專利名稱：一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測裝置及方法
技術領域：
本發明涉及發動機領域，尤其涉及一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測裝置及 方法。
背景技術：
發動機是汽車的核心組件，有人稱它為汽車的心臟。其質量的好壞直接影響到整車 質量的好壞。發動機檢測指標眾多，其中最難、最復雜的一個項目為振動(即噪音)檢 測。隨著科學技術的不斷進步、生產工藝的不斷提高，就發動機單個零部件來說，在靜 態下出現質量問題的可能性越來越小。然而，將成千上百個零部件經過不同工序的裝配， 最后成為發動機成品時，難免會產生相關零部件之間耦合不暢，而這些現象往往只有在 發動機轉動起來后，通過發動機轉動聲音(即振動)才能夠體現出來。那么如何來判定 它的好壞呢？傳統的方法是通過人的聽覺來進行的，但這明顯存在人為偏差、判斷精度 低、效率不高、以及判定依據和判定結果無法保存等致命缺點，這遠遠不能適應現代社 會大規模生產的需要。為了解決這一問題，對發動機振動檢測技術已有了一定地研究，
目前世界上通常的發動機跟蹤分析方法，是采用以發動機轉速計脈沖信號作為采集振動 數據的外部時鐘，并通過跟蹤過濾器裝置將振動信號采集到計算機中，進行分析和判定。
由于此方法對轉速精度要求很高，在實際應用中往往會產生測量不準的現象，而且它還 需要一個跟蹤過濾器裝置來實現對振動信號的過濾，所以成本相對來說比較高的，而且 還有分析結果離散性高的弱點，不利于實際推廣和應用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種基于振動信號的發動 機狀態跟蹤檢測裝置。
本發明解決上述技術問題所采取的技術方案為一種基于振動信號的發動機狀態跟 蹤檢測裝置。包括傳感器、數據采集器、發動機檢測計算機，還包括信號放大器、信號 傳輸線纜、信號放大器、發動機轉速轉換器和發動機轉速控制器；傳感器與信號放大器 通過信號傳輸線纜相連接，信號放大器與數據采集器相連，數據采集器同時連接發動機 檢測計算機，該發動機檢測計算機與連接發動機轉速控制器相連接以實現發動機轉速的 變化控制，發動機轉速轉換器與信號采集器相連接。
作為一種改進，上述的傳感器是加速度傳感器。
作為一種改進，上述的加速度傳感器至少為兩個，與之相對應地，信號放大器是多
路信號放大器，數據采集器是多路數據采集器。
作為一種改進，上述的信號傳輸線纜的噪比為60dB到90dB之間。 作為一種改進，上述的信號放大器的信噪比為70dB到100dB之間。 本發明的另一目的是提供一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測方法，其包括以
下步驟
(1)按照發動機的型號分類，在發動機的轉速連續提升或下降過程中通過傳感器、
信號放大器和數據采集器采集在正常運行狀態下的發動機的振動信號，同時通過發動機 轉速轉換器采集發動機的轉速信號，將所述的振動信號和轉速信號傳遞至發動機檢測計 算機，利用發動機檢測計算機采用特定算法計算出振動頻率的強度值；
(2) 通過長期觀察對比發動機工作正常和工作異常時振動頻率的強度值的差異， 并結合發動機的實際故障情況，形成故障診斷數據庫；
(3) 在發動機的轉速連續提升或下降過程中通過傳感器、信號放大器和數據采集 器采集待檢測發動機的振動信號，同時通過發動機轉速轉換器采集發動機的轉速信號并 同時轉換成轉速電壓信號后傳遞至數據采集器，再由數據采集器將振動信號和轉速電壓 信號同步傳遞至發動機檢測計算機，利用發動機檢測計算機采用特定算法計算出振動頻 率的強度值，再將該強度值與所述的故障診斷數據庫進行對比從而判斷發動機的運行狀 態；
