利用便携机并行口实现的振动监测仪

　　1　引　　言

　　目前,旋转机械装置的应用非常广泛。例如各种船舶和机车的推动装置,各种机床和钻台的动力设备等,都离不开旋转机械的应用。由于轴系的受力不均匀,装配出现偏差,或者轴承松动等原因,会引起旋转机械轴系的振动。这种振动在某些场合是有益的,但在另外一些场合则是有害的,它不但会影响设备的性能和寿命,造成环境噪声,有时还会导致设备的彻底损坏,甚至威胁到使用者的生命安全。而从另一方面看,振动信号的组成与设备的工作状态是密切相关的。如果能够对轴系的振动进行监测,并对其组成分量进行合理分析,则对于判定设备的工作状态,及时发现故障有着重要的意义。本文基于这个目的,利用便携机的并行口设计出了一种小巧的、便于携带的振动监测仪。

　　2　测振原理

　　旋转轴系的振动从产生原因和表现形态上可分为三类,即纵振、横振和扭振。纵振和横振是由于轴承松动,安装出现偏差,或轴系上各方向受力的不均衡等原因引起的轴系在纵向或横向上的振动;而扭振则是由于轴系所受旋转力矩的不均匀而造成的轴系转动速率的波动。

　　由此可见,纵振和横振的外在表现为轴系在转动过程中所产生的纵向或横向上的空间位置的变化。因此对于这两类振动,可以利用电涡流传感器将轴系空间位置的变化转换为电信号幅度大小的变化,然后便可将这个变化了的电信号通过A/D变换转换为数字信号,输入到计算机中进行分析。如图1所示:

    　而扭振的外在表现为轴系转动速率的波动。对于这类振动的测量,可以利用光电编码器来实现。

　　光电编码器是利用光电转换原理,将轴系旋转角速度变换成电脉冲,主要由发光元件、光敏元件和光码盘等组成,如图2所示。

　　在光码盘上刻有等分宽度的透明槽,当轴系转动时,带动光码盘一起旋转,发光元件发出的光源经透明槽射到光敏元件上时,光敏元件便输出电脉冲信号,脉冲的宽度与轴系在该点处的转动速度成反比。该宽度可利用计数电路测量。

　3　分析方法

　　对于振动信号的分析,可采用傅立叶变换,求得各谐次分量的幅值,然后再根据不同的转速绘制出阶比图,由阶比图的共振峰分布就可以判定旋转轴系的机械特性或故障的可能原因。由于纵振和横振所采集的信号大小直接对应振动的幅度,因此可对其直接进行傅立叶分析。

　　需要说明的是,在振动信号中,广泛存在着转速的半次谐波,而半次谐波也反映出旋转机械的重要特性,因此在采集信号时,至少要采集两转以上的信号进行分析。对于扭振,由于所得信号为经过每个透明槽时所得脉冲信号的宽度。因此,在进行傅立叶分析之前还需将其转换为角速度。设t1,t2,…,tN为所测两转信号各脉冲的宽度(光码盘上共有N/2个透明槽),