專利名稱：一種無附加傳感器的垂直回轉(zhuǎn)體動平衡檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種無附加傳感器的垂直回轉(zhuǎn)體動平衡檢測系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種動平衡檢測系統(tǒng)，尤其涉及一種無附加傳感器的動平衡檢測 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]常用機械中包含著大量的作旋轉(zhuǎn)運動的零部件，例如各種傳動軸、主軸、轉(zhuǎn)臺和電 動機等，統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)體。在理想的情況下回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時與不旋轉(zhuǎn)時，對軸承產(chǎn)生的壓力是一 樣的，這樣的回轉(zhuǎn)體是平衡的回轉(zhuǎn)體。但工程中的各種回轉(zhuǎn)體，由于材質(zhì)不均勻或毛坯缺 陷、加工及裝配中產(chǎn)生的誤差，甚至設(shè)計時就具有非對稱的幾何形狀等多種因素，使得回轉(zhuǎn) 體在旋轉(zhuǎn)時，其上每個微小質(zhì)點產(chǎn)生的離心慣性力不能相互抵消，離心慣性力通過軸承作 用到機械及其基礎(chǔ)上，弓I起振動，振動的幅度將和物體的角速度、物體的不均衡點的有效質(zhì) 量、有效半徑、以及支撐物的剛度有關(guān)，產(chǎn)生了噪音，加速軸承磨損，運行不穩(wěn)等，嚴重影響 設(shè)備的使用壽命、安全性和設(shè)備的精度，嚴重時能造成破壞性事故。為此，必須對回轉(zhuǎn)體進 行平衡分析和補償，使其達到允許的平衡精度等級，或使產(chǎn)生的機械振動幅度降在允許的 范圍內(nèi)。[0003]國外的一些廠商提供的現(xiàn)場動平衡檢測設(shè)備一般都采用加速度傳感器和轉(zhuǎn)速傳 感器的方法進行平衡檢測計算，這樣不僅成本高，而且在某些場合操作不方便，所以一種根 據(jù)實際機械設(shè)備的特性，而研制一種適于在數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用，進行實時的動平衡監(jiān)測的無 附加傳感器動平衡檢測系統(tǒng)，是十分必要的。[0004]注本實用新型的系統(tǒng)中利用了下列技術(shù)內(nèi)容如

圖1所示動平衡分析裝置部分， 包括前端信號處理單元，主要用于對由于電機不平衡旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動信號進行采集和轉(zhuǎn)換 (外部表示不平衡旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動的信號，包含振動的頻率，幅度和相位等信息)，進行AD采樣 等操作，以達到調(diào)整信號輸入范圍，把振動信號的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，保證FFT信號處理 有足夠的帶寬。[0005]FIFO，主要作為外部輸入數(shù)據(jù)的緩沖單元(即對外部輸入電機不平衡旋轉(zhuǎn)造成振 動信號進行緩沖);將外部高速AD采集的數(shù)據(jù)暫存到FIFO中，等到FIFO滿后一次性將數(shù)據(jù) 送到雙端口 RAM儲存單元中，用于FFT處理器計算；控制單元主要作為各個單元協(xié)調(diào)工 作的控制器?？刂茊卧撠煯a(chǎn)生讀地址、寫地址、使能信號以及各個相關(guān)模塊的啟動信號。[0006]雙端口 RAM儲存單元，用于對外部輸入的原始數(shù)據(jù)進行緩存，以及用來暫存經(jīng)過 蝶形運算后的中間數(shù)據(jù)，每個蝶行運算的輸入輸出數(shù)據(jù)均要經(jīng)過RAM的讀寫操作。因此， RAM的頻繁讀寫操作速度對FFT的處理速度影響較大。為了加快FFT的運算速度，需要構(gòu) 造雙端口 RAM來加快數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝?；本實施例采用兩個雙端口 RAM存儲單元(即雙口 RAMl和雙口 RAM2)。顯示單元，用于對數(shù)據(jù)處理單元傳送過來的振動信息和補償信息的數(shù) 據(jù)進行顯示。[0007]FFT處理器，利用傅立葉變換對高速A/D采集到的時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號；FFT 處理器把FFT實時化的要求和芯片設(shè)計靈活性結(jié)合了起來，實現(xiàn)并行算法與硬件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化配置，提高了 FFT處理速度，滿足了振動信號分析處理的高速度、高分辨率、高可靠性的要求?？焖俑盗⑷~變換可以精確對振動頻率提純，而且可以得到由于回轉(zhuǎn)體不平衡旋(即電機不平衡旋轉(zhuǎn)造成振動信號)轉(zhuǎn)導(dǎo)致振動特征頻率的幅值和相位。[0008]數(shù)據(jù)處理單元，用于對FFT處理后的復(fù)域數(shù)據(jù)進行求模值運算和相位計算，根據(jù)在轉(zhuǎn)速一定的情況下，振動的模值和偏心點質(zhì)量成線性比例關(guān)系。