振动加速度检测（共7篇）
振动加速度检测 篇1
0 引言
振动检测技术广泛应用在航空、车辆、兵器、桥梁、纺织、日常生活、工业检测等领域。例如汽车防撬防拖动的防盗报警, 机械振动故障检测, 爆破震动分析, 地铁行驶振动对建筑物的影响分析等。可以说, 振动监测与分析技术已广泛应用在产品研究、设计、生产和运行的全过程[1]。振动信号的分析和处理技术一般可分为时域、频域、时频域分析和时间序列建模分析等[2]。不同技术从不同角度对振动信号进行分析处理, 为振动信号特征提取提供了多样化的手段。本文提出一种应用加速度传感器测量振动信号的方法以及信号处理思路, 为设计新型振动监测系统提供支持。
1 振动实验方案
作为振动检测的应用, 本文设计一组实验, 通过信号采集、波形分析、频谱分析等方法, 总结振动检测的方法步骤。
1.1 实验器件
1.1.1 ADXL330加速度传感器
在振动检测中振动传感器处于核心地位。本文所选ADXL330是美国模拟器件公司 (ADI) 生产的三轴加速度传感器, 具有体积小、重量轻、能耗低、灵敏度高等特点, 适于扩展, 并能应用于无线传感器网络, 是一款比较理想的传感器。
ADXL330采用4mm×4mm×1.45mm小型封装, 工作电压2.0V~3.6V, 典型工作电压3.0V, 自带信号调理电路, 可提供模拟电压输出, 测量动态范围是±3g。输出的模拟电压信号与加速度成正比[3]。
为了将ADXL330加速度传感器应用于测量实验, 设计外围电路集成于PCB板上, 实现带宽限制、滤波等作用。带宽限制主要是由RFILT以及Cx、Cy和Cz决定的, 带宽计算公式如下:
电阻RFILT的标称值为32KΩ。CX、CY和CZ的最小值不能小于0.0047μF, 电容值不同决定带宽不同。滤波器的带宽必须小于或等于输出引脚上A/D采样频率的一半, 否则会引起干扰[3]。模拟带宽还可以进一步的减少, 从而提高分辨率, 降低干扰。在这里我们选取CX, Y, Z=0.01μf, 所以带宽f-3db=1/ (2π×32kΩ×0.01μf) =500Hz
1.1.2 威博JC1102CA型数字存贮示波器
威博JC1102CA型数字存贮示波器是浙江杭州精测电子有限公司生产的多功能示波器, 100MHz带宽, 1GS/S采样速率, 每通道4K的深度存储器, 延迟扫描可同时显示波形的全貌和细节, 自动测量20种波形参数, 具有FFT数字滤波器及频率计, 能对波形进行加减乘除数学计算。
该系列数字存储示波器配有Ultra Scope客户端操作软件, 可在计算机上通过USB接口与示波器进行数据的上传下载, 并能通过模拟界面对示波器进行远端操作。
1.2 实验方法步骤
1.2.1 选择实验对象
本文预期选择多种常见振源, 并设定其行为模式。例如人的正常行走, 手机来电振动, 家用汽车、装载卡车、履带式推土机等车辆不同速度下行驶, 等等。这样做的目的是扩大研究应用范围和适用领域, 期望在实验基础上可充分扩展应用。
结合生活实际, 研究对象应该与某种现实环境相依存, 即振动源与振动传导介质是生活中的常见组合, 这样研究才能结合实际, 才有意义。例如, 汽车行驶在城市柏油路面;人行走在室内水泥地板上;手机在木质办公桌上振动, 等等。
为简化研究过程, 前期实验选定乒乓球在球桌上产生的振动作为研究对象。
1.2.2 实验编组
乒乓球振动实验中, 振动源固定不变, 振动方式设定为球离桌面一米高度做自由落体, 取第一次撞击产生的振动信号为采集对象。将传感器用硅胶粘连在球桌一端, 并设定该位置为测量原点。在原点1m范围内以20cm为单位划分5种不同距离, 分为5组, 每组在同一距离位置测量5次。
1.3 振动信号采集
由示波器采集记录传感器波形信号, 通过USB发送至计算机, 计算机软件Ultrascope记录振动波形结果。图1记录的是传感器Z轴输出波形。
2 振动信号分析
2.1 波形分析
通过比较各组波形, 如图2所示可直观得到如下结论:
1) 传感器输出波形是以电压变化反映加速度大小和桌面振动起伏, 即电压波形与加速度波形、桌面振动起伏波形一致;
2) 输出波形电压幅度值反映振动信号强弱, 两者成正比, 本文设定电压峰峰值反映振动能量;
3) 同一位置距离上的5个波形幅度峰峰值近似;
4) 同一位置距离上的5个波形起伏变化近似;
5) 不同位置距离上的波形幅度值有变化, 随着测量距离增大, 峰峰值减小。
可见, 随着撞击点与传感器测量原点的距离增大, 测量电压峰峰值减小, 即传感器感知的振动信号能量减弱。计算每组波形电压峰值均值, 导入Mat Lab绘制曲线, 并拟合曲线方程, 结果如下:
坐标横轴为测量距离, 纵轴为测量信号电压均值。该曲线方程:
x为测量距离, f (x) 为传感器输出电压峰值。其中:p1=-0.6167;p2=1.033;p3=59.42;p4=-465.4;p5=1530。
方程 (2) 可作为此类振动特征参考模型, 反映的是乒乓球与球桌碰撞产生的振动随距离变化的规律, 同时反应的是这种振动在球桌上的传导规律。即随着距离的增加, 振动幅度与能量的变化遵照方程 (2) 。
2.2 频域分析
如图3所示, 将每组5个波形信号经A/D转换后作FFT频谱分析, 数据采样频率100MHz, 比较结果如下:
同一位置5个波形信号频谱曲线重合度较好, 说明实验数据较为准确。由于球与桌面的撞击时间非常短暂, 可近似看作冲击信号, 所以频率范围较宽。由上图可以看到, 频率成分主要集中在600Hz以下。其中300Hz为振动主频, 600Hz为二倍频, 在图中较清晰体现。且5组数据频率分布基本一致, 但随着测量距离增加, 信号能量减弱。
2.3 总结
传感器输出波形以电压变化反映加速度大小和桌面振动起伏。随着测量距离的增大, 信号电压峰值减小, 即接收到的振动信号能量减弱, 该变化遵循方程 (2) 的曲线分布。
在不同测量距离上, 球与桌面撞击产生的振动频率分布特性基本一致, 不同点反映在信号能量的变化上, 即随着距离增加, 频谱能量减小。
3 结论
本文通过实验, 具体应用ADXL330型加速度传感器进行振动信号的感知、采集。应用波形分析、频谱分析等技术手段证明了实验的可实现性与可操作性, 并总结出本实验振动传导特征规律。本实验方法步骤可为进一步振动检测研究、振动检测系统开发提供参考。
摘要：振动检测技术广泛应用于生产生活的各个领域。本文设计一组实验, 应用加速度传感器ADXL3330实现振动信号的感知、采集, 并对振动信号做波形、频域分析, 并总结出本实验振动传导特征规律, 验证了实验的可实现性与可操作性。本实验方法步骤可为进一步研究振动检测、开发振动检测系统提供参考。
关键词：振动检测,加速度传感器,ADXL330
参考文献
[1]纪国宜, 赵淳生.振动测试和分析技术综述[J].机械制造与自动化, 2010, 6, 39 (3) :1-5, 50.
