1、課程設計目的
1. 讓同學們了解檢測物件的構成和工作原理。
2. 讓同學們了解旋轉機械智慧型檢測系統的結構及組成，能夠根據需要確定系統的方案。
3. 檢測系統中各部分元、器件的工作原理、特點、作用，並能根據實際需要選擇合適的元、器件。
4. 掌握檢測系統設計的基本步驟，撰寫課程設計說明書
5. 掌握感測器的安裝方式和選擇
二、 檢測引數
本課程設計是以汽輪機為檢測物件，檢測引數為汽輪機的振動位移、速度和加速度。系統引數如下：
(1) 轉速範圍：100~3000r/min
(2) 位移峰-峰值：0~200μm，加速度峰-峰值：0~10000μm/s2
(3) 最高分析頻率：大於轉速的10倍
(4) 採用整週期取樣，每週期均勻取樣64個點，共採8個週期，採集資料樣本長度為512。
(5) 監測的機組為若干臺
三、檢測系統方案設計
1.測試部位的選擇
附圖1：檢測系統結構圖
2.測試點的確定
選擇水平方向、垂直方向和軸向方向三個測試方向
3.感測器的選擇和安裝
（1）、旋轉機械振動監測常用的感測器主要有電渦流感測器、速度感測器、壓電式加速度感測器。此測試系統選擇電渦流位移感測器
電渦流位移感測器的特點：採用非接觸測量，不受油汙等介質的影響；具有零頻率響應，且有頻率範圍寬(0~l0khz)；測量的線性範圍大，抗干擾能力強。
（2）、感測器型號
根據檢測引數：轉速範圍：100~30000r/min則轉頻f為1.5hz~500hz
又最高分析頻率：大於轉速的10倍
則最高分析頻率為15~5000hz
查設計指導書表4.1（附表如下）知：φ5、φ8、φ11、φ12、φ25頻率響應都能滿足要求
附：指導書4.1表
但綜合考慮安裝空間、測量範圍、靈敏度、解析度選擇直徑為φ8的電渦流感測器
（3）、電渦流感測器的安裝
1 電渦流感測器的安裝區域性裝配圖如附圖：徑向感測器區域性裝配圖、軸向感測器區域性裝配圖
2 電渦流感測器安裝是否合乎要求對測量精度及穩定性有一定影響，在具體安裝時應注意以下幾點：
a探頭與被測表面應垂直，其偏差應小於土50。
b探頭與支架聯接應牢固，支架應有很好的剛性，其固有頻率應遠離工作領率，以免支架振動帶來附加誤差；
c支架端麵應離開探頭感應面，其距離l＞3d，見圖4.7(a)，一般在3倍探頭直徑內不應有金屬體及台階面；
d若探頭安裝在機匣內，應如圖4.7(b)所示開乙個直徑為d深度為i的凹孔或錐角為900的錐形孔，要求d＞3d，i＞d。
e當有兩個以上探頭鄰近安裝時，見圖4.7(c)，為避免交叉失真，應使感測器之間距離e>d，d為探頭線圈外徑；
f測軸振動及軌跡時，最小檢測軸的直徑應大於4d，見圖4.7(d)；
g當被測物體位移由小到大，即正向位移時，感測器初始安裝位置應**性段的起點h1附近，見圖4.7(e)；反之，即負向位移時，感測器初始安裝位置應**性段的終點h2附近；若被測物體位移時大時小時，則應將感測器裝**性段的中點h0附近的區域。
4.資料採集卡的選擇
資料採集卡主要完成訊號的a/d轉換，a/d轉換將檢測到的模擬訊號轉換成數碼訊號，以便於計算機分析與處理。資料採集卡可由實際的工況要求，根據a/d轉換板的位數、轉換時間和記憶體大小等引數來選擇或設計。下面就資料採集過程中的相關概念和採集卡選擇時的一些問題進行論述。
取2.56倍的
所以=2.56*50*10*其中表示通道數
此測試系統共16個感測器，故需16個通道，綜合考慮**、方便性
初選多通道模／數轉換器ad7890
ad7890是一款8通道12位序列a／d轉換器，具有高轉換效率(轉換時間僅為5．9μs)、高速靈活的序列介面、多通道等優點。其中，ad7890-10輸入電壓範圍為-10～+10 v。tms320f2812處理器上整合了多種先進的外設，為實現電機及其他運動控制領域的應用提供了良好的平台，它所提供的spi介面通常用於dsp處理器和外部裝置及其他處理器之間的通訊。
需兩台ad7890ad轉換器
驗算 ad7890ad轉換器是否滿足要求
位數驗算
=0..024%<0.1%
所以滿足位數要求
轉換時間驗算
=2.56*50*10*=2.56*50*10*8=10240hz
則轉換時間t=0.00009765625s=97.65625>5.9
所以轉換時間滿足要求
記憶體大小選擇
經過轉換的振動訊號的資料，須在a/d轉換器上暫時貯存，以便等待主機呼叫，因此還需要考慮a/d轉換器上記憶體的大小。