通過求初始化質(zhì)量與振動信號的模值的比例系數(shù)，在轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過再次測量振動信號的模值和相位，利用這個比例系數(shù)來確定需要補償?shù)馁|(zhì)量(添加或是削減)M和相對位置，以輸出包括當前轉(zhuǎn)速，需要補償?shù)馁|(zhì)量(添加或是削減)和相對位置結(jié)果(即得到振動信號的幅頻特性和相位特性，基頻信號的幅值和相位反映出偏心點的相對質(zhì)量和相對位置與振動頻率的關(guān)系)。[0009]如圖2所示FFT處理器包括地址控制模塊、蝶形運算單元、旋轉(zhuǎn)因子表存儲單元和倒序模塊[0010]地址控制模塊用來產(chǎn)生使能信號，并起到各單元的時序控制作用，以及產(chǎn)生正確的旋轉(zhuǎn)因子表查找地址，以及RAM的讀寫地址，對各模塊的時序進行有效控制，保證系統(tǒng)正常工作。[0011 ] 所述蝶形運算單元，用于對存儲雙端口 RAM儲存單元的電機不平衡旋轉(zhuǎn)造成振動信號進行蝶形運算，所述蝶形運算按照抽取方式的不同可分為DIT-FFT (按時間抽取)和 DIF-FFT (按頻率抽取)算法。按照蝶形運算的構(gòu)成不同可分為基2、基4、基8和任意因子(2η，η為大于I的整數(shù))，以及分裂基等。為更清楚的表示蝶形運算單元的工作過程， 以基-2循環(huán)結(jié)構(gòu)為例進行說明(這也是本實用新型所述裝置的最優(yōu)實例，與流水線結(jié)構(gòu)相比，運算速度下降，但由于其只使用一個蝶形處理器，所以占用的資源最少，流水線結(jié)構(gòu)的運算速率是這種循環(huán)結(jié)構(gòu)的Iog2N倍。)，模型如圖3所示基-2FFT中，N為采樣點數(shù)，Ν=2μ， 共有M級運算，每級有Ν/2個2點FFT蝶形運算，因此N點FFT共有(N/2) Iog2N個蝶形運算。
I個基-2蝶形運算由I個復(fù)乘運算單元和2個復(fù)加運算單元組成。其公式如下
權(quán)利要求1.一種無附加傳感器的垂直回轉(zhuǎn)體動平衡檢測系統(tǒng)，包括將采集到的模擬量信號即電機不平衡旋轉(zhuǎn)造成振動信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的前端信號處理單元；連接前端信號處理單元，對外部輸入電機不平衡旋轉(zhuǎn)造成振動信號的數(shù)字量進行緩沖的FIFO單元；連接FIFO單元，將電機轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)體不平衡旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致振動特征頻率的幅值和相位的FFT處理器；連接FFT處理器、前端信號處理單元和數(shù)據(jù)處理單元，用于產(chǎn)生讀地址、寫地址、使能信號以及各個相關(guān)模塊的啟動信號和控制信號的控制單元；連接控制單元和FFT處理器，對外部輸入的原始數(shù)據(jù)進行緩存，以及用來暫存經(jīng)過蝶形運算后的中間數(shù)據(jù)的雙端口 RAM儲存單元；連接雙端口 RAM儲存單元，對FFT處理后的復(fù)域數(shù)據(jù)進行求模值運算和相位處理，通過振動的模值和偏心點質(zhì)量的關(guān)系對動平衡振動數(shù)據(jù)進行處理，輸出補償?shù)馁|(zhì)量和相對位置的數(shù)據(jù)處理單元；連接數(shù)據(jù)處理單元，對數(shù)據(jù)處理單元傳送過來的振動信息和補償信息的數(shù)據(jù)進行顯示的顯示單元；其特征在于前端信號處理單元通過電流傳感器連接到垂直回轉(zhuǎn)體的驅(qū)動電機的伺服驅(qū)動器上獲取驅(qū)動電流值；上述各單元進行數(shù)據(jù)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無附加傳感器的垂直回轉(zhuǎn)體動平衡檢測系統(tǒng)，其特征在于上述各組成模塊都集成在現(xiàn)場可編程門陣列FPGA中。
專利摘要本實用新型公開了一種無附加傳感器的垂直回轉(zhuǎn)體動平衡檢測系統(tǒng)，其特征在于前端信號處理單元通過電流傳感器連接到垂直回轉(zhuǎn)體的驅(qū)動電機的伺服驅(qū)動器上，將采集信號發(fā)送到與其連接的FIFO中；FFT處理器同F(xiàn)IFO相連接，將處理的中間數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)儲存在于其連接的雙端口RAM儲存單元中；數(shù)據(jù)處理單元同雙端口RAM存儲單元相連接，通過計算獲取輸出補償?shù)馁|(zhì)量和相對位置后發(fā)送于其連接的顯示單元上進行顯示；控制單元分別同前端信號處理單元、FFT處理器、雙端口RAM存儲單元以及數(shù)據(jù)處理單元相連接用于讀地址、寫地址、使能信號以及各個相關(guān)模塊的啟動控制。該系統(tǒng)具有誤差小、安裝方便和成本低廉等優(yōu)點適于廣泛推廣。
文檔編號G01M1/22GK202869740SQ20122022081
公開日2013年4月10日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者張贊秋, 于德海, 郝天陽, 李俊, 隋繼平 申請人:大連光洋科技工程有限公司