专利名称：安装在轴承上的耦合式智能轴承监测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于监测器材，尤其涉及一种应用于轴承状态检测的耦合式智能轴承监测
O
背景技术：
目前的一体化智能轴承有外挂式和嵌入式两种结构形式。外挂式结合方式不破坏 轴承的结构但使传统轴承的整体尺寸发生变化，同时该类结合方式的特点决定了传感组件 与故障源存在一定的距离，使得其获取的信号并不能真实地反映轴承的故障信息，更不能 用这种方法对轴承的故障特征做早期检测，因为采用该种结构对的轴承故障检测不能保证 信号的可靠性；嵌入式结合方式很接近被测信号的发生源，信号传输的中间界面减少，采集 的信号能真实地反映轴承的实际工作状况，信噪比高，但该结构破坏了轴承的完整性，且易 引起应 力集中等问题，因而该结构对轴承状态检测也存在一定的问题。目前，采用外挂式和嵌入式这两种结合方式的结构对轴承工作性能进行检测的方 法，大都是通过压电式应变片式加转速传感装置来获取轴承的振动信号，而压电式应变片 式加转速传感装置主要得到的是轴承的高频段信息，得到的信号的频率范围很宽，且其中 包含背景噪声和各种干扰信号，使得轴承的故障信息淹没在该宽频信号中。采用压电式应 变片式加转速传感装置获取的振动信号，一般都是依靠冲击脉冲法、共振解调等技术来提 取所需要的故障特征，而该类方法不能有效地选取共振频带的范围，给后续的故障特征提 取带来困难，所以很难真正得到满意的故障识别效果。现有两种结合方式，其带转速装置的 传感单元不能实现多参量的同步触发采集，而这种同步触发采集对于后续的轴承故障诊断 有至关重要的作用，往往可以通过触发装置的整周期采样可以更有效地提取故障信息。现有技术的缺点是外挂式的结构获取的信号并不能真实地反映轴承的故障信 息，嵌入式的结构破坏了轴承的内部结构，引起轴承的应力集中问题，且轴承的故障信息淹 没在该宽频信号中，不能有效的提取轴承的低频段特征，更不能实现轴承多参量的同步触 发采集。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现轴承多参量的同步触发采集的安装在轴承上的耦 合式智能轴承监测装置。为达到上述目的，本发明表述一种安装在轴承上的耦合式智能轴承监测装置，其 关键在于包括壳体和转速码盘，所述转速码盘为与壳体同轴心的圆形码盘，智能监测器轴 向插入所述轴承的旋转圈与不动圈之间的间隙处与轴承过盈配合；在壳体的一端设置有两个台阶面，所述壳体通过台阶面与轴承安装在一起，所述 转速码盘通过与轴承的旋转圈的过盈配合来实现与轴承的安装，并对轴承进行监测；所述壳体上内嵌有两个应变片式加速度传感装置、一个转速传感装置和一个温度 传感装置，所述两个应变片式加速度传感装置的中心线都平行于所述壳体的中心线，两者夹角呈90 °，所述转速传感装置沿径向内嵌在所述壳体的上，所述温度传感装置的中心线 平行于所述壳体的中心线，在所述壳体的端面上还安装有电路板，所述两个应变片式加速 度传感装置、一个转速传感装置和一个温度传感装置都经信号输出线与所述电路板上的输 入接线端子连接；所述电路板上还设置有信号采集触发电路、加速度信号放大电路、转速信号放大 电路和温度信号放大电路，所述加速度信号放大电路的输入端与所述加速度传感装置的输 出端连接，所述转速信号放大电路的输入端与所述转速传感装置的输出端连接，所述温度 信号放大电路的输入端与所述温度传感装置的输出端连接，所述加速度信号放大电路、转 速信号放大电路和温度信号放大电路都设置有信号输出端，各信号输出端分别与所述信号 采集触发电路的加速度信号输入端、转速信号输入端和温度信号输入端连接，所述信号采 集触发电路的输出端输出采集到的信号，交给计算机8进行处理。两个应变片式加速度传感装置、一个转速传感装置和一个温度传感装置均勻内嵌 在壳体上，用于检测轴承工作时的振动、温度和转速情况，传感装置作为智能轴承部件的一 部分，易于安装和拆卸，由于该结构靠近轴承故障源，可有效地提取轴承的低频段特征，避 免了高频噪声、干扰信号的产生，大大提高了信号的可靠性和有效性，智能轴承的壳体通过 过盈配合安装在轴承的端面上，减小了对轴承结构的破坏和轴承应力集中的问题。
