旋转机械单通道轴振动测量仪

　　0　引言

　　高速旋转机械在工作中引起的超限振动往往是机器破坏的主要原因。因此需要利用测振仪表实时测量旋转机械的振动状态[1]。对于高速旋转机械主轴系统振动的测量,目前可选的仪表有国产ZZF型系列振动仪表和进口TM301系列振动传送保护表等。前者为传统的模拟仪表,特点为价格低、体积大、测量数据波动大;后者性能稳定、功能多、精度高,而价格高。因此,根据实际需要研制一款测量精度高、稳定性好、成本低、动态响应快的智能测振仪表具有重要意义。

　　1　整体设计

　　选用在高速旋转机械主轴位移振动测量中较多采用的非接触式电涡流位移传感器。传感器把振动信号转换成电信号,利用处理电路对电信号进行隔离、滤波等处理,得到振动的测量结果和实现系统的辅助设计功能。

　　1. 1　仪表技术指标

　　参考ISO2954及GB/T13824标准中对于振动测量仪的设计标准[2],研制的轴振动测量仪的技术参数如表1所示。

　　1. 2　系统功能设计

　　测振系统的整体框架如图1所示。工作时,电涡流传感器测出的电信号经过隔离、滤波后,送入有效值转换电路求取有效值的直流分量,再送入单片机系统进行A/D转换、数字滤波,求得振动有效值。为了与现有测振仪表统一,将此值转化成等效的峰峰值,显示在4位数码管,并利用RS-232传送到上位机。此值超过报警设定值则前面板上的报警指示灯闪烁并产生继电器保护动作。系统可以根据具体的测量要求,在线修改两级报警的设定值。单片机系统采用合理的软硬件设计,具有自检测、自诊断功能,能够长期稳定工作。

　　1. 3　结构选型

　　仪表采用AI仪表常用的F型结构,外部尺寸为(48×96×110) mm3.在变压器等元器件选择时考虑满足安装空间和散热的要求。

　　2　功能模块设计

　　2. 1　电源模块

　　系统中,需要为电涡流位移传感器提供±12 V的电源,为单片机及AD737等提供±5 V的电源。查阅资料,由7800和7900系列搭配使用,构成同时输出正、负压的稳压电源。该电路的特点是公用一套整流滤波电路。由于负载与电源公共地未连通,需增加二极管VD起保护作用。实践证明,该供电模块工作稳定、输出电压波动小[3]。

　　2. 2　低通滤波器

　　受各种干扰因素影响,振动信号通常分布在一个较宽的频带范围内,而有用的特征信息则往往集中在一个或几个频带内。滤除干扰信号,可以提高信噪比。运用由二阶压控电压源组成的有源4阶低通切比雪夫滤波器[4]。其设计指标如下:截止频率为2 kHz;阻带为5 kHz,衰耗45 dB以上;增益为1·586。根据滤波电路公式求出各参数,再通过实验对此单元进行独立验证。可以得出,这种滤波器通带增益稳定,过渡带较陡峭,增益衰减较快。