本實用新型涉及一種滾動軸承聲振聯(lián)合遠程監(jiān)測裝置，屬于故障診斷領域。

背景技術：

滾動軸承是旋轉機械中應用最廣泛的通用機械零件，其運行狀態(tài)對旋轉機械的性能有著直接影響。由于其運行環(huán)境惡劣，再加上機械結構復雜程度的增加，容易受損致使故障產(chǎn)生，造成嚴重的經(jīng)濟損失，甚至導致人員傷亡。目前軸承故障的診斷主要依靠人工經(jīng)驗，維護成本高，并且很難及時預測故障的發(fā)生。在線監(jiān)測設備采集僅僅采集振動信號，容易產(chǎn)生誤判，導致監(jiān)測成本過大，監(jiān)測周期過長等；或者監(jiān)測不準確，無法監(jiān)測到滾動軸承出現(xiàn)裂痕的情況，無法提前對滾動軸承是否發(fā)生故障進行預判，導致出現(xiàn)大的故障時候才發(fā)現(xiàn)相應情況。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種滾動軸承聲振聯(lián)合遠程監(jiān)測裝置，通過振動信號和聲波信號對滾動軸承進行聯(lián)合監(jiān)測，使監(jiān)測裝置的監(jiān)測更加全面、有效、精準，提前判斷滾動軸承的故障，提前進行保養(yǎng)和維護，對滾動軸承故障遠程監(jiān)測具有重要的意義。

本實用新型采用的技術方案是：一種滾動軸承聲振聯(lián)合遠程監(jiān)測裝置，包括滾動軸承1、聲發(fā)射傳感器2、加速度傳感器3、信號采集處理器4、模數(shù)轉換模塊5、STM32微控制器6、電源模塊7、以太網(wǎng)模塊8、路由器9、PC機10；

所述聲發(fā)射傳感器2和加速度傳感器3分別固定在滾動軸承1正上方和滾動軸承1上，聲發(fā)射傳感器2的輸出端與信號采集處理器4的輸入端連接，加速度傳感器3的輸出端與模數(shù)轉換模塊5的輸入端連接，信號采集處理器4的輸出端和模數(shù)轉換模塊5的輸出端通過SPI接口與STM32微控制器6輸入端連接，STM32微控制器6的輸出端通過以太網(wǎng)模塊8連接路由器9，路由器9通過Internet網(wǎng)與PC機10連接，PC機10采用ITD方法對接收到的信號數(shù)據(jù)進行分析處理，電源模塊7對信號采集處理器4、模數(shù)轉換模塊5、STM32微控制器6和以太網(wǎng)模塊8進行電源供電。

優(yōu)選地，所述的滾動軸承1上安裝有三個加速度傳感器3，分別對測試軸承進行軸向、徑向以及垂直方向的振動信號采樣。

優(yōu)選地，所述的模數(shù)轉換模塊5的型號為ADS1256，有8個通道，每個通道都集成了低通濾波模塊、可編程增益放大器以及分辨率達24位的模/數(shù)轉換器。

優(yōu)選地，所述的STM32微控制器6的型號為STM32F429，用于信號接收和無線通信。

優(yōu)選地，所述的以太網(wǎng)模塊8采用W5500以太網(wǎng)控制芯片。

本實用新型的工作原理是：以工業(yè)現(xiàn)場滾動軸承運行狀態(tài)下的聲波信號和振動信號為實驗數(shù)據(jù)，通過聲發(fā)射傳感器2及信號采集處理器4采集聲波信號，通過模數(shù)轉換模塊5采集振動信號，通過SPI接口將采集的聲波信號、振動信號送入STM32微控制器6，STM32微控制器6提取后的數(shù)據(jù)依次通過以太網(wǎng)模塊8、路由器9、Internet網(wǎng)發(fā)送到PC機10，PC機10結合ITD方法對數(shù)據(jù)進行分析處理，實現(xiàn)對滾動軸承運行狀態(tài)的遠程監(jiān)控。若軸承處于故障運行狀態(tài)，系統(tǒng)報警提醒現(xiàn)場工作人員及時排除故障，由此保證工業(yè)生產(chǎn)設備的正常運行。