[2]蒋玲莉.多功能集成式振动信号采集与分析系统设计[D].湖南:湖南科技大学, 2007.
[3]孟维国.三轴加速度计ADXL330的特点及其应用[J].国外电子元器件, 2007, 2:47-50.
振动加速度检测 篇2
关键词：振动检测,三轴加速度传感器,虚拟仪器
自从美国国家仪器公司( NI) 提出基于计算机技术的虚拟仪器概念以来,电子仪器得到了较大的发展。 现在的虚拟仪器大多使用基于NI公司的LabView专用的PCI总线的数据采集卡,但是受PC机箱和总线限制,电源功率不足,机箱内部的噪声电平较高,机箱内无屏蔽等诸多缺点,限制了虚拟仪器的推广与使用。 文中使用主从式虚拟仪器用以代替传统的PCI总线的数据采集卡,主从式虚拟仪器由主机和从机两部分组成,从机即为该振动检测电路,完成数据的处理和数据的显示。
1 从机硬件结构
设计基于主从式虚拟仪器的设计思想,使用单片机作为从机的控制系统,由于STC89C52RC性价比高并且应用技术成熟等特点,故采用其作为从机的控制芯片。单片机用于接收传感器信号并进行数据处理, 通过串行口发送到主机进行数据分析和显示。这种设计的优点是既可以与笔记本计算机相连,方便野外作业,又可与台式PC机相连,实现台式和便携式两用, 使用方便。基本设计思想框图如图1 所示。
1. 1 传感器及其外围电路设计
MMA8451 数字式三轴加速度传感器是飞思卡尔公司新推出的一款低电压供电,电容式微机械传感器, 其最高精度可达14 位。传感器采用QFN封装,灵活的可编程选项,拥有两个可配置的中断端口。其模式可选,在嵌入式系统中可大幅地节省电量,传感器内部自带低通滤波器功能,在作振动检测时可以快速作出反应。在嵌入式系统应用中,静止状态时可以保持功耗状态,并且器件可以由中断信号唤醒［3］。
作为一款数字式输出的传感器,相比于传统的输出模拟信号的传感器而言,无需添加A/D转换器,并且传感器的集成电路自带高通滤波器,大幅简化了外围电路的设计,其典型电路如图2 所示。
I2C协议: 由于MMA8451 默认使用I2C协议,所以,在此将对I2C的工作方式进行解释。I2C总线使用3 根信号线进行通信,分别是SCL、SDA和SA0,外部上拉电阻需要将SDA和SCL接到VDD的IO上,当总线空闲时,这两根线表现为高电平状态。MMA8451 的I2C接口可工作在快速模式400 kHz或普通模式100 kHz［4 －5］。
总线传输开始由START信号触发,START信号定义为,当数据线从高电平跳变到低电平,而时钟线SCL仍然保持高电平。由主机发送START信号后,I2C总线被认为从空闲状态进入忙状态［6］。紧接着START信号后主机发送的字节,前7 位用于指示从机地址,第8 位用于指示数据方向是读出还是写入。地址发送完毕后,总线上的所有从机将自己的地址和总线上接收到的地址进行比较,地址匹配的设备即为主机选中设备。第9 个脉冲为应答响应,发送设备必须在这个ACK周期内释放数据线,而接收设备则需要在ACK周期的时钟高电平期间将数据线拉低。
SCL线是高电平时,SDA线由低电平向高电平切换,这个情况表示停止条件。停止条件将终止发送器的发送。
1. 2 单片机STC89C52RC
从机的核心部件采用宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机STC89C52RC,指令代码完全兼容传统8051 单片机,其性能与可靠性完全满足本次设计的需求。工作时的基本参数为: 工作频率范围,0 ~40 MHz,相当于普通8051 的0 ~ 80 MHz, 实际工作频率可达48 MHz; 用户应用程序空间为8 kByte; 12 时钟/ 机器周期和6 时钟/ 机器周期可以任意选择; 片上集成512 Byte RAM; ISP/IAP,无需专用编程器,无需专用仿真器,可通过串口直接下载用户程序,具有EEPROM功能; 具有看门狗功能; 共3 个16 位定时器/计数器。
1. 3 5 V转3. 3 V电源电路
由于现今晶体管尺寸在持续减小,电路集成度越来越高,晶体尺寸也随之减小。导致晶体管击穿电压也变更低,但当击穿电压低于电源电压时,则要求减小电源电压。对于MMA8451 电路而言,就是用3. 3 V电源。
由于单片机的速度和复杂性,使之达到了足以要求降低电源电压的程度,并正在向5 V电源电压以下转换。但绝大多数接口电路仍然是为5 V电源而设计的。为使MMA8451 电路正常工作,需要将5 V电源转换为3. 3 V。另外,这个任务不仅包括逻辑电平转换, 同时还包括为3. 3 V系统供电、电压电流稳定问题、转换模拟信号使之避开从5 ~3. 3 V的障碍。
设计采用LM1117 电路,LM1117 是一个低压差三端可调稳压集成电路。其压差在1. 2 V输出,电流为800 mA时为1. 2 V。LM1117 有可调电压的版本,通过两个外部电阻可实现1. 25 ~ 13. 8 V输出电压范围。 另外还有5 个固定电压输出的型号。
LM1117 的典型应用如图3 所示,在电路中,输出端需要一个至少10 μF的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。
1. 4 通信电平转换电路的选择
由于MMA8451 的输出数据速率为1. 56 ~800 Hz, 所以在这种速率的传输模式下,使用这种接口简单、使用方便、价格低廉的串口通信方式,成为一种合理的选择,由于单片机STC89C52RC采用TTL电平,但PC机的串行口使用RS -232 的电平,所以单片机与电脑不能直接连接,首先必须进行RS -232 电平与TTL电平的转换。所以在本设计中使用MAX232 作为通信电平转换芯片。
2 振动检测电路的软件设计
