[發明專利]一種基于超聲波的軸承保持架轉速的測量系統及方法

在審

• 申請號: 201810564972.1
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108957023A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 劉恒;李丁成;李猛;王琦;劉意;田桂斌
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01P3/00
• 分類號: G01P3/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種基于超聲波的軸承保持架轉速的測量系統，其特征在于，包括計算機、超聲探頭、發射接收電路、虛擬示波器，超聲探頭與發射接收電路雙向通信連接，發射接收電路和虛擬示波器雙向通信連接，虛擬示波器與計算機雙向通訊連接，

其中，虛擬示波器用于向發射接收電路發射接收電路發送重復頻率信號；接收發射接收電路傳遞的放大后的反射波，并將放大后的反射波傳遞至計算機；

發射接收電路用于接收虛擬示波器發送的重復頻率信號，并形成用于激勵超聲探頭的電壓，并將該電壓傳遞給超聲探頭；接收并放大超聲探頭發送的反射波，將放大后的反射波傳遞至虛擬示波器；

超聲探頭用于接收激勵電壓，并向軸承內發射超聲信號，然后接收反射波，并將反射波傳遞至發射接收電路；

計算機用于接收發射接收電路傳遞的放大后的反射波，跟根據放大后的反射波計算軸承保持架的轉速。

2.根據權利要求1所述的一種基于超聲波的軸承保持架轉速的測量系統，其特征在于，發射接收電路包括功能及時序控制電路、高壓脈沖驅動電路及超聲回波接收放大電路；其中，功能及時序控制電路產生驅動電路所需的時序控制信號，并通過串口與上位機進行通訊，控制脈沖寬度、重復頻率和觸發方式，實現參數的在線智能調整；時序控制信號作用于高壓脈沖驅動電路產生高壓高頻脈沖，高壓高頻脈沖用于驅動高頻超聲探頭；超聲回波接收放大電路用于隔離、接收、濾波和放大超聲回波信號。

3.根據權利要求1所述的一種基于超聲波的軸承保持架轉速的測量系統，其特征在于，超聲探頭固定在軸承外圈上。

4.根據權利要求1所述的一種基于超聲波的軸承保持架轉速的測量系統，其特征在于，虛擬示波器為兩通道虛擬示波器，其最大分辨率為16位，帶寬為200MHz，內存為512MS，并內置任意波形函數發生器。

5.一種基于超聲方法測量軸承保持架轉速的方法，其特征在于，通過發射接收電路對設置在軸承外圈上的超聲探頭進行激勵，然后發射接收電路接收來自超聲探頭的回波信號，兩通道虛擬示波器對回波信號進行實時采集，并將回波信號實時傳遞至計算機，計算機根據回波信號計算軸承保持架的轉速。

6.根據權利要求5所述的一種基于超聲方法測量軸承保持架轉速的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、通過虛擬示波器內置信號發生器向發射接收電路發送重復頻率信號；

步驟2、發射接收電路接收信號后，形成用于激勵超聲探頭的電壓，并將該電壓傳遞給超聲探頭；

步驟3、超聲探頭接收到激勵電壓后，向軸承內發射超聲信號，并接收反射波，然后超聲探頭將反射波傳遞至發射接收電路；

步驟4、發射接收電路接收超聲探頭傳遞的反射波，然后進行放大，放大后輸出超聲反射脈沖回波，并傳遞至虛擬示波器；

步驟5、虛擬示波器采集發射接收電路輸出的超聲反射脈沖回波，然后將接收到的超聲反射脈沖回波傳輸到計算機，計算機根據超聲反射脈沖回波計算保持架轉速。

7.根據權利要求6所述的一種基于超聲方法測量軸承保持架轉速的方法，其特征在于，步驟5中，保持架轉速的計算過程為：求取每一超聲反射脈沖回波的峰峰值，對得到的所有峰峰值序列X進行傅里葉變換，根據公式(1)得到時間Δt內軸承滾子的個數a，通過公式(2)求得Δt，通過公式(3)計算可得保持架轉速ω，

[x,a]＝max(fft(X)) (1)，

Δt＝K/f (2)，

公式(1)至公式(3)中，K為每次采集的段數，f為信號發生器頻率，M為所測量軸承的滾子個數。