本實用新型的有益效果是：通過振動信號和聲波信號對滾動軸承進行聯(lián)合監(jiān)測，使監(jiān)測裝置的監(jiān)測更加全面、有效、精準，提前判斷滾動軸承的故障，提前進行保養(yǎng)和維護，對滾動軸承故障遠程監(jiān)測具有重要的意義。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為正常情況下ITD分解圖；

圖3為正常情況下Hilbert包絡圖；

圖4為故障情況下ITD分解圖；

圖5為故障情況下Hilbert包絡圖。

圖中各標號：1-滾動軸承，2-聲發(fā)射傳感器，3-加速度傳感器，4-信號采集處理器，5-模數(shù)轉換模塊，6-STM32微控制器，7-電源模塊，8-以太網(wǎng)模塊，9-路由器、10-PC機。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步說明。

實施例1：如圖1-5所示，一種滾動軸承聲振聯(lián)合遠程監(jiān)測裝置，包括滾動軸承1、聲發(fā)射傳感器2、加速度傳感器3、信號采集處理器4、模數(shù)轉換模塊5、STM32微控制器6、電源模塊7、以太網(wǎng)模塊8、路由器9、PC機10；

所述聲發(fā)射傳感器2和加速度傳感器3分別固定在滾動軸承1正上方和滾動軸承1上，聲發(fā)射傳感器2的輸出端與信號采集處理器4的輸入端連接，加速度傳感器3的輸出端與模數(shù)轉換模塊5的輸入端連接，信號采集處理器4的輸出端和模數(shù)轉換模塊5的輸出端通過SPI接口與STM32微控制器6輸入端連接，STM32微控制器6的輸出端通過以太網(wǎng)模塊8連接路由器9，路由器9通過Internet網(wǎng)與PC機10連接，PC機10采用ITD方法對接收到的信號數(shù)據(jù)進行分析處理，電源模塊7對信號采集處理器4、模數(shù)轉換模塊5、STM32微控制器6和以太網(wǎng)模塊8進行電源供電。信號采集處理器4，其作用是采集聲發(fā)射傳感器輸出的電信號，并對其進行分析和處理，并把分析的結果傳輸?shù)絊TM32微控制器6上。

本實用新型在滾動軸承1的正上方安裝聲發(fā)射傳感器2，進行軸承聲波信號采樣，所述的聲發(fā)射傳感器2，能夠探測涵蓋從低頻到高頻的所有信息，不受現(xiàn)場可聽見噪聲的影響，對故障缺陷診斷的靈敏度高，可實現(xiàn)早期故障診斷,因此特別適合用于滾動軸承的聲波信號的提取。由于滾動軸承在工作時振動比較強烈,噪聲較大，將聲發(fā)射傳感器2安裝在滾動軸承1的正上方,可以有效減少滾動軸承1本身的振動噪聲對聲發(fā)射傳感器2檢測數(shù)據(jù)的影響。在滾動軸承1上安裝加速度傳感器3，對振動信號采樣，所述的加速度傳感器3，擁有足夠的擴展動態(tài)范圍，且?guī)拰?，保證了對振動信號故障頻段的完美覆蓋，因此特別適合用于滾動軸承的振動信號的提取。

本實用新型通過聲發(fā)射傳感器2采集聲波信號數(shù)據(jù)，信號采集處理器4對信號進行分析；加速度傳感器3采集振動信號數(shù)據(jù)，傳輸?shù)紸DS1256將模擬采樣信號轉換為數(shù)字采樣信號，轉換后的數(shù)據(jù)通過SPI口傳輸給STM32微控制器。經(jīng)過STM32微控制器處理后存入擴展的SRAM靜態(tài)存儲器，再通過以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到路由器上。

