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一種船舶軸系扭振實時檢測與診斷系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:6107469閱讀:310來源:國知局
專利名稱:一種船舶軸系扭振實時檢測與診斷系統(tǒng)的制作方法
技術領域
本實用新型涉及一種船舶機電系統(tǒng)的檢測設備,尤其是涉及一種船舶軸系扭振實時檢測與診斷系統(tǒng)。
背景技術
一直以來,各種船舶因軸系振動故障所引起的船舶的機電設備的損壞,已經(jīng)造成了重大的經(jīng)濟損失。而對于這種引起故障的主要原因“軸系扭振”通常都是在故障發(fā)生后才進行診斷和排除,而這種事后的診斷方法不能及時地發(fā)現(xiàn)和消除事故隱患,無法有效地減少經(jīng)濟損失。因此,應該采取有效的技術手段對船舶軸系扭振進行實時檢測,以便及時發(fā)現(xiàn)和排除事故隱患,有效減少經(jīng)濟損失。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術現(xiàn)狀而提供一種船舶軸系扭振實時檢測與診斷系統(tǒng),能夠幫助人們及時發(fā)現(xiàn)和排除事故隱患,有效減少經(jīng)濟損失。
本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為一種船舶軸系扭振實時檢測與診斷系統(tǒng),包括取樣傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機和計算機外圍設備,所述的取樣傳感器包括設置在柴油機曲軸前端處的系統(tǒng)扭振應力基準傳感器、設置在滾動軸承后的中間軸前端的結點振動狀態(tài)傳感器和設置在靠近螺旋槳位置的尾軸上的單結最大振幅傳感器,所述的數(shù)據(jù)采集卡為多通道數(shù)據(jù)采集卡,所述的取樣傳感器與所述的數(shù)據(jù)采集卡之間設置有振動信號前端處理電路。
所述的振動信號前端處理電路包括三個信號放大整形電路、一個時基發(fā)生電路、一個雙向通訊和報警電路和一個電源電路。
所述的雙向通訊和報警電路包括發(fā)送模塊、接收模塊和聲光報警電路,所述的聲光報警電路包括一個蜂鳴器、一個發(fā)光二極管、一個5伏直流電源和一個三極管,所述的三極管的發(fā)射極接地,所述的三極管的集電極與所述的蜂鳴器和所述的發(fā)光二極管的負端并接,所述的蜂鳴器的正端與5伏直流電源連接,所述的發(fā)光二極管的正端通過電阻與5伏直流電源連接,所述的三極管的基極通過電阻與所述的接收模塊連接。
所述的信號放大整形電路包括一個放大器,所述的放大器輸出的信號經(jīng)過一個反向放大器后,一路輸送到與門電路芯片的第1腳,另一路輸送到所述的雙向通訊和報警電路的接收模塊,所述的與門電路芯片的第2腳與所述的雙向通訊和報警電路的接收模塊連接,所述的與門電路芯片的第3腳與所述的雙向通訊和報警電路的發(fā)送模塊連接。
所述的數(shù)據(jù)采集卡為具有24路開關量輸入輸出通道以及6路獨立的16位計數(shù)器輸入通道的PC836型采集卡。
所述的計算機屏幕上顯示有各個測點的轉速、扭角、扭振信號及FFT頻譜圖。
與現(xiàn)有技術相比,本實用新型的優(yōu)點在于能夠實現(xiàn)對船舶軸系扭振的多通道實時檢測,幫助人們及時發(fā)現(xiàn)和排除事故隱患,有效減少經(jīng)濟損失。通過在計算機上設置一套基于Windows的由在線監(jiān)測、離線分析、參數(shù)設置、報警系統(tǒng)等多個模塊組成的軸系故障在線監(jiān)測及報警系統(tǒng)軟件,集扭振檢測、實時頻譜分析、智能故障診斷和報警功能于一體,具備在線檢測和離線分析兩種功能,可將所有振動數(shù)據(jù)用計算機數(shù)據(jù)文件實時保存,并可對歷史數(shù)據(jù)進行重演和事后分析。
