轴承实时监测系统

　　使用NI CompactRIO 可以灵活配置采集系统，FPGA 的强大处理能力提升了系统的性能。此外基于LabVIEW 的图形化开发环境使得本系统开发时间大大缩短。而且与传统解决方案相比，节约了系统开发的成本。

　　1. 监控对象和传感器

　　监控对象我们选用Spectraquest 公司的轴承平衡故障仿真器。这个仿真器用于演示和研究运行中轴承故障和非平衡状态。仿真器有一个交流电机驱动旋转设备，交流电机的变频器提供一个面板，用户可以通过面板上的按钮和旋钮改变电机的转速。旋转设备内置一个光电传感器，可提供电机的转速信号。转轴上安装了两个铝制飞轮，在每个飞轮上有大小两圈等间隔的孔，用于安装配重。通过在不同位置安装配重来实现不平衡的旋转效果。整个旋转机构外套有一个玻璃罩子，用以保护使用者。　　

 

　　本系统主要监控旋转机械设备的动态特性，因此需要测量轴承振动、轴心偏移以及转速信号。振动信号采用4个IEPE振动传感器，分别测量轴前后段水平和垂直两个方向的振动，安装在轴承座上，如图 2左所示。IEPE 是振动传感器的一个工业标准，核心由两部分组成：感受力的压电材料和放大信号的集成电路。这种传感器具有灵敏、动态范围大、信噪比高、信号调理方便等特点。这里选用的振动传感器是上海北智技术有限公司的14115 型工业测振传感器，测量范围是250 g，灵敏度是100 mv/g。我们使用电涡流式位移传感器测量转轴偏移，这种传感器通过电磁感应效应测量被测金属导体距探头的距离。转轴恰好是金属体，同时位移传感器是非接触式的，测量时不会影响转轴本身的运动。在垂直于轴线的平面放置一个支架，如图 2右所示，与垂直方向夹角分别是45度和-45度安放两个位移传感器，这样可以测量轴心偏移。这里选用的位移传感器是北京京仪北方仪器仪表有限公司的ϕ8 mm 探头的电涡流传感器。量程是2 mm，灵敏度8mv/um。传感器的输出电压很小，产品中包括了配套的前置放大器，前置放大器需要提供-12和+12V 的直流供电。　　

 

　　转速信号是由故障仿真器自带的光电传感器提供，每转一圈就会有一个脉冲信号。信号脉冲高电平为5V。

　　2. 系统的设计平台配置(NI CompactRIO 的选型)

　　NI CompactRIO 平台提供了丰富的数据采集模块。振动传感器选择的是IEPE 的加速度传感器，系统使用NI 9234 同步动态信号采集卡，NI 9234 作为4 通道C 系列同步动态信号采集模块，可连接IEPE 与非IEPE 传感器，进行高精度振动/ 音频信号测量。NI 9234具有102 dB动态范围，对IEPE加速度传感器提供信号调理和交流耦合的功能。采集通道还提供自动调节采样率的内置抗混叠滤波器，同时以每通道高达51.2 kHz 的速率对信号进行数字化。