基于阶比分析的振动信号采集系统的设计

发布时间：2017-11-08 11:36

  本文关键词：基于阶比分析的振动信号采集系统的设计

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【摘要】：大型旋转机械广泛应用于电力、石化和机械制造等领域,在社会生产生活中起着重要的作用,同时其不断朝着大型化、高速化和自动化的方向发展。对这类设备进行状态监测与故障诊断,提高其运行的安全性和可靠性,具有十分重要的意义。振动信号的特征分析是旋转机械状态检测与故障诊断的重要手段,其中阶比分析技术是重要的分析方法。现有的振动信号采集仪主要还是采用离散傅里叶变换的分析方法,对平稳振动信号有比较理想的分析效果,但是对以升、降速过程为代表的旋转机械非平稳振动信号还缺乏完善而有效的特征分析功能。针对这一现状,本文深入分析和研究了计算阶比跟踪分析法的基本原理与实现方式,并应用软件平台对转子的起转信号进行了阶比跟踪仿真。根据旋转机械振动信号频率较低、振幅较小的特点,以及计算阶比跟踪分析法的硬件要求,提出了一种适用于阶比分析的多通道振动信号采集系统的设计方案,设计了系统各部分的硬件电路并绘制了PCB电路板,编写了FPGA数据采集程序和基于UDP协议的ARM以太网传输程序。系统采用ARM+FPGA架构作为数据处理和控制核心,实现了8通道振动信号的同步采集和2通道转速脉冲信号的测量。ARM接收上位机发送的采集命令后通过配置FPGA的内部逻辑,实现系统对振动信号采集通道的选择、放大倍数的切换和A/D工作模式的控制。同时FPGA读取A/D采集的数据,经过串并转换和FIFO缓存后由AHB高速总线发送给ARM。系统通过以太网实现与计算机的远程通信。对采集系统性能指标进行实验分析的结果表明,本系统能够实现对60kHz以内频率的信号准确采样和还原,采样分辨率可达0.1mV,采集结果的相对误差小于0.5%。最后使用转子平台搭建了测试环境,模拟转轴质量不平衡的故障,进行了阶比分析测试,根据得到的阶比谱能有效地判断出设备的运行状态,达到了预期的设计目标。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH17;TP274.2

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本文编号：1157018