一种变转速旋转设备振动特征值的采集方法技术

本发明专利技术提供了一种变转速旋转设备振动特征值的采集方法，包括：将转速传感器和加速度传感器布置到设备的相应采集点并接入智能数据采集网关；FPGA同时进行加速度信号和转速信号的实时数据采集，并对转速信号进行计算，获取实时的转速值；Arm将预设的采样频率值以及获取的转速值和本地模型的数据进行对比，进而获取IIR滤波器的最优滤波系数；FPGA按照步骤最优滤波系数对IIR滤波器进行设置，对获取的实时加速度信号进行IIR滤波，对滤波后的数据提取特征值；Arm调用特征值进行进一步的计算整合，将整合后的最终特征值上传服务器。本发明专利技术利用FPGA+Arm分工合作，更加优化资源配置，并使FPGA计算的特征值更加准确。

A method of collecting vibration eigenvalues of rotating equipment with variable speed

【技术实现步骤摘要】
一种变转速旋转设备振动特征值的采集方法
本专利技术涉及振动测试领域，特别是涉及一种变转速旋转设备振动特征值的采集方法。
技术介绍
利用采集单元监测工业动设备的运行状态，已成为目前现代工业自动化领域非常普遍的做法，其中通过对设备的振动特征值进行采集进而监测设备的运行状态，能够有效降低设备的故障率，并能极大降低人工定时巡检的频率，从而降低人力成本。工业动设备中最常见的类型就是旋转动设备，旋转动设备在正常工作状态下又可分为恒转速和变转速两种，现有的采集器进行数据采集时滤波器的截止频率是固定的，只能准确提取一定转速范围内的振动特征值，在变转速的场合，尤其是工作转速变化范围很大的场合，很容易受到其他干扰信号的影响，导致采集的特征数据不准确，影响故障诊断的准确性，因此迫切需要一种能够准确采集变转速旋转设备振动特征值的采集方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供的变转速旋转设备振动特征值的采集方法，至少能够部分的解决现有技术中存在的问题，为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种变转速旋转设备振动特征值的采集方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将传感器布置到设备的相应采集点并接入智能数据采集网关，所述传感器包括转速传感器和加速度传感器；S2、在FPGA中同时进行加速度信号和转速信号的实时数据采集，采样频率由提前预设值确定；S3、在FPGA中对转速信号进行计算，获取实时的转速值并写入Arm可以访问的内存；S4、在Arm中调用内存中的本地模型、预设的采样频率值以及获取的转速值，将采样频率值、转速值和本地模型的数据进行对比，进而获取IIR滤波器的最优滤波系数，并将该系数反馈给FPGA中的IIR滤波器；S5、在FPGA中按照步骤S4中反馈的最优滤波系数对IIR滤波器进行设置，对获取的实时加速度信号进行IIR滤波，对滤波后的数据提取特征值并写入Arm可以访问的内存；S6、在Arm中调用内存中的特征值进行进一步的计算整合，将整合后的最终特征值上传服务器；S7、回到步骤S2，并依次执行步骤S2～S6，循环往复，直到获取停止信号，采集结束。更进一步地，步骤S5中提取的特征值包括电压平均值xav、去直流分量电压最大值UMax、去直流分量电压最小值UMin、电压有效值URms、频域积分峰值UFPk和频域积分有效值UFRms，其具体计算公式如下：UMax＝|max(xi-xav)UMin＝|min(xi-xav)其中，xi为采集数据,N为在一定时间段内采集的数据量，UFxi为原始数据经过FFT后的频域数据值，UFMax为UFxi的最大值，UFMin为UFxi的最小值，UFxav为UFxi的平均值。更进一步地，步骤S6中的计算整合包括如下两个步骤：S61、根据具体传感器的输入输出关系进行工程单位转换，将去直流分量电压最大值UMax、去直流分量电压最小值UMin、电压有效值URms、频域积分峰值UFPk和频域积分有效值UFRms分别转换为具有明确物理单位的特征值去直流分量加速度最大值AccMax、去直流分量加速度最大值AccMin、加速度有效值AccRms、速度峰值VelPk、速度有效值VelRms；S62、对上述具有明确物理单位的特征值进行计算，进一步得到新的特征值加速度峰峰值AccPkPk、加速度峰值AccPk、加速度衍生峰值AccDePk、峰值因子PkFactor，其具体计算公式如下：AccPkPk＝AccMax-AccMinAccPk＝AccPkPk/2AccDePk＝1.414×AccRms将去直流分量加速度最大值AccMax、去直流分量加速度最大值AccMin、加速度有效值AccRms、速度峰值VelPk、速度有效值VelRms、加速度峰峰值AccPkPk、加速度峰值AccPk、加速度衍生峰值AccDePk和峰值因子PkFactor打包作为最终的特征值上传服务器。更进一步地，所述IIR滤波器为四阶。更进一步地，所述N为在1秒内采集的数据量。本专利技术相比现有技术具有以下明显的优点：1、通过获取变转速旋转设备的转速实时调整IIR滤波器的滤波系数，能够更加准确的过滤干扰信号，使FPGA计算的特征值更加准确；2、利用FPGA+Arm分工合作的模式，将数据量大的并行定点数计算部分放在FPGA处理，将开根号、除法等运算资源消耗较大的浮点数运算放到Arm处理，能够充分发挥各自的优势，更加优化资源配置。附图说明图1为本专利技术实施例的硬件架构原理图；图2为图1中智能数据网关的内部数据传输框图；图3为智能数据网关的内部数据处理原理框图；图4为本专利技术的变转速旋转设备振动特征值的采集流程图；图5为图4中步骤S6的详细流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。如图1～图5所示，一种变转速旋转设备振动特征值的采集方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将传感器布置到设备的相应采集点并接入智能数据采集网关，传感器包括转速传感器和加速度传感器，一个旋转设备一般安装一个转速传感器，但加速度传感器可以有多个；S2、在FPGA中同时进行加速度信号和转速信号的实时数据采集，数据采集通过A/D采集设备完成，采样频率由提前预设值确定；S3、在FPGA中对转速信号进行计算，具体获取实时的转速值并写入Arm可以访问的内存；S4、在Arm中调用内存中的本地模型、预设的采样频率值以及获取的转速值，将采样频率值、转速值和本地模型的数据进行对比，进而获取IIR滤波器的最优滤波系数，并将该系数反馈给FPGA中的IIR滤波器；IIR滤波器是一种常见的滤波器，本专利技术采用的是4阶IIR滤波器，其输入参数通常由三部分构成，一是采样频率；二是和A有关的系数：A1，A2，A3，A4，A5；三是和B有关的系数：B1，B2，B3，B4，B5；当采样频率、参数A和参数B都确定时，就能得到一一对应的滤波器截止频率；本地模型是根据设备长时间运转数据分析得到的数据对照表，例如：在采样频率为8kHz，设备转速为600-1200转/分时，4阶IIR滤波系数A为：1，-1.968，1.735，-0.724，0.120B为：0.0102，0.040，0.061，0.040，0.0102在采样频率为8kHz，设备转速为1200-1800转/分时，4阶IIR滤波系数A为：1.000，0，0.486，0，0.0176B为：0.0920，0.3765，0.5620，0.3765，0.0920S5、在FPGA中按照步骤S4中反馈的最优滤波系数对IIR滤波器进行设置，对获取的实时加速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变转速旋转设备振动特征值的采集方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、将传感器布置到设备的相应采集点并接入智能数据采集网关，所述传感器包括转速传感器和加速度传感器；/nS2、在FPGA中同时进行加速度信号和转速信号的实时数据采集，采样频率由提前预设值确定；/nS3、在FPGA中对转速信号进行计算，获取实时的转速值并写入Arm可以访问的内存；/nS4、在Arm中调用内存中的本地模型、预设的采样频率值以及获取的转速值，将采样频率值、转速值和本地模型的数据进行对比，进而获取IIR滤波器的最优滤波系数，并将该系数反馈给FPGA中的IIR滤波器；/nS5、在FPGA中按照步骤S4中反馈的最优滤波系数对IIR滤波器进行设置，对获取的实时加速度信号进行IIR滤波，对滤波后的数据提取特征值并写入Arm可以访问的内存；/nS6、在Arm中调用内存中的特征值进行进一步的计算整合，将整合后的最终特征值上传服务器；/nS7、回到步骤S2，并依次执行步骤S2～S6，循环往复，直到获取停止信号，采集结束。/n

