轴心轨迹测量系统ZX2100
- 一、系统特点：
两个电涡流位移传感器互为90度角，将x、y方向两个涡流位移传感器输出的位移信号，经控制器输入到数据采集模块中，通过后端旋转机械状态监测及分析软件可以呈现实际轴心轨迹，亦可测量振动频率、加速度等物理量。
图一 系统测量流程图
- 二、系统组成：
- 电涡流传感器探头两只
- 控制器模块两个
- 数据采集模块一个
- 旋转机械状态监测及分析软件一套
- 三、主要性能指标：
- 测量范围：1mm-3mm
- 测量范围开始点：0.1mm-0.3mm
- 分辨率:0.02μm-0.06μm
- 重复精度：≦0.01% FSO
- 频响：可选(20 kHz, 5 kHz, 20 Hz)
- 温度范围：-20-200℃
电涡流传感器探头技术参数：
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| 传感器型号 | U1 | U3 | ||
| 测量范围 | 1 mm | 3 mm | ||
| 测量范围的起始点 | 0.1 mm | 0.3 mm | ||
| 分辨率 | 0.02 µm | 0.06 µm | ||
| 线性度 | 三点线性度 | ≤ ± 2 µm | ≤ ± 6 µm | |
| 五点线性度 | ≤ ± 1 µm | ≤ ± 3 µm | ||
| 温度稳定性 | ≤ 0.15 µm / K | ≤ 0.45 µm / K | ||
| 温度补偿 | +10 ... +180 °C | +10 ... +180 °C | ||
| 安装 | 电缆压盖( M6 ) | 电缆压盖( M12 ) | ||
| 温度范围 | 存储 | -50 ... +180 °C | -50 ... +200 °C | |
| 操作 | -20 ... +180 °C | -20 ... +200 °C | ||
| 冲击(DIN-EN60068-2-29 ) | 30 g | 30 g | ||
| 振动(DIN-EN60068-2-6 ) | 15 g | 15 g | ||
| 防护等级(DIN-EN60529 ) | IP68 | IP68 | ||
- 四、传感器的安装
轴心轨迹测量选用米铱电涡流传感器。采用两个传感器沿转轴周向90°布置，传感器可直接安装在轴承座上(如图1所示) ，也可安装在独立的支架上。
1－轴承座 2－支架 3－传感器 4－主轴
图2 位移传感器的安装
- 五、旋转机械状态监测及分析软件
测试软件系统依据电涡流位移传感器测得的x和y方向的位移数据，经处理后，即可得轴心轨迹。
在软件设定界面可设定该次测试中的所能达到的温度、轴向、径向加载载荷、功率及转速，系统将自动设定参数曲线的纵坐标。设定完成后进入主界面，如图3。主界面显示各参数变化，包括温度、载荷、轴心轨迹、转速功率等，并记录参数值。下方数据显示框为实时数据显示。
图3 坐标系统设定界面
图4 主界面
- 六、实时数据处理
软件具有实时数据处理功能，可对采集的数据进行实时频域分析
6.1 泄漏及窗函数
信号处理中可使用以下几种窗函数：矩形窗、汉宁窗和海明窗：
（1）矩形窗 优点是主瓣比较集中，缺点是旁瓣较高，并由负旁瓣，导致变换中带进了高频干扰和泄漏，甚至出现负谱现象；
（2）汉宁窗 可以使旁瓣互相抵消，消去高频干扰和泄漏；
（3）海明窗 海明窗的加权系数能使旁瓣达到最小，旁瓣比汉宁窗衰减的快。
6.2 信号的频域分析
对于振动随机信号需要研究其在频域上的功率的分布情况，即功率谱密度或功率谱。频域分析可进行信号的频谱分析和功率谱分析，计算通过快速傅立叶变换（FFT）来实现。
图5 信号的功率谱图
