永磁旋转（角）加速度传感器与扭振信号采集与处理系统的研究

摘要

机械旋转是现代机械装备的主要工作形式，在化学、航空、电力、军事、汽车等工业领域里得到了广泛的应用。旋转机械系统有原动机、传动机构和负载等组成，当原动机的输出转矩与负载转矩存在转矩差、传动机构由于机械加工精度影响与长期运行磨损及产生故障，轴系就会产生振动和噪声。工程上通常通过对旋转系统轴系的振动和噪声的测量与分析,来辨识旋转系统的运行状态和故障。提高旋转机械系统的故障辨识水平和故障诊断能力对提高机械旋转系统的综合运行水平和效率具有重要意义。近一百年来，很多专家学者对旋转轴系振动的测量进行了相关研究，但研究过程复杂，且大都是通过间接的测量，不但传感器测量系统复杂、信号处理繁琐，而且测量及辨识结果误差大、精度不高。因此，针对目前研究现状的不足，本文提出了三种不同结构的永磁旋转(角)加速度传感器，它基于电磁感应原理；该传感器只对旋转加速度敏感，能够直接真实有效的测量扭振引起的旋转轴的旋转加速度(或旋转角加速度)的变化情况，并且结构简单，能够在不破坏原有传动系统结构的情况下，满足一般旋转机械系统的扭振检测。
　　本研究完成了传感器的结构设计、电磁设计、样机研制及传感器的归一化整定；并对传感器设计过程中可能出现的误差进行了分析，同时给出了对应的消除误差措施和方法。其次，以LabVIEW软件为开发平台设计完成了振动信号数据分析系统，针对旋转机械系统运行状态分析，利用永磁旋转(角)加速度传感器、USB数据采集卡和上位机，构建了旋转机械振动监测信号测量与数据分析系统。该系统能够实现旋转机械系统的多路振动信号的在线检测、信号分析与处理、数据存储及回放、离线分析等。最后，以无刷直流电机、罩极式电机为对象进行扭振的测量实验，并对测量的振动信号利用上位机系统进行分析处理。实验结果表明，永磁旋转(角)加速度传感器能够直接、实时有效地测量出旋转机械系统的扭振，并能够对永磁旋转(角)加速度传感器输出的信号进行实时采集、处理和保存。经实验验证该信号采集与处理系统的精度在2.556％左右。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题背景介绍

1.2研究现状

1.3本文主要研究的目的、内容及意义

1.4本文章节安排

第2章 永磁旋转（角）加速度传感器

2.1永磁旋转(角)加速度传感器的结构与原理

2.2永磁旋转角加速度传感器的磁路设计[22,23,24,25]

2.3传感器归一化设计

2.4 误差分析

2.5传感器标定

2.6本章小结

第3章 信号处理的基础理论

3.1 信号滤波和加窗处理

3.2振动信号的时域分析

3.3振动信号的频谱分析

3.4典型周期信号的理论分析

3.5本章小结

第4章 信号采集与处理系统的研究与实现

4.1信号采集与处理系统

4.2信号采集卡的选型

4.3数据采集卡

4.4软件设计

4.5本章小结

第5章 信号采集与处理系统的调试

5.1 软件系统调试

5.2 硬件系统的调试

5.3本章小结

第6章 系统应用

6.1振动信号采集与处理系统在无刷直流电机中的应用

6.2 振动信号采集与处理系统在罩极式异步电机系统中的应用

6.3本章小结

第7章 总结与展望

7.1 全文主要工作总结

7.2主要贡献及创新

7.3展望

致谢

参考文献

附录