通過對軸系多質(zhì)量系統(tǒng)的自由和強制扭轉振動的分析計算并結合船舶的實際結構和傳感器的安裝方式可以合理地選擇監(jiān)測位置。在柴油機曲軸前端處的系統(tǒng)扭振應力基準傳感器,可以直接反映被測系統(tǒng)第一質(zhì)量的振幅,無論對單結點、雙結點或三結點振動,并且可以直接作為整個系統(tǒng)扭振應力的基準,結合振型圖可推算其它軸段的應力;設置在滾動軸承后的中間軸前端的結點振動狀態(tài)傳感器能反映雙結點或三結點振動狀態(tài)。設置在靠近螺旋槳位置的尾軸上的單結最大振幅傳感器可以直接反映單結振動的最大振幅;在測試中,由于傳感器的輸出信號十分微弱,且波形有所畸變,因此傳感器信號可先送入振動信號前端處理電路中進行預處理;時基發(fā)生電路中的10M晶振產(chǎn)生的時基脈沖經(jīng)4分頻后成為3M方波脈沖信號,并經(jīng)施密特反相器整形后送入計算機采集卡,可作為傳感器光電脈沖信號的測量基準和采集計時標準;雙向通訊和報警電路可實現(xiàn)與計算機的雙向信號聯(lián)絡和“握手”,實現(xiàn)該信號處理電路和計算機的協(xié)調(diào)工作;此外,該部分電路包含報警功能,在采集卡輸出信號的驅動之下,通過大功率三極管驅動蜂鳴器和發(fā)光二極管發(fā)出聲光報警;計算機內(nèi)的PC836型數(shù)據(jù)采集卡具有24路開關量輸入輸出通道以及6路獨立的16位計數(shù)器輸入通道,最高計數(shù)頻率10MHz,并且隨卡帶有VC++、VB的接口軟件;本實用新型充分考慮了漁船運行和我國船員文化基礎相對較低的特點,在計算機屏幕上實時生成顯示各個測點的轉速、扭角、扭振信號及FFT頻譜圖,界面直觀形象,系統(tǒng)操作方便,并且可以任意實時檢測軸系多點瞬時轉速差和扭振表化規(guī)律,總體結構設計合理、功能齊全、技術先進、經(jīng)濟性好,面向船舶推廣具有較大價值。


圖1為本實用新型的結構示意圖;圖2為本實用新型振動信號前端處理電路的電路圖;圖3為本實用新型使用時監(jiān)測系統(tǒng)軟件的結構模塊圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
如圖所示,一種船舶軸系扭振實時檢測與診斷系統(tǒng),包括設置在柴油機曲軸前端處的系統(tǒng)扭振應力基準傳感器1、設置在滾動軸承后的中間軸前端的結點振動狀態(tài)傳感器2和設置在靠近螺旋槳位置的尾軸上的單結最大振幅傳感器3,三個傳感器均采用型號為HY860F的光電式三通道傳感器,三個傳感器1、2、3與一個振動信號前端處理電路4的輸入端連接,振動信號前端處理電路4的輸出端與設置在計算機5上的具有24路開關量輸入輸出通道以及6路獨立的16位計數(shù)器輸入通道的PC836型數(shù)據(jù)采集卡6連接,計算機5連接有打印機等外圍設備7。
振動信號前端處理電路4包括三個信號放大整形電路41、一個時基發(fā)生電路42、一個雙向通訊和報警電路43和一個電源電路44。雙向通訊和報警電路43包括一個型號為13X2PIN的發(fā)送模塊J1,一個型號為5X2PIN接收模塊J2和聲光報警電路45,聲光報警電路45包括一個蜂鳴器B1、一個發(fā)光二極管D1、一個5伏直流電源和一個三極管Q1,三極管Q1的發(fā)射極接地,三極管Q1的集電極與蜂鳴器B1和發(fā)光二極管D1的負端并接,蜂鳴器B1的正端與5伏直流電源連接,發(fā)光二極管D1的正端通過電阻R1與5伏直流電源連接,三極管Q1的基極通過電阻R2與接收模塊J2連接;信號放大整形電路41包括型號為TL084的放大器U1,放大器U1輸出的信號經(jīng)過型號為74LS14的反向放大器IC1后,一路輸送到型號為4081的與門電路芯片IC2的第1腳,另一路輸送到雙向通訊和報警電路43的接收模塊J1,與門電路芯片IC2的第2腳與雙向通訊和報警電路43的接收模塊J2連接,與門電路芯片IC2的第3腳與雙向通訊和報警電路43的發(fā)送模塊J1;時基發(fā)生電路42中10M晶振Y1產(chǎn)生的時基脈沖經(jīng)4分頻后成為3M方波脈沖信號,并經(jīng)型號為74LS14的施密特反相器整形后送入計算機采集卡,作為傳感器光電脈沖信號的測量基準和采集計時標準;電源電路44中使用7805和7905三端穩(wěn)壓器可以為整個處理電路提供精密穩(wěn)定的電源電壓。