从机按照主机的指令,完成数据采集,并且将数据暂时存储,在串口空闲的时候将数据发送给主机。主程序的工作流程如图4 所示,图5 为串口发送程序的流程图。在图5 中,连续发送FF的原因在于选择上位机显示程序中的示波器功能。
3 测试结果
上位机显示软件为软件开发采用VS2010 的集成开发环境,使用C#语言模块化编程,为系统调试带来极大的方便。由于传感器输出为数字信号,单片机经过处理后送入示波器,示波器采数字上位机软件示波器。图6 为示波器界面显示的测试结果。
4 结束语
振动加速度检测 篇3
我国境内多以混凝土桥梁为主, 在使用中, 由于载荷的变化、风载、水流、地壳运动等诸多环境激励, 会使桥梁产生振动。其中剪切方向的振动最能体现桥梁使用情况。对剪切方向振幅的动态检测, 能从一方面评价桥梁使用情况是否符合设计要求, 又能快速发现危害桥梁健康的人为和自然因素。对桥梁验收及安全养护等工作提供重要依据。
2 背景技术
桥梁剪切振动位移的测量方法有多种。桥梁挠度仪测量较为常用, 但是要求严格:①需要相对振动系统静止的一个固定系统, 用来固定挠度仪, 所需设备笨重, 安装复杂, 对固定系统稳定性要求非常高;②只能通过一次静力加载进行挠度测量, 不能进行实时检测、获取连续数据进行分析;③对环境干扰 (如水流、风载、周围大型机械振动等) 十分敏感, 环境存在的自然振动在检测结果中体现为噪声;④经常需要阻断交通或停止大型建筑日常服务活动, 对生产生活造成一定影响。
另外也有使用激光全息和数字散斑法也能较为准确的测得桥梁剪切振动位移。但由于算法复杂、计算量大, 不能得到实时位移信号, 具体操作中多有不便。
本研究涉及一种基于加速度积分的桥梁振动位移测量技术, 用于对桥梁等大型建筑的实时检测, 可用于振动位移模态的获取。特别适用于环境复杂、不影响建筑服务需求的情况下使用, 属于检测技术领域。
3 研究内容
针对上述问题, 本研究的目的是提供一种便携的设备, 可直接安装到正在使用的大型建筑, 而且方便拆卸;可通过有线无线等方式将检测结果传回终端, 进行实时监控, 并可进行后续模态分析;可利用环境激励作为检测加载力, 从而将噪声作为有用信号, 且不需要停止建筑物日常工作, 不影响生产生活。
为实现上述目的, 本研究采取以下技术方案:
基于加速度积分的桥梁振动位移测量技术, 其特点在于它是由加速度传感器、信号接收系统、滤波系统、信号采集系统和终端计算机组成。其中加速度传感器分有线和无线两种, 有线加速度传感器不需要电源, 由信号采集系统直接供电, 中间省略信号传输系统;无线加速度传感器通过内部锂电池供电, 通过无线信号接收系统接收后传输到信号采集系统, 再由终端计算机进行处理。无线接收系统、滤波系统、信号采集系统和终端计算机都需要独立供电。终端计算机可使用笔记本电脑, 完成相关计算, 积分得到位移曲线。
本研究具有以下优点:
(1) 传感器体积小, 携带方便, 可通过传感器上预留的安装孔, 用螺杆固定在桥梁上, 保证稳定的同时又达到拆装简便的目的。
(2) 对两个不同频率加速度传感器采集的信号, 频率范围覆盖大, 实现了桥梁位移检测的准确性和全面性。
(3) 检测过程使用环境中所有可引起桥梁振动的激励, 既排除这些激励的影响, 排除环境误差, 又省去额外激励方式, 节省检测成本。
(4) 可通过无限传输方式将数据传输到终端, 可远离检测现场, 保证检测人员安全。
(5) 采用多通道信号接收系统, 可同时获取多达12通道的加速度信号, 按每2通道获得一组位移信号计算, 可同时获得6个位移结果。
(6) 检测过程采用桥梁“固有”振动, 所以不需要阻断交通, 不影响桥梁正常工作。
(7) 采用MATLAB模块进行数据编程, 方法简单, 便于实现。
4 具体实施方式
如图1所示, 本研究包括有线测量和无线测量两种方式。其中有线连接方式线缆需要带屏蔽层且不能过长, 否则会导致信号衰减过大且受到外界辐射干扰;大跨度测量推荐采用无线方式, 且可以通过设置无线信号中继站延长测试距离。无线加速度传感器内部使用可更换锂电源, 以增加设备续航能力和耐久能力。
如图2所示, 加速度传感器由低端安装螺母固定到桥梁上, 必须保证与大桥是刚性连接, 不能发生相对位移。顶端是输出接头或无线天线, 最好选用大增益天线, 在电磁环境复杂地区选用定向增益天线最佳。
如图3所示, 是两路信号处理方式, 分别对高低频率进行处理, 最后得到位移。这样的目的是消除高低频率间的相互影响, 增加位移结果准确性。
5 方案总结
一种基于加速度积分的桥梁振动位移测量技术, 其特点在于它是由加速度传感器、信号接收系统、滤波系统、信号采集系统和终端计算机组成。其中加速度传感器分有线和无线两种, 有线加速度传感器不需要电源, 由信号采集系统直接供电, 中间省略信号传输系统;无线加速度传感器通过内部锂电池供电, 通过无线信号接收系统接收后传输到信号采集系统, 再由终端计算机进行处理。无线接收系统、滤波系统、信号采集系统和终端计算机都需要独立供电。终端计算机可使用笔记本电脑, 完成相关计算, 积分得到位移曲线。具体步骤如下:
(1) 加速度传感器由有线高频低频传感器或无限高频低频传感器组成, 分别用于得到高频加速度和低频加速度信号。
(2) 采用桥梁上过往车辆的不规则激励, 同时可能包括风载、水流等其他不规则环境激励。无须设计额外激励方式。
(3) 高频滤波系统用于从高频加速度传感器中得到高频信号, 低频滤波系统用于从高频加速度传感器中得到低频信号。
(4) 在计算机终端, 使用MATLAB分别对高频低频加速度信号进行积分得到高频加速度位移和低频加速度位移。
(5) 将高频位移和低频位移相加得到最终桥梁振动位移。
参考文献
[1]刘继承, 徐庆华, 查建新.用加速度传感器测量振动位移的方法[J].现代雷达, 2007 (5) :69-71.
