CN107192555A - 轴承的检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴承的检测装置和方法。该检测装置包括分别嵌设于轴承的同一部件中的微振动传感器和处理器，所述处理器与所述微振动传感器连接；该检测装置还包括发射天线和接收天线，所述发射天线嵌设于所述微振动传感器所在的部件中，所述接收天线设置于所述轴承外。该检测方法包括：通过嵌设于轴承中的微振动传感器检测轴承的加速度信号；对所述加速度信号进行傅立叶转换，得到所述轴承的特征频谱；将所述轴承的特征频率与已知的轴承的故障特征频率进行匹配，得到所述轴承的故障信息。采用本发明实施例的技术方案，能够使传感器尽量接近轴承设置，从而减少轴承故障信号的衰减。
Description
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种轴承的检测装置和方法。
背景技术
目前，轴承是当代机械设备中一种常见的零件。为了避免轴承在运行过程中突然失效，通常需要监测轴承的早期失效信号。
现有技术中，为监测上述早期失效信号，通常是在轴承座上安装传感器，这种轴承与传感器分离设置的方式，将使得轴承的早期失效信号的衰减时间延长，而由于轴承的早期失效信号为微弱信号，衰减时间的延长很容易导致轴承的早期失效信号被噪声掩盖，使得传感器无法有效地采集到轴承的早期故障信号，从而无法对轴承的早期故障做出预警。
发明内容
本发明实施例提供了一种轴承故障检测装置和方法，能够有效地采集到轴承的早期故障信号，从而可以对轴承的早期故障做出预警。
第一方面，本发明实施例提供了一种轴承的检测装置，包括分别嵌设于轴承的同一部件中的微振动传感器和处理器，处理器与微振动传感器连接；检测装置还包括发射天线和接收天线，发射天线嵌设于微振动传感器所在的部件中，接收天线设置于所述轴承外。
在第一方面的一些实施例中，轴承的同一部件包括轴承的外圈、保持架或内圈。
在第一方面的一些实施例中，微振动传感器包括压电式传感器、阻抗头传感器和/或电阻应变式传感器。
在第一方面的一些实施例中，微振动传感器封装于陶瓷包装的结构中。
在第一方面的一些实施例中，检测装置还包括：
设置于靠近轴承的位置处的能量辐射天线；
嵌设于微振动传感器所在的部件中的电磁共振天线，电磁共振天线分别与微振动传感器和处理器连接。
在第一方面的一些实施例中，能量辐射天线设置于轴承座上。
在第一方面的一些实施例中，检测装置还包括嵌设于微振动传感器所在的部件中的AC-DC转换器，AC-DC转换器分别与电磁共振天线、微振动传感器和处理器连接。
在第一方面的一些实施例中，检测装置还包括嵌设于微振动传感器所在的部件中的稳压器，稳压器分别与AC-DC转换器、微振动传感器和处理器连接。
在第一方面的一些实施例中，检测装置还包括嵌设于微振动传感器所在的部件中的带通滤波器，带通滤波器分别与微振动传感器和处理器连接。
在第一方面的一些实施例中，检测装置还包括嵌设于微振动传感器所在的部件中的温度传感器，温度传感器与发射天线连接。
第二方面，本发明实施例提供一种轴承的检测方法，包括：
通过嵌设于轴承中的微振动传感器检测轴承的加速度信号；
对加速度信号进行傅立叶转换，得到轴承的特征频谱；
将轴承的特征频率与已知的轴承的故障特征频率进行匹配，得到轴承的故障信息。
在第二方面的一些实施例中，微振动传感器嵌设于轴承的外圈、保持架或内圈中。
在第二方面的一些实施例中，微振动传感器包括压电式传感器、阻抗头传感器和/或电阻应变式传感器。
在第二方面的一些实施例中，对加速度信号进行傅立叶转换，得到轴承的特征频谱，包括：
对加速度信号进行滤波处理；对滤波处理后的加速度信号进行傅立叶转换，得到轴承的特征频谱。
在第二方面的一些实施例中，在将轴承的特征频率与已知的轴承的故障特征频率进行匹配，得到轴承的故障信息之后，还包括：
通过嵌设于微振动传感器所在的部件中的温度传感器检测轴承的温度信号；根据温度信号对轴承的故障信息进行分析。