应变片式加速度传感装置、一个转速传感装置和一个温度传感装置分别把信号传 输到加速度信号放大电路、转速信号放大电路和温度信号放大电路，加速度信号放大电路、 转速信号放大电路和温度信号放大电路对输入的信号进行放大后，传输到信号采集触发电 路，靠近转速码盘安装的转速传感装置发出脉冲信号，交给信号采集触发电路，当信号采集 触发电路根据设定的脉冲计数，触发采集放大了的加速度信号和温度信号，实现了轴承多 参量的同步触发采集。每个所述应变片式加速度传感装置由四片应变片、弹性体和质量块组成，所述弹 性体的底部为等腰梯形板型结构，上部为圆柱体结构，所述等腰梯形板型结构沿中心线的 上部和下部分别开有第一通孔和第二通孔，所述四片应变片中的两片应变片分别布置在所 述弹性体的圆柱体结构中轴面的上部和下部，所述另外两片应变片分别布置在垂直所述弹 性体的圆柱体结构中轴面的左右两侧，所述四片应变片与所述等腰梯形板型结构的距离相 同，所述两片应变片各引出一根导线，两根导线都穿过第一通孔后与所述电路板的第一加 速信号接线端连接，另外两片应变片也都各引出一根导线，这两根导线分别穿过第二通孔 后与所述电路板的第二加速信号接线端连接，所述质量块为圆柱形结构，该质量块的一个 端面与所述弹性体的上部端面用固定胶固结在一起；所述壳体内设置有沉孔，该沉孔的上部与所述等腰梯形板型结构的形状一致，厚 度相同，在沉孔的上部内壁上涂上固定胶，将上端固定有质量块的弹性体装入所述沉孔中。两个应变片式加速度传感装置安装在壳体的沉孔内，作为壳体的一部分，靠近轴 承的信号源，且不改变轴承的结构，两个应变片式加速度传感装置感知来自各个方向的加 速度信号，便于感知轴承的振动情况。所述转速传感装置由磁极、电磁线圈、转速传感器外壳、永磁铁和” L”型引线组成， 所述转速传感器外壳的底部为六角螺母，该转速传感器外壳下部一段为螺纹结构，所述磁 极为圆柱形结构，该磁极贯穿所述转速传感器外壳的底部，所述磁极的下端伸出所述转速传感器外壳，该磁极的上端位于转速传感器外壳内，所述磁极顶端与所述永磁铁的下端连接，所述永磁铁的上端与” L”型引线的一端连接，所述电磁线圈安装在所述转速传感器外壳 的内壁上，所述磁极穿过所述电磁线圈中心孔；所述壳体内壁开有径向的转速传感装置安装沉孔，该转速传感装置安装沉孔的上 部为内螺纹结构，所述转速传感器外壳通过底部的六角螺母安装在所述壳体的转速传感装 置安装沉孔内，所述” L”型引线穿过所述壳体下部的” L”型通孔。转速传感装置沿径向安装在壳体内壁，转速码盘用弱磁金属材料制作而成，转速 码盘跟随轴承一起转动时，伸出的磁极部分产生磁变化，引起电磁线圈磁路的变化，线圈中 的磁通发生变化，电磁线圈中感应出幅值交变的电动势，与电磁线圈间接连接的有源放大 器将微弱的感应电动势放大，从而将轴承的转速信号转变为电脉冲信号输出。所述温度传感装置由金属套管、电热极、绝缘材料、安装螺母和温度信号引线组 成，所述金属套管和电热极都安装在所述安装螺母的底端，所述绝缘材料填充在所述金属 套管和电热极之间，所述安装螺母的外壁设有外螺纹，该安装螺母上端与所述温度信号引 线的一端连接；所述壳体上设置有通孔，该通孔下部、中部和上部为三段直径不同的阶梯圆孔，所 述通孔的中部内壁为内螺纹结构，所述通孔下部直径大于中部直径，中部直径大于上部直 径，所述通孔的中部与所述安装螺母螺纹连接，所述温度传感装置通过安装螺母安装在所 述通孔内，所述金属套管、电热极、绝缘材料都位于通孔下部内，所述安装螺母的上端连接 的温度信号引线穿出所述通孔的上部孔。金属套管靠近轴轴承，能够迅速感知轴承的温度变化，并把温度变化通过导热性 能好的绝缘材料传递给电热极，由电热极把温度信号传输到放大电路进行处理。 所述加速度信号放大电路设置有第一 第四放大器，所述转速信号放大电路设置 有第五放大器，所述温度信号放大电路设置有第六放大器，所述信号采集触发电路设置有 USB板卡，该USB板卡设置有第一模拟输入端、第二模拟输入端、第三模拟输入端、第四模拟 输入端、第五模拟输入端和第六模拟输入端；布置在所述弹性体的圆柱体结构中轴面的上部的应变片输出信号经第一电位器 和第一电阻后，将信号传输到所述第一放大器的反相输入端，该第一放大器的反相输入端 还并联第二电阻后与所述第一放大器的输出端连接，所述第一放大器的同相输入端串第三 电阻后接地，所述第一放大器的输出端与所述第一模拟输入端连接；所述弹性体的圆柱体结构中轴面的下部的应变片输出信号经第二电位器和第四 电阻后，将信号传输到所述第二放大器的反相输入端，该第二放大器的反相输入端还并联 第五电阻后与所述第二放大器的输出端连接，所述第二放大器的同相输入端串第六电阻后 接地，该第二放大器的输出端与所述第二模拟输入端连接；所述布置在垂直所述弹性体的圆柱体结构中轴面的两侧中的一片应变片的输出 信号经第三电位器和第十电阻后，将信号传输到所述第三放大器的反相输入端，该第三放 大器的反相输入端还并第十一电阻后与所述第三放大器的输出端连接，所述第三放大器的 同相输入端串第十二电阻后接地，该第三放大器的输出端与所述第四模拟输入端连接；所述布置在垂直所述弹性体的圆柱体结构中轴面的两侧中的另一片应变片的输 出信号经第四电位器和第十三电阻后，将信号传输到所述第四放大器的反相输入端，该第四放大器的反相输入端还并第十四电阻后与所述第四放大器的输出端连接，所述第四放大 器的同相输入端串第十五电阻后接地，该第四放大器的输出端与所述第五模拟输入端连 接；所述转速传感装置的输出信号经第七电阻后，将信号传输到所述第五放大器的反 相输入端，该第五放大器的反相输入端还并第八电阻后与所述第五放大器的输出端连接， 所述第五放大器的同相输入端串第九电阻后接地，该第五放大器的输出端与所述第三模拟 输入端连接；所述温度传感装置的输出信号经电阻桥和第二十电阻后，将信号传输到第六放大 器的反相输入端，该第六放大器的反相输入端还并第二十一电阻后与所述第六放大器的输 出端连接，所述第六放大器的同相输入端串第二十二电阻后接地，所述第六放大器的输出 端与所述第六模拟输入端连接。