CN105606323A - 一种电机振动试验的可视化检测装置及稳定性调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机振动试验的可视化检测装置及稳定性调整方法，减震器安装在电机上，包括下位机、上位机和至少一个加速度传感模块，加速度传感模块固设在减震器表面，将采集到的数据传输至下位机内；下位机对数据进行计算，应用kalman滤波算法进行数据处理，得到各个对应的加速度值；上位机和下位机通讯相连，具有处理加速度值的处理应用程序，绘制成波形曲线图并显示在屏幕上，调整方法基于检测装置对电机稳定性进行调整。其技术方案可以大大增强数据的可读性和可比性，可直观的观察和比较各个加速度值的差异，准确增加或减少减震器各位置的质量，使电机各位置的振动趋于一致均衡，从而减少因为震动对工况的影响，延长电机使用寿命。

Description

一种电机振动试验的可视化检测装置及稳定性调整方法

技术领域

本发明涉及电机减震器振动试验检测技术领域，尤其涉及一种电机振动试验的可视化检测装置及稳定性调整方法。

背景技术

电机在运转过程中会产生振动，一方面振动会加剧电机内部各器件相互间的磨损，另一方面会对负载产生不稳定的轴向或径向损耗。为减缓电机的振动，通常与电机相连设置一个减震器，用以缓和并衰减电机的振动，从而延长电机的使用寿命。减震器通常是可调整的，使得安装在电机上后能够使电机各个位置的振动趋于一致均衡。为此，需求设计一种能够方便得对电机减震器各位置振动清晰显示的装置和方法，以精确的对减震器进行相应的调整。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种旨在能够对电机减震器各位置振动状态可视化的检测装置和稳定性调整方法，用以克服上述技术缺陷。

具体技术方案如下：

一种电机振动试验的可视化检测装置，电机作为激振动力源，减震器安装在所述电机上，所述可视化检测装置包括下位机、上位机、以及至少一个加速度传感模块，

所述加速度传感模块分别固定设置在所述减震器表面不重复的特定位置上，且分别与所述下位机通讯相连以将采集到的振动信息数据传输至所述下位机内；

所述下位机根据所述振动信息数据计算每一所述加速度传感模块在各个方向或固定方向读取的值，并应用相关数据处理算法进行数据处理，以得到所述电机振动时每一所述加速度传感模块所在位置的加速度值；

所述上位机和所述下位机通讯相连，所述下位机将处理得到的各个所述加速度值上传至所述上位机中，所述上位机内具有处理所述加速度值的处理应用程序，所述处理应用程序将得到的所述加速度值绘制成相关示意图并显示在屏幕上。

所述上位机内还具有分析所述加速度值和所述相关示意图的分析应用程序，所述分析应用程序可计算出应在所述减震器的各个所述特定位置上增加或减少的质量并显示在屏幕上。

每一所述加速度传感模块分别具有一加速度计，且所述加速度计粘连设置于所述特定位置上，用以检测所述特定位置上的振动信息数据。

所述减震器上可拆卸安装有多个配重块，且所述减震器的各个所述特定位置上的所述配重块的个数和质量可增加或减少。

所述配重块具有预先制备的不同质量的多种规格，且多个所述配重块通过螺柱旋接安装在所述减震器上。

所述可视化检测装置还配备有多个磁性铁块，在所述可视化检测装置运行试验时，通过所述磁性铁块吸附安装在所述减震器上进行配平处理，且在试验后将所述磁性铁块替换为等质量的所述配重块并安装至所述特定位置上。

较佳的，所述加速度传感模块的数量为四个。

较佳的，所述上位机为PC端或移动端。

较佳的，所述下位机为Arduino单片机或ATMega328单片机。

较佳的，所述加速度传感模块通过IIC或UART或RS232串口与所述下位机通讯相连。

本发明还提出了一种基于所述的电机振动试验的可视化检测装置的稳定性调整方法，包括检测步骤和校正步骤：

其中，所述检测步骤为：

步骤a，至少一个所述加速度传感模块采集所述电机运行过程中各个特定位置的振动信息数据，并传输至所述下位机中；

步骤b，所述下位机根据所述振动信息数据计算每一所述加速度传感模块在各个方向或固定方向读取的值，且单位为mm/s，并进行数据处理，得到所述电机振动时每一所述加速度传感模块所在位置的加速度值；