在本发明的实施例中，将微振动传感器和处理器均嵌入轴承的同一部件中，处理器与微振动传感器连接。由于微振动传感器被嵌入轴承中，使得轴承的早期失效信号的衰减时间缩短，从而可以有效地采集到轴承的早期失效信号，处理器就可以根据微振动传感器采集的有效的早期失效信号，准确判断出轴承的早期故障，进而对轴承作出早期故障预警。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本发明一个实施例的轴承的检测装置的结构示意图；
图2为本发明另一实施例的轴承的检测装置的结构示意图；
图3为本发明一个实施例的轴承的检测装置的电路连接示意图；
图4为本发明一个实施例的轴承的检测装置的信号连接示意图；
图5为本发明一个实施例的轴承的检测方法的流程示意图；
图6为本发明另一实施例的轴承的检测方法的流程示意图。
附图标记说明：
1—微振动传感器； 2—处理器； 3—外圈；
4—保持架； 5—内圈； 6—发射天线；
7—接收天线； 8—电磁共振天线； 9—能量辐射天线；
10—轴承座。
具体实施方式
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明实施例的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明实施例可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明实施例的示例来提供对本发明实施例的更好的理解。本发明实施例决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明实施例的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明实施例造成不必要的模糊。
本发明实施例提供的轴承检测的方法与装置，应用于轴承的故障监测领域。能够使传感器最大限度的接触轴承，避免轴承的故障信号在传递过程中的衰减。本发明实施例提供的轴承检测的方法与装置可以对飞机发动的轴承进行健康状态检测。
图1为本发明实施例提供的轴承的检测装置的结构示意图。如图1所示，本发明实施例的检测装置，包括分别嵌设于轴承的同一部件中的微振动传感器1和处理器2，处理器2与微振动传感器1连接；检测装置还包括发射天线6和接收天线7，发射天线6嵌设于微振动传感器1所在的部件中，接收天线7设置于所述轴承外。
其中，微振动传感器1可以是MEMS(Micro-electromechanical Systems，微机电系统)振动传感器。MEMS振动传感器是一种单芯片高精度的振动传感器，能够十分精确的检测轴承振动和非常规情况，振动频率可达22kHZ。MEMS振动传感器具有的尺寸较小和容易固定的特点，能够封装于陶瓷包装的结构中。比如，可以将MEMS振动传感器封装在一个小尺寸(比如5mm×5mm)的陶瓷包装中，然后一起嵌入待检测的机械部件中。
微振动传感器1的工作原理为：将原始要测的机械量做为微振动传感器1的输入量，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量，最后由机电变换部分再将机械量变换为电量。根据机电变换部分对机械量的电量转换形式，本发明实施例中可以采用的微振动传感器1包括压电式传感器、阻抗头传感器和/或电阻应变式传感器。
需要说明的是，上述将微振动传感器1嵌设入轴承部件中的方式可以有多种。在一个例子中，可以在轴承部件中开设与微振动传感器1的形状相匹配的安装槽，将微振动传感器1安装到所开设的槽中，并通过胶粘的方式对微振动传感器1进行固定。通常，为了防止微振动传感器1被轴承中的油渍污染，从而对轴承的故障信号造成干扰，还对安装槽中的微传感器进行封装。类似地，也可以通过上述方法将处理器2嵌设入轴承部件中。
可以理解的是，关于微振动传感器1和处理器2的安装方式，可以是对微振动传感器1和处理器2进行集成，将集成后的组件整体嵌入轴承部件中的，也可以是分别嵌入轴承部件中，通过导线进行连接。
由于轴承是旋转体，为将微振动传感器1和处理器2的信号传送出去，本发明实施例的检测装置还包括发射天线6和接收天线7；其中，发射天线6嵌设于微振动传感器1所在的部件中，接收天线7设置于轴承外。其中，发射天线6被封装在小尺寸的柔性电路板中，可以参照上文中的微振动传感器1的安装方式将柔性电路板嵌入微振动传感器1所在的部件中。