上述的的特定算法是首先間隔地在發動機轉速范圍內檢測出特定轉速的中心點，并 以該點為中心，對其前后固定數量的振動信號，分別進行快速傅立葉分析，最后在快速 傅立葉分析結果的基礎上對特定轉速的中心點的頻率進行倍頻歸類計算。
為了取得更好的技術效果，上述的快速傅立葉分析是按時間抽取的基-2 FFT算 法，其相關參數為采樣頻率50KHz至100KHz,采樣時間30至60秒，演 算長度即中心點前后固定數量的振動信號26至215。
上述的倍頻歸類計算是1/3倍頻歸類計算。
上述的振動信號是振動加速度信號。
上述的傳感器、信號放大器和數據采集器同時采集發動機不同位置的多路振動信號 并與轉速電壓信號同步傳遞至發動機檢測計算機。
與現有技術相比，本發明的優點在于由于本發明是將轉速信號通過數據采集器轉
換成轉速電壓信號后，與多路振動信號一起實時、同步地采集到發動機檢測計算機中。 發動機檢測計算機通過對轉速電壓信號的計算，檢索出振動分析的各個分析點，然后以 各點為中心對多路振動數據進行分析和判定。此方法對轉速信號要求不是很高，而且具 有實施成本低、分析速度快、分析結果穩定的特點。
圖1是本發明實施例的系統框圖。
具體實施例方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測裝置。包括傳感器、數據采集器、發動機 檢測計算機，還包括信號放大器、信號傳輸線纜、信號放大器、發動機轉速轉換器和發
動機轉速控制器；傳感器與信號放大器通過信號傳輸線纜相連接，信號放大器與數據采 集器相連，數據采集器同時連接發動機檢測計算機，該發動機檢測計算機與連接發動機 轉速控制器相連接以實現發動機轉速的變化控制，發動機轉速轉換器與信號采集器相連 接。上述的傳感器是加速度傳感器。上述的加速度傳感器至少為兩個，與之相對應地， 信號放大器是多路信號放大器，數據采集器是多路數據采集器。上述的信號傳輸線纜的
噪比為60到90dB之間，上述的信號放大器的信噪比為70到100dB之間。在本實施例 中，上述的加速度傳感器為三個，上述的信號傳輸線纜的噪比為75dB，上述的信號放大 器的信噪比為85dB。
上述各組成部件的原理及作用如下
信號收集器振動強度的大小往往會在位移、速度、加速度上體現出來。我們采用 高精度加速度傳感器作為信號收集器，來拾取發動機振動時產生的加速度信號，并將其 轉化為電荷信號。采用加速度傳感器的好處是，它不易受周圍噪音干擾，無需在特殊環 境下，如隔音室內進行，比較容易實施。
信號傳輸線纜該部件負責將信號收集器拾取到振動信號傳輸到信號放大器。為了
使信號在傳輸過程中不受外界因素的干擾(如電場、磁場信號、線纜受外力搖動等)，本
發明采用了抗干擾性極強的線纜，其抗干擾性能為噪比為60dB到90dB之間。
多路信號放大器信號收集器輸出的信號是比較微弱的電荷信號，此信號是無法輸
入到發動機檢測計算機中被處理的，我們必須對此信號進行放大，并將其轉換成電壓信 號。此功能是由信號放大器來實現的。為了防止在信號放大時，產生信號失真現象，本
發明選擇了高信噪比的放大器，其信噪比為70dB到100dB之間。
多路數據采集器數據采集器也叫模/數轉換器，其功能就是將模擬信號轉換成數
字信號，并將轉換后的數字信號傳輸到發動機檢測計算機中，以被分析和處理。在這里 它的功能是將信號放大器輸出的模擬電壓信號，轉換成數字信號，輸入到發動機檢測計 算機。由于被測對象發動機的體積較大， 一臺發動機需要有多個信號采集器對其不同部 位的振動信號進行實時拾取，這就意味著同時有多路振動信號采集到發動機檢測計算機 中，而且這幾路信號之間又存在密切的關聯度。所以本實施例采用的是各路采集時機完 全同步的數據采集器，以保證每路數據之間不存在延遲想象。
發動機轉速轉換器跟蹤分析是利用發動機轉速信號，來定位相應的分析點，所以 轉速信號的準確度是非常重要的。轉速轉換器是將安裝在發動機曲軸上的編碼盤，通過 曲軸轉角傳感器采集到的脈沖信號的頻率，轉換為電壓信號的一個裝置。脈沖信號的頻 率越高輸出電壓越高，反之輸出電壓則越低。轉換器輸出的速度電壓信號是通過多路數 據采集器輸入到發動機檢測計算機中。
