振动筛综合检测装置检测参数的设计研究

振动筛综合检测装置检测参数的设计研究
[摘要]为提高振动筛产品的检测精度，利用设计的各测试通道独立的信号滤波放大单元，结合高性能处理器，构成实时模拟滤波加数字滤波的高性能抗混滤波器，将各个传感器输出的信号通过调理器和测控软件转化为可识别的波形信号，再通过函数积分曲线转化为可直接读出的数字，实时控制采集记录。

含基本控制软件、分析软件、声学、温度分析软件。

能同时对振幅、筛箱横向摆动、振动频率、振动方向角、筛面倾角、噪声、轴承部位最高温度和升温、支点的工作动负荷和最大动负荷、传动轴转速、应力进行测试。

配置二次开发接口。

【关键词】振动筛；检测；装置；精度
引言
随着国家基本建设投资规模的持续扩大，振动筛在我国冶金、矿山、建材、水利、公路建设中都得到了普遍应用。

近年来在煤炭、电力、交通、石化等行业新建项目和更新改造项目中又不断增加，拉动了整个机械制造业的发展。

振动筛制造设备的市场需求呈现迅速增长趋势并向高品质振动筛的研发制造迈进。

1、JB/T4042-2008《振动筛试验方法》标准检测项目及存在的不足
由于市场的需求，国内振动筛分机械制造业随之迅速增加。

如何使用科学统一的检测设备完成对此类产品的检测，确保该产业健康有序发展，成为当务之急。

根据本人多年从事该类产品的检测经验，认为JB/T4042-2008《振动筛试验方法》标准及各种振动筛的产品标准，特别是多年未修订的标准，存在一些检测方面的不足，已不能适应新形势的需要，应加快标准的修订和新检测方法的完善。

因而建立一个现代化的振动筛综合检测装置，完善振动筛检测势在必行。

本人针对JB/T4042-2008《振动筛试验方法》标准中存在检测方法的滞后和不足，进行了振动筛综合检测装置设计研究，具有科学、准确、高效的特点。

2、振动筛综合检测装置设计技术指标要求
JB/T4042-2008《振动筛试验方法》标准中规定项目为：振幅、筛箱横向摆动、振动频率、振动方向角、轴承部位最高温度和升温、筛面倾角、噪声、电动机功率、支点的工作动负荷和最大动负荷、传动轴转速、应力测试、外观。

3、试验设备配置
振动筛检测系统：≥50通道、三向加速度传感器、温度传感器、转速传感器、噪声传感器（配校准器）、载荷传感器、倾角传感器、三相电能质量记录仪、漆膜测厚仪、计算机、多功能打印机。

4、要求
数据采箱采用标准机箱，全屏蔽机箱结构设计。

机壳能承受60g/6ms的冲击和20Hz～2000Hz随机，有效值大于7g的振动。

仪器采用密封处理，具备防尘、防潮、防泼溅，防磁场干扰、抗混滤波、低通滤波，连续测试时间≥8h；数采仪与上位机通讯有100M以太网和无线网络两种接口。

每个测试通道独立的24位A/D转换器，以及每通道独立的高性能浮点DSP，构成实时数字滤波+模拟滤波的高性能抗混滤波器。

控制单元配套高性能嵌入式工控计算机，抗振高速电子硬盘≥120G；计算机实时控制采集记录，由键盘按键设置，或通过线控装置或无线PDA控制完成数据采集，数据存储在本机仪器中；可以脱离计算机独立工作或线控完成采样功能。

5、技术要求
5.1数据采集，三轴同时工作，运动轨迹合成（轨迹分为：直线、圆、椭圆等）。

5.2采样速率所有通道能连续同步采样
（1）采样频率取整*8-64通道同时工作时，每通道10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k、50k、100k（Hz）；
（2）分析频率取整*8-64通道同时工作时，每通道10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k、50k（Hz）；
（3）每通道10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k、50k、100k（Hz）分档切换；满度值：±20mV、±50mV、±100mV、±200mV、±500mV、±1V、±2V、±5V、±10V、±20V。