[2]陆兆峰, 秦昊, 陈禾, 等.压电式加速度传感器在振动测量系统的应用研究[J].仪表技术与传感器, 2007 (7) :7-9.
[3]赵福彬.浅议桥梁检测[J].民营科技, 2011 (1) :178.
[4]王金辉, 王桃芳, 周娟玉.桥梁结构安全检测方法[J].中国水运, 2011 (6) :192-193.
[5]沈松, 应怀樵, 雷速华, 等.用锤击法和变时基技术进行黄河铁路桥的模态试验分析[J].振动工程学报, 2000 (9) :492-495.
[6]范术娟, 赵维刚.桥梁动位移测试的数字处理方法研究[J].国防交通工程与技术, 2011 (1) :15-18.
[7]徐亚力.桥梁挠度测量方法的探讨[J].铁道建筑, 1996 (6) :32-33.
[8]郁有文, 常健, 程继红.传感器原理及工程应用[M].2版.西安:西安电子科技大学出版社, 2004:103-112.
[9]吴思育, 杨桂霞.采用电涡流传感器测量机构位移参量的研究[J].机械工程师, 1994 (6) :32-33.
[10]佘伟强.高速公路桥面系施工技术及质量控制[J].中国市场, 2011 (19) .
振动加速度检测 篇4
针对煤矿井下环境恶劣所造成的大型设备振动信号难以获取、振动监测技术无法在煤矿井下设备管理和监测中应用[1,2]等问题, 研制了一种矿用振动加速度传感器信号调理装置。该装置用于实时采集和检测井下采掘设备的振动数据。
1 装置设计
矿用振动加速度传感器信号调理装置的整体设计主要包括振动加速度传感器的选型设计、振动信号调理板设计、防护设计。
1.1 振动加速度传感器的选型设计
根据GB 3836.4—2000《爆炸性气体环境用电气设备第4部分:本质安全型“i”》中对电子元器件、电路的电压电流、内部电容、外部电感、电气间隙、电子电路外部防护等方面的严格规定, 对传感器进行选型设计[3]。 本文选用HK9141 型内置IC (Integrated Circuits) 压电式振动加速度传感器。该传感器满足GB 3836.4—2000的要求, 而且设计简单。
HK9141型振动加速度传感器由压电加速度传感器和IC放大电路组成, 如图1 所示。IC放大电路包括一阶高通滤波器 (用于确定传感器的低频截止频率) 、零点调整和灵敏度调整电路。该传感器最大特点是两线制输出, 即信号输出线与IC放大器的供电共用一条线, 信号地与电源地共用一条线。信号输出线可用低噪声同轴电缆, 也可用普通同轴电缆。
1.2 振动信号调理板设计
振动信号调理板主要完成对HK9141 型振动加速度传感器的驱动, 并将其采集的信号进行低通滤波。振动信号调理板的设计包括供电模块、激励电路及滤波电路的设计。
1.2.1 供电模块设计
供电模块由镍氢电池组和电源保护电路2个部分组成, 其中镍氢电池组的输出电压为7.2 V。GB 3836.4—2000 中规定:电源的短路电流应在3A以下, 开路电压应在6V以下。因此, 设计了电源保护电路, 用于将供电模块的短路电流限制在2.8A以下, 开路电压限制在5V左右。供电模块的保护电路如图2所示。
1.2.2 激励电路设计
供电模块的输出电压为5 V, HK9141 型振动加速度传感器的激励电压为18~30V, 因此, 选用5V转24V的DC/DC芯片为振动加速度传感器提供激励电压。电压转换电路如图3所示。
HK9141型振动加速度传感器正常工作时需要2~20mA恒定电流作为激励电流。设计的电流激励电路如图4 所示。该电路选用输出电压可变的LM317芯片。LM317的输出电压为1.25~37V, 输出电流可超过1.5A, 最小负载电流为3.5mA, 具有0.1%的输入和负载调节率, 同时具有限流、热断开等保护功能。CB1为去耦电容, 用于消除电路中使用同一个电源而相互间产生的干扰和影响。
LM317有3 个引脚, 分别是调整端 (ADJ) 、输出端 (OUT) 和输入端 (IN) 。输出端和调整端之间电压差为Uref=1.25V, 则LM317的输出电流为
将R5=300Ω 代入式 (1) 得Iout=4.16mA, 该值在2~20mA恒定激励电流内, 因此设计的激励电路能够保证振动加速度传感器正常工作。
1.2.3 滤波电路
在振动信号调理板的后端设置滤波电路, 作用有2个:① 提高信噪比;② 压缩频带, 限制在小于fs (fs为采样频率) 的范围内, 以免引起频率折叠的“假相信号”。振动加速度传感器输出电压U1可以通过高通滤波环节消除低频噪声的影响, 如图5所示。
由图5可得滤波器的截止频率为
HK9141型振动加速度传感器的频率响应范围为0.5~10kHz, 所以滤波器的截止频率略大于10kHz即可。选定滤波器的截止频率为10.5kHz后即可设计滤波电路的元件参数。一般先选定滤波电容C, 然后根据式 (2) 求出滤波电阻R的阻值。滤波器如果能选用小的滤波电容, 则价格较低, 但滤波电阻也不宜过大, 避免传感信号的衰减。故本文选取C=22μF, R=5.1kΩ。
为方便多路振动信号的采集和调理, 每个振动信号调理板上集成了4路调理电路。4路调理电路统一由供电模块进行供电, 每一路的信号调理电路包括激励电路和滤波电路2个部分。信号调理板的单路振动信号调理电路如图6所示。
1.3 防护设计
根据本质安全设计要求, 振动信号调理板必须做特殊防护处理。电路板表面需进行浇封, 同时所有的输入输出接口都必须防水且不暴露在煤矿井下环境中。鉴此, 本文采用某工程塑料设计了一种防水外壳, 将浇封后的振动信号调理板放入该外壳中[4,5]。
2 测试结果
为了验证振动加速度传感器信号调理装置的实用性, 采用4294型振动校正器和示波器搭建实验平台, 分别对该装置的4 路信号调理电路进行测试[6,7]。4294 型振动校正器参数:激振频率为159.15±0.02% Hz;加速度为10±3% m/s2;速度为10±3% mm/s。示波器获取的4 路振动信号如图7所示。从图7可得出4路振动信号的特征参数, 见表1。
振动校正器产生一个正弦加速度振动信号, 该信号的峰值, HK9141 型振动加速度传感器的灵敏度S=5mV/ms-2。根据式 (3) , 可得该振动信号的电压峰峰值U′p-p为:
得到信号调理电路理论上的输出电压峰峰值U′p-p为97~103mV。表1中各路信号电压峰峰值都在理论电压内。因此, 该矿用振动加速度传感器信号调理装置的灵敏度为5mV/ms-2。
振动校正器产生的正弦加速度振动信号的频率为159.15±0.02% Hz, 从表1可看出, 4路振动信号的频率误差均在0.28%以内。
测试结果表明, 该信号调理装置具有一定的可靠性和实用性。
3 结语
研制了一种矿用振动加速度传感器信号调理装置, 并从振动加速度传感器的选型设计、振动信号调理板设计及防护设计3个方面详细介绍了该信号调理装置的设计。测试结果验证了该信号调理装置的准确性。
参考文献
[1]薛光辉, 周斌, 樊双雁, 等.本安型数据记录仪的研制[J].机电产品开发与创新, 2006, 19 (1) :71-72.
