基于红外测温及振动信号检测的轴承故障诊断装置的制造方法

基于红外测温及振动信号检测的轴承故障诊断装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及轴承安全监测领域，具体是一种设及轴承温度、振动信号监测的 基于红外测温及振动信号检测的轴承故障诊断装置。
【背景技术】
[0002] 滚动轴承是机械设备中重要的基础件之一，其质量的优劣直接影响设备的使用质 量和寿命，轴承在高速运转的情况下，温度不断升高，当轴承温度过高，会带来严重的行车 安全隐患，引起轴承温度升高的因素有：其一轴承使用润滑油质量不符合要求或变质，润滑 油粘度过高；其二轴承装配过紧，轴承座圈转动，轴承负荷过大；其=轴承保持架或滚动体 碎裂等；此外轴承在运转时，若轴承元件产生磨损或点蚀、疲劳剥落、压痕、局部腐蚀等表面 损伤性故障，则轴承装置将产生异常振动，表现为振动幅度和噪声的提高或出现冲击性振 动；为了预防轴承故障引起安全隐患，大多数针对措施只是单一的采用红外线测温仪对轴 承温度进行检测，或者通过单一的振动测量仪测量，该种手携式检测方式要求手携式红外 线测温仪或振动测量仪与测试目标之间的距离必须要在合适的范围内，并且测试信号容易 受到环境因素干扰；如果能提供一种融合轴承温度、轴承振动的实时测量装置，将极大增加 轴承故障诊断的精确度；Zi浊ee是全新无线网络数据通信技术，是专为传感器和控制网络 设计的无线网络协议，适合于自动控制和远程控制领域。因此，将无线Zi浊ee和人工智能 结合，可W大大提高轴承检测系统的可靠性。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的在于提供一种将轴承温度、振动信号融合的、能实现自动检测 且受环境影响小的基于红外测温及振动信号检测的轴承故障诊断装置，W解决上述背景技 术中提出的问题。
[0004] 为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
[0005] 一种基于红外测温及振动信号检测的轴承故障诊断装置，包括轴承座、信号处理 模块、用于检测轴承温度的温度传感器、检测轴承低高频振动信号的加速度传感器和检测 轴承超高频段信号的超声波传感器，所述温度传感器与温度检测模块功能连接，加速度传 感器、超声波传感器与振动检测模块功能连接，温度检测模块、振动检测模块通过无线信号 传输模块与信号处理模块功能连接，无线信号传输模块包括依次设置的电荷放大器、运算 放大器、滤波器和无线传输装置；所述信号处理模块包括无线接收电路和AVR单片机，AVR 单片机的输入端分别连接有无线接收电路、A/D转换器和用于设置监控装置工作参数、报警 允许条件等其它交互操作的键盘，AVR单片机的输出端与预警模块和用于显示轴承温度、振 动频率的液晶显示屏连接，所述预警模块包括用于进行预警、提醒及时处理异常信息的语 音巧片和发光二极管。
[0006] 作为本实用新型进一步的方案；所述AVR单片机的型号为ATmegaS。
[0007] 作为本实用新型再进一步的方案；所述无线传输装置采用Zi浊ee无线信号传输 技术。
[000引作为本实用新型再进一步的方案；所述温度传感器、加速度传感器和超声波传感 器设置在轴承座上。
[0009] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是；本实用新型通过在轴承座上设置温 度传感器、加速度传感器和超声波传感器，实现轴承的自动检测，能即时检测轴承温度、加 速度和轴承的振动频率，并将检测数据通过Zi浊ee无线信号传输技术传送至AVR单片机， 根据轴承温度、振动频率判断是否异常，从而做出预警W采取相应措施进行防护，杜绝安全 隐患；本实用新型具有结构简单，检测方便易行，故障检测精度高，且受环境影响小等优点， 对现代轴承的研究起到了积极作用。
【附图说明】
[0010] 图1为本实用新型的工作原理框图。
[0011] 图2为本实用新型的检测方法流程图。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0013] 请参阅图1-2, 一种基于红外测温及振动信号检测的轴承故障诊断装置，包括轴承 座1、信号处理模块2、用于检测轴承温度的温度传感器3、检测轴承低高频振动信号的加速 度传感器4和检测轴承超高频段信号的超声波传感器5,所述轴承座上安装有温度传感器 3、加速度传感器4和超声波传感器5,所述温度传感器3与温度检测模块6功能连接，加速 度传感器4、超声波传感器5与振动检测模块7功能连接，温度检测模块6、振动检测模块7 通过无线信号传输模块与信号处理模块功能连接，无线信号传输模块包括依次设置的电荷 放大器8、运算放大器9、滤波器10和无线传输装置11，所述无线传输装置11采用Zi浊ee 无线信号传输技术；所述信号处理模块包括无线接收电路和AVR单片机12,所述AVR单片 机12的型号为ATmega8，AVR单片机12的输入端分别连接有无线接收电路、A/D转换器13 和用于设置监控装置工作参数、报警允许条件等其它交互操作的键盘14,AVR单片机12的 输出端与预警模块15和用于显示轴承温度、振动频率的液晶显示屏16连接，所述预警模块 15包括用于进行预警、提醒及时处理异常信息的语音巧片17和发光二极管18。