在本发明的实施例中，将微振动传感器1和处理器2均嵌入轴承的同一部件中，处理器2与微振动传感器1连接。由于微振动传感器1被嵌入轴承中，使得轴承的早期失效信号的衰减时间缩短，从而可以有效地采集到轴承的早期失效信号，处理器2就可以根据微振动传感器1采集的有效的早期失效信号，准确判断出轴承的早期故障，进而对轴承作出早期故障预警。
为方便微振动传感器1和处理器2嵌入轴承的安装，参看图1，上述轴承的同一部件包括轴承的外圈3、保持架4或内圈5。也就是说，可以根据实际情况，将微振动传感器1和处理器2嵌入轴承的外圈3、保持架4和内圈5的任一部件中。
需要说明的是，本发明实施例的检测装置，可以用于检测滚珠轴承，也可以用于检测滑动轴承。当本发明实施例的检测装置用于检测滑动轴承时，只需要将微振动传感器1和处理器2安装到滑动轴承的对应部件中即可。当然，本发明实施例的检测装置也可以用于检测除轴承外的其他机械零件，此处不进行限制。
为了解决在轴承旋转中微振动传感器1和处理器2的供电问题。参看图2，本发明实施例的检测装置，还包括：设置于靠近轴承的位置处的能量辐射天线9；嵌设于微振动传感器1所在的部件中的电磁共振天线8，电磁共振天线8分别与微振动传感器1和处理器2连接。优选地，能量辐射天线9可以设置于轴承座10上。
其中，能量辐射天线9与外部电源连接，电磁共振天线8的谐振频率与能量辐射天线9的中心频率一致，从而可以近距离接收能量辐射天线9传递的能量，在一个例子中，能量辐射天线9的中心频率为1-3GHz。
由于上述电磁共振电线可以将能量辐射天线9传递的电量转化为交流电信号，而驱动微振动传感器1和处理器2需要直流电信号。因此，参看图3，检测装置还包括嵌设于微振动传感器1所在的部件中的交直流AC-DC转换器11，AC-DC转换器分别与电磁共振天线8、微振动传感器1和处理器2连接。
进一步地，为向微振动传感器1和处理器2提供稳定的工作电压，检测装置还包括嵌设于微振动传感器1所在的部件中的稳压器12，稳压器12分别与AC-DC转换器11、微振动传感器1和处理器2连接。
此外，参看图4，检测装置还包括嵌设于微振动传感器1所在的部件中的带通滤波器13，带通滤波器13分别与微振动传感器1和处理器2连接，用于对微振动传感器1检测的轴承的振动信号进行滤波处理，提高信号质量。
进一步地，在得到轴承的故障信息之后，为分析造成故障的原因，检测装置还包括嵌设于微振动传感器1所在的部件中的温度传感器(图中未示出)，温度传感器与发射天线6连接。
图5为本发明一个实施例的轴承的检测方法的流程示意图。如图5所示，轴承的检测方法包括步骤601-步骤603。
在步骤601中，通过嵌设于轴承中的微振动传感器1检测轴承的加速度信号。
其中，微振动传感器1嵌设于轴承的外圈3、保持架4或内圈5中。微振动传感器1包括压电式传感器、阻抗头传感器和/或电阻应变式传感器。
在步骤602中，对加速度信号进行傅立叶转换，得到轴承的特征频谱。
在步骤603中，将轴承的特征频率与已知的轴承的故障特征频率进行匹配，得到轴承的故障信息，即判断出轴承的哪个部件出现故障。
其中，已知的轴承的故障特征频率包括内圈5故障特征频率fi、外圈3故障特征频率fo、滚珠故障特征频率fb、保持架4碰内圈5的故障特征频率fci和保持架4碰内圈5的故障特征频率fco。其中：
内圈5故障特征频率fi的表达式为：
外圈3故障特征频率fo，表达式为：
滚珠故障特征频率fb，表达式为：
保持架4碰内圈5的故障特征频率fci，表达式为：
保持架4碰内圈5的故障特征频率fco，表达式为：
在上述表达式中，D为轴承的节圆直径，d为滚珠直径，α为接触角，z为滚珠数，R为轴的转速。
图6为本发明另一实施例的轴承的检测方法的流程示意图。图6与图5的不同之处在于，图5中的步骤502可细化为图6中的步骤5021和步骤5022；图6中的步骤还包括步骤504和步骤505。
在步骤5021中，对加速度信号进行滤波处理。可以去除轴承的加速度信号中的干扰信号，提高信号质量。
在步骤5022中，对滤波处理后的加速度信号进行傅立叶转换，得到轴承的特征频谱。
在步骤504中，通过嵌设于微振动传感器1所在的部件中的温度传感器检测轴承的温度信号。
在步骤505中，根据温度信号对轴承的故障信息进行分析。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
