[发明专利]一种旋转机械的振动信号采集及故障实时监测系统及方法

权利要求书

1.一种旋转机械的振动信号采集及故障实时监测系统，其特征在于：包括布置在多个旋转设备采集节点处的加速度传感器和采集器，以及与多个采集器通过基站通讯连接的上位机；所述加速度传感器采用ICP传感器采集旋转设备上的振动信号，并与采集器上设置的传感器接口对应连接；所述采集器的内部包括电源模块、信号调理模块、AD转换模块、信号实时处理模块、微处理器、通信模块和SD卡；所述电源模块的输入端连接外部输入电源，输出端连接采集器内部的供电模块并连接ICP传感器提供恒流源；所述信号调理模块的输入端连接ICP传感器接收采集的振动信号，振动信号经调压、滤波后传输到AD转换模块；所述AD转换模块将振动信号由模拟信号转换成数字信号传输给信号实时处理模块；所述信号实时处理模块对数字信号进行简易诊断，并将判断出的故障信号传输给微处理器；所述微处理器将故障信号通过通信模块传输给上位机进行精密诊断，以及通过通信模块接收上位机发送的阈值和采集时间间隔的设定参数以及采集数据指令，并在网络通信中断和现场手动采集时将采集数据存储到SD卡。

2.根据权利要求1所述的一种旋转机械的振动信号采集及故障实时监测系统，其特征在于：所述信号实时处理模块的内部设置FIFO存储器和信号时域特征计算子模块；FIFO存储器对接收到的数字信号进行缓存并计算信号的相关时域特征，根据时域特征数值判断出大于设定阈值的故障信号。

3.根据权利要求2所述的一种旋转机械的振动信号采集及故障实时监测系统，其特征在于：所述信号实时处理模块内的阈值通过微处理器设定。

4.根据权利要求1所述的一种旋转机械的振动信号采集及故障实时监测系统，其特征在于：所述信号实时处理模块对数字信号进行的简易诊断过程中设置有定时采集模式，由微处理器控制采集时间间隔；信号实时处理模块通过定时采集模式为AD转换模块提供时钟信号，微处理器通过控制信号实时处理模块的分频信号来调节AD转换模块的采样频率。

5.根据权利要求1所述的一种旋转机械的振动信号采集及故障实时监测系统，其特征在于：所述信号实时处理模块采用FPGA芯片，所述微处理器的型号为STM32F103，所述通信模块的型号为NB-IoT模块。

6.利用上述任一权利要求的一种旋转机械的振动信号采集及故障实时监测系统的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S0、将ICP传感器和采集器对应分布在多个待监测旋转设备的采集节点处，供电电源为24V直流电源，供电方式为电池供电或连接电源适配器；

S1、ICP传感器采集旋转设备的振动信号，并传输给对应连接的采集器；

S2、采集器内的信号调理模块将接收的振动信号通过衰减电路调整电压范围到0-2V，再通过低通滤波电路滤掉大于采样频率的频率成分，滤波后传输给AD转换模块；

S3、AD转换模块将接收的模拟信号转换成位宽为8的数字信号传输给信号实时处理模块进行简易诊断；

S4、信号实时处理模块通过FIFO存储器对接收到的数字信号进行缓存并计算信号的相关时域特征，相关时域特征包括峭度指标、脉冲指标和裕度指标，并将计算数据大于设定阈值的故障信号通过相应管脚输出高电平信号给微处理器；

同时信号实时处理模块在定时采集模式时根据设置时间定时选通数据通道；

S5、微处理器将接收的故障信号和定时采集的振动信号通过通信模块传输给上位机进行精密诊断；并在网络通信中断和现场手动采集时将采集数据存储到SD卡。

7.根据权利要求6所述的一种旋转机械的振动信号采集及故障实时监测系统及方法，其特征在于：步骤S4中，峭度指标、脉冲指标和裕度指标均为量纲为一的参数指标，计算公式为：

峭度指标：

脉冲指标：

裕度指标：

其中K为峭度指标，I为脉冲指标，L为裕度指标；X_i为振动信号序列的单个数据值；为数据平均值，计算公式为n为采集点个数。