2023年4月16日发(作者：拍拍微店)主轴振动测量系统的设计方案
主轴组件是机床中的一个关键组件， 在主轴的动态参数中，振动是最重要的 问题
之一，包含了丰富的运行状态信息，是一个动态状态信息库。检测主轴的振 动可以了解
主轴的动态运行情况，对其进行综合分析评估和诊断。
主轴的振动受制造、结构、安装及机床整体装配等很多因素影响。不同故障 会在振
动信号以不同的形式中体琼瑶剧是什么意思
现出来。
主轴组件在运转时，有很多信息通过振动、温度状态等表现出来，研究这些 信息可
以认识其运行特征。利用一系列的传感器接收其动态信息并将其转化为电 信号，输入到
信号采集模块，经过处理后，再输入到 机或专用的分析设备，
PC
利用轴心轨迹图、轴心位置图、振动波形图、频谱图等方式显示出来，可对其状 态进行
分析评估。
虚拟仪器是电子测量技术和计算机测控技术的前沿技术，它将计算机的采 集、测
试、分析与处理引入到电子测试领域，利用数字化技术和软件技术极大地 提高了测试系
统的灵活性和可扩展性。
设备状态检测及诊断技术的实施，主要包括三个环节 一是信息的采集，为 分析
：
诊断提供依据二是信号处理，将杂乱无章的信号去伪存真，并根据分析要 求进行相应
；
的转换变换，以获得对诊断工作的既敏感又直观的信息三是通过信 号处理得到的
（）；
信息对设备的状态含故障状态进行识别、判断和评估。其实施过 程如图所示。
（）1
检测对象的实施过程
主轴组件运行时可表述其特征的信息主要是 振动、温度、转速等，本课题 主要
：
研究主轴的振动。
图系统总体结构设计
2
目前检测领域多是利用一系列的传感器接收此类信息并将其转化为电信号， 将其进
行一系列的处理之后，利用图形或软件等方式分析这些信息后提供给研究 人员，以供其参
考或进一步研究。采用一系列的传感器检测主轴的振动、温度、 转速等，将测得的信息变
换成电信号后，输入到信号采集模块，经过处理后，再 输入到机或专用的分析设备，
PC
利用轴心轨迹图、轴心位置图、振动波形图、 频谱图等方式显示出来，对其状态进行分析
评估。
振动信息的测量
可检测振动信号的传感器主要有电涡流式位移传感器、电容式位移传感器、 加速
：
度传感器，其中可进行非接触式测量的主要是电涡流式位移传感器、电容 式位移传感
：
器。电容式传感器的后续电路复杂，在存在较强电磁干扰的现场，使 用的电缆较长，杂散
电容对测量结果产生影响，成本较高。不适合对机床主轴的 振动。
电涡流传感器可以实现非接触式测量， 且有灵敏度高、英语书信格式
抗干扰能力强、低频 特性
好、响应速度快、工作稳定可靠等优点，具有很宽的使用范围一 和线形范
(010000HZ)
围，在旋转类机械设备振动信号采集中得到广泛的应用， 技术比较成熟。 本文拟采用电
涡流式传感器完成对主轴的眼部按摩仪
振动信号的采集。
传感器的位置
振动监测和故障诊断的核心问题是适当的选择及安装传感器， 以便能获得机
械振动及其它状态数据。对于旋转设备来说，径向的振动的测量多是在长方向 上安装
y
两个非接触式的涡流传感器对于主轴组件来说，其径向是振动的敏感方 向，可在主轴
；
的径向安装两个互为 的涡流传感器，以获取主轴的振动信息。 振动信息的读取
90
。
振动信息读取的传感器选用江阴盈誉科技有限公司生产的 一 一
S DW A008
一 — — 型涡流传感器。其线性范围为，灵敏度为。
BOI COI DoillnlnS网线的制作
V/mm
(1) 涡流传感器检测原理
电涡流位移传感器的工作原理是电涡流效应。 当接通传感器系统电源时，在
前置器内会产生一个高频电流信号， 该信号通过电缆送到探头的内部，在头部周 围产生
交变磁场。如图所示。如果在磁场的范围内没有金属导体材料接 近，则发射到
Hl3Hl
这一范围内的能量会全部释放 反之，如果有金属导体材料接近探 头头部，则交变磁场
；
HlHl
将在导体的表面产生电涡流场，该电涡流场也会产生一 个方向与相反的交变磁场
场。由于丛的反作用，就会改变探头头部线圈高频 电流的幅度和相位，即改变了线圈的有
效阻抗。假定金属导体是均质的，则线圈 一金属导体系统的物理性能通常可由金属导体的
磁导率夕、电导率占、尺寸因 子、线圈与金属导体距离、线圈激励电流强度和频率
;dI
f
等参数来描述。
因此线圈的阻抗可用如下函数来表示:
Z=2016年nba总决赛
F(u ,
心门
d, / J