計算機5的屏幕上顯示有各個測點的轉速、扭角、扭振信號及FFT頻譜圖。
振動信號經(jīng)采集卡6進入計算機5后,轉化為保存在計算機5數(shù)據(jù)文件中的振動幅度時間序列。用軟件對這些振動數(shù)據(jù)作預處理,方法是先對振動數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波,去除干擾,然后對時間序列作快速傅立葉變換(FFT),從而獲得振動信號的頻譜分布,并在計算機5的屏幕上動態(tài)顯示信號的時間波形和頻譜圖。
正確地描述頻譜特征是故障識別的關鍵。軸系發(fā)生振動時,信號的頻譜能量分布規(guī)律將發(fā)生變化,通過分析頻譜特征的變化,可以識別振動故障原因。將整個頻段均勻劃分為8個子段,然后對每一子段內(nèi)的幅值進行求和作為該段的特征值,使8個子段構成一個內(nèi)含8個分量的特征矢量。該特征矢量真實反映了頻譜圖的能量分布規(guī)律,并且通過智能軟件可識別該特征矢量的軸系故障原因。
為了測試和分析的便利,設置一套基于Windows的由在線監(jiān)測、離線分析、參數(shù)設置、報警系統(tǒng)等多個模塊組成的軸系故障在線監(jiān)測及報警系統(tǒng)軟件,所有振動數(shù)據(jù)用計算機5的數(shù)據(jù)文件實時保存,并可對歷史數(shù)據(jù)進行重演和事后分析。該實時檢測與診斷系統(tǒng)模塊圖如附圖3所示各模塊主要功能如下1.數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集卡PC836型,具有24路開關量輸入輸出通道,最高記數(shù)頻率10MHZ,隨卡帶有VC++、VB的接口軟件,可以采集3個通道的位移、速度和加速度的振動信號,采集數(shù)據(jù)按時間間隔的不同,貯存在計算機3個數(shù)據(jù)文件中,系統(tǒng)巡檢1次時間為30秒。
2.在線監(jiān)測模塊每隔30秒采集一次軸系各測點的轉速,采集時間持續(xù)20秒,經(jīng)預處理后,用軟件計算各測點處的扭振波形,然后以此為依據(jù)計算其FFT譜,并計算不同測點處的轉速差和扭角差,作趨勢分析和神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷,所有計算和診斷結果以曲線和圖形的形式直觀地顯示在計算機屏幕上。每次采集到的原始數(shù)據(jù)被實時地保存到計算機的數(shù)據(jù)庫中供離線分析之用。
3.離線分析模塊用來對以前采集到的振動數(shù)據(jù)進行事后分析和重演,它從計算機數(shù)據(jù)庫中直接獲取以前采集的原始振動數(shù)據(jù),然后進行類似在線監(jiān)測時的各種分析和診斷,并在計算機屏幕上顯示相關結果。該功能在實際使用時十分方便,測試人員只要在現(xiàn)場作一次全面的采集后,就可把所有數(shù)據(jù)帶回辦公室進行脫機分析,反復模擬采集過程,進行進一步的分析和推斷。另外,由于系統(tǒng)實時記錄了所有原始數(shù)據(jù),因此該功能可重演事故的發(fā)生過程,對事故分析和故障原因分析具有重大作用。
4.參數(shù)設置模塊具有可修改系統(tǒng)的各種預設參數(shù)功能,如扭角報警值,神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練步數(shù),已知故障類型,最大限度地增加系統(tǒng)的靈活性和實用性。
5.報警系統(tǒng)模塊依據(jù)測得的軸系最大扭角、振幅和故障診斷結果,當扭角、振幅超過設定的“警告”和“危險”報警值時,驅動報警電路即時發(fā)出聲光報警。
本實用新型經(jīng)過實際使用驗證,主要有以下幾個方面的特點1.在線檢測實時性好,每采集1000個數(shù)據(jù),只耗時5秒,并且能自動顯示診斷分析結果。
2.隨時調(diào)用歷史數(shù)據(jù)記錄,進行離線分析診斷,采用大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理數(shù)據(jù),使用方便。
