一种轴流式风机叶片嵌入式无线测振系统技术方案

本发明专利技术涉一种轴流式风机叶片嵌入式无线测振系统，该装置轴流式风机嵌入式无线测振系统由轴流式通风机单元Ⅰ,上位机单元Ⅱ和下位机单元Ⅲ三个部分组成。被监测对象是轴流式通风机单元Ⅰ上的叶片8。系统的上位机包括计算机、电源等，计算机中需安装Labview虚拟仪器软件，上位机完成各种复杂的数据处理及对下位机的控制。下位机采用基于ARM处理器的单片机进行数据采集和装置控制，将测试传感器采集到的信号经信号调理，以无线传输方式发送给上位机。下位机主要包含基于振动信号测试的测试传感器、信号调理模块、信号发射和信号接收装置等部分组成。测试传感器主要采用电涡流式位移传感器、磁电式速度传感器；信号调理部分包含信号放大、滤波、A/D转换后变为数字信号；信号发射和接收装置是进行无线信号。

Embedded wireless vibration measuring system for axial flow fan blade

The present invention relates to an axial flow type fan blade embedded wireless vibration measuring system, the device of axial fan embedded wireless vibration measuring system by axial-flow fan unit 1, the three part of the PC unit and slave unit II III. The monitored blade is the blade 8 on the axial fan unit I. The upper computer of the system includes the computer, the power supply, etc., the computer needs to install Labview virtual instrument software, and the upper computer completes all kinds of complex data processing and the control of the lower computer. The lower computer adopts the MCU based on ARM processor for data acquisition and device control, and the signals collected by the test sensor are sent to the host computer by wireless transmission mode through signal conditioning. The slave computer mainly includes testing sensor, signal conditioning module, signal transmitting and signal receiving device based on vibration signal testing. The test sensor mainly adopts eddy current displacement sensor and magnetoelectric speed sensor; signal conditioning part includes signal amplification, filtering, A/D converted into digital signal; signal transmitting and receiving device for wireless signal.