【技术特征摘要】
1.一种变转速旋转设备振动特征值的采集方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将传感器布置到设备的相应采集点并接入智能数据采集网关，所述传感器包括转速传感器和加速度传感器；
S2、在FPGA中同时进行加速度信号和转速信号的实时数据采集，采样频率由提前预设值确定；
S3、在FPGA中对转速信号进行计算，获取实时的转速值并写入Arm可以访问的内存；
S4、在Arm中调用内存中的本地模型、预设的采样频率值以及获取的转速值，将采样频率值、转速值和本地模型的数据进行对比，进而获取IIR滤波器的最优滤波系数，并将该系数反馈给FPGA中的IIR滤波器；
S5、在FPGA中按照步骤S4中反馈的最优滤波系数对IIR滤波器进行设置，对获取的实时加速度信号进行IIR滤波，对滤波后的数据提取特征值并写入Arm可以访问的内存；
S6、在Arm中调用内存中的特征值进行进一步的计算整合，将整合后的最终特征值上传服务器；
S7、回到步骤S2，并依次执行步骤S2～S6，循环往复，直到获取停止信号，采集结束。


2.如权利要求1所述的一种变转速旋转设备振动特征值的采集方法，其特征在于，步骤S5中提取的特征值包括电压平均值xav、去直流分量电压最大值UMax、去直流分量电压最小值UMin、电压有效值URms、频域积分峰值UFPk和频域积分有效值UFRms，其具体计算公式如下：



UMax＝|max(xi-xav)|
UMin＝|min(xi-xav)|









其中，xi为采集数据,N为在一定时间段内采集的数据量，UFxi为原始数据经过FFT后的频域...

【专利技术属性】
技术研发人员：董业鹏，杨烁彬，白恒旺，李家兴，徐静国，
申请(专利权)人：南京凯奥思数据技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32