对于特定的传感器，线圈的尺寸因子、线圈的激励电流强度和频率恒定 不
；If
变对一于特定的测试对象，金属导体的磁导率户、电导率沙值定不变，那么 阻抗就成
;Z
为距离的单值函数。由麦克斯韦尔公式可以求得此函数为一非线 性函数，其曲线为
d
“ '形曲线，在一定范围内可以近似为一线性函数。
S
图涡流效应示意图
3
(2) 检测电路
线圈密封在探头中，线圈阻抗的变化通过封装在前置器中的电子线路处理后转 换成电压
或电流输出。如图。采用并联谐振法，由前置器中一个固定电容和探头线圈、并
3.6CO L
联与晶体管一起构成一个振荡器，振荡器的振荡幅度 与 线圈阻抗成比例，因此振荡
T Ux
器的振荡幅度 会随探头与被测间距改变。
UxdUx
经检波滤波、放大，非线性修正后输出电压 。
U0
二刃〃〃〃/〃〃
'、
的绒詡
电涡流传感器检测电路
（）灵敏度影响因素
3
被测物体表面尺寸的影响探头线圈产生的磁场范围是一定的， 在被测物体表面 形成的
涡流场也是一定的。试验表明，当被测面为平面时，以正对探头中心线的 点为中心，被测
面直径应当大于探头头部直径 倍以上当被测体为圆轴而且探 头中心线与轴心线正
1.5；
交时，一般要求被测轴直径为探头头部直径的 倍以上，否 则灵敏度就会下降。
3［36］
本课题的研究对象直径为叻 探头的直径为 功，其比值大于倍，符
88.882mm,Slnln1.5
合检测要求。
被测物体表面加工状况的影响不规则的被测体表面会给实际的测量造成附加 误差，特
别是对于振动测量，这个附加误差信号与实际的振动信号叠加在一起， 很难进行分离，因
此被测表面应该光洁。通常，对于振动测量表面粗糙度 要
Ra
求在— 之间标准推荐值，一般需要对被测面进行衍磨或抛 光
0.4 0.8om（AP1670）
136;Ra=O.5um,
】本课题研究对象的表面粗糙度为 符合检测要求。
被测物体材料的影响传感器特性与被测体的电导率和磁导率有关， 当被测体为
导磁材料如结构钢等时，由于磁效应和涡流效应同时存在，而且磁效应与涡流 效应
（）
相反，要抵消部分涡流效应，使得传感器感应灵敏度低 而当被测体为非导
；
磁或弱导磁材料如铜、铝、合金钢等时，由于磁效应弱，相对来说涡流效应要 强，
（）
因此传感器感应灵敏度要高
；
被测体表面残磁效应的影响电涡流效应主要集中在被测体表面， 由于加工过 程中形
成的残磁效应，以及淬火不均匀，硬度不均匀，结晶结构不均匀等都会影 响传感器特
性，” 标准推荐被测体表面残磁不超过 。当需要更高的测 量精度时，应该
16700.5pT
用实际被测体进行校准
；
各探头间的距离探头头部线圈中的电流会在头部周围会产生磁场， 因此在安 装时要
注意两个探头的安装距离不能太近， 否则两探头之间会互相干扰，在输出 信号上叠加两
探头的差频信号，造成测量结果的失真，这种情况称之为相令区干 扰。
相邻干扰与被测体的形状，探头的头部直径以及安装方式等有关。 通常情况 下探头
之间的最小距离见表
各种型号探头之间的最小距离
探头头部
直径安装安装
Ann D/rn D/mn 理解的近义词
两探真诚地英语
头平疔
两探头垂直
*5 40.6 35.6
巾
8 40.6 35.6
411 80 70
*25 150 | 120
50 200 180
探头之呜咽的读音
间的距离
探头与安装面之间的距离探头头部发射的磁场在径向和轴向都有一定的扩 散。因此
在安装时，就必须考虑安装面金属导体材料的影响， 应保证探头头部与 安装面之间不小
于一定的距离，工程塑料头部体要完全露出安装面，否则应将安 装面加工成平底孔或倒
角。
信号预处理
实际工程应用中的信号往往是复杂多变的， 信号中通常存在又各种干扰，例
如振动干扰及电气、电磁干扰等。数据预处理的目的是为了提高数据的可靠性和 数据分析
的精度，提高分析的灵敏度及准确性。其核心是采用各种滤波技术提高 信号的信噪比，做
到去伪存真、去芜存蔷。
数据预处理通常采用以下方法和途径 ：
(1) 异常数据的剔除
在采样过程中，由于突然发生传感器失灵、线路抖动、噪声干扰等偶然影响， 信号
中有时会混进一些杂乱值，产生过高或过低的突变点一异常点。如果这些异 常不预先剔
除，将会歪曲分析结果。通过时间波形、数据列表或画出图形目视检 查等手段发现异常点
的存在并剔除。 本系统按统计概率理论将大于 以上的数 据剔除。
3
c