3.神經(jīng)網(wǎng)絡診斷結果以二維截面顯示,故障興奮點、正常運行點、未知故障點、樣本點均以不同顏色表示,直觀形象,便于理解。
4.通過設置相應的軟件,可提供多種類型的圖譜分析,相互轉換快捷靈活。
5.用戶可以自行設置系統(tǒng)參數(shù),具有通道、刷新頻率、樣本訓練步數(shù)、樣本添加等多項設置功能。
6.通過設置具有BP網(wǎng)絡和自組織神經(jīng)網(wǎng)絡等多種算法功能的軟件,可以滿足軸系檢測信號的不同要求。
權利要求1.一種船舶軸系扭振實時檢測與診斷系統(tǒng),包括取樣傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機和計算機外圍設備,其特征在于所述的取樣傳感器包括設置在柴油機曲軸前端處的系統(tǒng)扭振應力基準傳感器、設置在滾動軸承后的中間軸前端的結點振動狀態(tài)傳感器和設置在靠近螺旋槳位置的尾軸上的單結最大振幅傳感器,所述的數(shù)據(jù)采集卡為多通道數(shù)據(jù)采集卡,所述的取樣傳感器與所述的數(shù)據(jù)采集卡之間設置有振動信號前端處理電路。
2.如權利要求1所述的一種船舶軸系扭振實時檢測與診斷系統(tǒng),其特征在于所述的振動信號前端處理電路包括三個信號放大整形電路、一個時基發(fā)生電路、一個雙向通訊和報警電路和一個電源電路。
3.如權利要求2所述的一種船舶軸系扭振實時檢測與診斷系統(tǒng),其特征在于所述的雙向通訊和報警電路包括發(fā)送模塊、接收模塊和聲光報警電路,所述的聲光報警電路包括一個蜂鳴器、一個發(fā)光二極管、一個5伏直流電源和一個三極管,所述的三極管的發(fā)射極接地,所述的三極管的集電極與所述的蜂鳴器和所述的發(fā)光二極管的負端并接,所述的蜂鳴器的正端與5伏直流電源連接,所述的發(fā)光二極管的正端通過電阻與5伏直流電源連接,所述的三極管的基極通過電阻與所述的接收模塊連接。
4.如權利要求3所述的一種船舶軸系扭振實時檢測與診斷系統(tǒng),其特征在于所述的信號放大整形電路包括一個放大器,所述的放大器輸出的信號經(jīng)過一個反向放大器后,一路輸送到與門電路芯片的第1腳,另一路輸送到所述的雙向通訊和報警電路的接收模塊,所述的與門電路芯片的第2腳與所述的雙向通訊和報警電路的接收模塊連接,所述的與門電路芯片的第3腳與所述的雙向通訊和報警電路的發(fā)送模塊連接。
5.如權利要求2所述的一種船舶軸系扭振實時檢測與診斷系統(tǒng),其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集卡為具有24路開關量輸入輸出通道以及6路獨立的16位計數(shù)器輸入通道的PC836型采集卡。
6.如權利要求1所述的一種船舶軸系扭振實時檢測與診斷系統(tǒng),其特征在于所述的計算機屏幕上顯示有各個測點的轉速、扭角、扭振信號及FFT頻譜圖。
專利摘要本實用新型公開了一種船舶軸系扭振實時檢測與診斷系統(tǒng),包括取樣傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機和計算機外圍設備,特點是取樣傳感器包括設置在柴油機曲軸前端處的系統(tǒng)扭振應力基準傳感器、設置在滾動軸承后的中間軸前端的結點振動狀態(tài)傳感器和設置在靠近螺旋槳位置的尾軸上的單結最大振幅傳感器,數(shù)據(jù)采集卡為多通道數(shù)據(jù)采集卡,取樣傳感器與數(shù)據(jù)采集卡之間設置有振動信號前端處理電路,優(yōu)點在于能夠實現(xiàn)對船舶軸系扭振的多通道實時檢測,幫助人們及時發(fā)現(xiàn)和排除事故隱患,有效減少經(jīng)濟損失。通過在計算機上設置相應的軟件,可將所有振動數(shù)據(jù)用計算機數(shù)據(jù)文件實時保存,并可對歷史數(shù)據(jù)進行重演和事后分析。
文檔編號G01H1/00GK2890860SQ200520117070
公開日2007年4月18日 申請日期2005年12月8日 優(yōu)先權日2005年12月8日
發(fā)明者馮志敏, 胡海剛, 王炳輝, 胡志剛 申請人:寧波大學
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