齒輪軸溫遙測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2019-12-14 徐錫芬
（天津航新航空科技有限公司）
【摘 要】利用非接觸式電能接入技術(shù)及直接序列擴(kuò)頻數(shù)字無線通信技術(shù)，完成了溫度信號(hào)的采集、非接觸電能傳輸、無線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軸承溫度的遙測。軸承溫度遙測試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)所測得的軸承溫度與油膜溫變化趨勢相同，證明該系統(tǒng)滿足齒輪軸承溫度測量的實(shí)際需求。
【關(guān)鍵詞】遙測系統(tǒng)；溫度測量；非接觸供電；無線通信
0.引言
連接齒輪的軸承在旋轉(zhuǎn)過程中由于摩擦力等因素將會(huì)隨著轉(zhuǎn)速升高出現(xiàn)溫度提升的現(xiàn)象，齒輪軸承溫度的測量對(duì)于軸承使用、軸承設(shè)計(jì)以及軸承壽命分析具有重大意義，其在不同轉(zhuǎn)速下的溫度是軸承設(shè)計(jì)中很有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。
在某些特殊的應(yīng)用環(huán)境下，物理量的測量可采用遙測系統(tǒng)來完成。如，測試設(shè)備無法進(jìn)行安裝的高溫、高壓環(huán)境、旋轉(zhuǎn)體測量等。對(duì)于齒輪軸承溫度的測量，可歸為旋轉(zhuǎn)體測量，可以通過遙測系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
1.工作原理
軸承溫度的測量通過6個(gè)帶冷端補(bǔ)償?shù)臒犭娕紒韺?shí)現(xiàn)，整個(gè)系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分，即信號(hào)采集發(fā)射一體機(jī)和接收機(jī)。信號(hào)采集發(fā)射一體機(jī)中包含信號(hào)調(diào)理和采集模塊以及無線發(fā)射機(jī)；接收機(jī)包含無線接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理器以及模擬/數(shù)字輸出模塊。
信號(hào)采集發(fā)射一體機(jī)中的信號(hào)調(diào)理和采集模塊包含7個(gè)模擬通道，其中前6個(gè)通道可接熱電偶，第7通道用作熱電偶的冷端補(bǔ)償。每個(gè)熱電偶通道都有獨(dú)立的信號(hào)調(diào)理電路，以保證信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量及數(shù)據(jù)采集器的采集精度。
2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1雙熱電偶傳感器設(shè)計(jì)
為了保證雙熱電偶傳感器工作的可靠性，在設(shè)計(jì)傳感器時(shí)采用雙熱電偶方式，由兩個(gè)熱電極材料相同的有效熱電偶組成。這樣的冗余設(shè)計(jì)可以保證當(dāng)其中一個(gè)熱電偶失效時(shí)，另一個(gè)熱電偶仍然能夠正常工作，而不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)遙測系統(tǒng)失效。
2.2非接觸式供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的非接觸式供電系統(tǒng)基于ICPT原理，其組成包含初級(jí)變換器、非接觸變壓器以及次級(jí)變換器。
非接觸式供電系統(tǒng)工作時(shí)，初級(jí)變換器將交流電壓經(jīng)過整流、逆變轉(zhuǎn)換成高頻交流電流供給初級(jí)繞組。初級(jí)繞組通過空間耦合的方式把能量耦合到次級(jí)繞組，次級(jí)繞組輸出的是高頻電流，根據(jù)后級(jí)負(fù)載特性以及電路系統(tǒng)的工作要求，次級(jí)變換器將接收到的信號(hào)進(jìn)行整流、濾波等處理，最終輸出直流電壓給負(fù)載供電。齒輪軸承溫度遙測系統(tǒng)中非接觸式供電系統(tǒng)原理見圖2。
2.3信號(hào)采集發(fā)射一體機(jī)設(shè)計(jì)
信號(hào)采集發(fā)射一體機(jī)分為電源模塊、傳感器、信號(hào)放大模塊、信號(hào)濾波模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、調(diào)制器和遙測發(fā)射機(jī)7個(gè)模塊，它們共同完成溫度信號(hào)的拾取、調(diào)理、采集、數(shù)字調(diào)制和無線發(fā)射，完成溫度信號(hào)到無線數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。
信號(hào)采集發(fā)射一體機(jī)通過信號(hào)放大、濾波、多路復(fù)用及采集、數(shù)字調(diào)制和無線發(fā)射5個(gè)步驟將溫度信號(hào)通過無線信道發(fā)送給無線信號(hào)接收機(jī)，無線信號(hào)接收機(jī)通過對(duì)無線信號(hào)進(jìn)行接收、數(shù)字解調(diào)、數(shù)據(jù)輸出以及信號(hào)調(diào)理完成電壓信號(hào)的輸出，最終完成溫度信號(hào)的遙測功能。
2.4無線信號(hào)接收機(jī)設(shè)計(jì)
無線信號(hào)接收機(jī)包含遙測接收機(jī)、數(shù)字解調(diào)器、數(shù)據(jù)分配模塊、輸出基準(zhǔn)、數(shù)據(jù)輸出模塊以及輸出濾波器模塊6種功能模塊。這些模塊共同完成無線信號(hào)的接收、解碼和數(shù)據(jù)拆分、數(shù)據(jù)分配、數(shù)據(jù)輸出以及濾波整型，完成溫度數(shù)據(jù)到標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換。
3.性能測試與軸承溫度遙測試驗(yàn)
3.1非接觸供電電壓試驗(yàn)
齒輪軸承溫度遙測系統(tǒng)中的無線信號(hào)發(fā)射機(jī)的正常工作需要一定的工作電壓，該電壓由非接觸供電電源提供。為保證小型感應(yīng)供電電源的能量供應(yīng)滿足無線信號(hào)發(fā)射機(jī)的需求，應(yīng)對(duì)非接觸供電電壓進(jìn)行試驗(yàn)。
試驗(yàn)結(jié)果表明，非接觸供電電壓可達(dá)到供電電壓（峰峰值）22V左右，由于滿足10V即可保證信號(hào)采集發(fā)射一體機(jī)正常工作，因此本文中的非接觸式感應(yīng)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，可滿足實(shí)際需求。
3.2軸承溫度遙測試驗(yàn)
將齒輪軸承溫度遙測系統(tǒng)中的信號(hào)采集發(fā)射一體機(jī)安裝在待測軸承上，將接收機(jī)接好并連接計(jì)算機(jī)，將系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)顯示軟件開啟，進(jìn)行軸承溫度的測量。
試驗(yàn)圓滿完成，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性與設(shè)計(jì)的合理性，通過對(duì)比齒輪油膜溫度，該軸承溫度數(shù)據(jù)與另一系統(tǒng)測得的油膜溫度變化趨勢相符，證明測量結(jié)果真實(shí)有效。
4.結(jié)論
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)齒輪軸承溫度的遙測、采集和存儲(chǔ)功能，不僅能夠使用戶在動(dòng)力系統(tǒng)加載過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承溫度的異常變化，其所得的不同轉(zhuǎn)速下的溫度數(shù)據(jù)還可作為軸承設(shè)計(jì)及軸承壽命分析的參考。
來源：《科技致富向?qū)А?/div>
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