基于噪声与振动分析的机器运行状态在线监测分析系统技术方案

本发明专利技术基于噪声与振动分析的机器运行状态在线监测分析系统，包括振动测量采集电路、噪声测量采集电路、DSP系统、ARM系统、基于ZIGBEE网络传输系统和计算机服务器监控系统；所述振动测量采集电路包括振动测量传感器，放大器电路以及A/D转换电路；所述噪声测量采集电路包括噪声测量传感器，放大器电路以及A/D转换电路；所述DSP系统包括DSP最小系统以及DSP与ARM的通信接口；所述ARM系统包括ARM最小系统以及ARM控制的ZIBEE传输设备通信；所述计算机服务器监控系统包括基于ZIGBEE网络传输设备以及中心服务器计算机。本发明专利技术的有益效果是：通过该系统的整体运行，很好的解决了机器运行状态的快速识别，为机器的快速检修以及防止出现更大的损失带来了极大的便利。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器运行状态在线监测分析系统，尤其涉及基于噪声与振动分析的机 器运行状态在线监测分析系统。
技术介绍
大型工厂车间里拥有众多由电机控制的大型机器设备，每天在不间断的运行工作 达几小时以上，甚至连续昼夜工作，当机器的电机出现了一些小的故障，如定子三相磁场不 对称等原因，长时间工作的后果可能导致大量的产品次品出现甚至使得大型的仪器设备出 现严重损坏，导致很大的经济损失。工厂里的设备往往通过工人的经验以及产品的生产情 况来判断机器是否正常运转，机器可能已经处于不正常的工作状态已经持续一段时间了， 这样工作的结果，会加速机器的损坏和大量生产的次品的出现。市场上，对机器电机的分析 往往只分析噪声或振动频谱的一种。然而，实际上噪声频谱主要反映电机工作的转速、定转 子之间的配合等硬件特征，而振动频谱主要反映电机的固有机械结构在工作时表现出的工 作状态。另外，在提取噪声与振动的频谱上，往往在分辨率、稳定性等方面，缺乏技术手段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术不足，提供一种结构合理，识别性能好的基于噪 声与振动分析的机器运行状态在线监测分析系统。 为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案： 基于噪声与振动分析的机器运行状态在线监测分析系统，包括振动测量采集电 路、噪声测量采集电路、DSP系统、ARM系统、基于ZIGBEE网络传输系统和计算机服务器监控 系统； 所述振动测量采集电路包括振动测量传感器，放大器电路以及A/D转换电路； 所述噪声测量采集电路包括噪声测量传感器，放大器电路以及A/D转换电路； 所述DSP系统包括DSP最小系统以及DSP与ARM的通信接口； 所述ARM系统包括ARM最小系统以及ARM控制的ZIBEE传输设备通信； 所述计算机服务器监控系统包括基于ZIGBEE网络传输设备以及中心服务器计算 机。 作为优选：所述DSP系统的处理步骤为： 首先对DSP进行系统初始化；实现系统DMA模式； 然后对声或振动产生的电信号进行A/D米样； 然后通过设计的数字抗混叠滤波器；防止出现频谱混叠现象； 然后进行数字加权处理；包括各种频率计权或振动计权的加权选择； 然后通过频率细化（包括复调制细化谱分析方法、CZT算法以及小波变换）频谱 分析； 最后将分析的结果送到ARM显示和传输。 作为优选：步骤四数字加权处理具体包括如下步骤： C计权的传递函数如下： 则其极点为：s= 土jΩi(为2阶），s= 土jΩ4 (为2阶），零点为s= 0 (为2 阶）。 