[2]吕俊芳, 钱政, 袁梅.传感器调理电路设计理论及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2010.
[3]GB 3836.4—2000爆炸性气体环境用电气设备第4部分:本质安全型“i”[S].
[4]GB 4208—2008外壳防护等级 (IP代码) [S].
[5]GB 3836.1—2000爆炸性气体环境用电气设备第1部分:通用要求[S].
[6]GB/T 2423.1—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验A:低温[S].
振动加速度检测 篇5
柴油机缸内压力信号蕴含丰富的燃烧相关信息,从缸内压力信号中可以获取燃烧起始时刻、峰值压力出现时刻等燃烧特征点。据此,可以对发动机工作状态和性能进行判断;还可以用于作为反馈信号,对发动机进行闭环控制,以进一步提高发动机的性能。直接测量缸内压力信号存在传感器安装不便,以及传感器工作条件恶劣、无法满足长期监测的要求等问题,从而限制了直接测量法在工程实际中的应用。缸内燃烧激励在缸盖上产生振动响应信号,由于响应信号与缸内燃烧过程有密切的联系,并且振动响应信号测量方便,因此,从振动响应信号中提取燃烧特征点具有重要的理论价值和广阔的应用前景[1,2,3]。
本文分析了缸盖位移与缸内压力,振动加速度与压力升高加速度之间的关系,并讨论了缸内压力与其压力升高率、压力升高加速度曲线间的关系。在此基础上,提出了利用振动加速度信号特征点表征缸内燃烧特征点的方法,并通过试验进行了验证。
1 缸内压力及振动信号测试分析
1.1 信号的测试
以ZH195单缸柴油机和495T 4缸柴油机为研究对象,建立了试验台架,台架中包括测功机及其测控系统。在柴油机缸盖上加工取压通道,安装了CY-YD-205型缸压传感器;在柴油机缸盖表面布置CA-YD-103型振动加速度传感器,传感器的轴线方向与气缸轴线方向平行。2个传感器信号分别经过YE5850型和YE5852A型电荷放大器放大,输入数据采集系统。试验台架的示意图如图1所示。
1.2 缸内压力及压力升高加速度频谱分析
根据公式(1)计算了不同工况下缸内压力信号的一阶导数,即压力升高率信号[4]及压力升高加速度信号。
λpi=∑10j=-10j·pi+j2Δφ·∑10j=1j2d2pdφ2i
=∑10j=-10j·λpi+j2Δφ·∑10j=1j2 (1)
式中,λpi为第i个缸内压力值对应的压力升高率;undefined为第i个缸内压力值对应的压力升高加速度;Δφ为采样角度间隔;i为缸内压力、压升率及压力升高加速度的序号;pi+j为第i个缸内压力值前后第j个缸内压力值;λpi+j为第i个压升率前后第j个压升率值。
对压力升高加速度信号进行频谱分析。图2为ZH195型和495T型柴油机实测的缸内压力信号及计算得到的压力升高加速度信号对比曲线。综合各工况下压力升高加速度信号频谱分析结果可知:压力升高加速度的频谱能量主要分布在2 kHz以下的频段内。
试验中振动加速度传感器布置在缸盖上,测点与燃烧激励间无大阻尼结构;而且缸盖、机体系统的刚度大,测点的变形相对于系统的物理尺度小,可将整个系统简化为线性系统[5]。对线性系统而言,激励源的频谱成分同响应信号的频谱成分是一一对应的,即与缸内燃烧过程密切相关的振动加速度信号的频率成分主要分布在2 kHz以下的频段内。
1.3 活塞换向撞击激励响应信号频谱分析
在内燃机工作过程中,压缩上止点附近存在的主要振动激励源除了燃烧激励外,还包括活塞换向撞击激励。这些激励源出现时刻接近,从时域上无法分离。测量了反拖工况时的缸盖振动加速度信号及缸内压缩压力信号。此时,缸内无燃烧过程,测得的振动加速度信号主要为活塞换向撞击激励产生的。利用连续小波变换时频分析方法对振动加速度信号进行分析,结果如图3所示。由图3可见:ZH195型和495T型柴油机的活塞换向撞击响应信号的能量主要分布在高频范围,而2 kHz以下频带的能量则较为微弱。
设计了截止频率为2 kHz的滤波器从缸盖振动加速度信号中提取与燃烧过程密切相关的成分。采用FIR滤波器对缸盖振动加速度信号进行滤波处理,该滤波器具有容易实现线性相位、滤波后的波形失真较小等特点;滤波器的设计采用窗函数法,窗函数选用哈明窗,以同时获得较窄的过渡带宽和较大的阻带衰减系数[6]。为了进一步减小过渡带宽,窗口宽度(N)取最大窗长,即数据长度的1/3,相应滤波器的阶数为N-1。利用设计的滤波器,对各工况下测得的振动加速度信号进行滤波处理。
2 缸内压力与缸盖振动信号对比分析
2.1 缸内压力与缸盖位移对比分析
对实测的振动信号进行滤波处理,并进行两次积分,得到对应的缸盖位移信号。采用的积分算法为:
undefined
d(i+1)=d(i)+v(i)Δt+14a(i+1)Δt2 (3)
式中,i为采样点的序号;a(i)为缸盖表面振动加速度;v(i)为缸盖表面振动速度;d(i)为缸盖表面振动位移;Δt为采样间隔。
图4为积分得到的缸盖位移信号与缸内压力信号的对比。由图4中燃烧主要阶段的波形可见:位移与缸内压力间确实存在一定的相关性,缸盖通过连接螺栓固定到机体上,随着缸内燃烧压力的增加,缸盖、机体及连接螺栓在气缸轴线方向产生变形,缸内压力达到峰值以前,缸盖位移呈现与缸内燃烧状况相近的变化趋势;当缸内压力达到峰值后,缸内压力逐渐降低,缸盖、机体系统在缸内压力和变形回复力的综合作用下,缸盖的位移开始回复。
2.2 压力升高加速度与振动加速度信号对比
将压力升高加速度信号与滤波后的振动加速度信号进行对比,结果如图5所示。峰值压力出现时刻前区段内,压力升高加速度振动加速度信号的变化趋势有一定的相似性,一些特征点如A、A′,B、B′及C、C′等出现的时刻接近,从其他工况测量的结果中也可以看出上述规律。
