基于磁记忆效应的旋转设备故障检测系统技术方案

基于磁记忆效应的旋转设备故障检测系统，属于磁检测技术领域，该系统包括磁记忆检测装置，数据采集及处理部分，载物台，测试旋转部件磁信号的专用夹具，电动机。该磁记忆检测装置由二维检测探头、电源驱动电路、脉冲消磁电路、滤波放大电路、A/D转换电路、单片机、显示电路、键盘、串口、及计算机构成。此系统使用特制夹具将二维磁传感器探头固定，拾取旋转设备产生的磁信号，经过滤波放大等环节通过计算机进行保存和显示，通过对磁力异常区域的观测可以确定故障的位置和大小。该系统具有信号采集，信号保存，信号处理等功能。此系统具有可进行旋转构件的静态检测和动态监测的特点，且具有操作方便，抗干扰能力强，测量精度可调等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机械构件故障诊断的方法，用以在齿轮等旋转构件的工作过程中进行实时诊断和早期故障的探测，属于磁记忆探伤

技术介绍
轴承、齿轮等旋转设备广泛应用于煤矿、电力、石化、冶金、机械、航空航天等行业。 使用旋转设备故障诊断检测仪检测旋转设备的运行状态，在保障设备运行安全上有着重大的意义。旋转设备的故障诊断常常采用测振的方式拾取信号，并且需要经过复杂的信号处理过程才能分析出故障的位置及严重程度等问题。并且振动分析方法是通过对加速度、位移等信号的分析和处理来判断故障的，相当于对信号的二次处理，对于故障程度较大的部件或设备，应用效果良好，但是对于微缺陷早期故障的检测精度较低。金属磁记忆检测是俄罗斯Dubov. A. A教授于20世纪90年代初提出，并于90后期发展起来的一种材料应力集中和疲劳损伤无损检测与诊断的新方法，可有效预防或发现由早期损伤所造成的应力集中区域，且只需经过简单的信号处理就可以判断出应力集中地位置。但是现有磁记忆检测系统的使用还存在一定的局限，无法满足轴承齿轮等旋转构件的故障检测。首先，目前的磁记忆检测都是针对于比较大的机械构件，而且多数用于构件的静态测量，对于正在工作的旋转构件，比如齿轮，传统的探伤小车等不容易在构件上运行。其次，对于尺寸，运动状态不同的旋转构件，单一的测量精度无法满测量需求。最后，由于被测对象处于运动状态，测量结果更容易受到干扰的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是基于金属磁记忆原理提供一种可以检测到旋转构件上微缺陷的检测系统与方法。这种方法使用特制夹具将二维磁传感器探头固定，拾取旋转设备产生的磁信号，经过滤波放大等环节通过计算机进行保存和显示。通过对磁力异常区域的观测可以确定故障的位置和大小。该系统具有信号采集，信号保存，信号处理等功能，使用方便，抗干扰能力强。在测量过程中可以进行测量精度的调节，自动保存，便于根据被测对象的实际情况进行实时监测和后期分析。此外，可根据所测构件形状及测量位置，任意调节磁记忆传感器的测取位置和测取角度，实现旋转件的动态监测。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案基于磁记忆效应的旋转设备故障检测系统，包括磁记忆检测装置1，数据采集及处理部分2，载物台3，测试旋转部件磁信号专用夹具4，电动机5 ；按照电动机5，载物台3，测试旋转部件磁信号专用夹具4顺序摆放，磁记忆检测装置1固定在测试旋转部件磁信号专用夹具4上，磁记忆检测装置1输出端与数据采集及处理部分2的输入端相连。所述的磁记忆检测装置1包括二维检测探头6、电源7、脉冲消磁电路8、滤波放大电路9、A/D转换电路10，单片机11，显示电路、键盘13，串口 14，及计算机15。二维检测探头6的X轴输出端与滤波放大电路9的第一路输入端相连，y轴输出端与滤波放大电路9的第二路输入端相连，将检测到的磁信号转换为电信号进行滤波和差动放大，滤波放大电路9的第一路输出端与A/D转换电路10的inO端相连，滤波放大电路9 的第二路输出端与A/D转换电路10的inl端相连将经过处理的信号输入A/D转换电路行模数转换；A/D转换电路的SDA端与单片机11的P2. 