[发明专利]一种检测机械故障的振动和声发射信号调理仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种对机械设备故障信号提取后，通过振动和声发射信号调理技术进行检测和故障诊断的仪器，属于机械设备故障检测仪器技术领域。

背景技术

机械设备齿轮箱的状态监测和故障诊断是国内外工程技术领域一直非常关注的课题。目前，设备状态监测与故障诊断工作在保障机械设备的安全运行，实现基于设备运行状态进行视情维修、提高机器寿命方面起到了关键性的指导作用，并取得了显著的经济效益和社会效益。

在工程应用中进行故障诊断，主要是判断机械零件的损伤程度和发生部位。齿轮箱振动信号的频率成分非常丰富，根据缺陷零件的不同，元件的故障特征频率也不相同。另外，由于早期故障信号十分微弱，往往湮灭在其它强烈的振动信号之中。因此，若仅检测信号的振动幅值，往往难以发现故障的存在，容易造成漏检。通过传统的傅立叶变换对振动信号作频率分析，可避免部分这种情况，但是也有其局限性，它不具有局部定位能力。

在众多的故障诊断技术中，利用“三特征判别法”诊断齿轮箱故障是较为有效的方法之一。故障信号“三特征判别法”是指：在常规傅立叶谱图上分析平稳功率故障振动信号特征，在共振解调傅立叶谱图上分析冲击功率故障振动信号特征，利用小波分析冲击故障振动信号特征。

“三特征判别法”对非低速重载齿轮箱的诊断结果较为准确，但对于自动化水平较高且结构和工况复杂的现代机械设备，其诊断结果不够准确，特征信息的提取效果仍有待提高。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是能够对自动化水平较高且结构和工况复杂的现代机械设备的故障信号提取效果更好、故障诊断更加准确的检测机械故障的振动和声发射信号调理仪。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种检测机械故障的振动和声发射信号调理仪，它由共振解调部分、常规信号处理部分和A/D采集卡组成，共振解调部分包括程控放大电路、高Q带通滤波器、二次谐振电路、包络检波电路和抗混叠电路，常规信号处理部分包括通道选择电路和抗混叠电路，检测故障的速度或加速度传感器和声发射传感器的输出信号端与程控放大电路相连接，程控放大电路的输出端分别与共振解调部分的高Q带通滤波器和常规信号处理部分通道选择电路相连接，高Q带通滤波器与二次谐振电路、包络检波电路和抗混叠电路相连接，通道选择电路与抗混叠电路相连接，共振解调部分的抗混叠电路的输出端和常规信号处理部分的抗混叠电路的输出端均与A/D采集卡相连接，A/D采集卡接计算机。

上述检测机械故障的振动和声发射信号调理仪，所述程控放大电路包括放大电路芯片U2和运放器U3，速度或加速度传感器和声发射传感器的输出信号端接放大电路芯片U2的输入端和运放器U3的输出端，运放器U3的输出端接到反馈端，运放器U3的输入端接放大电路芯片U2，放大电路芯片U2的输出端接高Q带通滤波器的输入端。

上述检测机械故障的振动和声发射信号调理仪，所述高Q带通滤波器包括滤波器U6、运放器U5和晶体振荡器Y1，运放器U5的输入端接程控放大电路的放大电路芯片U2的输出端，运放器U5的反馈端与输出端相接，运放器U5的输出端接滤波器U6的输入端，晶体振荡器Y1接滤波器U6的时钟接口端，滤波器U6的输出端接二次谐振电路的输入端。

上述检测机械故障的振动和声发射信号调理仪，所述二次谐振电路包括运放器U7和滤波器U8，运放器U7的输入端接高Q带通滤波器的滤波器U6的输出端，运放器U7的反馈端与输出端相接，运放器U7的输出端接滤波器U8的输入端，滤波器U8的输出端接包络检波电路的输入端。

上述检测机械故障的振动和声发射信号调理仪，所述包络检波电路包括运放器UA、UB、二极管D1、D2，二次谐振电路的输出端分别接运放器UA、UB的输入端，二极管D1接在运放器UA的输出端与反馈端之间，运放器UB的反馈端与输出端相接，运放器UA的输出端与运放器UB的输出端相连接，二极管D2反向接在运放器UA的输出端与运放器UB的输出端之间，运放器UB的输出端接抗混叠电路的输入端。

本发明的有益效果如下:

（1）针对齿轮箱早期微弱故障信号，利用硬件共振解调技术进行信号调理，可有效滤除噪声信号，只对富含高频成分的冲击进行响应，可极大的提高信噪比，效果明显优于基本信号处理。

（2）将共振解调技术同时应用在被测对象的振动和声发射信号处理中，可从两种不同的角度对设备进行监测，能够更加全面的了解其运行情况，并及时的发现故障隐患。