[发明专利]一种磁悬浮分子泵高速转子在线故障诊断系统及方法

权利要求书

1.一种磁悬浮分子泵高速转子在线故障诊断系统，其特征在于：包括以下部分：

数据处理电路（1）：与隔离采样电路（2）、接口电路（3）、电源转换电路（4）以及显示电路（5）相连接；数据处理电路（1）在运行过程中接收电源转换电路（4）提供的电源开始工作，然后由接口电路（3）接收外部按键信息，确定系统的工作模式，通过隔离采样电路（2）不断将磁悬浮分子泵系统中的电机定子绕组电流和磁轴承系统的转子位移信息进行采样与数字隔离，数据处理电路（1）根据该信息执行相应算法，提取电流基波和谐波分量，判断是否发生故障，如果发生故障则通过接口电路（3）输出故障信息关闭分子泵驱动器，并在降速阶段使用快速傅里叶变换算法和自适应广义二阶积分器对转子位移信息进行处理，得到基波和谐波分量，利用转子位移的基波和谐波幅值以及电流的基波和谐波幅值将机械故障、全局退磁故障和局部退磁故障进行区分，最后将相关的转子状态信息通过SPI总线发送至显示电路（5）；

隔离采样电路（2）：主要由模拟隔离运放和信号调理电路组成，与数据处理电路（1）和电源转换电路（4）相连接；隔离采样电路（2）在转子故障监测系统运行时，接收电源转换电路（4）的+5V电源维持工作，同时将电机电流传感器、磁轴承系统位移传感器的模拟信号转换后输入至信号处理电路（1）实时在线执行转子故障诊断算法；

接口电路（3）：主要由TTL电平信号的隔离转换电路和NPN输入输出电路组成，与数据处理电路（1）和电源转换电路（4）相连接；接口电路（3）在转子故障监测系统运行时，接收电源转换电路（4）的+5V电源维持工作，同时转换外部NPN型信号至TTL电平，输入至数据处理电路（1），并与分子泵驱动系统的使能端连接，将数据处理电路（1）的TTL电平信号转换为NPN输出信号；

电源转换电路（4）：主要由隔离电源转换电路组成，与数据处理电路（1）、隔离采样电路（2）、接口电路（3）和显示电路（5）相连接；电源转换电路（4）将外部直流+24V转换为独立隔离的4路+5V电源，为系统相关模块供电，保证正常工作；

显示电路（5）：主要由7端数码管及驱动电路组成，与数据处理电路（1）和电源转换电路（4）相连接；显示电路（5）在系统运行时，接收电源转换电路（4）提供的+5V电源，使用SPI总线与数据处理电路（1）连接，实时显示当前转子状态。

2.一种磁悬浮分子泵高速转子在线故障诊断方法，利用权利要求1所述的一种磁悬浮分子泵用高速转子在线故障诊断系统，其特征在于：所述转子在线故障诊断方法的具体步骤为：

（1）上电启动后监测系统处于待机阶段，根据接口电路（3）接收到的NPN输入信号来确定磁悬浮分子泵系统是处于基本数据学习阶段还是在线故障诊断阶段；

（2）正常运行时，可以控制接口电路（3）的NPN输入为高电平，将转子故障监测系统设置为基本数据学习阶段，此时分子泵在额定转速运行，系统利用隔离采样电路（2）和数据处理电路（1）开始记录磁悬浮分子泵电机电流和转子位移信息，利用快速傅里叶变换获取转子位移信息基波频率，然后使用自适应广义二阶积分器来提取位移和电流的基波和谐波分量；

（3）故障诊断系统在学习阶段运行30s，稳定获取电机电流的基波和谐波分量以及降速时转子位移的基波和谐波分量作为正常参考值，数据处理电路（1）发送学习结束信息到显示电路（5），此时可以控制接口电路（3）的NPN输入为低电平，将系统设置为故障监测阶段；

（4）系统进入转子故障监测阶段，继续采集电机电流和转子位移幅值，利用快速傅里叶变换和自适应广义二阶积分器提取电流的基波与谐波分量，并将电流的基波和谐波幅值与学习阶段获得的正常参考值进行持续对比，如果差值幅值超过了正常参考值的20%，那么认为系统出现故障，数据处理电路（1）发出故障信号至显示电路（5），并控制接口电路（3）输出故障电平信号，用于关闭分子泵控制器系统；

（5）系统报告故障后，如果转子位移的基波频率降低，那么分子泵正处于故障降速状态，此时系统自动进入故障诊断阶段；

（6）系统在故障诊断阶段，分子泵为自由降速；使用快速傅里叶变换算法和自适应广义二阶积分器对转子位移信息进行处理，得到基波和谐波分量；如果转子位移的基波幅值和谐波幅值降低至原有80%以下，则认为分子泵正常工作时振动引起的原因为电机的退磁故障，该情况下，如果分子泵工作状态时的电流基波幅值增加20%，那么认为系统的退磁故障主要为全局退磁；如果电流基波幅值增加不足20%，而谐波幅值增加超过了20%，那么则认为系统退磁主要为局部退磁；如果转子位移的基波幅值及谐波幅值降低不超过20%，则确定系统的转子故障主要为机械故障。