智能整机动平衡仪中基准信号的提取与处理

　　一、引言

　　为减少风机的振动,往往需要对风机进行整机动平衡。整机动平衡的方法很多,主要有测幅整机平衡法、测相整机平衡法、测相测幅整机平衡法[1]。 所谓测相测幅法,即在原始和试重情况下,同时测量不平衡振动的振幅与相位,然后通过计算再求得不平衡量的大小和位置,最后通过焊重或去重,使转子恢复平 衡。由于测相测幅整机平衡法兼有测相和测幅功能,因而平衡速度快、精度高,实际动平衡往往采用这种方法。能否有效地提取基准信号,是该法成败的关键。本文 以开发成功的整机动平衡仪为例,详细讨论仪器中基准信号的提取和处理。下面先简要分析一下获得稳定可靠的基准信号对于整机动平衡的重要意义。

　　二、提取基准信号的意义[2]

　　1.转速测量的需要

　　整机平衡时,需要测得不平衡振动的幅值和相位,它们同转子的转速有关,特别在临界转速附近,转速的微小变动,不但会明显地影响所测振动的大小, 还会影响所测的相位角。因此在整机平衡测转子系统的不平衡响应时,需要选定合适的平衡转速。一旦选好转速,就必须保证多次测试都在同一转速下进行,因此希 望仪器具有转速测量功能。而转速的测量一般是通过对基准脉冲信号计数来实现的,因此有效地提出基准信号就十分重要。

　　2.提取不平衡相位的需要

　　由测相、测幅动平衡原理知,要进行动平衡必须准确地测得不平衡振动信号的振幅和相位,其中相位为振幅与基准信号上升沿之间的夹角,如图1即为相 位测量的原理图,图中A表示不平衡振动的幅值,表示不平衡振动的相位。因此基准信号的提取与处理至关重要,如处理不好就会使相位测试产生严重偏差,从而 导致动平衡失败。

　　3.提取不平衡振动信号的需要

　　由测振传感器拾取的振动信号是转子不平衡故障及其它故障引起的各种振动和环境噪声的总和。为了有效地对机器实施动平衡,就必须将振动信号进行选 频滤波,把有用的不平衡振动信号从混杂的振动信号中提取出来。为提高仪器的自动化水平,便于同一机器在不同转速下实施动平衡,智能动平衡仪采用了中心频率 可由基准信号控制的跟踪滤波器5G6515,因此要求要有稳定可靠的基准信号。

　　三、基准信号提取的几种方法及各自的优缺点

　　获得基准信号的方法很多,主要有机械式、发电机式、电容式、磁电式及光电编码式。下面主要介绍一下磁电式和光电式,其它方法见文献[3,4]。

　　1.利用霍尔元件获得基准脉冲

　　霍尔元件是一种磁电传感器,它是利用载流半导体在磁场中的霍尔效应来输出电势的。霍尔传感器分线性型和开关型。开关型霍尔传感器常用于转速测 量,它由霍尔元件、放大器、施密特整形电路和集电极开路输出等部分组成。其工作特性曲线如图2b所示,Bop为工作点“开”的磁场强度,BRP为释放点 “关”的磁场强度,即工作特性有一定的磁滞,这样可以防止噪声干扰,使开关动作更加可靠。利用霍尔传感器的开/关特性,可以获得动平衡所需的基准脉冲信 号,其变换原理如图2a所示,在被测转子主轴上套装一个铝制圆形薄片,将磁钢嵌在圆片圆周上。主轴转动一周,霍尔传感器发出一次监测信号。当磁钢与霍尔传 感器重合时,霍尔传感器输出低电平;当磁钢离开霍尔传感器时,输出高电平。基准信号变换电路如图2c所示。因霍尔传感器是OC门,因此在输出端与电源之间 接一个上拉电阻,为提高传感器的带负载能力,接一个三极管放大电路。用霍尔传感器产生基准脉冲简单方便,遗憾地是要在现场安装固定磁钢很不方便。因此微速 差双转子系统智能整机动平衡仪设计时,没有用它来产生基准脉冲信号。