[發明專利]一種旋轉機械的振動信號采集及故障實時監測系統及方法

在審

• 申請號: 202110554569.2
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113295445A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 陳宏;馬洋洋;陳磊;雷文平;劉雨曦;劉洋;高麗鵬;冀科偉;王宇;曹亞磊;王鈞鑠
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01H11/06
• 代理公司: 鄭州萬創知識產權代理有限公司 41135
• 代理人: 任彬

1.一種旋轉機械的振動信號采集及故障實時監測系統，其特征在于：包括布置在多個旋轉設備采集節點處的加速度傳感器和采集器，以及與多個采集器通過基站通訊連接的上位機；所述加速度傳感器采用ICP傳感器采集旋轉設備上的振動信號，并與采集器上設置的傳感器接口對應連接；所述采集器的內部包括電源模塊、信號調理模塊、AD轉換模塊、信號實時處理模塊、微處理器、通信模塊和SD卡；所述電源模塊的輸入端連接外部輸入電源，輸出端連接采集器內部的供電模塊并連接ICP傳感器提供恒流源；所述信號調理模塊的輸入端連接ICP傳感器接收采集的振動信號，振動信號經調壓、濾波后傳輸到AD轉換模塊；所述AD轉換模塊將振動信號由模擬信號轉換成數字信號傳輸給信號實時處理模塊；所述信號實時處理模塊對數字信號進行簡易診斷，并將判斷出的故障信號傳輸給微處理器；所述微處理器將故障信號通過通信模塊傳輸給上位機進行精密診斷，以及通過通信模塊接收上位機發送的閾值和采集時間間隔的設定參數以及采集數據指令，并在網絡通信中斷和現場手動采集時將采集數據存儲到SD卡。

2.根據權利要求1所述的一種旋轉機械的振動信號采集及故障實時監測系統，其特征在于：所述信號實時處理模塊的內部設置FIFO存儲器和信號時域特征計算子模塊；FIFO存儲器對接收到的數字信號進行緩存并計算信號的相關時域特征，根據時域特征數值判斷出大于設定閾值的故障信號。

3.根據權利要求2所述的一種旋轉機械的振動信號采集及故障實時監測系統，其特征在于：所述信號實時處理模塊內的閾值通過微處理器設定。

4.根據權利要求1所述的一種旋轉機械的振動信號采集及故障實時監測系統，其特征在于：所述信號實時處理模塊對數字信號進行的簡易診斷過程中設置有定時采集模式，由微處理器控制采集時間間隔；信號實時處理模塊通過定時采集模式為AD轉換模塊提供時鐘信號，微處理器通過控制信號實時處理模塊的分頻信號來調節AD轉換模塊的采樣頻率。

5.根據權利要求1所述的一種旋轉機械的振動信號采集及故障實時監測系統，其特征在于：所述信號實時處理模塊采用FPGA芯片，所述微處理器的型號為STM32F103，所述通信模塊的型號為NB-IoT模塊。

6.利用上述任一權利要求的一種旋轉機械的振動信號采集及故障實時監測系統的監測方法，其特征在于：包括以下步驟：

S0、將ICP傳感器和采集器對應分布在多個待監測旋轉設備的采集節點處，供電電源為24V直流電源，供電方式為電池供電或連接電源適配器；

S1、ICP傳感器采集旋轉設備的振動信號，并傳輸給對應連接的采集器；

S2、采集器內的信號調理模塊將接收的振動信號通過衰減電路調整電壓范圍到0-2V，再通過低通濾波電路濾掉大于采樣頻率的頻率成分，濾波后傳輸給AD轉換模塊；

S3、AD轉換模塊將接收的模擬信號轉換成位寬為8的數字信號傳輸給信號實時處理模塊進行簡易診斷；

S4、信號實時處理模塊通過FIFO存儲器對接收到的數字信號進行緩存并計算信號的相關時域特征，相關時域特征包括峭度指標、脈沖指標和裕度指標，并將計算數據大于設定閾值的故障信號通過相應管腳輸出高電平信號給微處理器；

同時信號實時處理模塊在定時采集模式時根據設置時間定時選通數據通道；

S5、微處理器將接收的故障信號和定時采集的振動信號通過通信模塊傳輸給上位機進行精密診斷；并在網絡通信中斷和現場手動采集時將采集數據存儲到SD卡。

7.根據權利要求6所述的一種旋轉機械的振動信號采集及故障實時監測系統及方法，其特征在于：步驟S4中，峭度指標、脈沖指標和裕度指標均為量綱為一的參數指標，計算公式為：

峭度指標：

脈沖指標：

裕度指標：

其中K為峭度指標，I為脈沖指標，L為裕度指標；X_i為振動信號序列的單個數據值；為數據平均值，計算公式為n為采集點個數。