① 前端振动传感器检测到轴承的振动信号(其中包含谐振器的共振信号)。
② 振动信号经调理放大得到易于处理的低频信号,电荷放大器和程起到传感器输出和后续处理电路的阻抗匹配和信号放大作用。由于轴承故障振动信号非常微弱,且传感器输出阻抗很大,因此,需要高信噪比和高增益专用前置放大集成电路。
③ 带通滤波器对信号作预处理,经过带通滤波器处理后,可有效滤掉低频振动和高频干扰,只保留共振频率附近的频率段。
④ 包络检波器检出共振波的外包络,将高频共振信号转换为低频包络信号,即实现共振解调功能。经包络分析器和低通滤波器处理后,可进一步剔除时域尖峰信号的干扰,为后续故障识别系统提供较稳定的识别信号。
⑤ 由于滚动轴承的故障频率由几十到几百赫兹不等,因此在做进一步处理之前有必要滤掉高频成分。同时,在A/D转换之前选择合适的滤波,也能起到抗频率混叠的作用。
(2) 数字信号处理电路部分,如图3所示:
① 低频解调信号被A/D转换器转换成适用于DSP处理的数字信号。本设计选用的是TI公司的多采样频率、低功耗、单电源供电的A/D转换芯片AD9221,其最大采样频率高达1.5MHz,信噪比70dB,采样精度高,足以满足系统设计的需要。
② 数字信号处理器是本设计的关键,它的运算速度直接影响了系统实时性的实现。本系统中的DSP芯片采用TI公司的TMS320C6713。这是一款用于高精度高性能应用的浮点型DSP,它在C67x的基础上,增加了很多外围设备和接口。该芯片内核主频最高可达300MHz,处理能力可达2400MPIS,内部具有可配置的二级Cache,具有丰富的外设资源,32bits的外围数据存储器接口(EMIF)可以与SDRAM,FLASH等存储器件无缝连接,支持HPI,PCI,I2C总线。
③ TMS320C6713的内部最多只有256K的L2 SRAM,不能满足系统大容量数据存储的需要,需要扩展外部存储的空间,系统采用Micron公司的32位SDRAM芯片MT48LC4M32B2,扩展了128M的动态存储空间。