DSP滾動軸承實時故障診斷系統(tǒng)設(shè)計方案解析

1．引言
　　滾動軸承是各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種通用機(jī)械部件，它的運(yùn)行狀態(tài)是否正常往往直接影響到整臺機(jī)器的性能。據(jù)統(tǒng)計，在使用滾動軸承的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，由于滾動軸承損壞而引起的故障約占30％［1］。由此可見，滾動軸承的故障診斷在工程中還是有其重要意義的。
　　一方面國內(nèi)企業(yè)的重要大型設(shè)備往往采用在線系統(tǒng)對設(shè)備的工況進(jìn)行監(jiān)測，但是在線系統(tǒng)價格高昂、通用性差、安裝和維護(hù)不便，不適用于大量的中小型設(shè)備。另一方面小型的振動檢測儀只是起到對數(shù)據(jù)采集和存儲的作用，而且數(shù)據(jù)的分析需要有豐富經(jīng)驗的人去從事，難以實現(xiàn)實時診斷的要求。本文設(shè)計的以TI公司生產(chǎn)的TMS320C6713為數(shù)字信號處理器的滾動軸承實時故障診斷系統(tǒng)，就可以滿足中小型設(shè)備實時智能故障診斷的需要［2］。
　　2．滾動軸承實時故障診斷系統(tǒng)原理
　　滾動軸承實時故障診斷系統(tǒng)主要包括硬件部分和軟件部分兩個方面：
　?。?） 硬件部分：主要用模擬電路實現(xiàn)共振解調(diào)技術(shù)［3-4］和數(shù)字信號處理電路設(shè)計。故障產(chǎn)生的沖擊信號使得硬件諧振器發(fā)生共振，通過諧振器的共振響應(yīng)將微弱的沖擊信號調(diào)制到高頻的共振信號中去，再用解調(diào)的辦法對高頻信號處理，進(jìn)而獲得一種剔除了低頻振動干擾的共振解調(diào)波，由此達(dá)到精確診斷的目的。最后信號通過A/D轉(zhuǎn)換后，再送入DSP進(jìn)行FFT變換。
　?。?） 軟件部分：主要是基于DSP對共振解調(diào)后的振動信號進(jìn)行故障特征的識別與診斷。DSP對AD傳送來的數(shù)字信號進(jìn)行時頻轉(zhuǎn)換，得到振動信號的頻譜圖，系統(tǒng)能自動分析頻譜，得出故障位置、故障類型、嚴(yán)重程度等結(jié)論并通過LCD顯示出來。
　　
　　3．系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
　　本系統(tǒng)采用的是硬件共振解調(diào)技術(shù)來實現(xiàn)軸承的故障診斷，它比軟件共振解調(diào)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以有效的提取機(jī)械早期故障的微沖擊信號，在故障早期實現(xiàn)預(yù)知維修［5］，此外用硬件實現(xiàn)比用軟件實現(xiàn)運(yùn)算速度快，更好的體現(xiàn)了實時診斷的要求。
　　系統(tǒng)硬件設(shè)計的主要原理：
　?。?） 振動信號處理電路，它主要包括振動信號預(yù)處理電路及共振解調(diào)處理電路部分，如圖2所示：
　　
　　① 前端振動傳感器檢測到軸承的振動信號（其中包含諧振器的共振信號）。