[0014] 所述温度传感器3选用的是DS18820温度传感器，其体积小，最高分辨率为 0. 062%，工作电压为3. 0~5. 5V，测量温度范围为-5~125°C。、
[0015] 所述加速度传感器4选取压电陶瓷式，它比压电晶体的压电系数要高，而且各项 机电系数随温度时间等外界条件的变化相对较小。
[0016] 信号处理模块选用型号为ATmegaS的AVR单片机12,其为8位CPU,RISC结32个 8位通用工作寄存器，1个具有独立振荡器的异步实时时钟（RTC)、3个PWM通道、8通道A/ D转换（TQFP、MLF封装）、6路10位A/D+2路8位A/D，外部和内部的18个中断源，23个可 编程I/O口，能够任意定义I/O的输入/输出方向；驱动能力强，能够直接驱动LED等大电 流负载；=态输入，能够设定带内部上拉电阻，省去外接上拉电阻。
[0017] 所述A/D转换器13为ADC0809模数转换器，ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换 器，它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个立态输出锁存器 组成；多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换； =态输出锁器用于锁存器A/D转换器转换后的数字信号，当0E端为高电平时，从=态输出 锁存器输出转换后的数字信号。
[0018] 预警单元15包括发光二极管18和WTV020-S语音巧片17,其中发光二极管18简 称LED,采用神化嫁、嫁侣神、和磯化嫁等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导 电性；当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂 移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，该样相互注入的空穴与电子 相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分W光的形式出现，因此发光二极管18发光； WTV020-S语音巧片使用二级或S线串口，可编程，可W选择AVR单片机13进行语音组合， 也可W设计成直接接收语音帖，由语音ic完成组合并播放，外挂SPI-Flash ，语音长度较 长。
[0019] 本实用新型的工作原理是；温度检测模块6中，温度传感器3把采集到的温度信 号经前置电荷放大器8放大后，再经运算放大器9放大，送入集成状态变量滤波器10对信 号进行滤波，滤去无用或干扰信号后，通过无线传输装置11采用Zi浊ee无线信号传输技术 传送至A/D转换器13转换成数字信号送入AVR单片机12中，与预置的参数相比较，如果温 度有异常，预警模块15的发光二极管18闪烁并马上通过语音巧片17报警，同时显示在液 晶显示屏16上；振动测量模块7中，轴承振动处于低频或高频时压电陶瓷式加速度传感器 4拾取轴承振动信号，当轴承内微裂纹扩张所产生的超高频率振动时，检测超高频段信号的 超声波传感器5拾取振动信号供给前置电荷放大器8放大后，再经运算放大器9放大，送入 滤波器10对信号进行滤波，滤去无用或干扰信号后，将模拟信号通过无线传输装置11采用 Zi浊ee无线信号传输技术传给A/D转换器13转换并送人AVR单片机12中，与预置的参数 相比较，如果振动频率有异常，预警模块15的发光二极管18闪烁并马上通过语音巧片17 报警，同时显示在液晶显示屏16上。
[0020] 本实用新型中，ATmegaS单片机可W采用两种轴承温度诊断方法：
[0021] 一种为绝对温升方法，即判断轴承温度是否大于T(T为绝对超限值），当数字温度 传感器采集到的轴承温度大于T时，则诊断为轴承超温如预先设置轴承的温度值大于90度 或大于外部环境温度45度，为报警点。
[0022] 另一种为相对温升方法，即判断轴承温度是否大于C+At(C为外部环境温度，At 为用户指定的4rc-49°c之间唯一值），如果诊断为大于C+At时，则诊断为轴承超温。
[0023] 温度传感器3可依据绝对温升和相对温升方法采用多帖斜率动态诊断方式进行 温度超限诊断，具体如下：
[0024] 定义采集频率为5秒/次的温度序列为；k(l)，k(2)，k(3). . .k(n)...