第一 第四放大器组成的反相比例放大电路分别感知一组应变片的信号，第一 第四放大器对输入的信号进行放大，并将放大的信号分别传输到USB板卡的第一模拟输入 端、第二模拟输入端、第四模拟输入端和第五 模拟输入端。第五放大器和第六放大器分别对输入的转速信号和温度信号进行比例放大，并分 别输出放大了的信号到USB板卡的第三模拟输入端和第六模拟输入端。所述电阻桥的输入端串第十六电阻后与第十七电阻的一端连接，该第十七电阻的 另一端与电阻桥的输出端连接，所述电阻桥的输入端还串第十八电阻后与第十九电阻的一 端连接，该第十九电阻的另一端与电阻桥的输出端连接，所述第十七电阻的一端与第十九 电阻的一端之间还分别串有第五电位器和电容。第十六电阻为热敏电阻，当参考温度端发生改变时，第十六电阻阻值发生变化，导 致电桥输出电压也随之变化，而这个电压的变化量可弥补由于冷端温度变化导致的输出电 压的变化，使电路总的输出不随环境温度的变化而变化。所述信号采集触发电路还设置有第一 第四触发器和比较器，所述USB板卡还设 置有高压端和数字地端，所述比较器的第一一 第一三数字端都与所述USB板卡的数字地 端连接，所述比较器的第一四数字端与所述USB板卡的高压端连接，所述比较器还设置有 第一比较信号输出端和第二比较信号输出端，所述第一比较信号输出端与所述USB板卡的 触发信号输入端连接，所述第二比较信号输出端与第一与门电路的第一输入端连接，该第 一与门电路的第二输入端与所述比较器的速度数字信号输出端连接，所述第一与门电路的 输出端都与所述第一 第四触发器的触发输入端连接；所述第一触发器的J/K触发端都与所述USB板卡的高压端连接，所述第一触发器 的触发输出端与所述第二触发器的J/K触发端连接，所述第一触发器的触发输出端还与第 二与门电路的第二一数字端连接，所述第一触发器的触发输出端还与第二与门电路的第一 输入端连接，所述第二触发器的触发输出端与所述比较器的第二二数字端连接，所述第二触发 器的触发输出端还与第二与门电路的第二输入端连接，该第二与门电路的输出端与第一或 门电路的输入端连接，该第一或门电路的输出端分别与所述第三触发器的J/K触发端连 接，该第三触发器的输出端与所述比较器的第二三数字端连接，所述第一或门电路的输出 端分和所述第三触发器的输出端还分别与第三与门电路的第一、二输入端连接，该第三与门电路的输出端与第二或门电路的输入端连接，该第二或门电路的输出端与所述第四触发 器的J/K触发端连接，该第四触发器的输出端与所述比较器的第二四数字端连接。所述USB板卡还设置有第一 第四加速数字信号输出端和温度数字信号输出端， 所述第一 第四加速数字信号输出端、速度数字信号输出端和温度数字信号输出端输出数 字信号到计算机8。USB板卡对输入的转速模拟信号进行处理，并记录速度传感装置产生的脉冲数，当 记录的脉冲数达到设定值，USB板卡的速度数字信号输出端输出信号，比较器的第一比较信 号输出端输出触发信号，USB板卡控制第一 第四加速数字信号输出端、速度数字信号输出 端和温度数字信号输出端分别输出加速度、速度和温度的数字信号，并将信号交给计算机， 由计算机对信号进行处理。该装置实现了加速度信号、转速信号以及温度信号的同步采集， 便于后续的分析处理。所述转速码盘套装在所述壳体内。对于外圈不动，内圈旋转的轴承，转速码盘套装在的壳体内，转速码盘与内圈过盈 配合，壳体与外圈过盈配合，从而内圈旋转时带动转速码盘旋转。所述转速码盘套装在所述壳体外。对于外圈旋转，内圈不动的轴承，壳体套装在转速码盘内，壳体与内圈过盈配合， 转速码盘与外圈过盈配合，从而外圈旋转时带动转速码盘旋转。本发明的显著效果是各传感装置靠近轴承故障源，可有效地提取轴承的低频段 特征，避免了高频噪声、干扰信号的产生，大大提高了信号的可靠性和有效性，各传感装置 作为智能监测器的一部分，易于安装和拆卸，智能轴承监测器通过过盈配合安装在轴承的 端面上，减小了对轴承结构的破坏和轴承应力集中的问题，转速触发采样，实现了轴承多参 量的同步触发采集。