步骤c，所述上位机接收所述下位机传输的各个所述加速度值，分别形成波形曲线图并显示于屏幕上；

所述校正步骤为：

步骤d，对比各个所述波形曲线图间的震动幅度差异或时间差异)，得到所述减震器的各个所述特定位置上应增加或减少的质量；或者，

所述上位机分析所述加速度值和所述波形曲线图，计算出应在所述减震器的各个所述特定位置上增加或减少的质量并显示于屏幕上；

步骤e，在所述减震器的所述特定位置上增加或减少对应质量的配重块，并再次进行所述检测步骤进行检测；

所述检测步骤和所述校正步骤重复轮流进行，直到所述上位机上显示的各个所述波形曲线图的各条曲线趋于直线，或者，

所述上位机计算得到的应增加或减少的质量低于预设的稳定量阈值。

上述技术方案的有益效果在于：

(1)下位机和上位机相连，下位机连接至少四个加速度传感模块，可以大大增强数据的可读性和可比性，更加直观的观察和比较电机振动时各个特定位置的加速度值的差异，并对减震器进行相应的调整，以减少因为震动对工况的影响；

(2)通过对电机上减震器的配重块质量进行增加或减少，进行反复测试可以得出电机性能最佳时振动的加速度数据，将电机振动时性能的好坏和差异由估计量进行了数字化和标准化；

(3)根据数据可以快速准确的增加或减少电机某个位置减震器的配重块的个数和质量，使电机振动时的加速度值达到最佳值，电机各位置振动趋于一致，电机振动趋于均衡，从而延长电机使用寿命；

(4)采用卡尔曼滤波算法，对采集的数据进行处理，达到平滑数据的效果，能有效剔除动态测试时环境噪声干扰的影响，提高测量精度。

附图说明

图1为本发明电机振动试验的可视化检测装置的基本结构框图。

具体实施方式

以下，将会参照附图描述本发明的实施方式。在实施方式中，相同构造的部分使用相同的附图标记并且省略描述。

参阅图1，为本发明电机振动试验的可视化检测装置的基本结构框图。如图中所示，所述可视化检测装置包括下位机4、上位机5、以及至少一个加速度传感模块3，且减震器2安装在电机1上，电机1作为激振动力源。

加速度传感模块3分别固定设置在减震器2表面不重复的特定位置上，且分别与下位机4通讯相连以将采集到的振动信息数据传输至下位机4内；

下位机4根据所述振动信息数据计算每一加速度传感模块3在各个方向或固定方向读取的值，并应用相关数据处理算法，例如自适应kalman滤波算法(卡尔曼滤波算法)进行数据处理，以得到电机1振动时每一加速度传感模块3所在位置的加速度值G。其中，G＝a*g,-2<a<2,加速度传感模块3量程设定为-2g—2g,g＝9.8m/s^2。

上位机5和下位机4通讯相连，下位机4将处理得到的各个所述加速度值G上传至上位机5中，上位机5内具有处理所述加速度值G的处理应用程序，所述处理应用程序将所述加速度值G绘制成相关示意图并显示在屏幕上。这样可以大大增强数据的可读性和可比性，更加直观的观察和比较电机1振动时各个特定位置的加速度值的差异，其中，本实施例中的相关示意图为波形曲线图，但也可以是条形图、饼状图等，对加速度值的处理不仅可以是对加速度值直接处理，也可以是计算相互相邻差异后的二次处理。且本实施例中所述下位机4为单片机，但也可以是例如FPGA等数据处理器件，上位机5和下位机4间通过串口相连，但也可以是无线连接，不应局限于此。

值得指出的是，减震器2上可拆卸安装有多个配重块，且配重块大小质量有相同也有不同的，可根据上位机5中显示的波形曲线图对各个所述特定位置上配重块的个数和质量进行增加或减少，以使得电机1振动时的加速度值达到最佳值，电机1各位置振动趋于一致，电机1振动趋于均衡，从而延长电机使用寿命。上述的特定位置为减震器2上的测试位置，一般均匀布置在减震器2上，且优选为配重块安装位，但不局限于此。图1中仅示出两个加速度传感模块3，但仅为示意，显然为至少四个，且配重块上标注有质量标示数，本实施例中，加速度传感模块3的数量为四个，但不局限于此。

在一种优选的实施方式中，每一加速度传感模块分别具有一加速度计，且加速度计粘连或卡接设置于所述特定位置上，用以检测所述特定位置上的振动信息数据。

作为进一步的优选实施方式中，所述配重块具有预先制备的不同质量大小的多种规格，且多个配重块通过螺柱旋接安装在所述减震器上，且在实验时可根据屏幕上显示的所述特定位置上应增加或减少的质量来选择增加或减少对应位置上的对应质量的配重块，以平衡减震器各个特定位置的加速度值。在具体应用中，还可配备多个磁性铁块，在所述可视化检测装置运行试验时，通过所述磁性铁块吸附安装在所述减震器上进行配平处理，且在试验后将所述磁性铁块替换为等质量的所述配重块并安装至所述特定位置上。从而更为方便的完成配重配平功能。