0相连，其SCL端与单片机的P2. 1端相连将转换结果送入到单片机进行计算；单片机11的P3. 0和P3. 1与串口相连，串口连接至计算机15，将计算结果通过串口电路14输入到计算机15的数据采集及处理模块中进行保存和处理，处理及显示。单片机11的Pl. 0 口与脉冲消磁电路8的输入端相连，利用单片机的定时中断功能在Pl. 0 口控制产生的一定周期的振幅为5V的方波信号输入到脉冲消磁电路8的输入端，脉冲消磁电路8的输出端与二维检测探头6的置位复位端相连，脉冲消磁电路8根据输入的方波周期，在每个周期的方波上升沿产生正向尖峰脉冲，在每个周期的方波下降沿产生负向的尖峰脉冲，其输出接入二维检测探头6的置位复位端；脉冲消磁电路8将单片机 11产生的输入的幅度为5v，周期为Nms的方波信号转换为幅度为5v周期为N/2ms的交替正负尖峰脉冲输出，所述的N的取值为50，80，100，120，160 ；脉冲消磁电路8的输出对二维检测探头6进行置位、复位；每Nms进行一次端口查询，经A/D转换后进行数学运算，运算结果通过串口电路14送入计算机进行处理。所述的键盘13由四个按键组成，四个按键分别与单片机的PI. 1-P1.4 口以及4路与门74F11的输入端相连，74F11的输出端与单片机11的P3. 2INT0相连用于进行进行测量精度档位的选择，显示电路由一位8段码数码管组成，其输入端与单片机的PO 口相连，用于显示当前测量精度的档位。所述电源7由两部分组成220V_5V的AC-DC连接至二维检测探头6、单片机11、 滤波放大电路9 ；另一部分将5V直流电压升至12V的5V-12V的DC-DC连入脉冲消磁电路8。所述数据采集及处理部分2在计算机上使用Iabview软件进行编程和界面设计， 使得计算机通过串口采集到经过单片机11处理后二维检测探头6的输出数据，将数据保存在计算机的硬盘上。所述的测试旋转部件磁信号专用夹具4包括用于与载物台3相连接的底板16、固连在底板16上的两块直角夹板17、被夹板17夹持的立板18、可任意角度旋转定位在立板 18上的支撑板19以及连接于支撑板19上的用于固定传感器的盖板20。所述的电动机5的输出端与被测旋转构件相连，检测时使用测试旋转部件磁信号专用夹具夹持二维磁传感器探头使得二维磁传感器探头固定在在被测构件的前方，与此同时电机驱动被测构件旋转，二维磁传感器探头在静止的状态下检测被测构件整个圆周上的损伤状况。二维检测探头6采用磁敏电阻传感器来检测铁磁性工件在法向和切向的磁信号。所述滤波放大电路9采用差动放大器为核心器件，其运放倍数通过外接的可变电阻进行调节。所述A/D转换电路10采用IIC通信方式将二维检测探头的输出的模拟量转换成数字量读入到单片机11。测试旋转部件磁信号专用夹具4中的底板16的材料为铸铁材料，所述的直角夹板17、立板18、支撑板19及盖板20材料均为铝合金材料，所用连接螺栓螺钉材料均为不影响测取磁信号的非磁性不锈钢材料。所述的电动机5的外部设有磁屏蔽壳，电动机5的输出设于磁屏蔽壳外。本专利技术可以取得如下的有益效果使用了抗干扰能力很强的测量电路和检测装置，并在测量过程中加入了由单片机控制的脉冲消磁电路和在电机的外部加入磁屏蔽壳的抗干扰措施，大大降低了环境干扰和由于电机转动所造成的电磁干扰，测量结果精确。测量精度可以根据被测对象的特征进行手动调节。解决了旋转件磁信号的动态检测问题，及探测元件不易固定的问题，提高了操作效率。采集到的数据保存在计算机中便于进行后处理以更好的分析故障信息。 附图说明图1旋转设备故障检测系统组成示意图；图2磁记忆检测装置组成示意图；图3由单片机控制选择测量精度流程图；图4单片机产生置位复位信号TO定时中断服务程序流程图；图5单片机主程序流程图；图6测量精度选择电路原理图；图7测试旋转部件磁信号的专用夹具示意图。图中1、磁记忆检测装置，2、数据采集及处理部分，3、载物台，4、测试旋转部件磁信号专用夹具，5、电动机，6、二维检测探头，7、电源，8、脉冲消磁电路，9、滤波放大电路，10、本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．