虚拟检测系统设计与开发.docVIP

工业设备运营状态虚拟检测系统设计与开发

实验目的

了解旋转机械检测系统的结构及组成，根据实际需要拟定系统的方案。

了解检测系统中各部分元器件的工作原理、特点和作用，并根据实际需要选择合适的元器件。

掌握传感器的安装方式、选择和标定。

掌握状态检测虚拟仪器系统设计与开发的基本环节。

二．系统设计

1．实验对象

该实验台是一种模块化、开放型的机械设计综合实验装置，由硬件[动力模块、传动模块、支承联接、调节模块、加载模块]和软件【控制模块、工具模块、测试模块】等组成，通过对不同模块德选择和装配搭接可以组成典型机械传动装置。如图所示：

实验台结构简图

2．实验对象名称、型号及重要零部件的性能参数

动力模块

Y90L-4电动机：额定功率1.5KW;同步转速：1500r/min，额定电压下，最大转矩予额定转矩之比2.3。

MM420-150/3变频器。

传动模块

JS-100齿轮减速器：减速比1：1.5，齿数：Z1=32、Z2=48，螺旋角β＝8°4’9”

3）加载模块

CZ-5型磁粉制动器：额定转矩50Nm,激磁电流0.8A，允许滑差功率4KW。

3．监测参数

频带选定测量参数指南

测量参数

位移

速度

加速度

合用频带

0~100HZ

10~1000HZ

大于1000HZ

1）电动机的测试参数

电动机

电源：单相交流，200/220伏，频率50/60Hz

功率：1.5KW

设定转速：1500rpm(25Hz)

电动机振动的测定参数：速度

轴的转速：1500rpm

2）齿轮的测定参数

电机转速设定为：1500rpm(25Hz)

若出现齿轮故障，将引起的振动频率

啮合频率=轴转频×齿数

小齿轮啮合频率=25×32=800(Hz)

大齿轮啮合频率=25×32/48×48=800(Hz)

考虑3次谐波，为244Hz，属于“高频”。

齿轮振动测定参数：加速度

3．监测位置（如图）

1234

1

2

3

4

测点位置如图所示，由左到右依次为扭矩、齿轮低速端、齿轮高速端和电机。虚拟仪器解决的通道依次为4、3、2、1，其相应数据采集卡通道依次为6、5、1、0通道。

4．传感器的选择与安装

选择压电式传感器：它体积小、重量轻、灵敏度高、测量范围大、频响范围宽、线性度好、安装简便等诸多优点，因此获得了最为广泛的应用。初选采用秦皇岛佳盟测控技术有限公司的ck8305标准参考加速度计，采用石英晶体压电元件，性能指标：

结构形式

灵敏度

重量（g）

频响(10%)

振频（kHz）

石英晶体中心压缩

~0.1pc/ms-2

35

1Hz~10KHz

30

速度范围（ms-2）

大横向灵敏度

安装螺钉

温度范围（0c）

外形尺寸（mm）

15000

≤5%

M5

-54~+260

六方16高30

价格：1580元/只

实际用传感器为压电加速度计——Type4291，且传感器用蜂蜡直接粘在所示测点处。

5．故障评价标准

常用的标准判别法有绝对标准、相对标准和类比标准三种方法，在此选用绝对标准判别法。它是在一定的测试条件下，按规定的方法拟定的用以判别设备状态的界线值。把测得的参数值与标准值比较即可判别设备处在“良好”、“允许”、“较差”、“不允许”等各种状态。重要采用ISQ1372判别：见表

振动速度有效值Vrms(mm/s)

状态判别

Vrms≤1.8

良好

1.8≤Vrms≤4.5

允许

4.5≤Vrms≤11.2

较差，应设法减少

Vrms≥11.2

不允许

6．检测系统方案

机械测振系统的结构框图如图所示，重要由传感器、电荷放大器、分析仪、显示输出和磁带记录几个部分组成。

电荷放大器

电荷放大器

分析仪

磁带记录仪

显示输出

传感器

被测设备

传感器将机械振动量转变为适于电测的电参量，电荷放大器将机械量转变成与其成正比的薄弱电荷Q，并且输出极高的阻抗Ra，分析仪测试分析记录结果，用计算机显示输出结果，并用磁带记录仪记录结果数据。

数据采集器的选型

数据采集卡的选择是硬件系统建设的关键，基于性能的稳定性和性价比的因素，选用了凌华的PCI16通道，250K/s低价位多功能采集卡产。

特性

型号DAQ-2214

32位PCI总线，即插即用

16个单端以及8个差动模拟量输入通道

输入通道可以允许单端与差动混合组成

16位AD分辨率，采样频率可达250K

双极性/单极性模拟量输入

模拟/数字触发

2路带波形发生功能的D/A输出通道

双极性/单极性模拟量输出

D/A：I/O更新及支持Scatter/Gather功能的总线主控DMA

系统同步接口

完全自动校准

完全软件配置

价格：4200元/块

实际采用数据卡参数：型号——BNC—212.