5.3共模抑制比（CMR）：不小于100dB；共模电压（DC或AC峰值）：小于±10V、DC～60Hz；时间漂移：小于3μV/小时（输入端短路，预热1小时，恒温，在最大增益时，折算至输入端）；温度漂移：小于1μV/℃（在允许的工作温度范围内，输入端短路，在最大增益时，折算至输入端）；A/D转换器的分辨率：24位AD转换器；输入阻抗：10MΩ或40PF；输入方式：AC、DC、ICP、GND；输入保护：当满度值不大于10V时，输入信号大于±15V（直流或交流峰值）时，输入全保护；当满度值为20V时，输入信号大于±30V（直流或交流峰值）时，输入全保；触发方式：手动触发、外触发、信号触发；信号触发电位：满度的10%-90%、OFF档任意设定；工作电源：AC 220V（±10%）50Hz（±2%）、DC 12V（9-18V），功率约100W；电磁兼容试验符合A类指标；使用环境：适用于GB6587.1-86-Ⅱ组条件；热电偶冷端补偿方式：能选任一温度通道作为冷端补偿或输入冷端温度；数据采集记录方式：连续采样，采样深度由模块内置高速电子硬盘剩余容量决定；支持IRIG（Inter Range Instrumentation Group Time）同步时基接收；通讯接口：有100M以太网和无线网络两种接口；锂电池供电，连续工作5小时，可配外挂电池，延长工作时间至10小时；每通道具有独立的24位A/D，独立的DSP，并行同步采样；配备GPS测速模块和线控音频输入模块，可语音同步录入工作状态；配备无线PDA远程控制参数设置、数据采集、曲线显示等。

5.4IEPE、电压测试：输入方式：GND、DC、AC（1.5Hz高通）、IEPE（1.5Hz 高通）；输入保护：当满度值不大于10V时，输入信号大于±15V（直流或交流峰值）时，输入全保护；输入量程：±20V、±10V、±5V、±2V、±1V、±500mV、±200mV、±100mV、±50mV、±20mV；放大器带宽：DC～100kHz（+0.5dB～-3dB）；静态不确定度：不大于0.5%（FULL）；IEPE供电：24V/4mA；双积分硬件网络；一次积分：1Hz～1kHz和10Hz～10kHz；二次积分：1Hz～100Hz和10Hz～1kHz。

5.5滤波器：模拟低通滤波器：截止频率为10、30、100、300、1k、3k、10k、PASS（Hz）八档分档切换，阻带衰减：大于-24dB/oct，平坦度（2/3截止频率内）：小于0.1dB；DSP数字滤波器：截止频率为采样速率的1/2.56倍，设置采样速率时同时设定。

阻带衰减：约-150dB/oct，平坦度（分析频率范围内）：小于0.05dB。

5.6温度测试：放大器输入特性；输入方式：双端平衡差动输入；输入阻抗：10MΩ+10MΩ；输入保护：当输入电平超过±5V时，放大器实行全保护；电压量程：±10V、±0.5V、±100mV、±50mV；最大带宽：DC～30Hz（+0.5dB～-3dB）；温度测量精度：0.5%±1℃（不包括热电偶自身误差）；测温范围：-40℃～700℃。

5.7恒流源：开路电压：13V；恒流源电流：1mA；精度：0.1%。

热电偶冷端补偿方式：应能选任一温度通道作为冷端补偿或输入冷端温度；使用环境：符
合GB6587.1-1986-III组条件（环境温度-20℃～60℃，相对湿度20%～80%不冷凝，冲击：大于60g半正弦6毫秒，振动：20Hz～2000Hz随机振动有效值大于7g）。