(2) 趋势项的提取或去除
在信号分析过程中， 通常把周期大于记录长度的频率成分称为趋势项， 它 代表
数据缓慢变化的趋势。产生趋势项的原因大致有两类：
（一）测量系统或采样系统仪器仪表的性能漂移、环境温度等条件的变化 造成的，
由于趋势项在时间上表现为线性的、 缓慢变化的趋势误差， 它的存在可能
会使低频的谱分析出现较大的畸变，甚至完全失去真 实性，严重影响检测
分析结果，在信号分析前应从样本一记录中将 这类趋势项消除
;
（二）原始信号中本来包含的成分，包含了机器的状态信息，对分析信号 非常有
用，应加以提取利用而不能消除。
在信号进行 变换之前，即对模拟信号去除提取趋势项可以使用 模拟
A/D
电路 去除趋势项用高通滤波器 提取趋势项用低通滤波器 。在 数据
（;）
离散化之后，对数字信号去除或提取趋势项则采用数字处理方 法。
（）信噪比的提高 在采得的信号中，总是混有千扰成分的，此即所谓的噪声，噪声过
3
大， 有用的信号不突出， 便难以做出准确的分析。 在技术上用信噪比来衡量信号和噪
声的比例关系，用符号 表示。在做信号分析前，设法减小噪声干扰的影响， 提高别
S/N
是信号预处理的一项主要内容。
提高信噪比的途径主要是时域平均和滤波两种方法。本文采用滤波法设法 使噪声与
有用信号分离，并予以抑制和消除。
在信号凋理环节，可选用模拟滤波电路对采集到的信号进行初步处理。模 拟滤波是
由电路实现的滤波方法。 在采样前先用模拟滤波器进行滤波， 可以改善 信号质量，减少
后续数据处理的工作量和困难。
数字滤波法精度高、可靠性好、灵活、易于改变滤波特性，得到广泛的应 用。数字
滤波法实质上是对采集到的离散数据进行运算， 增强或提升所需要的信 号，压低或滤掉
干扰成分。 本文在分析软件的编制中采用数字滤波方法对信号进 行进一步处理。
测试系统的抗干扰设计
测量中会遇到各种各样的干扰， 它们使仪器不能正常工作。 这些干扰安全生产知识培训
有外部 的，
如 环境中存在的电磁波干扰等。测量仪器内部，由于元件的热噪声、晶体 管的低频噪
:
声、 在外部触发下产生自激等也将产生干扰。 被测信号通常是直流信 号或变化缓慢的交
流信号， 而干扰噪声是较快的杂想念妈妈的句子
乱交变信号， 被测信号和干扰 噪声之和为计算机的输入
信号。
从信号预处理的角度可以在信号的输入阶段消除部分干扰， 剔除部分异常信 号。而
在电气角度采用抑制、 切断祸合通道方法消除或减小外界因素对测量电路 的影响。本文
选用接地和屏蔽方法减小周围环境干扰的影响，提高信号质量。
（） 干扰产生的机理
1
干扰可分为串模干扰和共模干扰两种。 串模干扰是使计算机的一个输入端相对于另一
个输入端在电位上发生变化 的一种干扰，是叠加在被测信号上的干扰噪声。
干扰电压同时作用于计算机两个输入端上，叫做共模干扰。在测试系统中， 传感
器、被控对象和计算机之间有一定的距离， 被测信号的参考接地点和计算机 输入信号的
参考接地点之间往往存在一定的电位差， 这个电位差是计算机两个输 入端共有的干扰电
压，故叫做共模干扰。共模干扰比串模干扰更为严重。
(2) 抗干扰措施
干扰的祸合方式主要有四种方式
：
(1) ；
静电藕合经杂散电容祸合到电路中去
(2) ；
电磁藕合经互感藕合到电路中去
(3) ；
共阻抗祸合电流经两个以上电路之间的公共阻抗藕合到电路中去
(4)
漏电流藕合由于绝缘不良由流经绝缘电阻的电流祸合到电路中去。 抑制或切断
藕合通道是抑制干扰的主要措施，两个主要方法是接地和屏蔽 被测信号的双端输入
存在共模干扰的场合，采用单端对地输入方式将使共模干扰电压全部成为串 模干扰
电压叠加到被测信号上。而对于双端不对地输入方式存在共模干扰电压阮 的情况，仅考
m
虑直流共模干扰电压。因此本系统的被测信号的输入采取双端不 对地输入。
被测信号的输入方式
米用屏敝技术
信号传输采用带屏蔽层的同轴电缆， 其它易产生电磁干扰的组件、器件如交 流电源
线、直流电源放大器等加屏蔽罩。
采用接地技术
接地线会产生共模干扰电压，采用正确的接地方法可以抑制共模干扰电压。 本系统
包括下述几种接地线信号源地线、信号地线、交流供电电源地线机架、 机壳、屏蔽
：；
层、屏蔽线、计算机壳保护接地线。使用时将以上地线各自分别引出， 连接在一起形成一
个系统接地点，再将系统接地点通过单线接地接在埋在地下的 铜板或接地棒上，形成单点
接地。
