CN118150857B

CN118150857B - 基于振动传感器的转速估计***及方法

Info

Publication number: CN118150857B
Application number: CN202410585118.9A
Authority: CN
Inventors: 杨世飞; 张醒; 徐徐; 孙磊; 邹小勇; 钱进
Original assignee: Nanjing Chaos Data Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Chaos Data Technology Co ltd
Priority date: 2024-05-13
Filing date: 2024-05-13
Publication date: 2024-07-02
Anticipated expiration: 2044-05-13
Also published as: CN118150857A

Abstract

本发明公开了一种基于振动传感器的转速估计***及方法，获取目标设备原始振动信号数据；对数据进行顺序排列获取排列靠前的数据X；对数据X建立大循环和小循环，设定在大循环循环次数的一次线性函数本身、一次线性函数的一半以及一次线性函数的三倍条件下，获取各函数对应的频谱图上的幅值；根据大循环和小循环的不同幅值范围进行判定，记录下各情况下大循环循环次数的一次函数向量；根据数邻关系对向量中的数据进行筛选到新向量；求取新向量众数并获取根据振动信号估计的转速。通过设置振动传感器，即可越过无法采集转速信号的场合，以改善现有技术下无法获取转速从而无法对故障进行诊断和分析的问题。

Description

基于振动传感器的转速估计***及方法

技术领域

本申请涉及工业信息诊断技术领域，具体而言，涉及一种对轴承进行在线监测和故障诊断的***及方法。

背景技术

转速信号作为机械设备运转状态的重要参数，可以直接或间接反映各个***运动状态的正常与否。在对如泵、发动机、液压设备、轴承、凸轮、曲轴等机械设备进行在线监测和故障诊断时，转速信号发挥着十分重要的作用。因而，常常需要知道机械设备的转速信息来进一步对设备的工作状况进行分析。

但是，工程实践中，技术人员常常因为不知道设备转速，或由于设备自身原因无法获取转速而无法准确识别机械设备的故障。另外有些关键设备由于空间原因而不方便安装转速传感器，导致失去设备的转速信息。

由于在上述场合下无法获得机械设备的转速信息，因而无法对机械设备进行准确在线监测和故障诊断，对工业现场正常稳定运行带来了影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于振动传感器的转速估计***及方法，以改善现有技术下无法获取转速从而无法对故障进行诊断和分析的问题。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：

一种基于振动传感器的转速估计方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：获取目标设备在设定时间长度的原始振动信号数据；

S2：对原始振动信号数据进行滤波，对滤波后的数据进行FFT变换，取前一半数据作为数据集；

S3：对数据集中的数据进行顺序排列，按照阶次降序获取排列靠前的数据X；

S4：按照设定循环次数及循环周期对数据X建立大循环；大循环循环次数在0和循环周期内轮次；

S5：设定在大循环循环次数的一次线性函数本身、一次线性函数的一半以及一次线性函数的三倍条件下，获取各函数对应的频谱图上的幅值；

S6：在步骤S4的大循环下建立小循环，小循环的循环次数j在1和小循环循环周期内轮次；且小循环的循环周期小于大循环的循环周期；获取小循环对应的频谱图上的幅值X(j)；

S7：根据大循环和小循环的不同幅值范围进行判定，记录下各情况下大循环循环次数的一次函数；

S8：将步骤S7记录下的该大循环循环次数的一次函数组成向量M；

S9：根据数邻关系对向量M中的数据进行筛选，得到新的向量N；

S10：求取向量N的众数r（也即该组数据中出现次数最多的数值）；

S11：获取根据振动信号估计的转速n=60*r。

上述技术方案中，步骤S3按照阶次降序获取排列前十阶的数据X。

上述技术方案中，步骤S4大循环循环周期为60；大循环循环次数i为0到60顺次轮询。

上述技术方案中，步骤S5设定大循环循环次数i的一次线性函数本身为5+i；依次获取5+i、0.5（5+i）以及3（5+i）条件下，分别对应的频谱图上的幅值。

上述技术方案中，步骤S6小循环循环周期为10；小循环循环次数j为1到10顺次轮询。其中X(j)为10个数中的第j个。

上述技术方案中，步骤S7根据大循环和小循环的不同幅值范围进行判定规则设置如下：

如果一次线性函数的三倍条件下频谱图上的幅值等于X(j)，且一次线性函数本身大于设定阈值；或者，如果一次线性函数本身对应的频谱图上的幅值等于X(j)，且一次线性函数的一半对应的频谱图上的幅值在X范围内；或者，如果一次线性函数本身对应的频谱图上的幅值等于X(j)，且一次线性函数的一半对应的频谱图上的幅值不在X范围内；均记录下该大循环循环次数的一次函数。上述范围规则的设定用于确定设备的工频，本发明通过研究发现，当设备工作时，在低频段工频的幅值必然突出。因而，在上述范围内必然有极大可能找到对应的工频。

上述技术方案中，步骤S9数邻关系筛选形成新向量步骤设置如下：

将向量M中能相互整除的数据记录为同一个数据；将向量M中的数据和另一个数据的2倍相差2以内记录为同一个数据，比如52和25，52/2-25=1，记录为52；从而得到新的向量N。

频率分辨率的设定是为了防止转速错判。如数据筛选找出0.5倍频、1倍频和3倍频，将0.5倍频和3倍频作为1倍频防止转速错判。

另一方面，本发明还提供一种基于振动传感器的转速估计***或电子设备，其特征在于含有计算机程序，当所述程序被执行时实现上述基于振动传感器的转速估计方法。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

