基于超声的旋转机械故障诊断系统设计

发布时间：2017-08-18 10:39

  本文关键词：基于超声的旋转机械故障诊断系统设计

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【摘要】：旋转机械在工业生产中占有重要的地位，对旋转机械运行状态的监测与故障诊断能够保证设备运行的安全，避免遭受经济损失。旋转机械设备在故障的早期会出现轻微的摩擦现象，此时会产生高频振荡波，而超声传感器能够接受此种高频振荡波，对早期故障做出有效的诊断。鉴于此，本文设计了一种基于超声的旋转机械故障监测与诊断系统。 本设计分别设计了模拟式的故障诊断系统与数字式的故障诊断系统。首先，本设计根据超声信号能量与摩擦性故障严重程度成正相关的特性，设计了LED显示电路，同时将超声信号进行音频转化，通过声音信号判断机械设备的运转情况，进而结合前置差分可调放大电路、高通滤波电路、低通滤波电路等信号调理电路便构成模拟式的故障诊断系统。将信号调理电路、三极管包络检波电路与数字系统电路相结合，，构成数字式的故障诊断系统，进行实时波形与直方图的显示、时域参数的计算与直方图特征提取。实时波形与直方图能够判断机械运转状况和故障类型，其中时域参数的应用为故障诊断系统提供一个判断故障的参考标准。本设计还加入SD卡来进行实时数据、实时波形图和直方图存储，能够下载到上位机进行数据的分析处理，以便进一步对故障信号分析研究。 最后，本文在利用信号发生器与MATLAB软件验证了本系统所显示的波形与时域参数的正确性，并利用MATLAB对故障数据进行分析，验证了包络直方图能够对各种类型的故障进行判别，利用循环统计方法对故障数据进行处理，证明了循环统计方法在旋转机械故障诊断方面的优越性。
【关键词】：超声信号 包络检波法 旋转机械 故障诊断
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH165.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10
• 1.2 故障诊断研究现状10-12
• 1.2.1 旋转机械故障诊断国内外发展10-11
• 1.2.2 故障诊断技术的现状11-12
• 1.3 超声故障诊断技术研究12-13
• 1.4 本文的主要研究内容13-15
• 第2章 旋转机械故障诊断理论基础及总体设计15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 超声传感器介绍15
• 2.3 旋转机械故障机理15-23
• 2.3.1 典型故障机理及特征16-19
• 2.3.2 旋转机械故障分析及诊断方法19-22
• 2.3.3 旋转机械信号处理技术22-23
• 2.4 总体设计23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 系统的硬件电路设计26-42
• 3.1 引言26
• 3.2 系统硬件电路的总体设计26-27
• 3.3 模拟电路处理模块27-34
• 3.3.1 差分可调放大电路27-29
• 3.3.2 带通滤波电路29-31
• 3.3.3 放大电路31-32
• 3.3.4 包络检波电路32
• 3.3.5 抗混叠低通滤波电路与电压跟随电路32-33
• 3.3.6 条形数码管显示电路33-34
• 3.4 数字电路部分34-39
• 3.4.1 控制核心芯片35-37
• 3.4.2 SD卡接口模块37-38
• 3.4.3 LCD接口模块38
• 3.4.4 JTAG接口模块38-39
• 3.5 电源模块39-40
• 3.6 本章小结40-42
• 第4章 系统软件设计与实现42-56
• 4.1 引言42
• 4.2 嵌入式集成开发环境简介42
• 4.3 软件功能模块简介42-43
• 4.4 系统流程图43-45
• 4.5 系统初始化45
• 4.6 ADC模块功能实现45-47
• 4.7 SD卡数据存储47-50
• 4.7.1 SD卡底层驱动软件设计47-48
• 4.7.2 SD卡文件系统设计48-50
• 4.8 LCD波形显示50-51
• 4.9 五点三次数据平滑算法51-53
• 4.10 直方图故障判别方法53-55
• 4.11 本章小结55-56
• 第5章 系统验证数据分析处理56-65
• 5.1 引言56-57
• 5.2 信号采集系统可行性研究57-61
• 5.2.1 包络检波电路的验证57-58
• 5.2.2 显示波形与存储数据的可行性58-60
• 5.2.3 直方图的判断依据60-61
• 5.3 上位机数据处理61-64
• 5.3.1 信号仿真验证62-63
• 5.3.2 实际信号的处理63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果71-72
• 致谢72-74
• 作者简介74

【参考文献】

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9 罗邦R

本文编号：694140