發動機轉速控制器發動機速度由低到高或由高到低的變化控制，是由發動機撿測 計算機來主導實施，并通過發動機轉速控制器來實際完成的。
發動機檢測計算機通過安裝在發動機的實時檢測軟件，邊控制發動機轉速的同時， 邊采集發送機振動數據，并進行跟蹤分析和判定。
一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測方法，包括以下步驟-
(1) 按照發動機的型號分類，在發動機的轉速連續提升或下降過程中通過傳感器、 信號放大器和數據采集器采集在正常運行狀態下的發動機的振動信號，同時通過發動機 轉速轉換器采集發動機的轉速信號，將所述的振動信號和轉速信號傳遞至發動機檢測計 算機，利用發動機檢測計算機采用特定算法計算出振動頻率的強度值；
(2) 通過長期觀察對比發動機工作正常和工作異常時振動頻率的強度值的差異，
并結合發動機的實際故障情況，形成故障診斷數據庫；
(3)在發動機的轉速連續提升或下降過程中通過傳感器、信號放大器和數據采集 器采集待檢測發動機的振動信號，同時通過發動機轉速轉換器采集發動機的轉速信號并 同時轉換成轉速電壓信號后傳遞至數據采集器，再由所述的數據采集器將所述的振動信 號和所述的轉速電壓信號同步傳遞至發動機檢測計算機，利用發動機檢測計算機采用特 定算法計算出振動頻率的強度值，再將該強度值與所述的故障診斷數據庫進行對比從而
判斷發動機的運行狀態；
特定算法是首先間隔地在發動機轉速范圍內檢測出特定轉速的中心點，并以該點為 中心，對其前后固定數量的振動信號，分別進行快速傅立葉分析，最后在快速傅立葉分 析結果的基礎上對特定轉速的中心點的頻率進行倍頻歸類計算。
本實施例中，快速傅立葉分析是按時間抽取的基-2 FFT算法，其相關參數為 采樣頻率50KHz，采樣時間50秒，FFT演算長度即中心點前后固定數量的 振動信號4096個，FFT頻率分解成份采樣頻率+FFT演算長度42.2Hz。
本實施例中，倍頻歸類計算是1/3倍頻歸類計算。
本實施例中，振動信號是振動加速度信號。
本實施例中，傳感器、信號放大器和數據采集器同時采集發動機不同位置的多路振 動信號并與轉速電壓信號同步傳遞至發動機檢測計算機。
雖然本發明已通過參考優選的實施例進行了描述，但是，本專業普通技術人員應當 了解，在權利要求書的范圍內，可作形式和細節上的各種各樣變化。
權利要求
1、一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測裝置，包括傳感器、數據采集器、發動機檢測計算機，其特征在于還包括信號放大器、信號傳輸線纜、信號放大器、發動機轉速轉換器和發動機轉速控制器；所述的傳感器與所述的信號放大器通過所述的信號傳輸線纜相連接，所述的信號放大器與所述的數據采集器相連，所述的數據采集器同時連接所述的發動機檢測計算機，該發動機檢測計算機與所述的連接發動機轉速控制器相連接以實現發動機轉速的變化控制，所述的發動機轉速轉換器與所述的信號采集器相連接。
2、 根據權利要求1所述的一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測裝置，其特征 在于所述的傳感器是加速度傳感器。
3、 根據權利要求2所述的一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測裝置，其特征在于所述的加速度傳感器至少為兩個，與之相對應地，所述的信號放大器是多路信號 放大器，所述的數據采集器是多路數據采集器。
4、 根據權利要求1所述的一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測裝置，其特征在于所述的信號傳輸線纜的噪比為60dB到90dB之間。
