轴系工况受力及故障实时检测装置制造方法及图纸

一种轴系工况受力及故障实时检测装置，包括安装在被测轴承外圈上的两组互成９０°分布的压电陶瓷，引出的信号分别经各自的前置放大电路，带通滤波电路，包络线检波电路，四路信号经模拟开关和调零电路，接入峰值检测电路和有效值检测电路和一路前置放大电路还经高通滤波电路，绝对值处理电路，一起再经模拟开关、Ａ／Ｄ电路输入到微机ＣＰＵ。本实用新型专利技术采用灵敏度高，动态相应宽的压电陶瓷，能进行轴系工况受力和予紧力测量及故障实时监测。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及力或应力的一般计量，特别是一种轴系工况受力测量及故障实时检测装置。西德FAG公司生产一种“轴力测量器”。该测量器的核心元件为一柔性很大的轴承座，在轴承座的薄弱点上设置应变片。在轴受力时，力通过轴承传递到轴承座上，引起薄弱点的弹性变形和应变片电阻的变化。将电阻变化信号联入应变仪，即可测得轴上受力的大小。但该测量器外形尺寸较大；不能测量轴承内力(预紧力)；轴承座很单薄(否则不灵敏)，使整个系统刚度降低；采用电阻应变片，使工艺复杂，可靠性降低。并且原有轴系结构必须作较大改造，以配合它的轴承座才能采用；结构复杂，成本高。因此，应用范围受到局限。本技术的目的是在不改变原有轴系结构及其传动功能的前提下，将原轴承改为同型号的测力轴承，使之对任何装有滚动轴承的轴进行测量的轴系及故障实时监测装置。为了达到上述目的，本技术采用的技术方案是它包括能安装在被测轴承外圈上的两组互成90°分布的压电陶瓷，一组从压电陶瓷绝缘层引出的电信号分别经第一、二前置放大电路，第一、二带通滤波电路，接第一、二包络线检波电路，第二前置放大电路还经高通滤波电路，接绝对值处理电路；另一组从压电陶瓷绝缘层引出的电信号分别经第三、四前置放大电路，第三、四带通滤波电路，接第三、四包络线检波电路，从包络线检波电路输出的四路信号，经第一模拟开关和调零电路，接入峰值检测电路和有效值检测电路，还和绝对值处理电路输出的信号一起，再经第二模拟开关、A/D电路输入到微机CPU。以下结合附图对本技术作进一步详细描述。 附图说明图1是本技术装置的结构框图；图2是轴承外圈应力变化情况；图3是前置放大电路图；图4是带通滤波电路图；图5是包络线检波电路图；图6是模拟开关和调零电路图； 图7是峰值检测电路图；图8是有效值检测电路图；图9是高通滤波电路图；图10是绝对值电路图。如图1所示，它包括能安装在被测轴承3外圈上的两组互成90°分布的压电陶瓷1、1′和2、2′，一组从绝缘层引出的压电陶瓷1、1′引出的电信号分别经第一、二前置放大电路4.1、4.2，第一、二带通滤波电路5.1、5.2，接第一、二包络线检波电路6.1、6.2，第二前置放大电路4.2还经高通滤波电路7，绝对值处理电路8，由微机控制模拟开关13，接入A/D电路，输入到微机CPU进行自相关处理；另一组从压电陶瓷2、2′绝缘层引出的电信号分别经第三、四前置放大电路4.3、4.4，第三、四带通滤波电路5.3、5.4，接第三、四包络线检波电路6.3、6.4。从包络线检波电路输出的四路信号，由微机CPU控制模拟开关9和调零电路10，接入峰值检测电路11、有效值检测电路12，同时保留一路调零电路10处理后的电信号。峰值检测电路11和有效值检测电路12输出的二路信号，以及调零电路10输出的信号和绝对值处理电路8输出的信号共四路信号，由微机控制模拟开关13，接入A/D电路，输入到微机CPU。其中，模拟开关13芯片型号为CD4051,A/D芯片型号为AD574A,CPU型号为MCS8031。如图3所示，前置放大电路4.1、4.2、4.3、4.4主要完成信号的第一级放大作用，为带通滤波电路5.1、5.2、5.3、5.4和高通滤波电路7提供信噪比较高的电信号。前置放大电路4.1、4.2、4.3、4.4分别包括INA118仪表放大器U1，压电陶瓷感应的信号分别接U1的正负极，输出电压接入带通滤波电路和高通滤波电路，电阻R1用来进行放大倍数调整。如图4所示，带通滤波电路5.1、5.2、5.3、5.4完成对测试信号中有效频段的信号拾取，为包络线检测电路6.1、6.2、6.3、6.4提供消除干扰信号后的含有轴系工况受力变化信息的电信号。带通滤波电路5.1、5.2、5.3、5.4，分别包括LM324运算放大器U2A，输入电压电阻R2、电容C1、电阻R3接U2A的负极，电阻R4、电容C2跨接在U2A的输入端和输出端。