缸内压力与缸盖振动信号的分析结果表明:缸内压力与缸盖位移,压力升高加速度与振动加速度,在燃烧峰值压力出现时刻前存在密切的相关性。对各信号间的差异进行分析时,可将缸盖、机体系统看作1个测试系统,缸内压力、压力升高加速度信号是输入信号;而缸盖振动位移、加速度是相应的输出信号。输出信号与输入信号之间的关系取决于系统的动态特性,即固有频率、阻尼度及输入信号的频率范围。对测试系统而言,要使测量的信号不失真,要求输入信号的频率大幅度低于测试系统的固有频率;还要求系统的阻尼小。
采用振形叠加法对缸盖、机体系统的固有频率进行分析。模态分析结果表明:对于ZH195型柴油机,在800 Hz附近存在第一阶固有频率。由前面的分析可知:ZH195柴油机缸压频谱的主要能量低于第一阶固有频率。因此,缸内压力与缸盖振动位移变化趋势接近;而压力升高加速度信号则有较多的频率成分接近或高于系统的固有频率,压力升高加速度与振动加速度的变化趋势有一定的差别。
3 缸内压力及其导数时域分析
图6为ZH195柴油机在不同工况时缸内压力信号与其压力升高率、压力升高加速度的对比曲线。压力升高率的折点,即A点,可看作缸内燃烧过程的始点[7]。压力升高加速度的第一个峰值点,即A′点出现的时刻接近于A点。对1 200 r/min、10 N·m和1 200 r/min、40 N·m工况下两点之间的角度差进行了估算,结果分别为2.7 °CA和3.2 °CA。此外,压力升高加速度的特征点B′、C′出现的时刻分别与最大压升率出现时刻B及峰值压力出现时刻C接近。
对其他工况的测试结果进行分析可以得出相似的结论。结合前面对压力升高加速度及缸盖振动加速度的分析结果,在此,提出利用振动加速度信号的特征点估计燃烧特征点的方法。
4 方法的验证及应用
4.1 基于振动加速度信号估计燃烧起始时刻
图7为ZH195柴油机和495T柴油机的压力升高率及对应的振动加速度的对比曲线。由图7可见:振动加速度曲线第一个峰值出现的时刻(A点)与燃烧的始点(B点)基本重合,之间的偏差分别为0.7 °CA和1.4 °CA。从其他工况的分析结果可知:利用振动加速度信号第一个峰值点出现的时刻估算缸内燃烧过程始点是可行的。
4.2 基于振动加速度信号估计燃烧过程主要阶段
图8为ZH195柴油机和495T柴油机的缸内压力、压力升高率及振动加速度信号对比结果。由图8可见:振动加速度信号特征点出现的时刻A、B及C分别与燃烧起始时刻、最大压升率出现时刻及峰值压力出现时刻接近,这表明本文提出的方法是可行的。
研究表明[8]:将柴油机缸内燃烧过程分为4个阶段:滞燃期,从喷油开始直到开始着火燃烧阶段;急燃期,压力急剧上升段,可认为是从燃烧始点至最大压升率处;缓燃期,从压力急剧上升的终点到压力峰值点,可认为是从最大压升率处到峰值压力点;后燃期,从缓燃期的终点到燃料基本完全燃烧为止。
根据前面的分析可知:利用振动信号可以粗略估计燃烧过程的起始点,最大压力升高率出现位置及峰值压力出现位置,进而可以估计急燃期及缓燃期的持续时间,这为间接评价缸内燃烧质量提供了一种方法,具有一定的应用价值。
5 结论
(1) 对研究用柴油机的压力升高加速度信号进行频谱分析,认为与缸内燃烧过程密切相关的振动加速度信号的频率成分主要分布在2 kHz以下的频段,在此频段内活塞换向撞击激励的影响小, 据此设计了FIR滤波器,对缸盖振动加速度信号进行处理。
(2) 对滤波处理后的振动加速度信号进行两次积分,得到缸盖位移信号,与缸内压力信号进行对比,发现在峰值压力出现时刻前,两信号的变化趋势相近;对比振动加速度信号与压力升高加速度信号,发现峰值压力出现时刻前,两信号的特征点出现时刻接近。
(3) 提出了利用振动加速度信号特征点估计燃烧起始时刻及燃烧过程中的急燃期及缓燃期持续时间的方法,通过试验验证了提出的方法的可行性。
摘要：对缸盖位移与缸内压力信号,缸盖振动加速度与缸内压力升高加速度信号进行了对比分析,结果表明:燃烧峰值压力出现时刻前,缸盖位移及缸内压力信号变化趋势相近,缸盖振动加速度与压力升高加速度的特征点出现时刻接近。对比缸内压力信号及其压升率、压力升高加速度曲线可知:压力升高加速度曲线上存在特征点,分别与燃烧起始时刻、最大压升率出现时刻及峰值压力出现时刻等燃烧特征点接近。据此,提出了利用振动加速度信号的特征点对燃烧特征点进行估计的方法,并在ZH195单缸柴油机和495T柴油机上进行试验,试验结果表明了所提出的方法的可行性。
关键词：内燃机,柴油机,振动信号,燃烧状态,时域分析
参考文献
[1]Carlucci A P,Chiara F F,Laforgia D.Analysis of the relationbetween injection parameter variation and block vibration of aninternal combustion diesel engine[J].Journal of Sound and Vi-bration,2006(295):141-164.
[2]Polonowski C J,Mather V K,Naer J D,et al.Accelerometerbased sensing of combustion in a high speed HPCR diesel en-gine[C]//SAE 2007-01-0972,2007.
[3]Goldwine G,deBotton G,Rivin B,et al.Studying the relation-ship between the vibration signature and the combustionprocess in diesel engine[C]//SAE 2004-01-1786,2004.
[4]Power and Energy International Inc.PEI operation mannual:engine cycle analysis version 892[S].1989.
