[发明专利]一种多模态信息融合轴承润滑状态监测装置及方法

说明书

本发明公开一种多模态信息融合轴承润滑状态监测装置及方法，系统包括下位机和上位机，下位机设置在轴承体的固定部位，下位机包括信号采集模块、通信模块以及核心处理器模块，信号采集模块用于采集轴承转动过程中的超声、声音、振动、温度，信号采集模块连接核心处理器模块的输入端，核心处理器模块与通信模块通过I/O接口连接，下位机与上位机通过通信模块通信；下位机将监测得到的超声、声音、振动、温度等数据通过通信模块发送到上位机，或在下位机上进行本地备份保存，上位机接收下位机数据，进行数据存储、数据分析、数据显示和诊断；本发明所述系统缩短信号传播距离，超声信号长距离传输高频衰减问题得到解决，极大提升了信号的信噪比。

技术领域

本发明属于机械测试技术领域，具体涉及一种多模态信息融合轴承润滑状态监测装置及方法。

背景技术

滚动轴承作为旋转机械的重要组成部分，在工程中起着十分关键的作用。相关统计数据表明，旋转机械中30％的故障起因为轴承故障，而轴承故障的80％与轴承的润滑相关。因此，保证滚动轴承润滑的有效性对保障旋转机械的安全健康运行具有重要的意义。

随着对轴承运行可靠性要求的不断提高，轴承润滑状态监测已经进行了很多研究工作。如中国专利CN 108844742 A《一种风电机组发电机轴承润滑状态监测方法和系统》利用振动传感器收集风电机组发电机轴承及轴承座附近部件的振动数据，通过网线及交换机传递至风场监控中心服务器，与干摩擦振动特征进行比较实现对风电机组发电机轴承润滑状态的实时监测。此专利实现方便，成本低，但由于润滑状态信号更多集中在高频成分，单一的振动传感器难以有效获取相关信息，同时，由于振动传感器更多安装于旋转机械外部，所接收到的振动信号一方面经过多组工装及不同组件间多个结合界面，会产生较大的衰减，另一方面所接收到的振动信号还包含承载轴承、转子等组件所引起的强的振动干扰，使得与润滑或轴承故障相关信息的有效性被极大削弱，造成仅仅依靠振动信号对轴承润滑及轴承早期微弱故障监测十分困难。

如中国专利CN 106053074 A《一种基于STFT和转动惯量熵的滚动轴承声音信号故障特征提取方法》利用智能手机的录音功能对滚动轴承故障声音信号进行采集，基于专利所提出方法对轴承故障特征进行提取。此方法硬件成本低。同类方法也包括采用外置单一麦克风或麦克风阵列进行声音采集，通过对声音信号的处理及识别获得轴承润滑状态或设备异常信息。但外置传感器一方面极易受到外界其他声音的干扰，另一方面由于实际工业现场或装备上音源众多，噪音水平较高，所获得与轴承润滑状态或早期微弱故障相关的信息信噪比极低，单一依赖现场声音信号进行轴承润滑状态或早期微弱故障诊断效果有限。

如中国专利CN 102301149 A《润滑条件监测》通过测量轴承的滚动接触表面之间粗糙面接触产生的高频结构传送的声发射获得测量信号，从该测量信号提取发射声能，并且基于发射声能和该润滑参数之间的幂律关系由声能决定相应润滑参数。此专利准确高效，实时性好，但由于声发射信号频率较高，为防止其快速衰减，需要将传感器与轴承直接接触，并在接触表面填充耦合剂。在该方法中，一方面轴承座结构需要特殊设计，以避免因安装声发射传感器所造成的强度降低，另一方面也存在着监测装置成本较高安装维护复杂的问题。

在另一个监测轴承润滑状态的方法中，主要通过测量滚动体与内外圈间接触油膜厚度作为主要监测手段。如文章《An Experimental Study on Film Thickness in aRolling Bearing for Fresh and Mechanically Aged Lubricating Greases》通过测量内外圈间电容的方法实现对滚动体与内外圈间接触油膜厚度的测量，如中国专利CN112595271 A《一种轴承润滑膜厚度超声测量方法及系统》通过超声探头实现对润滑油膜厚度测量。但此类方法对轴承的类型、轴承的运行转速等有严格限制，测试装置精密，因此该方法更多应用于实验室研究，难以直接应用于实际工业现场。