在一种优选的实施方式中，上位机5内还具有分析所述加速度值和所述波形曲线图的分析应用程序，所述分析应用程序可计算出应在减震器2的各个特定位置上增加或减少的质量并显示于屏幕上，以使得电机各个位置振动趋于一致，电机1振动趋于均衡。

作为进一步的优选实施方式中，上位机5为PC端或移动端；所述处理应用程序由编程软件Processing或Matlab得到，且在所述处理应用程序中可显示各个所述加速度模块采集的振动信息数据对应的波形曲线图。

显然，通过比较各个波形曲线图的差异，就可以判断：(1)电机某个位置振动情况；(2)电机整体振动情况；(3)电机减震器质量分布是否均衡；(4)电机稳定性及性能。因此，组装人员可通过对数据的观察和比较可以知道电机1振动的整体性能，并根据观察的数据快速准确的增加或减少电机某个位置减震器上配重块的个数或质量；也可以根据分析应用程序计算得到的应增加或减少的质量数据对减震器上配重块进行相应的调整，从而使电机振动时的加速度值达到最佳值。

作为进一步的优选实施方式中，下位机4为Arduino单片机或ATMega328单片机；加速度传感模块3通过IIC或UART或RS232串口与单片机4通讯相连。加速度传感模块3采用压电式或压阻式或电容式或伺服式传感器，用以实时采集减震器2上每一特定位置对应的振动信息数据。

值得指出的是，Kalman滤波算法为现有技术中对采集的加速度计动态数据处理常用且有效的算法，主要包括校准和滤波两个功能，且具体内容为：

加速度值的偏移来自两个方面，一是由于芯片的测量精度，导致测得的加速度向量并不垂直于大地；二是芯片在整个***上安装的精度是有限的，***与芯片的座标系很难达到完美重合。前者称为读数偏移，后者称为角度偏移。因为读数和角度之间是非线性关系，所以要想以高精度进行校准必须先单独校准读数偏移，再把芯片固定在***中后校准角度偏移。

校准即需要找出摆动的数据围绕的中心点即可。以GRY_Z为例，在芯片处理静止状态时，这个读数理论上讲应当为重力加速度g(万有引力)，但它往往会存在偏移量，比如以10ms的间隔读取了50个值，这50个值的均值，就是偏移量。在获取偏移量后，每次的读数都减去偏移量就可以得到校准后的读数了。当然这个偏移量只是估计值，比较准确的偏移量要对大量的数据进行统计才能获知，数据量越大越准，但统计的时间也就越慢。

由于实际情况的时变性和随机性，噪声统计特性可能是未知的且时变的，使得加速度传感器采集的数据抖动明显。为了有效的抑制噪声，提高滤波精度，自适应卡尔曼滤波算法对采集的数据进行处理，达到平滑数据的效果，能有效剔除动态测试时环境噪声干扰的影响，提高测量精度。

本发明还提出了应用上述可视化检测装置的稳定性调整方法。所述稳定性调整方法基于所述可视化检测装置，包括检测步骤和校正步骤：

其中，检测步骤为：

步骤a，至少四个加速度传感模块3采集电机1运行过程中各个特定位置的振动信息数据，并传输至下位机4中；

步骤b，下位机4根据所述振动信息数据计算每一加速度传感模块3在各个方向或固定方向读取的值，且单位为mm/s，并进行数据处理，得到电机1振动时每一加速度传感模块3所在位置的加速度值G；