[00巧]诊断算法如下：
[0026] (1)去除k(l). . . k(n)序列上的干扰点：
[0027]如果k(x)-k(x-l)> 5 且k(x+l)-k(x)< -5 则k(x)为干扰点；
[002引如果k(x)-k(x-l)< -5 且k(x+l)-k(x)> 5 则k(x)为干扰点；
[0029] 似计算k(l).. .k(n)序列上的斜率；
[0030]斜率K=(k(x)-k(x-l))/(t(x)-t(x-l))，t(x)为第X点的采样时间，
[0031] 达到报警点时，若0 <k<= 1定义为一般的超温报警；
[0032] 达到报警点时，若1 <k< = 2定义为紧急的超温报警；
[0033] 达到报警点时，若2 <k< = 3定义为误报警。
[0034] 该是由于轴承温度属于慢变量，温度的上升和下降需要一个时间的过程，因此在 累计多帖数据的基础上，动态计算相邻帖之间的斜率关系，能有效的去除干扰数据并并提 高报警率，同时还可W根据斜率的走势，预测超温报警的紧急程度；
[0035] 本实用新型中，ATmegaS单片机还可W采用两种轴承振动信号诊断方法：
[0036] 其中
[0037] Z-轴承滚珠个数
[003引 d-轴承滚珠直径
[0039] D-轴承滚道节径
[0040] a-接触角
[0041] rl-内圈滚道半径
[00创 r2-外圈滚道半径
[0043] 内圈旋转频率乂
[0044] 内外圈相对旋转频率fr= f i-f；= f .
【主权项】
1. 一种基于红外测温及振动信号检测的轴承故障诊断装置，包括轴承座（I)、信号处 理模块（2)、用于检测轴承温度的温度传感器（3)、检测轴承低高频振动信号的加速度传感 器（4)和检测轴承超高频段信号的超声波传感器（5)，其特征在于：所述温度传感器（3)与 温度检测模块（6)功能连接，加速度传感器（4)、超声波传感器（5)与振动检测模块（7)功 能连接，温度检测模块（6)、振动检测模块（7)通过无线信号传输模块与信号处理模块功能 连接，无线信号传输模块包括依次设置的电荷放大器（8)、运算放大器（9)、滤波器（10)和 无线传输装置（11);所述信号处理模块包括无线接收电路和AVR单片机（12)，AVR单片机 (12)的输入端分别连接有无线接收电路、A/D转换器（13)和用于设置监控装置工作参数、 报警允许条件等其它交互操作的键盘（14)，AVR单片机（12)的输出端与预警模块（15)和 用于显示轴承温度、振动频率的液晶显示屏（16)连接，所述预警模块（15)包括用于进行预 警、提醒及时处理异常信息的语音芯片（17)和发光二极管（18)。
2. 根据权利要求1所述的基于红外测温及振动信号检测的轴承故障诊断装置，其特征 在于，所述AVR单片机（12)的型号为ATmega8。
3. 根据权利要求1所述的基于红外测温及振动信号检测的轴承故障诊断装置，其特征 在于，所述无线传输装置（11)采用ZigBee无线信号传输技术。
4. 根据权利要求1所述的基于红外测温及振动信号检测的轴承故障诊断装置，其特征 在于，所述温度传感器（3)选用DS18820温度传感器，最高分辨率为0.062%，工作电压为 3. 0~5. 5V，测量温度范围为-5~125°C。
5. 根据权利要求1所述的基于红外测温及振动信号检测的轴承故障诊断装置，其特征 在于，所述加速度传感器（4)选取压电陶瓷式加速度传感器。
6. 根据权利要求1所述的基于红外测温及振动信号检测的轴承故障诊断装置，其特征 在于，所述A/D转换器（13)为ADC0809模数转换器。
7. 根据权利要求1所述的基于红外测温及振动信号检测的轴承故障诊断装置，其特征 在于，所述语音芯片（7)采用WTV020-S语音芯片。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于红外测温及振动信号检测的轴承故障诊断装置，包括轴承座、温度检测模块和振动检测模块，温度检测模块、振动检测模块通过无线信号传输模块与信号处理模块功能连接，无线信号传输模块包括依次设置的电荷放大器、运算放大器、滤波器和无线传输装置；所述信号处理模块包括无线接收电路和AVR单片机，AVR单片机分别连接有无线接收电路、A/D转换器、键盘、预警模块和液晶显示屏，所述预警模块语音芯片和发光二极管；本实用新型可以实现轴承温度、轴承的振动频率的自动监测，根据轴承温度、振动频率是否异常，采取相应措施进行防护，杜绝安全隐患；检测方便易行，检测精度高，且受环境影响小；能适应自动化和远程控制。
【IPC分类】G01M13-04, G01K7-00, G01H11-08
【公开号】CN204612929
【申请号】CN201520340262
【发明人】王伟
【申请人】王伟
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月24日