（1）通过设置振动传感器，即可越过无法采集转速信号的场合，依据振动信号估计转速信息，从而获得后续故障判断的可信依据。

（2）适应性强，对于有线和无线的振动传感器均可以适用，对陈旧设备以及新型设备的兼容性强。

（3）转速估计的方法简单、准确、易于实现，对设备改造成本低，对工程技术人员的经验要求不用太高，且与其他诊断方式的结果相比较也能达到较高的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的无线传感器转速估计的***及方法流程图。

图2为本发明实施例中一秒信号的频谱图。

图3为本实施例获取的一秒振动信号的频谱图。

图4为本发明方法运用无线传感器估计旋转试验台的转速的实验图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

图1为本发明的无线传感器转速估计的***及方法流程图，具体包括以下步骤：

S1：获取20秒原始振动信号数据；

S2：对每秒数据进行滤波，滤波频率为【5，215】；

S3：对滤波后的数据进行FFT变换，取前一半数据；

S4：对FFT变换后的数据进行从大到小排列；

S5：获取排列后数据的前十阶数据X；

S6：建立循环，循环次数i从0到60；

S7：每次循环获取5+i、0.5*(5+i)和3*(5+i)在频谱图上所对应的幅值A、0.5A和3A；

S8：在大循环下建立小循环，循环次数j从1到10；

S9：1、如果3A等于X(j)且A大于0.2，记录下5+i；2、如果A等于X(j)且0.5A在X范围内，记录下5+i；3、如果A等于X(j)且0.5A不在X范围内，记录下5+i；

S10：将第九步记录下的5+i组成向量M；

S11：将向量M的数据相差2的数据记录为同一个数据，比如50、51和52都记录为50；将向量M中能相互整除的数据记录为同一个数据，比如17和51，50/17=3，记录为50；将向量M中数据和另一个数据的2倍相差2记录为同一个数据，比如52和25，52/2-25=1，记录为为52；将向量M中数据和另一个数据的0.5倍相差2记录为同一个数据，比如25和52，52/2-25=1，记录为为52；从而得到新的向量N；

S12：求取向量N的众数，得到r；

S13：转速即为60*r。

理论验证

根据S1建立正弦信号

x=10sin(2*π*50*t)+5sin(2*π*100*t)+4sin(2*π*150*t)+2sin(2*π*200*t),时间长度为20秒，采样频率为12800Hz，转速为3000r/min。

图2为本发明一秒信号的频谱图。

根据S2对每秒数据进行滤波，滤波频率为【5，215】。

根据S3到S5，获取每秒信号中的前十阶幅值，如下表1所示。

表1

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											幅值	10	5	4	2	0	0	0	0	0	0

根据S6到S13，得到估计转速r为2940，与实测的转速3000r/min接近。

实施例2

有线传感器振动信号论证

获取旋转试验台上的20秒原始振动信号，采样频率为12800Hz。

测得旋转试验台转速为2880r/min。图3为本实施例获取的一秒振动信号的频谱图。

根据S2对每秒数据进行滤波，滤波频率为【5，215】。

根据S3到S5，获取每秒信号中的前十阶幅值，如表2所示。

表2

根据S6到S13，按照本发明方法和***，得到依据本发明方法获取的估计转速r为2880r/min，与旋转试验台设置的转速一样。

实施例3

无线传感器论证

运用无线传感器估计旋转试验台的转速。

如图4所示实测获得旋转试验台的转速，横轴为检测时间，纵轴为转速，单位r/min。

按照本发明方法和***，在***界面上估计的转速在1500r/min上下浮动，与图4旋转试验台检测的转速曲线基本一致，从而完成了验证。

以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims

1.一种基于振动传感器的转速估计方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：获取目标设备在设定时间长度的原始振动信号数据；

S10：求取向量N的众数r；

S11：获取根据振动信号估计的转速n=60*r。

2.根据权利要求1所述的基于振动传感器的转速估计方法，其特征在于步骤S3按照阶次降序获取排列前十阶的数据X。

3.根据权利要求1所述的基于振动传感器的转速估计方法，其特征在于步骤S4大循环循环周期为60；大循环循环次数i为0到60顺次轮询。

4.根据权利要求1所述的基于振动传感器的转速估计方法，其特征在于步骤S5设定大循环循环次数i的一次线性函数本身为5+i；依次获取5+i、0.5（5+i）以及3（5+i）条件下，分别对应的频谱图上的幅值。

5.根据权利要求1所述的基于振动传感器的转速估计方法，其特征在于步骤S6小循环循环周期为10；小循环循环次数j为1到10顺次轮询。

6.根据权利要求1所述的基于振动传感器的转速估计方法，其特征在于步骤S7根据大循环和小循环的不同幅值范围进行判定规则设置如下：

如果一次线性函数的三倍条件下频谱图上的幅值等于X(j)，且一次线性函数本身大于设定阈值；或者，如果一次线性函数本身对应的频谱图上的幅值等于X(j)，且一次线性函数的一半对应的频谱图上的幅值在X范围内；或者，如果一次线性函数本身对应的频谱图上的幅值等于X(j)，且一次线性函数的一半对应的频谱图上的幅值不在X范围内；均记录下该大循环循环次数的一次函数。

7.根据权利要求1所述的基于振动传感器的转速估计方法，其特征在于步骤S9数邻关系筛选形成新向量步骤设置如下：

将向量M中能相互整除的数据记录为同一个数据；将向量M中的数据和另一个数据的2倍相差2以内记录为同一个数据；从而得到新的向量N。

8.一种基于振动传感器的转速估计***，其特征在于含有计算机程序，当所述程序被执行时实现上述权利要求1-7任一项所述基于振动传感器的转速估计方法。

9.一种存储介质，其特征在于含有计算机程序，当所述程序被执行时实现上述权利要求1-7任一项所述基于振动传感器的转速估计方法。