5.8三向加速度传感器技术指标：灵敏度：X轴，1mV/m·s-2；Y轴，1mV/m·s-2；Z轴：1mV/m·s-2；安装谐振频率：15kHz；频率范围：1～3000Hz （X）；1～3000Hz （Y）；1～3000Hz（Z）；测量范围：5000 m/s2；冲击极限：50000m/s2；横向灵敏度比：<5%；内部结构形式：剪切；使用温度：-20～80℃。

5.9噪声传感器：声场类型：自由场；频率响应：20～20KHz；输出阻抗：<50Ω；动态范围：16～134dBA；本底噪声：<16dBA；使用温度范围：-30～80℃；使用湿度范围：0～95% RH；温度系数：0.005dB/℃；湿度系数：0.003 dB/%RH。

5.10倾角传感器：电源：9～36VDC；测量范围：±5度～±90度；轴数：2；精度：±0.1度～±0.15度；响应时间：0.3s；温漂系数：≤100；输出信号：0～5VDC。

5.11转速传感器：测速范围：0～3000r/h；测量精度：±1r；灵敏度：≤5%；额定电压：3～24（V）；静态电流：10mA；反应频率：5000Hz；检测距离：<10mm；使用环境温度：-30℃～80℃；使用环境湿度：35～95%RH；保护结构：IP67。

5.12温度传感器：温度测量范围：0～300℃；输出信号：4～20mA、0～10V、0～5V；负载电阻：≤500Ω；供电电源：24VDC；功耗：≤1W；基本误差：0.2%～0.5%。

5.13载荷传感器：额定载荷（R.C.）50t；额定输出（R.O.）2±0.0050mV/V；零点平衡±0.018mV/V；综合误差±0.05%R.O；非线性±0.03%R.O；滞后±0.05%R.O；重复性±0.02%R.O；蠕变（30分钟）±0.03%R.O；正常工作温度范围-10...+40℃；允许工作温度范围-20...+70℃；温度对灵敏度影响±0.02%R.O./10℃；温度对零点影响±0.02%R.O./10℃；安全过载150%R.C，极限过载300%R.C。

5.14三相电能质量记录仪：采购Fluke 1760三相电能质量记录仪。

6、软件功能要求
含基本控制软件，分析软件，声学、温度分析软件。

6.1根据传感器的输出灵敏度及热电偶的分度号和冷端温度，完成被测物理量单位量纲的归一化，并能直接显示被测物理量。

6.2具有键盘触发、定时触发、信号触发等触发模式，有连续记录、记忆示波器等采样方式。

6.3同时显示任意通道采集数据及曲线（包括采集数据的实时曲线及各种实时处理后的数据、曲线和运动轨迹合成）；采样过程中能动态开设或关闭窗口，动态切换或增减显示通道，动态设置其显示方式。

6.4将任意两通道的测量数据定义为x轴和y轴、y轴和z轴，边采样边绘制成曲线，完成x-y、y-z记录仪（滞回曲线）的功能。

6.5数据的管理包括打开文件、数据备份、文件删除、将数据文件向Text、Excel、Access、Matlab的转换等功能。

6.6分析软件：能进行时域及频域的处理，所有处理功能都可供在线事后分析使用，其中时域分析包括计算最大值、最小值、平均值、均方差、曲线拟合等，频域分析包括幅值谱计算、功率谱计算、相关计算、相关分析、传函分析。

7、结论与讨论
通过设计该装置检测振幅采用三向加速度传感器同时检测X轴、Y轴、Z 轴的位移值，解决了单向加速度传感器分别检测X轴、Y轴、Z轴位移值，在合
成时产生相位角误差和传统检测方法使用的检测设备设施分散组合及不完整的弊病。

设计检测精度高，运算快。

参考文献
[1]闻邦椿，刘凤翘.振动机械的理论及应用[M].北京：机械工业出版社，1982.
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[5]JB/T2444-2008《煤用座式双轴振动筛》[S]，（标准）.
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