所用电子元器件均为市售产品。本发明的转动机械六点测试振动故障诊断装置所安装的操作系统为Windows CE, 编程语言为VS2005. NET是本领域技术人员所熟悉的技术。本发明的转动机械六点测试振动故障诊断装置的样机经过三个月的现场试用，通过顺序测量和存储轴瓦或轴承座的垂直方向、水平方向、轴向方向、台板位置、机座位置、基础位置的振动数据，能通过IXD液晶屏方式自动给出振动故障原因和六个位置时域波形和频谱，实现了本发明目的和达到了发明目的所具有的效果。本发明的转动机械六点测试振动故障诊断装置的具体实施方式
并非穷举，本领域技术人员不经过创造性劳动的任何变换均属于本发明权利保护的范围。
权利要求
1.一种转动机械六点测试振动故障诊断装置，其特征是它包括ARM微处理器分别与信号处理电路、FPGA门阵列、IXD液晶显示、SD存储单元、操作键盘、通讯端口、闪存FLASH 和内存RAM相连接，置于转动机械轴瓦或轴承座的垂直方向、水平方向、轴向方向、台板位置、机座位置、基础位置的速度传感器或加速度传感器与信号处理电路相连接，信号处理电路与信号采集电路相连接，信号采集电路与FPGA门阵列相连接。
2.根据权利要求1所述的转动机械六点测试振动故障诊断装置，其特征是所述的信号处理电路包括型号LM358芯片IC1、型号LM358芯片IC2、型号LM358芯片IC3，电阻Rl R16、电位器W1、W2、电容Cl C4、C15、C17、CZ1 CZ6相连接。
3.根据权利要求1所述的转动机械六点测试振动故障诊断装置，其特征是所述的信号采集电路包括型号0PA^30IDGK芯片IC4、型号ADS8330IRSA芯片IC9，电阻Rl、R2、R9、 R10、R18、R19、R100 R103 和电容 C100、ClOl 相连接。
4.根据权利要求1所述的转动机械六点测试振动故障诊断装置，其特征是所述的 FPGA门阵列包括型号LFXP2-5E-5TN144C芯片IC13，电阻R47、R48和磁珠PB5、PB6相连接。
5.根据权利要求1所述的转动机械六点测试振动故障诊断装置，其特征是所述的ARM 微处理器包括型号S3C2440A40芯片IC3，电容C15、C16和晶振XI、X2相连接。
6.根据权利要求1所述的转动机械六点测试振动故障诊断装置，其特征是所述的SD 存储单元包括电阻R27 R33和卡件J9相连接。
7.根据权利要求1所述的转动机械六点测试振动故障诊断装置，其特征是所述的通讯端口包括电阻R49和USB通讯端口 J13相连接。
8.根据权利要求1所述的转动机械六点测试振动故障诊断装置，其特征是所述的闪存FLASH包括芯片型号K9F2G08U0M-PCB0IC1和电阻R4相连接。
9.根据权利要求1所述的转动机械六点测试振动故障诊断装置，其特征是所述的内存RAM包括型号K4S561632H-UC75芯片IC2、型号K4S561632H-UC75芯片IC4相连接。
全文摘要
本发明涉及测量技术领域，是一种转动机械六点测试振动故障诊断装置，其特点是它包括ARM微处理器分别与信号处理电路、FPGA门阵列、LCD液晶显示、SD存储单元、操作键盘、通讯端口、闪存FLASH和内存RAM相连接，置于转动机械轴瓦或轴承座的垂直方向、水平方向、轴向方向、台板位置、机座位置、基础位置的速度传感器或加速度传感器，能够顺序测量转动机械轴瓦或轴承座六个位置的振动信号，并通过控制电路对所存储的数据进行最少1024点的快速FFT分析，并根据采集的时域和傅立叶分析的六个位置数据，经过数学模型进行判别、比对，得出造成转动机械轴瓦或轴承座振动异常原因，具有显示直观、诊断准确等优点。
文档编号G01M7/02GK102175410SQ20111004938
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者叶荣学, 姜梅, 孙伟 申请人:东北电力大学