步骤c，上位机5接收下位机4传输的各个加速度值，分别形成波形曲线图并显示于屏幕上；

校正步骤为：

步骤d，对比各个波形曲线图间的震动幅度差异或时间差异，得到减震器2的各个特定位置上应增加或减少的质量；或者，

上位机5分析所述加速度值和所述波形曲线图，计算出应在减震器2的各个特定位置上增加或减少的质量并显示于屏幕上；

步骤e，在减震器2的特定位置上增加或减少对应质量的配重块，并再次进行检测步骤进行检测；

且检测步骤和校正步骤重复轮流进行，直到上位机5上显示的各个波形曲线图的各条曲线趋于直线，或者，

上位机5计算得到的应增加或减少的质量低于预设的稳定量阈值。

其中，所述的稳定量阈值为各个特定位置的振动已基本趋于一致时各个特定位置应调整的质量，低于稳定量阈值时，视为电机1振动已基本趋于一致，趋于均衡。

在上述技术方案中，通过对电机上减震器的配重块质量进行增加或减少，进行反复测试可以得出电机性能最佳时振动的加速度数据，将电机振动时性能的好坏和差异由估计量进行了数字化和标准化；通过对数据的观察和比较可以知道电机振动的整体性能；根据数据可以快速准确的增加或减少电机某个位置减震器的配重块的个数和质量，使电机振动时的加速度值达到最佳值，电机各位置振动趋于一致，电机振动趋于均衡，从而减少因为震动对工况的影响，延长电机使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电机振动试验的可视化检测装置，电机作为激振动力源，减震器安装在所述电机上，其特征在于，所述可视化检测装置包括下位机、上位机、以及至少一个加速度传感模块，

所述加速度传感模块分别固定设置在所述减震器表面不重复的特定位置上，且分别与所述下位机通讯相连以将采集到的振动信息数据传输至所述下位机内；

所述下位机根据所述振动信息数据计算每一所述加速度传感模块在各个方向或固定方向读取的值，并应用相关数据处理算法进行数据处理，以得到所述电机振动时每一所述加速度传感模块所在位置的加速度值；

所述上位机和所述下位机通讯相连，所述下位机将处理得到的各个所述加速度值上传至所述上位机中，所述上位机内具有处理所述加速度值的处理应用程序，所述处理应用程序将得到的所述加速度值绘制成相关示意图并显示在屏幕上。

2.如权利要求1所述的电机振动试验的可视化检测装置，其特征在于，所述上位机内还具有分析所述加速度值和所述相关示意图的分析应用程序，所述分析应用程序可计算出应在所述减震器的各个所述特定位置上增加或减少的质量并显示在屏幕上。

3.如权利要求2所述的电机振动试验的可视化检测装置，其特征在于，每一所述加速度传感模块分别具有一加速度计，且所述加速度计粘连设置于所述特定位置上，用以检测所述特定位置上的振动信息数据。

4.如权利要求1或3所述的电机振动试验的可视化检测装置，其特征在于，所述减震器上可拆卸安装有多个配重块，且所述减震器的各个所述特定位置上的所述配重块的个数和质量可增加或减少。

5.如权利要求4所述的电机振动试验的可视化检测装置，其特征在于，所述配重块具有预先制备的不同质量的多种规格，且多个所述配重块通过螺柱旋接安装在所述减震器上。

6.如权利要求5所述的电机振动试验的可视化检测装置，其特征在于，所述可视化检测装置还配备有多个磁性铁块，在所述可视化检测装置运行试验时，通过所述磁性铁块吸附安装在所述减震器上进行配平处理，且在试验后将所述磁性铁块替换为等质量的所述配重块并安装至所述特定位置上。

7.如权利要求4所述的电机振动试验的可视化检测装置，其特征在于，所述加速度传感模块的数量为四个。

8.如权利要求7所述的电机振动试验的可视化检测装置，其特征在于，所述上位机为PC端或移动端。

9.如权利要求8所述的电机振动试验的可视化检测装置，其特征在于，所述下位机为Arduino单片机或ATMega328单片机。

10.一种基于如权利要求1-9任一项所述的电机振动试验的可视化检测装置的稳定性调整方法，其特征在于，包括检测步骤和校正步骤：

其中，所述检测步骤为：

步骤a，至少一个所述加速度传感模块采集所述电机运行过程中各个特定位置的振动信息数据，并传输至所述下位机中；

步骤b，所述下位机根据所述振动信息数据计算每一所述加速度传感模块在各个方向或固定方向读取的值，且单位为mm/s，并进行数据处理，得到所述电机振动时每一所述加速度传感模块所在位置的加速度值；

步骤c，所述上位机接收所述下位机传输的各个所述加速度值，分别形成波形曲线图并显示于屏幕上；

所述校正步骤为：

步骤d，对比各个所述波形曲线图间的震动幅度差异或时间差异)，得到所述减震器的各个所述特定位置上应增加或减少的质量；或者，

所述上位机分析所述加速度值和所述波形曲线图，计算出应在所述减震器的各个所述特定位置上增加或减少的质量并显示于屏幕上；

步骤e，在所述减震器的所述特定位置上增加或减少对应质量的配重块，并再次进行所述检测步骤进行检测；

所述检测步骤和所述校正步骤重复轮流进行，直到所述上位机上显示的各个所述波形曲线图的各条曲线趋于直线，或者，

所述上位机计算得到的应增加或减少的质量低于预设的稳定量阈值。