图1为本发明的壳体1套装在转速码盘2外的主视图；图2为图1的A-A示图；图3为图1的B-B示图；图4为本发明的电路原理方框图；图5为加速度传感装置的主视图；图6为图5的A-A示图；图7为加速度传感装置与壳体的装配示意图；图8为图2的A部放大图；图9为图8的仰视图；图10为图3的B部放大图；图11为本发明的信号放大电路图；图12为信号采集触发电路图；图13为本发明的转速码盘套装在壳体外的主视图；图14为图13的A-A示图；图15为图13的B-B示图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。实施例一如图1至4所示，一种安装在轴承上的耦合式智能轴承监测装置，包括壳体1和转速码盘2，所述转速码盘2为与壳体1同轴心的圆形码盘，智能监测器轴向插入所述轴承的 旋转圈与不动圈之间的间隙处与轴承过盈配合；所述壳体1上内嵌有两个应变片式加速度传感装置3、一个转速传感装置4和一个 温度传感装置5，所述两个应变片式加速度传感装置3的中心线都平行于所述壳体1的中心 线，两者夹角呈90°，所述转速传感装置4沿径向内嵌在所述壳体1的上，所述温度传感装 置5的中心线平行于所述壳体1的中心线，在所述壳体1的端面上还安装有电路板6，所述 两个应变片式加速度传感装置3、一个转速传感装置4和一个温度传感装置5都经信号输出 线与所述电路板6上的输入接线端子连接；所述电路板6上还设置有信号采集触发电路9、加速度信号放大电路10、转速信号 放大电路11和温度信号放大电路12，所述加速度信号放大电路10的输入端与所述加速度 传感装置3的输出端连接，所述转速信号放大电路11的输入端与所述转速传感装置4的输 出端连接，所述温度信号放大电路12的输入端与所述温度传感装置5的输出端连接，所述 加速度信号放大电路10、转速信号放大电路11和温度信号放大电路12都设置有信号输出 端，各信号输出端分别与所述信号采集触发电路9的加速度信号输入端、转速信号输入端 和温度信号输入端连接，所述信号采集触发电路9的输出端输出采集到的信号，交给计算 机8进行处理。如图5至7所示，每个所述应变片式加速度传感装置3由四片应变片15、弹性体 16和质量块17组成，所述弹性体16的底部为等腰梯形板型结构13，上部为圆柱体结构，所 述等腰梯形板型结构13沿中心线的上部和下部分别开有第一通孔14和第二通孔14’，所述 四片应变片15中的两片应变片15分别布置在所述弹性体16的圆柱体结构中轴面的上部 和下部，所述另外两片应变片15分别布置在垂直所述弹性体16的圆柱体结构中轴面的左 右两侧，所述四片应变片15与所述等腰梯形板型结构13的距离相同，所述两片应变片15 各引出一根导线，两根导线都穿过第一通孔14后与所述电路板6的第一加速信号接线端连 接，另外两片应变片15也都各引出一根导线，这两根导线分别穿过第二通孔14’后与所述 电路板6的第二加速信号接线端连接，所述质量块17为圆柱形结构，该质量块17的一个端 面与所述弹性体16的上部端面用固定胶固结在一起；所述壳体1内设置有沉孔18，该沉孔18的上部与所述等腰梯形板型结构13的形 状一致，厚度相同，在沉孔18的上部内壁上涂上固定胶，将上端固定有质量块17的弹性体 16装入所述沉孔18中。如图8和9所示，所述转速传感装置4由磁极19、电磁线圈20、转速传感器外壳 21、永磁铁22和“L”型引线23组成，所述转速传感器外壳21的底部为六角螺母24，该转速 传感器外壳21下部一段为螺纹结构，所述磁极19为圆柱形结构，该磁极19贯穿所述转速 传感器外壳21的底部，所述磁极19的下端伸出所述转速传感器外壳21，该磁极19的上端 位于转速传感器外壳21内，所述磁极19顶端与所述永磁铁22的下端连接，所述永磁铁22的上端与“L”型引线23的一端连接，所述电磁线圈20安装在所述转速传感器外壳21的内 壁上，所述磁极19穿过所述电磁线圈20中心孔；所述壳体1内壁开有径向的转速传感装置安装沉孔，该转速传感装置安装沉孔的 上部为内螺纹结构，所述转速传感器外壳21通过底部的六角螺母24安装在所述壳体1的 转速传感装置安装沉孔内，所述“L”型引线23穿过所述壳体1下部的” L”型通孔。如图10所示，所述温度传感装置5由金属套管25、电热极26、绝缘材料27、安装螺 母28和温度信号引线29组成，所述金属套管25和电热极26都安装在所述安装螺母28的 底端，所述绝缘材料27填充在所述金属套管25和电热极26之间，所述安装螺母28的外壁 设有外螺纹，该安装螺母28上端与所述温度信号引线29的一端连接；所述壳体1上设置有通孔30，该通孔30下部、中部和上部为三段直径不同的阶梯 圆孔，所述通孔30的中部内壁为内螺纹结构，所述通孔30下部直径大于中部直径，中部直 径大于上部直径，所述通孔30的中部与所述安装螺母28螺纹连接，所述温度传感装置5通 过安装螺母28安装在所述通孔30内，所述金属套管25、电热极26、绝缘材料27都位于通 孔30下部内，所述安装螺母28的上端连接的温度信号引线29穿出所述通孔30的上部孔。
