久久久91-久久久91精品国产一区二区-久久久91精品国产一区二区三区-久久久999国产精品-久久久999久久久精品

一.  引言

    從設(shè)備監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的流程來(lái)看，設(shè)備監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的進(jìn)展分為：信號(hào)采集、信號(hào)處理和故障診斷等幾個(gè)階段。信號(hào)采集技術(shù)中，傳感器技術(shù)是重點(diǎn)，而信號(hào)處理和分析方法的研究是設(shè)備監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的關(guān)鍵，也是理論和方法研究的熱點(diǎn)之一，原始信號(hào)大都不能直接使用，必須利用信號(hào)處理和分析技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和分析，以得到敏感反映設(shè)備狀態(tài)的特征因子。
    在“離線(xiàn)”與“在線(xiàn)”監(jiān)測(cè)診斷兩種不同的工作方式中，雖然在信號(hào)采集、處理、分析方法方面是類(lèi)同的，但在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與診斷有反應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、多通道、功能全面等優(yōu)點(diǎn)。盡管投資較昂貴，但隨著設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的發(fā)展及企業(yè)現(xiàn)代化要求，正在逐步被應(yīng)用到一些關(guān)鍵機(jī)組的重點(diǎn)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)管理中。為了降低成本，一種價(jià)格低、功能強(qiáng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正被各廠(chǎng)礦企業(yè)在設(shè)備管理中使用，在該系統(tǒng)中，廣泛使用了一種信號(hào)處理部件──信號(hào)變送器。

二.  VIB-15a振動(dòng)信號(hào)變送器

    VIB-15a振動(dòng)信號(hào)變送器是一臺(tái)小而堅(jiān)固，包含電荷放大器、積分電路、有源濾波器和真有效值檢波電路并與振動(dòng)傳感器連為一體的振動(dòng)信號(hào)變送裝置。該裝置能夠輸出與壓電加速度計(jì)測(cè)得的振動(dòng)速度（有效值）信號(hào)成正比的4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，再傳輸?shù)接?jì)算機(jī)、PLC或顯示器?？捎糜诒?、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等設(shè)備的在線(xiàn)振動(dòng)監(jiān)測(cè)、振動(dòng)趨勢(shì)分析和控制。原理方框圖如（圖1）：

1. 壓電加速度計(jì)
    該傳感器采用三角剪切式壓電晶體敏感元件，優(yōu)點(diǎn)是傳感器的橫向靈敏度小，受溫度變化影響小。當(dāng)被測(cè)物體振動(dòng)時(shí)，傳感器內(nèi)的壓電晶體因受壓、受拉或者受剪切力而會(huì)在晶體表面產(chǎn)生和所受力成正比的電荷量，這種傳感器靈敏度很高、體積小、頻率范圍寬（與電荷放大器配套時(shí)可測(cè)范圍為0.3～2×104Hz），加速度測(cè)量范圍很寬（一般為10-4～104g），是目前應(yīng)用最廣的一種傳感器。

2. 電荷前置放大器
    由于壓電式加速度計(jì)是一個(gè)能產(chǎn)生電荷的高內(nèi)阻發(fā)電元件，它所能產(chǎn)生的電荷量又很?。ㄝ敵鲂盘?hào)微弱），因此要求測(cè)量?jī)x器的輸入阻抗很高，否則壓電晶體上的電荷將通過(guò)測(cè)量電路上的輸入電阻釋放掉。
    電荷前置放大器是一種輸出電壓與輸入電荷量成正比的前置放大器。壓電加速度計(jì)可視為一個(gè)電荷源，而電荷前置放大器則是一個(gè)高增益、帶電容負(fù)反饋的并且輸入阻抗極高（109～1014Ω）的運(yùn)算放大器。圖2（A）為傳感器、電纜和電荷放大器組成的等效電路，圖2（B）為簡(jiǎn)化等效電路。

從等效電路可以得到電荷放大器的輸出電壓為公式（1）：

（1）

因?yàn)殡姾煞糯笃魇歉咴鲆娴?，即K >>1，因此，一般情況下C f（K+1）>>C，上式可簡(jiǎn)化為公式（2）：
                 （2）
    由此可見(jiàn)，電荷放大器的輸出電壓與壓電傳感器發(fā)出的電荷量成正比，與反饋電容Cf成反比，而且受電纜電容的影響很小，這是電荷前置放大器的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。另外，由于電荷放大器的輸入阻抗很高，因此對(duì)噪聲的干擾很敏感，干擾主要來(lái)源是50Hz交流電通過(guò)分布電容耦合到輸入端，并且電纜引入線(xiàn)路噪聲隨電纜長(zhǎng)度而增加，所以電荷放大器的輸入端一定要很好地屏蔽。

3. 積分電路
    振動(dòng)的響應(yīng)可用位移、速度和加速度三種參數(shù)來(lái)表示，它們之間存在一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系。根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的要求與考慮。我們選用了壓電加速度計(jì)和測(cè)量振動(dòng)速度參數(shù)。故需要通過(guò)積分電路將加速度信號(hào)變?yōu)樗俣刃盘?hào)。即公式（3）：  
               （3）
    實(shí)際構(gòu)成積分電路是用兩種元件組成，且多采用阻容式積分網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)檫@種電路簡(jiǎn)單、元件規(guī)格多、體積小、容易實(shí)現(xiàn)。阻容式串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的積分輸出形式如圖3所示：

 
    信號(hào)從電容兩端取出，如電阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于容抗（即 R >>Zc=1/wc）時(shí)，則UR>>UC，這樣可以近似地認(rèn)為e≈UR，即輸入電勢(shì)e全部降落在R上，這時(shí)電流i≈e / R，從電容兩端取出的電壓為公式（4）：
            （4）
    輸出電壓UC為輸入電勢(shì)e的積分，R、C的乘積稱(chēng)為時(shí)間常數(shù)τ，時(shí)間常數(shù)越大，積分結(jié)果越準(zhǔn)確，但輸出信號(hào)越小。

4. 有源濾波

    我們對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行研究與故障診斷時(shí)往往關(guān)注的只是某個(gè)頻段的信號(hào)，而傳感器的輸出信號(hào)中包含了其所能響應(yīng)的所有頻率的振動(dòng)加速度信號(hào)。因此，需要對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理，去除信號(hào)中的高、低頻干擾信號(hào)，保留我們需要的信號(hào)。根據(jù)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)的特點(diǎn)，典型的機(jī)械故障頻率通常集中在10Hz～10KHz之間，因此我們采用10Hz～10KHz的二階帶通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，以得到所需的頻段信號(hào)。

5. 真有效值檢波

    振動(dòng)是有能量的，并且有破壞力，對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量就是要了解機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)的整體振動(dòng)能量，而不是某一時(shí)刻的振動(dòng)幅值。真有效值（RMS）就是這樣一個(gè)既反映了波形的時(shí)間歷程又給出了振動(dòng)能量有關(guān)的振幅值。真有效值的理論算法公式（5）如下：
                   

6.  4～20mA變送電路

    在得到隨機(jī)械設(shè)備振動(dòng)速度的變化而變化的電壓信號(hào)后，需要考慮如何把該信號(hào)傳給后續(xù)的計(jì)算機(jī)、顯示器、PLC控制器等設(shè)備。由于電壓信號(hào)的傳輸距離有限、抗干擾能力差，因此我們用4～20mA變送電路將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為工業(yè)上通用的標(biāo)準(zhǔn)4～20mA電流環(huán)進(jìn)行傳送。如圖4所示：