[5]诺顿M.P.工程噪声和振动分析基础[M].盛元生,顾伟豪,韩建民,等,译.北京:航空工业出版社,1993.
[6]黄文梅,熊桂林,杨勇.信号分析与处理——MATLAB语言及应用[M].长沙:国防科技大学出版社,2000.
[7]何学良,李疏松.内燃机燃烧学[M].北京:机械工业出版社,1990.
振动加速度检测 篇6
发动机振动是衡量发动机工作品质的一个重要参数, 振动过大会加速机件的疲劳损坏, 降低发动机工作寿命。振动加速度监测系统是采集测量发动机振动参数重要系统。某型飞机在用户使用过程中, 频繁暴露出发动机振动参数采集显示不稳定问题, 进一步分析发现主要原因为发动机振动速度传感器故障所致, 由于振动速度传感器为机械振子式结构, 受材料和振动环境影响, 随着使用时间增长, 产品可靠性逐渐降低。本文通过原理分析, 介绍了一种基于压电效应的振动加速度检测系统。
2 发动机振动加速度监测系统现状
2.1 发动机振动加速度监测系统组成
发动机振动监测系统包含振动速度传感器和加速度放大器两部分。振动速度传感器感受垂直方向的振动加速度 (基于电磁感应原理, 传感器输出的交流信号电压值与发动机的垂直振动速度成正比) , 交流信号经振动放大器转换成线性电压信号, 直接供发参系统采集显示。发动机的早期机械故障都可以通过振动值骤增表现出来, 通过对发动机振动值的监测, 可以提前发现故障并防止事故发生, 达到延长发动机使用寿命。
2.2 振动速度传感器
传感器为电动式传感器, 是一种测量机械振动的地震式拾振器。当传感器壳体随发动机一起振动时, 其内部活动系统则保持在相对静止的位置上, 能确切地反映出发动机的实际振动。传感器的电气工作原理是基于电磁感应法则。当永久磁铁的磁力线经过两个空气隙传感器的壳体所闭合, 并被在空气隙中的与壳体刚性联结的线圈相切割时, 在线圈中感应出与两者相对速度成正比的电动势。
2.3 振动加速度放大器
放大器是系统的电子部件, 它将来自传感器的交流电压信号通过滤波, 放大, 检波等处理后传送给指示器进行指示, 同时还有一路送给记录装置进行记录。放大器的结构为按功能单元级连接组成, 每个功能单元由一个至多个运算放大器和必要的外围电路构成, 组成电路的功能单元有同相跟随器、选频放大器、比例放大器、全波检波器、延迟电压比较器、多谐振荡器和直流稳压器等组成。
3 发动机振动加速度监测系统故障分析
由于振动加速度传感器自身固有振动频率与发动机工作区振动中心频带接近, 导致振动传感器与发动机发生谐振, 造成振动指示值偏大且指示不稳定。另外, 振动速度传感器在受到小于20Hz的低频振动 (振动加速度大于1.5g) 时, 传感器内部的振子组件会撞击壳体, 致使其输出信号的波形发生畸变 (正常情况为正弦波) 从而导致整个振动加速度监测系统的指示值变大。
虽然可以通过更换振子材料 (降低传感器固有频率) 、增大振子组件与壳体间隙等措施解决上述问题, 但研制更加可靠的产品从功能和性能上替代原产品已经刻不容缓。
4 基于压电效应的发动机振动加速度监测系统
4.1 压电效应原理
压电效应原理是某些晶体 (如人工极化陶瓷、压电石英晶体等, 不同的压电材料具有不同的压电系数, 一般都可以在压电材料性能表中查到) 在一定方向的外力作用下或承受变形时, 它的晶体面或极化面上有电荷产生[1]。
4.2 新型振动速度传感器
新型振动传感器可以利用压电材料的压电效应原理制作。在压电材料的特定极化方向上加上质量块, 并进行一定量值的预紧以达到刚性连接的要求。当压电材料受到加速度作用时, 在压电材料表面会产生与之成比例的电荷信号, 通过对电荷信号的采集可以获得振动加速度的大小, 从而实现测量目的。
4.3 新型振动加速度放大器
振动加速度放大器主要完成来自振动传感器交流信号的放大、RMS交直流转换、信号的滤波、直流电压的比较, 最终输出0~5V DC和告警信号, 并为振动传感器提供工作电流。要实现该功能, 硬件电路主要由交流信号放大电路、RMS交直流转换电路、滤波电路、比较电路、直流信号输出接口电路、告警信号输出接口电路、DC/DC转换电路、恒流源发生电路八部分组成。
5 结论
新型振动加速度监测系统与原系统相比, 功能相同, 工作更加稳定可靠, 安装时可以进行原位替换, 满足发动机振动参数的采集测量要求, 在该型机上有良好的应用前景。
摘要：本文以某型机发动机振动加速度监测系统为研究对象, 通过对传统电磁感应测振和压电效应测振原理进行比较, 介绍了一种新型振动加速度监测系统, 可以代替原系统, 使发动机振动参数输出更加稳定。
关键词：振动监测,压电效应,应用
参考文献
振动加速度检测 篇7
斗式电磁振动给料器是轻工、电子产品自动加工和装配系统的一种供料装置,具有上料速度快、定向整列性能优良、工作平稳可靠和结构简单的特点。目前国内给料器产品主要有偏心电机和电磁铁两种振方式。因电磁铁安装和控制更为方便,电磁给料器的应用更为广泛。但由于物料体积、重量和摩擦系数的不同,该给料器的料斗结构、重量和驱动振幅对送料速度有很大影响[1,2]。
本研究主要通过分析振幅、振动方向角和料斗的料槽升角对送料速度的影响,为料斗设计提供理论依据。
1 电磁振动给料器的组成及给料原理
1—料斗;2—主振板弹簧;3—罩壳;4—橡胶弹簧垫;5—底座;6—磁铁线圈;7—托板;8—衔铁
斗式电磁振动给料器可以看成是二自由度二质体的强迫振动系统[3,4],它由料斗、主振弹簧、电磁铁线圈、衔铁、托板、减振弹簧和底座组成(如图1所示)。料斗1的内壁带螺旋槽,底部呈锥型,料斗的下部通过托板7与4组主振弹簧2相联,主振弹簧的下部联接在底盘5上,托板底下面中部,固定着衔铁8,电磁铁的铁心和线圈6安装在底盘中间,底盘下面安装减振橡胶垫4。其工作原理是:利用铁芯和衔铁之间的脉冲电磁力,驱动主振弹簧沿圆周切线方向向斜下方运动,同时主振弹簧储存势能。当磁力消失后,主振弹簧释放能量,使料斗沿切线方向向斜上方运动。如此反复,料斗不断沿主振弹簧切线方向作往返运动,相当于料斗作垂直振动和扭转振动相叠加的组合振动。因物料和料斗料道之间摩擦力的变化,使料斗中杂乱堆放的物料沿周边的螺旋滑道上升并进行自动定向排列[5]。