如图11所示，所述加速度信号放大电路10设置有第一放大器Al 第四放大器 A4，所述转速信号放大电路11设置有第五放大器A5，所述温度信号放大电路12设置有第 六放大器A6，所述信号采集触发电路9设置有USB板卡31，该USB板卡31设置有第一模拟 输入端A-1、第二模拟输入端A-2、第三模拟输入端V、第四模拟输入端A-3、第五模拟输入端 A-4和第六模拟输入端T ；布置在所述弹性体16的圆柱体结构中轴面的上部的应变片15输出信号经第一电 位器Wl和第一电阻Rl后，将信号传输到所述第一放大器Al的反相输入端，该第一放大器 Al的反相输入端还并联第二电阻R2后与所述第一放大器Al的输出端连接，所述第一放大 器Al的同相输入端串第三电阻R3后接地，所述第一放大器Al的输出端与所述第一模拟输 入端A-I连接；所述弹性体16的圆柱体结构中轴面的下部的应变片15输出信号经第二电位器W2 和第四电阻R4后，将信号传输到所述第二放大器A2的反相输入端，该第二放大器A2的反 相输入端还并联第五电阻R5后与所述第二放大器A2的输出端连接，所述第二放大器A2的 同相输入端串第六电阻R6后接地，该第二放大器A2的输出端与所述第二模拟输入端A-2 连接；所述布置在垂直所述弹性体16的圆柱体结构中轴面的两侧中的一片应变片15的 输出信号经第三电位器W3和第十电阻RlO后，将信号传输到所述第三放大器A3的反相输 入端，该第三放大器A3的反相输入端还并第十一电阻Rll后与所述第三放大器A3的输出 端连接，所述第三放大器A3的同相输入端串第十二电阻R12后接地，该第三放大器A3的输 出端与所述第四模拟输入端A-3连接；所述布置在垂直所述弹性体16的圆柱体结构中轴面的两侧中的另一片应变片15 的输出信号经第四电位器W4和第十三电阻R13后，将信号传输到所述第四放大器A4的反 相输入端，该第四放大器A4的反相输入端还并第十四电阻R14后与所述第四放大器A4的 输出端连接，所述第四放大器A4的同相输入端串第十五电阻R15后接地，该第四放大器A4 的输出端与所述第五模拟输入端A-4连接；
所述转速传感装置的输出信号经第七电阻R7后，将信号传输到所述第五放大器 A5的反相输入端，该第五放大器A5的反相输入端还并第八电阻R8后与所述第五放大器A5 的输出端连接，所述第五放大器A5的同相输入端串第九电阻R9后接地，该第五放大器A5 的输出端与所述第三模拟输入端V连接；所述温度传感装置的输出信号经电阻桥R和第二十电阻R20后，将信号传输到第 六放大器A6的反相输入端，该第六放大器A6的反相输入端还并第二十一电阻R21后与所 述第六放大器A6的输出端连接，所述第六放大器A6的同相输入端串第二十二电阻R22后 接地，所述第六放大器A6的输出端与所述第六模拟输入端T连接。所述电阻桥R的输入端串第十六电阻R16后与第十七电阻R17的一端连接，该第十七电阻R17的另一端与电阻桥R的输出端连接，所述电阻桥R的输入端还串第十八电阻 R18后与第十九电阻R19的一端连接，该第十九电阻R19的另一端与电阻桥R的输出端连 接，所述第十七电阻R17的一端与第十九电阻R19的一端之间还分别串有第五电位器W5和 电容C。如图12所示，所述信号采集触发电路9还设置有第一触发器Cl 第四触发器C4 和比较器32，所述USB板卡31还设置有高压端VCC和数字地端DGND，所述比较器32的第 一一数字端BO 第一三数字端B2都与所述USB板卡31的数字地端DGND连接，所述比较 器32的第一四数字端B3与所述USB板卡31的高压端VCC连接，所述比较器32还设置有 第一比较信号输出端FA > B和第二比较信号输出端FA < B,所述第一比较信号输出端FA > B与所述USB板卡31的触发信号输入端ATR连接，所述第二比较信号输出端FA < B与 第一与门电路33的第一输入端连接，该第一与门电路33的第二输入端与所述比较器32的 速度数字信号输出端DI2连接，所述第一与门电路33的输出端都与所述第一触发器Cl 第四触发器C4的触发输入端连接；所述第一触发器Cl的J/K触发端都与所述USB板卡31的高压端VCC连接，所述 第一触发器Cl的触发输出端与所述第二触发器C2的J/K触发端连接，所述第一触发器Cl 的触发输出端还与第二与门电路34的第二一数字端AO连接，所述第一触发器Cl的触发输 出端还与第二与门电路34的第一输入端连接，所述第二触发器C2的触发输出端与所述比较器32的第二二数字端Al连接，所述 第二触发器C2的触发输出端还与第二与门电路34的第二输入端连接，该第二与门电路34 的输出端与第一或门电路35的输入端连接，该第一或门电路35的输出端分别与所述第三 触发器C3的J/K触发端连接，该第三触发器C3的输出端与所述比较器32的第二三数字端 A2连接，所述第一或门电路35的输出端分和所述第三触发器C3的输出端还分别与第三与 门电路36的第一、二输入端连接，该第三与门电路36的输出端与第二或门电路37的输入 端连接，该第二或门电路37的输出端与所述第四触发器C4的J/K触发端连接，该第四触发 器C4的输出端与所述比较器32的第二四数字端A3连接。