选出左半平面的极点，s=ΩjPs=Ω4及零点s= 0,并设增益系数为K，则可 以得到· (6)由Hc (s) | s=j= H c (j Ω ) |Ω =i可以得到： K = Ω42 所以其传递函数为： (7) 然后利用模拟滤波器和数字滤波器之间的变换关系，可以得到，系统函数的Ζ变 换为： C8) 作为优选：步骤五复调制细化谱分析方法具体包括如下步骤： 1)复调制 通过复调制将被观察的频段的起点移动到频域坐标的零频位置；模拟信号x(t) 经过A/D转换后，得到离散的信号X(η)，假设要观测的频带为Π~f2,则在此 频带范围内进行细化分析，观测的中心频率为fe=(f 然后对χθ(η)以 进行复调制，得到的频移信号： 式中fs=NAf为采样频率，Af为谱线间隔，L0 =fe/Af为频率的中心移位，也 是在全局频谱显示中所对应中心频率fe的谱线序号，则fe=LOAf;由此可得出，复调制 使x〇(n)的频率成分fe移到x(n)的零频点，也就是说X0(k)中的第L0条谱线移到X(k) 中零点频谱的位置；为了得到X(k)零点附近的部分细化频谱，可重新抽样把频率降到fs/ D，D为细化倍数；为了是抽样后的频率不发生频谱混叠，需要在抽样前进行低通滤波； 2)数字低通滤波 为了保证重新采样后的信号在频谱分析时不发生频谱混叠，需进行抗混叠滤波， 滤出需要分析的频段信号，设细化倍数为D，则数字低通滤波器的截止频率fC<fs/2D; 3)重新抽样 信号经过移频、低通滤波后，分析信号点数变少，但再以较低的采样频率进行重新 采样，在通过补零保证相同的采样点数时，样本的总长度加大，频谱的分辨率也就得到了提 高；设原采样频率为fs，采样点数为N，则频率分辨率为fs/N，现重采样频率为fs/D，当采 样点数仍是N是，其分辨率为fsAD*N)，分辨率提高了D倍；这样就在原采样频率不变的情 况下得到了更高的频率分辨率； 4)复数FFT 重新采样后的信号实部和虚部是分开的，需要对信号进行N点复FFT，从而得出N 条谱线，此时分辨率为Af=fs'/N=fs/ND=Δf/D，可见分辨率提高了D倍； 5)频率调整 经过算法运行后的谱线不为实际频率的谱线，需要将其反向搬移，转换成实际频 率，进而得出细化后的频率。 作为优选：步骤五CZT算法具体包括如下步骤： 由kn= 1\2 可得： 则可以得到：通过以上变换，可以得到CZT算法的卷积形式，然后可以利用FFT快速算法实现 CZT的快速变换；为了用FFT计算线性卷积，需要将序列延长，以便实现循环卷积；延长选 择运算点数为L> =N+(M- 1)，则延长： 当（〇〈 =n〈 =N-1)时，=χ(η)Α-πνν?:当（N〈 =n〈=L_l)时，y (η)=0 ;当（〇〈=n〈=M-l)时，h(n)=当（M〈=n〈=L-l)时，h(n)= 2);则： y(n) *h (η)=IFFT{FFT*FFT} (12) 对于一个N点的输入序列x(n)，其采样频率为fs;由于CZT应在单位圆上实现，为 了得到X(η)的频谱，因此A0，W0都必须取为1;单位圆上幅角0~31rad对于的是频率轴 上0~fs/2的频率；若假设将要细化的频带为0 <f1 <f2 <fs/2,有Μ条独立谱线，其 对应的单位圆上的幅角范围为：2πfl/fs~2πf2/fs;而Μ条独立谱线对应的是圆弧上的 Μ点取值；CZT的路径为单位圆上起点为z0 =ej2πfΙ/fs，终点为ζΜ- 1 =ej2πf2/fs，间 隔为Az =ej2π(f2 -f1) / 的一段圆弧；由此得到利用CZT实现频谱细化的 条件： AO = WO = 1, Θ = 2 π fl/fsΨ= 2π(f2 -f1) 当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于噪声与振动分析的机器运行状态在线监测分析系统，其特征在于：包括振动测量采集电路、噪声测量采集电路、DSP系统、ARM系统、基于ZIGBEE网络传输系统和计算机服务器监控系统；所述振动测量采集电路包括振动测量传感器，放大器电路以及A/D转换电路；所述噪声测量采集电路包括噪声测量传感器，放大器电路以及A/D转换电路；所述DSP系统包括DSP最小系统以及DSP与ARM的通信接口；所述ARM系统包括ARM最小系统以及ARM控制的ZIBEE传输设备通信；所述计算机服务器监控系统包括基于ZIGBEE网络传输设备以及中心服务器计算机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金晖，何洁，
申请(专利权)人：浙江大学城市学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33