進一步地，所述的滾動軸承1上安裝有三個加速度傳感器3，分別對測試軸承進行軸向、徑向以及垂直方向的振動信號采樣。

進一步地，所述的模數(shù)轉換模塊5的型號為ADS1256，有8個通道，每個通道都集成了低通濾波模塊、可編程增益放大器以及分辨率達24位的模/數(shù)轉換器。使系統(tǒng)在采集振動信號時的數(shù)據(jù)變得更加可靠，而且在硬件電路設計上簡化了振動信號采集的模擬部分。ADS1256集成芯片使系統(tǒng)在采集振動信號時的數(shù)據(jù)變得更加可靠，而且在硬件電路設計上簡化了振動信號采集的模擬部分。

進一步地，所述的STM32微控制器6的型號為STM32F429，用于信號接收和無線通信。

進一步地，所述的以太網(wǎng)模塊8采用W5500以太網(wǎng)控制芯片，該芯片體外部電路連接簡單，體積小，可滿足絕大多數(shù)以太網(wǎng)接入服務要求，開發(fā)成本低等優(yōu)點。適合在噪聲干擾嚴重的工業(yè)場所確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

滾動軸承故障診斷的方法有很多，最常用的故障診斷方法是對滾動軸承的振動信號進行分析。本征時間尺度分解(Intrinsic Time-scale Decomposition，ITD)是一種自適應時頻分析方法，該方法在抑制端點效應、拆解效率等方面都明顯優(yōu)點。

本實用新型通過配置傳感器實現(xiàn)軸承所需監(jiān)測點參數(shù)數(shù)據(jù)的采集具體工作過程如下：

本實用新型系統(tǒng)PC機端分析界面使用Visual Studio 2013進行開發(fā)設計。主窗口包括數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)分析部分，數(shù)據(jù)顯示部分包括采樣數(shù)據(jù)的時域波形顯示和十進制數(shù)顯示，數(shù)據(jù)分析部分為采樣數(shù)據(jù)的ITD方法分析。ITD分析方法可以單獨分析聲發(fā)射傳感器2采集的聲波信號數(shù)據(jù),也可以單獨分析加速度傳感器3采集的振動信號數(shù)據(jù), 將振動信號和聲波信號同時進行分析，可以提高故障診斷的準確性。采樣數(shù)據(jù)通過ITD分解得到4個PR分量，依次顯示在系統(tǒng)界面右側的分析窗口中。當分析處理的結果顯示軸承發(fā)生故障時，系統(tǒng)界面會自動報警，系統(tǒng)報警提醒現(xiàn)場工作人員及時排除故障，由此保證工業(yè)生產(chǎn)設備的正常運行。

將接收到的滾動軸承正常運轉時候的振動信號數(shù)據(jù)在PC機10上通過ITD分解，如圖2所示,可以看到將正常數(shù)據(jù)分為了 4個PR分量，選取第一個分量進行Hilbert包絡譜分析，如圖3所示可以看出沒有明顯的沖擊成份，說明軸承是正常運轉的。

將接收到的滾動軸承故障運轉時候的振動信號數(shù)據(jù)在PC機10通過ITD分解，如圖4所示,可以看到將正常數(shù)據(jù)分為了 4個PR分量，選取第一個分量進行Hilbert包絡譜分析，如5所示可以看出有明顯的沖擊成份，說明軸承是運轉時發(fā)生故障，此時系統(tǒng)界面會自動報警，系統(tǒng)報警提醒現(xiàn)場工作人員及時排除故障，由此保證工業(yè)生產(chǎn)設備的正常運行。

在PC機10上通過ITD分解法分析聲發(fā)射傳感器2采集的聲波信號數(shù)據(jù)的情況與上述分析振動信號數(shù)據(jù)的情況類似,均可以明顯看出滾動軸承是否發(fā)生故障,通過對將振動信號和聲波信號同時進行分析，可以提高故障診斷的準確性。

上面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。