所述USB板卡31还设置有第一加速数字信号输出端DIO 第四加速数字信号输 出端DI4和温度数字信号输出端DI5，所述第一加速数字信号输出端DIO 第四加速数字信 号输出端DI4、速度数字信号输出端DI2和温度数字信号输出端DI5输出数字信号到计算机 8。所述转速码盘2套装在所述的壳体1内。
智能轴承监测器安装在内圈旋转，外圈不动的轴承上，轴承内圈旋转，带动转速码 盘2旋转，安装在上的壳体1上的加速度传感装置3对轴承加速度进行实时监测、转速传感 装置4保持对转速码盘的转速进行实时监测，从而测量轴承的转速，温度传感装置5感知轴 承的温度。实施例二如图13至15所示，所述转速码盘2套装在所述的壳体1外。本实施中智能轴承监测器安装在外圈旋转，内圈不动的轴承上，智能轴承监测器的壳体1套装在所述转速码盘2内，其他结构及工作原理与所述上述实施例一相同。
权利要求
一种安装在轴承上的耦合式智能轴承监测装置，其特征在于包括壳体(1)和转速码盘(2)，所述转速码盘(2)为与壳体(1)同轴心的圆形码盘，智能监测器轴向插入所述轴承的旋转圈与不动圈之间的间隙处与轴承过盈配合；所述壳体(1)上内嵌有两个应变片式加速度传感装置(3)、一个转速传感装置(4)和一个温度传感装置(5)，所述两个应变片式加速度传感装置(3)的中心线都平行于所述壳体(1)的中心线，两者夹角呈90°，所述转速传感装置(4)沿径向内嵌在所述壳体(1)的上，所述温度传感装置(5)的中心线平行于所述壳体(1)的中心线；在所述壳体(1)的端面上还安装有电路板(6)，所述两个应变片式加速度传感装置(3)、一个转速传感装置(4)和一个温度传感装置(5)都经信号输出线与所述电路板(6)上的输入接线端子连接；所述电路板(6)上还设置有信号采集触发电路(9)、加速度信号放大电路(10)、转速信号放大电路(11)和温度信号放大电路(12)，所述加速度信号放大电路(10)的输入端与所述加速度传感装置(3)的输出端连接，所述转速信号放大电路(11)的输入端与所述转速传感装置(4)的输出端连接，所述温度信号放大电路(12)的输入端与所述温度传感装置(5)的输出端连接，所述加速度信号放大电路(10)、转速信号放大电路(11)和温度信号放大电路(12)都设置有信号输出端，各信号输出端分别与所述信号采集触发电路(9)的加速度信号输入端、转速信号输入端和温度信号输入端连接，所述信号采集触发电路(9)的输出端输出采集到的信号，交给计算机(8)进行处理。
2.根据权利要求1所述安装在轴承上的耦合式智能轴承监测装置，其特征在于每个 所述应变片式加速度传感装置⑶由四片应变片(15)、弹性体(16)和质量块(17)组成，所 述弹性体(16)的底部为等腰梯形板型结构(13)，上部为圆柱体结构，所述等腰梯形板型结 构(13)沿中心线的上部和下部分别开有第一通孔(14)和第二通孔(14’)，所述四片应变 片(15)中的两片应变片(15)分别布置在所述弹性体(16)的圆柱体结构中轴面的上部和 下部，所述另外两片应变片(15)分别布置在垂直所述弹性体(16)的圆柱体结构中轴面的 左右两侧，所述四片应变片(15)与所述等腰梯形板型结构(13)的距离相同，所述两片应变 片(15)各引出一根导线，两根导线都穿过第一通孔(14)后与所述电路板(6)的第一加速 信号接线端连接，另外两片应变片(15)也都各引出一根导线，这两根导线分别穿过第二通 孔(14’ )后与所述电路板(6)的第二加速信号接线端连接，所述质量块(17)为圆柱形结 构，该质量块(17)的一个端面与所述弹性体(16)的上部端面用固定胶固结在一起；所述壳体(1)内设置有沉孔(18)，该沉孔(18)的孔口与所述等腰梯形板型结构(13) 的形状一致，厚度相同，在沉孔(18)的上部内壁上涂上固定胶，将上端固定有质量块(17) 的弹性体(16)装入所述沉孔(18)中。
