基于锁相放大器的齿轮裂纹信号检测研究

发布时间：2017-04-06 22:25

  本文关键词：基于锁相放大器的齿轮裂纹信号检测研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在现代工业技术飞速发展的过程中,齿轮在各类机械传动系统中都起着不可或缺的作用。机械系统中齿轮传动系统能否正常运行往往影响着机械设备是否能够正常工作。而由于齿轮传动系统的承受力大多集中在齿轮本身,故在齿轮传动系统所有失效的零件中当中,齿轮本身因为某些原因失效比例高达60%,由此可见齿轮本身就是机械传动系统中最为重要的几个零件之一。因此,对齿轮本身与齿轮传动系统进行有效的故障检测在当今仍然具有十分重要的现实意义。虽然齿轮本身故障有很多原因,但本文主要针对齿轮早期裂纹的微弱信号的检测重点与难点进行研究。在机械故障诊断过程中,由于机械运动本身的各种震动会产大量的背景噪声,而且检测信号当中也含有各种噪声,进而使信号的信噪比降低,特别是当齿轮本身产生早期裂纹时,裂纹故障信号往往十分微弱,对微弱信号所产生震动如何有效的进行检测,成为本文齿轮早期故障诊断的技术重点与难点难题。为了实现对齿轮早期裂纹信号的精确检测,本文对检测过程中的两部分进行了设计与研究。首先,对信号检测系统中传感器部分使用放置式涡流线圈检测探头,该探头由检测线圈和参考线圈两部分组成。利用检测线圈与参考线圈由于齿轮裂纹所产生的不同信号经过电桥电路形成差动放大检出。信号调理电路采用了一种锁相放大器的信号检测技术。在分析了所产生的噪声基础上,研究了抑制噪声的方法及相关技术。设计了信号检测的硬件电路,包括信号采集生电路、前置放大环节、前置滤波环节、主放大电路、参考信号产生电路、参考信号移相电路以及相敏检波电路等。并做了仿真实验,通过仿真将实验数据与理论值进行对比分析,发现这种方式能有效的实现微弱信号的检测。最后,测试实际硬件电路,再次证明,该技术可以很好的实现信号检测。
【关键词】：涡流检测 微弱信号 齿轮 锁相放大
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 齿轮裂纹检测的目的和意义10
• 1.2 齿轮裂纹故障检测技术国内外发展趋势及现状10-13
• 1.3 本文的主要研究内容13-14
• 第2章 涡流检测系统的分析和设计14-20
• 2.1 涡流检测原理与传感器14-19
• 2.1.1 齿轮裂纹检测探头的实验15
• 2.1.2 检测方式的选择15-17
• 2.1.3 线圈参数的优化设计17-19
• 2.2 本章小结19-20
• 第3章 齿轮裂纹信号检测及锁相放大技术原理20-29
• 3.1 检测噪声与检测误差20-22
• 3.2 微弱信号检测方法22-24
• 3.3 锁相放大器24-28
• 3.3.1 基于相关性原理的锁相放大器24-25
• 3.3.2 锁相放大器的结构25-28
• 3.4 本章小结28-29
• 第4章 硬件电路设计29-42
• 4.1 涡流检测传感电路设计29-30
• 4.2 锁相放大电路设计30-41
• 4.2.1 锁相放大器待测信号通道设计30-36
• 4.2.2 锁相放大器参考信号通道设计36-39
• 4.2.3 锁相放大器相敏检波电路设计39-41
• 4.3 本章小结41-42
• 第5章 软件设计及实验分析42-57
• 5.1 软件设计42-47
• 5.1.1 MCU的选型及开发平台的选择42-44
• 5.1.2 待测齿轮信号产生程序设计44-45
• 5.1.3 参考信号产生程序设计45-47
• 5.2 仿真验证47-54
• 5.2.1 低噪声放大器的噪声源分析47-48
• 5.2.2 低噪声放大电路的仿真48-49
• 5.2.3 低通滤波器电路的仿真49-52
• 5.2.4 参考通道移相电路的仿真52-53
• 5.2.5 相敏检波器的仿真53-54
• 5.3 电路的测试结果与分析54-56
• 5.4 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-61
• 攻读学位期间发表的学术论文61-62
• 致谢62

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