但是，需要明确，本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明实施例的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
Claims (15)
1.一种轴承的检测装置，其特征在于，包括分别嵌设于轴承的同一部件中的微振动传感器和处理器，所述处理器与所述微振动传感器连接；
所述检测装置还包括发射天线和接收天线，所述发射天线嵌设于所述微振动传感器所在的部件中，所述接收天线设置于所述轴承外。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述轴承的同一部件包括所述轴承的外圈、保持架或内圈。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述微振动传感器包括压电式传感器、阻抗头传感器和/或电阻应变式传感器。
4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述微振动传感器封装于陶瓷包装的结构中。
5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：
设置于靠近所述轴承的位置处的能量辐射天线；
嵌设于所述微振动传感器所在的部件中的电磁共振天线，所述电磁共振天线分别与所述微振动传感器和所述处理器连接。
6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述能量辐射天线设置于轴承座上。
7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括嵌设于所述微振动传感器所在的部件中的交直流AC-DC转换器，所述AC-DC转换器分别与所述电磁共振天线、所述微振动传感器和所述处理器连接。
8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括嵌设于所述微振动传感器所在的部件中的稳压器，所述稳压器分别与所述AC-DC转换器、所述微振动传感器和所述处理器连接。
9.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括嵌设于所述微振动传感器所在的部件中的带通滤波器，所述带通滤波器分别与所述微振动传感器和所述处理器连接。
10.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括嵌设于所述微振动传感器所在的部件中的温度传感器，所述温度传感器与所述发射天线连接。
11.一种轴承的检测方法，其特征在于，包括：
通过嵌设于轴承中的微振动传感器检测轴承的加速度信号；
对所述加速度信号进行傅立叶转换，得到所述轴承的特征频谱；
将所述轴承的特征频率与已知的轴承的故障特征频率进行匹配，得到所述轴承的故障信息。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述微振动传感器嵌设于所述轴承的外圈、保持架或内圈中。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述微振动传感器包括压电式传感器、阻抗头传感器和/或电阻应变式传感器。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述对所述加速度信号进行傅立叶转换，得到所述轴承的特征频谱，包括：
对所述加速度信号进行滤波处理；
对滤波处理后的加速度信号进行傅立叶转换，得到所述轴承的特征频谱。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述将所述轴承的特征频率与已知的轴承的故障特征频率进行匹配，得到所述轴承的故障信息之后，还包括：
通过嵌设于所述微振动传感器所在的部件中的温度传感器检测轴承的温度信号；
根据所述温度信号对所述轴承的故障信息进行分析。
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