3.根据权利要求1所述安装在轴承上的耦合式智能轴承监测装置，其特征在于所述 转速传感装置⑷由磁极(19)、电磁线圈(20)、转速传感器外壳(21)、永磁铁(22)和“L”型 引线(23)组成，所述转速传感器外壳(21)的底部为六角螺母24，该转速传感器外壳(21) 下部一段为螺纹结构，所述磁极(19)为圆柱形结构，该磁极(19)贯穿所述转速传感器外壳 (21)的底部，所述磁极(19)的下端伸出所述转速传感器外壳(21)，该磁极(19)的上端位 于转速传感器外壳(21)内，所述磁极(19)顶端与所述永磁铁(22)的下端连接，所述永磁 铁(22)的上端与“L”型引线(23)的一端连接，所述电磁线圈(20)安装在所述转速传感器 外壳(21)的内壁上，所述磁极(19)穿过所述电磁线圈(20)中心孔；所述壳体(1)内壁开有径向的转速传感装置安装沉孔，该转速传感装置安装沉孔为内 螺纹结构，所述转速传感器外壳(21)通过底部的六角螺母24安装在所述壳体(1)的转速 传感装置安装沉孔内，所述“L”型引线(23)穿过所述壳体(1)设置的” L”型通孔。
4.根据权利要求1所述安装在轴承上的耦合式智能轴承监测装置，其特征在于所述 温度传感装置(5)由金属套管(25)、电热极(26)、绝缘材料(27)、安装螺母(28)和温度信 号引线(29)组成，所述金属套管(25)和电热极(26)都安装在所述安装螺母(28)的底端， 所述绝缘材料(27)填充在所述金属套管(25)和电热极(26)之间，所述安装螺母(28)的 外壁设有外螺纹，该安装螺母(28)上端与所述温度信号引线(29)的一端连接；所述壳体(1)上设置有通孔(30)，该通孔(30)下部、中部和上部为三段直径不同的阶 梯圆孔，所述通孔(30)的中部内壁为内螺纹结构，所述通孔(30)下部直径大于中部直径， 中部直径大于上部直径，所述通孔(30)的中部与所述安装螺母(28)螺纹连接，所述温度传 感装置(5)通过安装螺母(28)安装在所述通孔(30)内，所述金属套管(25)、电热极(26)、 绝缘材料(27)都位于通孔(30)下部内，所述安装螺母(28)的上端连接的温度信号引线 (29)穿出所述通孔(30)的上部孔。
5.根据权利要求1所述安装在轴承上的耦合式智能轴承监测装置，其特征在于所 述加速度信号放大电路(10)设置有第一 第四放大器(Al A4)，所述转速信号放大电 路(11)设置有第五放大器(A5)，所述温度信号放大电路(12)设置有第六放大器(A6)，所 述信号采集触发电路(9)设置有USB板卡(31)，该USB板卡(31)设置有第一模拟输入端 (A-I)、第二模拟输入端(A-2)、第三模拟输入端(V)、第四模拟输入端(A-3)、第五模拟输入 端(A-4)和第六模拟输入端(T)；布置在所述弹性体(16)的圆柱体结构中轴面的上部的应变片(15)输出信号经第一电 位器(Wl)和第一电阻(Rl)后，将信号传输到所述第一放大器(Al)的反相输入端，该第一 放大器(Al)的反相输入端还并联第二电阻(R2)后与所述第一放大器(Al)的输出端连接， 所述第一放大器(Al)的同相输入端串第三电阻(R3)后接地，所述第一放大器(Al)的输出 端与所述第一模拟输入端(A-I)连接；所述弹性体(16)的圆柱体结构中轴面的下部的应变片(15)输出信号经第二电位器 (W2)和第四电阻(R4)后，将信号传输到所述第二放大器(A2)的反相输入端，该第二放大器 (A2)的反相输入端还并联第五电阻(R5)后与所述第二放大器(A2)的输出端连接，所述第 二放大器(A2)的同相输入端串第六电阻(R6)后接地，该第二放大器(A2)的输出端与所述 第二模拟输入端(A-2)连接；所述布置在垂直所述弹性体(16)的圆柱体结构中轴面的两侧中的一片应变片(15)的 输出信号经第三电位器(W3)和第十电阻(RlO)后，将信号传输到所述第三放大器(A3)的 反相输入端，该第三放大器(A3)的反相输入端还并第十一电阻(Rll)后与所述第三放大器 (A3)的输出端连接，所述第三放大器(A3)的同相输入端串第十二电阻(R12)后接地，该第 三放大器(A3)的输出端与所述第四模拟输入端(A-3)连接；所述布置在垂直所述弹性体(16)的圆柱体结构中轴面的两侧中的另一片应变片(15) 的输出信号经第四电位器(W4)和第十三电阻(R13)后，将信号传输到所述第四放大器(A4) 的反相输入端，该第四放大器(A4)的反相输入端还并第十四电阻(R14)后与所述第四放大 器(A4)的输出端连接，所述第四放大器(A4)的同相输入端串第十五电阻(R15)后接地，该第四放大器(A4)的输出端与所述第五模拟输入端(A-4)连接；所述转速传感装置的输出信号经第七电阻(R7)后，将信号传输到所述第五放大器(A5)的反相输入端，该第五放大器(A5)的反相输入端还并第八电阻(R8)后与所述第五放 大器(A5)的输出端连接，所述第五放大器(A5)的同相输入端串第九电阻(R9)后接地，该 第五放大器(A5)的输出端与所述第三模拟输入端(V)连接；所述温度传感装置的输出信号经电阻桥(R)和第二十电阻(R20)后，将信号传输到第 六放大器(A6)的反相输入端，该第六放大器(A6)的反相输入端还并第二十一电阻(R21) 后与所述第六放大器(A6)的输出端连接，所述第六放大器(A6)的同相输入端串第二十二 电阻(R22)后接地，所述第六放大器(A6)的输出端与所述第六模拟输入端(T)连接。
