[发明专利]电动机振动数据采集分析系统

说明书

本发明公开了一种电动机振动数据采集分析系统。属于工业监测、光纤瑞利散射、振动采集、频谱分析等领域。本系统主要要解决的是电动机运行时产生的振动进行采集，利用快速傅里叶变换（Fast Fourier Transformation，FFT）算法分析出频谱存储到数据库，并且留出数据调用接口，方便二次开发。

技术领域

本发明涉及光纤振动传感、振动数据分析、频谱图分析等领域，是一种涉及光纤瑞利散射、光电转换、电模转换、频谱分析、数据库存储等多领域的综合振动分析系统。

背景技术

瑞利散射是入射光与介质中的微观粒子发生弹性碰撞引起的，散射光的频率与入射光的频率相同。一般采用光时域反射（OTDR）结构来实现被测量的空间定位。瑞利散射的原理是沿光纤传播的光在纤芯内各点都会有损耗，一部分光沿着与光纤传播方向成180°的方向散射，返回光源。利用分析光纤中后向散射光的光强变化来记录扰动位置振动情况。

由于瑞利散射属于本征损耗，因此可以作为应变场检测参量的信息载体，提供沿光路全程的单值连续检测信号。当窄带光脉冲被注入到光纤中去时，该系统通过测后向散射光强随时间变化的关系来检查光纤的连续性并测出其衰减。入射光经背向散射返回到光纤入射端所需的时间为t，激光脉冲在光纤中所走过的路程为2L=v*t。v是光在光纤中传播的速度，v=c/n，c为真空中的光速，n为光纤的折射率。在t时刻测量的是离光纤入射端距离为L处局域的背向散射光。采用OTDR技术，可以确定光纤发生扰动的位置。当检测光纤受到物体振动干扰影响发生振动时，光纤中传输光的部分特性就会改变，软件系统对这些信号变化进行采集存储分析出振动特征。

电动机运转会产生恒定的频率，而将光纤附着在电动机上，实时采集并分析振动，通过频率可以判断设备是否出现故障，从而达到非人工巡检的目的。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种电动机振动信息采集分析系统，能够实现对电动机的振动进行实时采集分析。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：脉冲光源向光纤中发射脉冲光，光纤布置在电动机上，振动信息会通过光纤传输到DSP，DSP会将数据传输到上位机分析系统，上位机分析系统对数据进行进一步分析、存储，应用层会对振动频谱进行实时展示，并开放多个数据接口供使用单位进行二次开发调用。系统架构图如图1。

由DSP程序控制可编程门阵列（FPGA），FPGA控制脉冲光源发射向光纤中发射脉冲入射光。

光在光纤中传输，会与介质中的微观粒子发生弹性碰撞引起各种散射，其中最具规律性的是瑞利散射。因此本系统以背向瑞利散射作为信息载体进行检测。

背向瑞利散射会沿光纤传回到入射端，由于回光并不会是垂直于入射口返回，而是会有各种角度。因此在入射端放有分束器，将回光分成正交的两束光。最终取两束光组成的三角形的斜边作为强度值。

其中，两束正交光分别会经过光电转换器（APD），将光信号转换成电信号，再经过电模转换器（ADC）将电信号转换成模拟信号，最终传入到DSP中。

数据传输到DSP后，在DSP中进行基础运算、组装，分不同信道将数据传输到上位机。

上位机接收到数据后，分开两个线程，一个线程直接将收到的原始数据存储到数据库中；另一个线程将收到的数据进行实时FFT运算，运算后进行实时频谱展示的同时进行数据库存储。

预留标准接口取数据库中保存下来的数据，便于其他系统调用分析。

上述方案，只需要单根光纤，在入射端检测回光进行分析，通过FFT算法可将收到的振动直接转换为实时频域数据，如此每个瞬间每个点的振动频率、强度情况都比较直观的展示出来并且原始数据有存储，解决工厂中非人工排查电动机故障的问题。

附图说明