2 电磁振动给料器的力学模型
因减振弹簧的刚度远小于主振弹簧刚度,为简化计算,该给料器可看成单自由度有阻尼强迫振动系统[6]。设m为料斗质量,r为阻尼因数,k为弹簧系数,X为料斗位移,Psinωt为电磁铁激振力。根据机械振动理论,振动方程为:
求解方程得:
X=A1e-αtsin(ωt+θ1)+Asin(ωt+θ)
上式第1项属于有阻尼自由振动,将随着时间的推移和阻尼作用而逐渐消失,最后只剩下第2项,即X=Asin(ωt+θ)。
因为衔铁固定在料斗底部,料斗的位移为X=Asin(ωt+θ),给料器就是在该振动的作用下实现自动给料。
3 电磁振动给料器的平均给料速度
根据料斗的位移X=Asin(ωt+θ),可导出料斗工作面的速度和加速度公式为:
v=ωAcos(ωt+θ), a=-ω2Asin(ωt+θ)。
把加速度分解为平行料斗工作面和垂直工作面的两个分量ax和ay:
ax=acosβ,ay=asinβ (2)
式中 β—振动方向角。
设所输送的物料的重力为mg,物料与料斗间的摩擦力为F,α为料槽的平均螺旋升角。根据物料在料槽中的受力情况,可建立物料沿料槽滑移的微分方程:
工件对料斗工作面的正压力N为:
F=-Nμ
式中 μ—物料与料斗工作面间的摩擦系数。
当料斗向右下方运动时,惯性力的垂直分量与其重力方向相反,减少了物料与料斗间的摩擦阻力,当惯性力的水平分量超过物料与料斗间的摩擦阻力时,物料开始相对于料斗向前滑动,这时对应的相位角φk称为滑始角,物料向前滑动一小段距离后,滑移结束,此时对应相位角φm称为滑止角。滑移开始的瞬时,物料相对工作面的加速度
根据式(2)、式(3)、式(4)可得:
其中,“+”对应反向滑移,“-”对应正向滑移。
滑移开始的瞬时,
由φk=ωtk+θ求得正向滑移的起始时间tk。
对式(5)积分,可得出相对速度:
根据滑移终止条件
滑移平均速度为:
4 主要参数的确定
由式(6)可知,输送速度主要受振动频率ω、振幅A、振动方向角β、料斗的平均螺旋升角α、物料与料斗工作面摩擦系数μ的影响。电磁振动给料器采用调压调幅的工作方式,频率ω保持不变,摩擦系数μ取决于物料和料道的材料和表面物理特性,当物料和料道确定后,μ值不变。所以只需分析振幅A、振动方向角β、料槽的平均螺旋升角α的确定方法。
4.1 振幅A
给料器工作方式有滑移给料和抛掷给料两种。振幅大小不仅影响给料速度,而且还影响给料方式,为了使三极管在输送过程中不产生相互撞击,避免损坏三极管,故采用滑移方式给料。
工件在料槽上连续滑移,有两种情况:
(1) 当料斗在电磁力的作用下向右下方运动时,这时A大于临界值A1,才能使物料在惯性力mω2A1sin(ωt+θ)的作用下产生滑移,所以要使物料产生滑移,A不能小于临界值A1。该临界值可通过以下方法求得:
在滑移开始的瞬时,
(2) 当A增大并且料斗在弹簧力作用下向左上方运动时,若A大于某一临界值时A2,物料将产生向下滑移。同理,可求得临界值A2:
(3) 当A继续增大,若超过另一临界值A3时,物料的运动方式将改变,产生抛掷运动。抛掷运动由于料道向右下方运动时,料道突然离开工件,这时N≤0,因抛掷开始的瞬时,
mgcosα-mω2A3sin(βωt+θ)sinβ≤0
所以,要使物料获得连续滑移(只有正向滑移,没有反向滑移)运动,必须使A1<A<A2<A3。
4.2 振动方向角β
在其他条件不变的情况下,要使物料滑移速度最大,可将平均速度
(-sinβ+μcosβ)=0
β=tg-1μ
4.3 料斗的料槽升角α
料槽升角α是料槽工作面与水平面的夹角,α越小,送料速度越快,α越大,工件滑移越困难,送料速度越慢。但α太小,会使料斗直径增大,而且α越小,使相邻料槽的间距也越小,容易使物料卡在料槽中。通常料槽间距大于物料最大尺寸,对于圆形料斗,通常取α=1°～3°。
另外,摩擦系数μ虽不是给料器的设计参数,但它对料斗设计也有很大影响,它是确定振动方向角的依据,又影响振幅和给料速度,它取决于物料和料槽的材料及表面物理特性。
5 结束语
为使料斗参数设计合理,根据对料斗力学模型的建立与分析,导出电磁振动给料平均速度的计算公式,并对该公式中影响给料速度的3个参数进行分析,提出最佳振幅、振动方向角和料槽平均升角的确定依据。
由式(1)可知,振幅的大小与电磁振动给料器的重量、激振力、主振弹簧的刚度和阻尼系数有关,而激振力的大小又与电磁铁的气隙、电压等因素有关,所以最佳振幅也成为上述参数的设计依据。
如果给料器的参数选择适当,可使工件在不产生抛掷条件下,连续地沿着料槽滑移,既可获得平稳的运动,又能获得较高的给料速度,这就是本研究追求的设计目标。
参考文献
[1]闻邦春,刘树英,刘勍.振动机械的理论与动态设计方法[M].北京:机械工业出版社,2001.
[2]周家春.电磁振动料斗的工作特性分析[J].电子工业专用设备,1998,27(3):8-10.
[3]伍利群.电磁振动供料器工件的受力和运动分析[J].轻工机械,2003,27(1):30-33.
[4]TOMOHARU D,KOJI Y,YUTAKA T,et al.Feedbackcontrol for electrom agnetic vibration feeder(app lications oftwo-degrees-of-freedom proportional p lus integral p lus deriva-tive controllerw ith non linear elem ent)[J].JSM E In terna-tiona l Jou rna l(S er ies C),2001,44(1):30-40.
[5]THOMSON W T,DAHLEH M D.Theory of V ibration w ithApplications[M].Beijing:Tsinghua Un iversity Press,2005.