如果轉換的訊號的通道數為，每個通道取樣的振動訊號資料的個數為個，選擇的a/d轉換晶元的位數為b位，現需要儲存n組的振動訊號資料，那麼記憶體位。注意，此處計算出的記憶體容量的單位為位（bit），而記憶體容量的一般單位為千位（kb：kilobit），因此必須把該記憶體容量除以1024，以便化為千位的單位，因此記憶體
=1*512*8*12/1024=48kb
其他選擇
(1) 輸入阻抗
a/d轉換板的輸入阻抗越大，對輸入的振動訊號的影響越小。一般選用的輸入阻抗應大於10mω。
(2) 最大輸入電壓
a/d轉換板的最大輸入電壓應大於實際的輸入的振動訊號的峰峰值電壓，但不能太大，以免影響測量精度。
(3) a/d觸發方式
一般的觸發方式有外電平觸發、外時鐘觸發、內軟體觸發等。
(4) a/d外觸發電平
一般有ttl電平、上公升沿電平觸發、下降沿電平觸發等。其它一些特定要求
5.轉速的檢測
對於實際執行的機器，往往需要同時採集多路振動訊號，並對交、直流分量分別採集，此外取樣頻率和取樣起始時刻等也必須根據機器的實際執行工況進行選擇。取樣控制模組的主要任務就是協調和控制取樣電路的正常工作。
1．轉速測量
轉速測量的主要功能：a)提供乙個相位基準資訊。對於機械振動，相位與頻譜是振動的主要特徵，它為工況分析和故障診斷提供重要的特徵資訊；b)轉速訊號可用於取樣頻率的確定，控制取樣，以保證振動訊號的整週期取樣。
轉速測量採用渦流式感測器，根據感測器獲得的單位時間內的脈衝數確定轉速。工程中通常採用渦流感測器。渦流感測器要求在轉子軸上標記線處開一條幾公釐深的鍵槽，設定前置器的輸出為負電平的脈衝訊號如圖4.
9所示。轉子轉一周則輸出乙個脈衝訊號，顯然，只要測得兩個脈衝間的時間t，就可求得轉子轉速或頻率。一般來講，鍵槽開的寬，脈衝也寬。
由於鍵槽有一定的寬度，因此參考脈衝訊號有一定的寬度，這時轉速測量取值應明確以脈衝前沿或後沿為觸發參考。如圖：
2. 取樣控制和整週期取樣
取樣控制電路對振動訊號採集模組不斷發出控制訊號或指令，以協調整個模組的正常工作。其主要功能如下：a)通道選擇控制；b)交直流選擇控制，可以分別採集訊號的交直流分量；c)取樣控制模組不斷向取樣電路發出來自轉速感測器的脈衝訊號，控制取樣的起始時刻，以保證整週期取樣對於實際執行的機器，往往需要同時採集多路振動訊號，並對交、直流分量分別採集，此外取樣頻率和取樣起始時刻等也必須根據機器的實際執行工況進行選擇。
取樣控制模組的主要任務就是協調和控制取樣電路的正常工作。
整週期取樣控制是由傅利葉變換對離散訊號的要求提出的。離散傅利葉變換的譜解析度為：
其中，n為取樣點數，t為取樣週期
實現整週期取樣的關鍵是如何將乙個完整的週期訊號均勻地分成n等分進行取樣，即實現倍頻（n為乙個週期內的取樣點數）。如圖4.8所示，旋轉機械旋轉一周所需的時間為鍵相位訊號週期，將此週期做n等分，即可實現乙個訊號週期內取樣n點資料。
在轉速恆定，即訊號頻率不變的情況下，可以用軟體算出取樣的時間間隔；但是在轉速變化的情況下，尤其在轉速變化較快時用軟體計算很難**轉速變化的趨勢及大小，即實現很困難，為此採用了硬體的分析方法。
鍵相信號可通過光電感測器或渦流式感測器獲取。轉子轉一周則輸出乙個脈衝訊號，此訊號即作為鍵相信號。脈衝訊號經過處理電路即可送去測量。
為了獲得參考基準點，振動訊號的採集可採用以下方式：用鑑相脈衝觸發取樣。當鑒相脈衝到來時開始對振動訊號進行多路同時採集，所得到的振動訊號均開始於轉子上參考位置，克服了巡檢方式取樣及分時順序轉換不能獲得準確的可比較的相對相位的缺點、可保證轉子振動訊號在同一時刻採集，從而可對轉子振動訊號的相位進行有效的比較，採集的訊號經過軟體處理可求出各振動訊號的相位。
振動訊號採集與監測系統中採用了軟、硬體兩種觸發採集方式。當鍵相脈衝(轉速脈衝)的上公升沿到來時將觸發採集卡中微處理器的外部中斷,在中斷服務程式中,根據前後兩次脈衝的時間間隔計算出當前轉速值。轉速測定後,立即轉向採集振動訊號的模組。
如果轉子處於轉速公升降過程中,則按實際的鍵相信號採集,實現整週期取樣；如果轉子在定轉速的情況下,可用實際鍵相信號觸發取樣，也可通過軟體設定取樣時間間隔來採集。
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