基于磁记忆效应的旋转设备故障检测系统，包括磁记忆检测装置（１），数据采集及处理部分（２），载物台（３），测试旋转部件磁信号专用夹具（４），电动机（５）；按照电动机（５），载物台（３），测试旋转部件磁信号专用夹具（４）顺序摆放，磁记忆检测装置（１）固定在测试旋转部件磁信号专用夹具（４）上，磁记忆检测装置（１）输出端与数据采集及处理部分（２）的输入端相连；所述的磁记忆检测装置（１）包括二维检测探头（６）、电源（７）、脉冲消磁电路（８）、滤波放大电路（９）、Ａ／Ｄ转换电路（１０），单片机（１１），显示电路、键盘（１３），串口，及计算机（１５）；二维检测探头（６）的ｘ轴输出端与滤波放大电路（９）的第一路输入端相连，ｙ轴输出端与滤波放大电路（９）的第二路输入端相连，将检测到的磁信号转换为电信号进行滤波和差动放大，滤波放大电路（９）的第一路输出端与Ａ／Ｄ转换电路（１０）的ｉｎ０端相连，滤波放大电路（９）的第二路输出端与Ａ／Ｄ转换电路（１０）的ｉｎ１端相连将经过处理的信号输入Ａ／Ｄ转换电路行模数转换；Ａ／Ｄ转换电路的ＳＤＡ端与单片机（１１）的Ｐ２．０相连，其ＳＣＬ端与单片机的Ｐ２．１端相连将转换结果送入到单片机进行计算；单片机（１１）的Ｐ３．０和Ｐ３．１与串口相连，串口连接至计算机（１５），将计算结果通过串口电路（１４）输入到计算机（１５）的数据采集及处理模块中进行保存和处理，处理及显示；单片机（１１）的Ｐ１．０口与脉冲消磁电路（８）的输入端相连，利用单片机的定时中断功能在Ｐ１．０口控制产生的一定周期的振幅为５Ｖ的方波信号输入到脉冲消磁电路（８）的输入端，脉冲消磁电路（８）的输出端与二维检测探头（６）的置位复位端相连，脉冲消磁电路（８）根据输入的方波周期，在每个周期的方波上升沿产生正向尖峰脉冲，在每个周期的方波下降沿产生负向的尖峰脉冲，其输出接入二维检测探头（６）的置位复位端；脉冲消磁电路８将单片机１１产生的输入的幅度为５ｖ，周期为Ｎｍｓ的方波信号转换为幅度为５ｖ周期为Ｎ／２ｍｓ的交替正负尖峰脉冲输出，所述的Ｎ的取值为５０，８０，１００，１２０，１６０；脉冲消磁电路（８）的输出对二维检测探头（６）进行置位、复位；每Ｎｍｓ进行一次端口查询，经Ａ／Ｄ转换后进行数学运算，运算结果通过串口电路（１４）送入计算机进行处理；所述的键盘（１３）由四个按键组成，四个按键分别与单片机的Ｐ１．１－Ｐ１．４口以及４路与门７４Ｆ１１的输入端相连，７４Ｆ１１的输出端与单片机（１１）的Ｐ３．２　（ＩＮＴ０）相连用于进行进行测量精度档位的选择，显示电路由一位８段码数码管组成，其输入端与单片机的Ｐ０口相连，用于显示当前测量精度的档位。所述电源（７）由两部分组成：２２０Ｖ－５Ｖ的ＡＣ－ＤＣ连接至二维检测探头（６）、单片机（１１）、滤波放大电路（９）；另一部分将５Ｖ直流电压升至１２Ｖ的５Ｖ－１２Ｖ的ＤＣ－ＤＣ连入脉冲消磁电路（８）；所述数据采集及处理部分（２）在计算机上使用ｌａｂｖｉｅｗ软件进行编程和界面设计，使得计算机通过串口采集到经过单片机（１１）处理后二维检测探头６的输出数据，将数据保存在计算机的硬盘上；所述的测试旋转部件磁信号专用夹具（４）包括用于与载物台（３）相连接的底板（１６）、固连在底板（１６）上的两块直角夹板（１７）、被夹板（１７）夹持的立板（１８）、可任意角度旋转定位在立板（１８）上的支撑板（１９）以及连接于支撑板（１９）上的用于固定传感器的盖板（２０）；所述的电动机（５）的输出端与被测旋转构件相连，检测时使用测试旋转部件磁信号专用夹具夹持二维磁传感器探头使得二维磁传感器探头固定在在被测构件的前方，与此同时电机驱动被测构件旋转，二维磁传感器探头在静止的状态下检测被测构件整个圆周上的损伤状况。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔玲丽，王婧，康晨晖，张建宇，高立新，胥永刚，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11