基于加速度传感器的电机振动测量解读

基于加速度传感器的电机振动测量

摘要

电机是现代生产中的重要电气设备，从大型的工业电机到小型的家用电器，电机都是随处可见的，电机的故障会对生产造成重大影响，因此需要监测电机的运行状态。

为监测电机的运行状态，本文通过加速度传感器来测量电机振动的大小，并通过微控制器对电机加速度信号进行采集，并将它传输给电脑；利用电脑软件对采集的加速度信号进行频域积分得到速度信号，再与电机振动判断标准进行对比分析,从而判断电机运行状态, 确定修复时机，为电机提供检修依据。

关键词：加速度；振动测量；信号处理；故障分析

Measure the vibration of motor based on the acceleration

sensor

Abstract

The electric motor is one sort of the most important electric equipments in modem manufacturing．From large industrial motors to small appliances, electric motors are everywhere. Its failure would produce a significant impact on the motor,therefore, we need to monitor the operating status of the motor.

In this paper, in order to monitor the motor running, size of the motor vibration is measured by the acceleration sensor, and uses the microcontroller to collect the motor acceleration signal and transfer it to the computer. The acceleration frequency-domain signal is integrated into the speed signal in the computer, and then the speed signal is compared with the motor vibration criteria, to provide the basis for the maintenance of motor. We can determine the timing of repair.

Keywords:Acceleration sensor, Vibration Measurement, Signal Processing, Failure Analysis

目录

第1章绪论 (1)

1.1引言 (1)

1.2电机振动特性 (1)

1.2.1 振动参数 (2)

1.2.2 振动标准 (3)

第2章电机振动测量装置设计 (6)

2.1采集模块介绍 (6)

2.1.1 MMA8452加速度传感器 (7)

2.1.2 控制器NXP ARM LPC1114 (8)

2.1.3 电源模块 (8)

2.2接口转换模块设计 (9)

2.2.1 TTL信号转485信号 (9)

2.2.2 RS-485信号转RS-232信号 (10)

2.2.3RS-232转USB信号 (10)

第3章振动信号采集 (12)

3.1信号的采集 (12)

3.1.1 读取数据模块 (13)

3.1.2 信号发送 (18)

第4章振动信号处理 (20)

4.1振动加速度信号与速度信号之间的转换 (20)

4.2信号转换的实现 (21)

4.3实际测量结果 (24)

结论 (27)

致谢 (28)

参考文献 (29)

附录A 译文 (30)

附录B 外文原文 (38)

附录C 程序代码 (46)

第1章绪论

1.1 引言

随着科学技术的发展，电机已经成为我们生活中不可缺少的一部分，从大型的工业电机到小型的家用电器，电机都是随处可见的，因此电机是否正常工作对我们日常生活的好坏有很大影响。

电机振动主要由电枢不平衡、电磁力、轴承磨损、转轴弯曲和安装不良使电机与负载机械的轴心线不对中或倾斜等原因引起的。电机振动大小必须要满足国家的电机振动标准,否则会造成很严重的后果。现在,电机振动标准主要是用振动速度的有效值来衡量。

测试和诊断电机振动好坏的基础是采集和处理电机的振动信号，因此我们在测量时必须要有一个电机振动测量、处理和诊断的系统。电机振动测试通常是用加速度传感器记录加速度信号。然后再用傅里叶变换来进行频谱分析。

在过去的几十年里，小波分析、时频联合分析、独立分量分析等信号处理的新方法有了很大的发展，为电机振动的深入研究提供了条件。在故障诊断中取得了出色的效果。

1.2 电机振动特性

电机振动是因为电磁，能量转换，机械振动等物理因素引起的。电机产生振动的原因包括[1]：

1．电磁力：电磁力作用在定子和转子之间的空隙中，它的力波在气隙中是旋转的或者是脉动的，力的大小和电磁负荷、电机有效部分的结构和计算参数有关。由电磁力产生的振动大小与作为振荡系统的定子特性有很大的关系，大多数电机的电磁振动都在100—4000Hz频率范围内；

2．轴承：轴承产生的振动和轴承本身的制造质量、轴承配合面的加工精度、固定轴承位置的轴承盖相对电机机座的锁紧面加工精度等有关：

3．转子的机械不平衡：转子的不平衡能产生显著的振动，特别是3000rpm和更高