【技术实现步骤摘要】
一种轴流式风机叶片嵌入式无线测振系统
本专利技术涉及一种轴流式风机嵌入式无线测振系统，适用与对轴流风式机振动信号进行在线监测的一种。技术背景风机是一种将原动机的机械能转换为输送气体的机械，旋转叶片作为风机设备中的核心部件，在实际工作中承受极其复杂的激振力，叶片很容易发生振动，从而导致疲劳，甚至出现裂纹、折断等故障，造成严重安全事故因此，要保证旋转机械高效、安全、无故障运行，叶片振动监测技术是不可或缺的重要手段。本专利技术针对风机上产生的振动进行在线监测，了解风机工况，以期对风机转子叶片裂纹故障做出早期监测和诊断。常规的通风机监测模式需要大量的布线，安装与维护非常麻烦，因此本专利技术设计的嵌入式无线测振在硬件方面引入了嵌入式平台和无线发射接收，降低成本的同时提升了系统整体的可靠性。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提出一种轴流式风机叶片嵌入式无线测振系统，适用与对轴流风机进行故障诊断的一种监测。技术方案：本专利技术的轴流式风机嵌入式无线测振，包括硬件和软件两部分，系统的硬件部分包括计算机、信号采集卡、信号调理模块、传感器以及给传感器的供电系统等。系统的上位机包括计算机、电源等，计算机中需安装Labview虚拟仪器软件。系统的软件部分主要由Labview编写的数据采集、信号处理以及信号分析组成。采用单片机作为下位机单元（Ⅲ）来进行数据采集和装置控制。采集到的数据进行进一步分析和处理的工作由功能强大的主控PC机来完成。因此PC机和单片机之间有大量的数据交换。下位机单元（Ⅲ）包含传感器、传感器的供电系统、信号前置调理器、数据采集卡等。系统的软件部分主要由Labview编写的数据采集模块、信号分析处理模块组成。结合图1，数据采集平台主要振动的测量是基于虚拟仪器的动态信号采集分析系统进行的，各传感器的输出信号通过信号调电路后通过采集器转化为数字信号。以上测量仪器组成以采集器、传感器前置调理器和信号放大器为主要部件的信号采集转换系统，该系统集增益、滤波、多路开关、采样保持电路、A/D转换器、存储器以及逻辑控制电路等功能于一体，为实验提供了良好的基础。有益效果：本专利技术将虚拟仪器技术应用于传统测试仪器，实现仪器的虚拟化，将不同功能的模块组合成满足要求的专业功能仪器。随着相关软硬件研究和发展，虚拟仪器以软件替代硬件，其移值、改进和功能扩展方便，既缩短研发周期，又节约成本，具有很好的实用价值和经济价值，在仪器智能化和网络化等方面将会有更广阔的前景。因此，本专利技术以对旋式轴流通风机为研究对象，从风机振动特性入手探索风机工作性能与振动特性的关系，研究通过监测多个风机部件运行状态和叶片工作的状态的振动特性，为叶轮机械的振动、噪声问题的理论分析与控制方法提供理论依据和新思路，同时对于叶轮机械状态的监测、预测及叶轮机械的非接触测量方法有重要的意义。本专利技术结构简单紧凑，易于装卸，体积小，可靠性高。附图说明图1系统总体设计结构图。图2轴流式通风机单元。图3上位机单元信号发射图。图4下位机单元信号处理示意图。图5振动信号分析原理图。图6下位机单元系统软件流程图。图中：Ⅰ-轴流式通风机单元；Ⅱ-上位机单元；Ⅲ-下位机单元；1-风机筒；2，3，4-叶尖定时传感器；5-横梁；6-用于固定叶根同步传感器；7-转速同步传感器；8-叶片。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实例作进一步的描述：本专利技术针对旋式轴流通风机叶片振动实验所需的工作，设计对旋式轴流式通风机嵌入式无线测振，选择合适传感器与采集器，建立风机叶片振动的采集系统和测量方案并进行实验，对通风机的振动特性进行测量，获得振动特性曲线。结合图1，本专利技术包括轴流式通风机单元Ⅰ，上位机单元Ⅱ，下位机单元Ⅲ三部分组成。结合图4，下位机单元Ⅲ部分，主要包含基于振动信号测试的测试传感器、信号调理模块、信号发射和信号接收装置等部分组成。利用叶尖间隙及定时测量的非接触旋转叶片测振技术来监测叶片、叶轮的运行参数，而且不会改变叶片原有的振动特性，能同时监测整级叶片的振动情况，且准备工作少，安装简单。通过对叶片振动的监测，可以计算出叶片在运行过程中的应力幅值，由此可以进行叶片疲劳寿命的预测。具体实施方案是利用叶尖定时传感器2，3，4对叶片振动进行非接触式测量，传感器布置结合图2所示，即叶尖定时传感器2，3，4安装在风机相对静止的外壳上，利用传感器感受它在它前面通过的旋转叶片所产生的脉冲信号。同时另设一转速同步传感器7产生转速同步脉冲，用于监测风机的转速，同时作为其它传感器的同步信号。在叶片根部设置一叶根同步传感器6，主要用作测量叶尖扰动的同步信号，达到尽量减小风机转速不均匀引起的测量误差，如果风机转速均匀，则叶尖过叶尖定时传感器的时间可直接相对转速同步脉冲测量。测量原理结合图5如果叶片发生振动，叶片的端部相对于转动方向将会向前或向后偏移，这样就引起脉冲到达时间的改变，从而计算出叶片振动的振幅，对叶片振幅序列的时间序列进行变换，并进行一些必要的数据处理即可确定叶片的实际振动频率。结合图6软件流程图，下位机软件部分是系统的主要部分，用来完成接收上位机发出的采集开始、暂停、结束等命令，并转发给采集电路、信号调理电路、管理数据的传输、存储等任何。本专利技术采用无线方式传输，实现了数据的远距离传输。结合图1数据采集单片机和无线接收单片机之间采用无线通讯：单片机与无线模块通过串口相连，采集到的数据经过单片机软件编码后，由无线发射模块发射；结合图4，上位机部分利用无线接收模块接收到数据，经过单片机软件解码后，数据由串行方式传输到PC机，再利用Labview软件对所采集到的信号进行数据处理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴流式风机嵌入式无线测振系统，其特征在于：轴流式风机嵌入式无线测振系统由轴流式通风机单元Ⅰ，及上位机单元Ⅱ和下位机单元Ⅲ三个部分组成；被监测对象是轴流式通风机单元Ⅰ上的叶片（8）；系统的上位机单元Ⅱ包括计算机、电源等，计算机中需安装Labview虚拟仪器软件；系统的软件部分主要由Labview编写的数据采集、信号处理以及信号分析组成；采用单片机作为下位机单元Ⅲ来进行数据采集和装置控制；采集到的数据进行进一步分析和处理的工作由功能强大的主控PC机来完成；因此PC机和单片机之间有大量的数据交换；下位机单元Ⅲ包含传感器、传感器的供电系统、信号调理模块、基于ARM处理器的单片机等。

【技术特征摘要】
1.一种轴流式风机嵌入式无线测振系统，其特征在于：轴流式风机嵌入式无线测振系统由轴流式通风机单元Ⅰ，及上位机单元Ⅱ和下位机单元Ⅲ三个部分组成；被监测对象是轴流式通风机单元Ⅰ上的叶片（8）；系统的上位机单元Ⅱ包括计算机、电源等，计算机中需安装Labview虚拟仪器软件；系统的软件部分主要由Labview编写的数据采集、信号处理以及信号分析组成；采用单片机作为下位机单元Ⅲ来进行数据采集和装置控制；采集到的数据进行进一步分析和处理的工作由功能强大的主控PC机来完成；因此PC机和单片机之间有大量的数据交换；下位机单元Ⅲ包含传感器、传感器的供电系统、信号调理模块、基于ARM处理器的单片机等。2.根据权利要求1所述的轴流式风机嵌入式无线测振装置，其特征在于：该装置的下位机单元Ⅲ主要完成数据信号的采集、信号调理、A/D转换、数据压缩及数据发送；下位机单元Ⅲ完成数据信号的接收并传送到PC机上，以便进行数据处理。3.根据权利要求1所述的轴流式风机嵌入式无线测振装置，其特征在于：被监测系统由风机筒（1），叶片（8）组成；当叶片（8）在风机筒（1）中旋转时，叶片（8）经过叶尖定时传感器(2)(3)(4)，使叶尖定时传感器(2)(3)(4)产生信号。4.根据权利要求1所述的轴流式风机嵌入式无线测振装置，其特征在于：振动测量系统的传感器包括叶尖定时传感器(2)(3)(4)、横梁（5）用于固定叶根同步传感器(6)和转速同步传感器(7);转速同步传感器(7)产生转速同步脉冲，用于监测风机的转速，同时作为其...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晨旭，荆双喜，罗志鹏，袁晋乐，冷军发，杨晓雨，李新华，华伟，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41