6.根据权利要求5所述安装在轴承上的耦合式智能轴承监测装置，其特征在于所述 电阻桥(R)的输入端串第十六电阻(R16)后与第十七电阻(R17)的一端连接，该第十七电 阻(R17)的另一端与电阻桥(R)的输出端连接，所述电阻桥(R)的输入端还串第十八电阻 (R18)后与第十九电阻(R19)的一端连接，该第十九电阻(R19)的另一端与电阻桥(R)的输 出端连接，所述第十七电阻(R17)的一端与第十九电阻(R19)的一端之间还分别串有第五 电位器(W5)和电容(C)。
7.根据权利要求1或5所述安装在轴承上的耦合式智能轴承监测装置，其特征在于 所述信号采集触发电路(9)还设置有第一 第四触发器(Cl C4)和比较器(32)，所述USB 板卡(31)还设置有高压端(VCC)和数字地端(DGND)，所述比较器(32)的第一一 第一三 数字端(BO B2)都与所述USB板卡(31)的数字地端(DGND)连接，所述比较器(32)的第 一四数字端(B3)与所述USB板卡(31)的高压端(VCC)连接，所述比较器(32)还设置有第 一比较信号输出端(Fa>b)和第二比较信号输出端(FA<B)，所述第一比较信号输出端(Fa> β)与所述USB板卡(31)的触发信号输入端(ATR)连接，所述第二比较信号输出端(Fa<b) 与第一与门电路(33)的第一输入端连接，该第一与门电路(33)的第二输入端与所述比较 器(32)的速度数字信号输出端(DI2)连接，所述第一与门电路(33)的输出端都与所述第 一 第四触发器(Cl C4)的触发输入端连接；所述第一触发器(Cl)的J/K触发端都与所述USB板卡(31)的高压端(VCC)连接，所 述第一触发器(Cl)的触发输出端与所述第二触发器(C2)的J/K触发端连接，所述第一触 发器(Cl)的触发输出端还与第二与门电路(34)的第二一数字端(AO)连接，所述第一触发 器(Cl)的触发输出端还与第二与门电路(34)的第一输入端连接；所述第二触发器(C2)的触发输出端与所述比较器(32)的第二二数字端(Al)连接， 所述第二触发器(C2)的触发输出端还与第二与门电路(34)的第二输入端连接，该第二与 门电路(34)的输出端与第一或门电路(35)的输入端连接，该第一或门电路(35)的输出端 分别与所述第三触发器(C3)的J/K触发端连接，该第三触发器(C3)的输出端与所述比较 器(32)的第二三数字端(A2)连接，所述第一或门电路(35)的输出端分和所述第三触发器 (C3)的输出端还分别与第三与门电路(36)的第一、二输入端连接，该第三与门电路(36)的 输出端与第二或门电路(37)的输入端连接，该第二或门电路(37)的输出端与所述第四触 发器(C4)的J/K触发端连接，该第四触发器(C4)的输出端与所述比较器(32)的第二四数 字端(A3)连接。
8.根据权利要求5或7所述安装在轴承上的耦合式智能轴承监测装置，其特征在于所述USB板卡(31)还设置有第一 第四加速数字信号输出端(DI0、DI1、DI3、DI4)和温度 数字信号输出端(DI5)，所述第一 第四加速数字信号输出端(DI0、DI1、DI3、DI4)、速度数 字信号输出端(DI2)和温度数字信号输出端(DI5)输出数字信号到计算机(8)。
9.根据权利要求1所述安装在轴承上的耦合式智能轴承监测装置，其特征在于所述 转速码盘(2)套装在所述壳体(1)内。
10.根据权利要求1所述安装在轴承上的耦合式智能轴承监测装置，其特征在于所述 转速码盘(2)套装在所述壳体(1)夕卜。
全文摘要
本发明公开一种安装在轴承上的耦合式智能轴承监测装置，其特征在于包括壳体和转速码盘，所述转速码盘为与壳体同轴心的圆形码盘，智能监测器轴向插入所述轴承的旋转圈与不动圈之间的间隙处与轴承过盈配合，壳体上内嵌有两个应变片式加速度传感装置、一个转速传感装置和一个温度传感装置都经信号输出线与所述壳体端面上的电路板连接，显著效果能有效地提取轴承的低频段特征，提高了信号的可靠性和有效性，各传感装置作为智能轴承部件的一部分，易于安装和拆卸，且减小了对轴承结构的破坏和轴承应力，转速触发采样，实现了轴承多参量的同步触发采集。
文档编号G01M13/04GK101819092SQ20101013193
公开日2010年9月1日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者周平, 周晓君, 孙婷婷, 李小侠, 李 杰, 王辉, 邵毅敏, 陈再刚 申请人:重庆大学
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