5、 根據權利要求1所述的一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測裝置，其特征 在于所述的信號放大器的信噪比為噪比為70dB到100dB之間。
6、 一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測方法，其特征在于包括以下步驟(1) 按照發動機的型號分類，在發動機的轉速連續提升或下降過程中通過傳感器、 信號放大器和數據采集器采集在正常運行狀態下的發動機的振動信號，同時通過發動機 轉速轉換器采集發動機的轉速信號，將所述的振動信號和轉速信號傳遞至發動機檢測計算機，利用發動機檢測計算機采用特定算法計算出振動頻率的強度值；(2) 通過長期觀察對比發動機工作正常和工作異常時振動頻率的強度值的差異， 并結合發動機的實際故障情況，形成故障診斷數據庫；(3) 在發動機的轉速連續提升或下降過程中通過傳感器、信號放大器和數據采集 器采集待檢測發動機的振動信號，同時通過發動機轉速轉換器采集發動機的轉速信號并 同時轉換成轉速電壓信號后傳遞至數據采集器，再由所述的數據采集器將所述的振動信 號和所述的轉速電壓信號同步傳遞至發動機檢測計算機，利用發動機檢測計算機采用特 定算法計算出振動頻率的強度值，再將該強度值與所述的故障診斷數據庫進行對比從而判斷發動機的運行狀態；所述的特定算法是首先間隔地在發動機轉速范圍內檢測出特定轉速的中心點，并以 該點為中心，對其前后固定數量的振動信號，分別進行快速傅立葉分析，最后在快速傅 立葉分析結果的基礎上對特定轉速的中心點的頻率進行倍頻歸類計算。
7、 根據權利要求6所述的一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測方法，其特征 在于:所述的快速傅立葉分析是按時間抽取的基-2 FFT算法，其相關參數為采 樣頻率50KHz至100KHz，采樣時間30至60秒，演算長度即中心點前后固 定數量的振動信號26至215。
8、 根據權利要求6所述的一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測方法，其特征 在于:所述的倍頻歸類計算是1/3倍頻歸類計算。
9、 根據權利要求6所述的一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測方法，其特征在于:所述的振動信號是振動加速度信號。
10、 根據權利要求7所述的一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測方法，其特征 在于傳感器、信號放大器和數據采集器同時采集發動機不同位置的多路振動信號并與 轉速電壓信號同步傳遞至發動機檢測計算機。
全文摘要
本發明公開了一種基于振動信號的發動機狀態跟蹤檢測裝置及方法，涉及發動機領域。該裝置包括傳感器、數據采集器、發動機檢測計算機，信號放大器、信號傳輸線纜、信號放大器、發動機轉速轉換器和發動機轉速控制器。該方法包括以下步驟(1)按照發動機的型號分類，計算出正常運行狀態下發動機的振動頻率的強度值；(2)通過長期觀察對比發動機工作正常和工作異常時振動頻率的強度值的差異，形成故障診斷數據庫；(3)計算出待檢測發動機的振動頻率的強度值，再將該強度值與所述的故障診斷數據庫進行對比從而判斷發動機的運行狀態。本發明對轉速信號要求不高，而且具有實施成本低、分析速度快、分析結果穩定的優點。
文檔編號G01H17/00GK101354315SQ200810120780
公開日2009年1月28日 申請日期2008年9月5日 優先權日2008年9月5日
發明者袁超勇 申請人:愛立邁科(寧波)計測儀器有限公司