如图5所示，包络线检波电路6.1、6.2、6.3、6.4消除滚动轴承的滚动体引起的载波信号，还原受力变化的电信号。包络线检波电路6.1、6.2、6.3、6.4，分别包括LM324运算放大器U2B、U2C、U2D，二极管D1、D2、D3、D4，输入电压经电阻R5接U2B的负极，其输出电压经二极管D2、电阻R12、R13接U2D的负极，电阻R14接电位器P1的中端，电阻R7、R10、R11、电容C6一端接地。如图6所示，模拟开关9完成信号通道的切换，调零电路10完成对电信号校准处理，满足相对值测量的要求，同时也可以消除温飘和时飘的影响，为下一步峰值检测电路11，有效值检测电路12和CPU提供有效电信号。模拟开关9和调零电路10，包括4052模拟开关U9和LM741运算放大器U10，包络线检波电路输出的四路电压信号V1、V2、V3、V4分别接U9的X0、X1、X2、X3脚，选通信号1、2是微机CPU输出的控制数字信号；U9的输出信号分别经电阻R57、R58接U10的正、负极。如图7所示，峰值检测电路11完成电信号的正、负峰值跟踪，并输出峰值信号电压到模拟开关13。它包括LM324运算放大器U11A、 LM358运算放大器U12A、U12B，输入信号接U11A的正极，U11A的负极经电阻R59、R60接U12A的正极，U12A的负极经电阻R62接U12B的正极，电阻R61一端接-12V电压，另一端接U12A的负极和电阻R62、电容C25。如图8所示，有效值检测电路12完成电信号的功率谱密度检测，并输出电信号的有效值到模拟开关13。它包括LM324运算放大器U11B和LH0091专用集成电路U13，输入信号接U11B的正极，U11B的负极经电阻R63和输出信号接电位器P5的中端，电阻R64接电位器P6的中端，P6和电位器P7相连，接+12V电压，电阻R65接P7中端，另一端接电容C26和U13的10脚，电容C26接输出电压信号，电位器P8中端接输出电压信号，另一端接U13的9脚。如图9所示，高通滤波电路7为两阶高通滤波，拾取信号的高频部分，输入电压经电容C2、C28接LM324运算放大器U14A的正极，电阻R69、R70、R71构成反馈电路；其输出电压经电容C29、C30接LM324运算放大器U14B的正极，电阻R73、R74、R75构成反馈电路。如图10所示，绝对值处理电路8将双极性电信号变为单极性电信号，输入到模拟开关13，经A/D电路转换后，输入到微机CPU后进行自相关处理。它包括LM324运算放大器U14C、C14D，输入信号经电阻R76接U14C的负极，U14C的负极电阻R78与U14C输出信号经二极管D17接U14D的正极，电阻R77跨接在U14C的负极和U14D的输出端。如图2所示，工作轴所受之力将通过滚动轴承的内圈和滚动体(球、圆柱滚子、滚针)传递到外圈上。轴旋转时，滚动体在外圈中滚动。对于外圈上某一点来说，当滚动体14滚动该点时，如图2中16所示，是受拉应力作用；当该点处于两滚动体之间时，如图2中15所示，是受压应力作用。这样，轴在运转时，轴承外圈上任何一点都受交应变力的作用，其振幅与滚动体对外圈的作用力成正比。滚动体对外圈的作用力由三部分力引起轴上受力F轴，轴承的预紧力F预本文档来自技高网...

【技术保护点】
轴系工况受力及故障实时检测装置，其特征在于：它包括能安装在被测轴承［３］外圈上的两组互成９０°分布的压电陶瓷［１］、［１′］和［２］、［２′］，一组从压电陶瓷［１］、［１′］绝缘层引出的电信号分别经第一、二前置放大电路［４．１］、［４．２］，第一、二带通滤波电路［５．１］、［５．２］，接第一、二包络线检波电路［６．１］、［６．２］，第二前置放大电路［４．２］还经高通滤波电路［７］，接绝对值处理电路［８］；另一组从压电陶瓷［２］、［２′］绝缘层引出的电信号分别经第三、四前置放大电路［４．３］、［４．４］，第三、四带通滤波电路［５．３］、［５．４］，接第三、四包络线检波电路［６．３］、［６．４］，从包络线检波电路输出的四路信号，经第一模拟开关［９］和调零电路［１０］，接入峰值检测电路［１１］和有效值检测电路［１２］，还和绝对值处理电路［８］输出的信号一起，再经第二模拟开关［１３］、Ａ／Ｄ电路输入到微机ＣＰＵ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宗农，郭明，詹建潮，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]