[发明专利]一种基于超声波的轴承保持架转速的测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于超声波的轴承保持架转速的测量系统及方法，一种基于超声波的轴承保持架转速的测量系统，包括：计算机、超声探头、双通道高频超声探头发射接收板卡、两通道虚拟示波器；通过超声探头发射接收板卡对超声探头进行激励，并接收来自超声探头的回波信号，两通道虚拟示波器对信号进行实时采集，并实时通过计算机计算转速。实现了对保持架转速的实时测量，经验证该系统运行稳定可靠，满足设计要求。

技术领域

本发明属于轴承测速及运行状态检测技术领域，具体涉及一种基于超声波的轴承保持架转 速的测量系统及方法。

背景技术

轴承转子系统是旋机械的核心部件，负责实力与矩传递，同时也是设备安全、高效精密和 稳定运行的主要因素。转子系统动态性能与其支撑轴承直接相关，圆柱滚子作为典型的线接触 副，具有径向承载能力大、摩擦系数小等优点，在大型旋转机械中有着广泛应用。

应用航空航天领域的滚动轴承一般转速较高，工作环境比较苛刻，对滚动轴承的性能要求 也比较高。作为该类轴承一个非常关键的零部件，轴承保持架的动态性能及可靠性会影响到整 个轴承的工作性能，其运动不稳定性易造成轴承早期失效。航空发动机主轴轴承在高速和轻载 运行状态下极易产生打滑现象，在众多轴承故障的原因分析中，打滑是滚动轴承高速空载工况 下常见的失效形式。高速滚动轴承运行过程中发生的打滑现象会引起轴承内外圈滚道和滚动体 表面的磨损和早期失效，这会对滚动轴承的正常工作产生极大的影响，从而严重威胁航空发动 机的安全运行。

传统测量保持架转速的方法有光学法、电磁法、电涡流法、应力法等，光学法测量时，在 高温高速工况下，轴承中是油雾会遮挡光路；电磁法测量时，磁场会导致轴承内磨碎碎片的结 合，导致轴承的磨损加剧；电涡流法测量范围窄，高速下可能会引起探头和滚子的碰撞；而应 力法容易受振动影响，上述测量方法因各自的缺点限制，均不适用于工业现场及高转速工况下 的轴承保持架转速测量。随着超声技术的发展，超声测量保持架转速方法应运而生。根据超声 法测量保持架转速方法，提出一种测量轴承保持架转速的测控系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于超声波的轴承保持架转速的测量系统及方法， 实现了利用超声波对保持架转速进行实时测量，而不影响轴承自身的运动。

为达到上述目的，本发明所述一种基于超声波的轴承保持架转速的测量系统包括计算机、 超声探头、发射接收电路、虚拟示波器，超声探头与发射接收电路双向通信连接，发射接收电 路和虚拟示波器双向通信连接，虚拟示波器与计算机双向通讯连接，

其中，虚拟示波器用于向发射接收电路发射接收电路发送重复频率信号；接收发射接收电 路传递的放大后的反射波，并将放大后的反射波传递至计算机；

发射接收电路用于接收虚拟示波器发送的重复频率信号，并形成用于激励超声探头的电 压，并将该电压传递给超声探头；接收并放大超声探头发送的反射波，将放大后的反射波传递 至虚拟示波器；

超声探头用于接收激励电压，并向轴承内发射超声信号，然后接收反射波，并将反射波传 递至发射接收电路；

计算机用于接收发射接收电路传递的放大后的反射波，跟根据放大后的反射波计算轴承保 持架的转速。

进一步的，发射接收电路包括功能及时序控制电路、高压脉冲驱动电路及超声回波接收放 大电路；其中，功能及时序控制电路产生驱动电路所需的时序控制信号，并通过串口与上位机 进行通讯，控制脉冲宽度、重复频率和触发方式，实现参数的在线智能调整；时序控制信号作 用于高压脉冲驱动电路产生高压高频脉冲，高压高频脉冲用于驱动高频超声探头；超声回波接 收放大电路用于隔离、接收、滤波和放大超声回波信号。

进一步的，超声探头固定在轴承外圈上。

进一步的，虚拟示波器为两通道虚拟示波器，其最大分辨率为16位，带宽为200MHz， 内存为512MS，并内置任意波形函数发生器。