齒輪軸溫遙測系統(tǒng)的設計
2019-06-14徐錫芬
（天津航新航空科技有限公司）
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【摘 要】利用非接觸式電能接入技術及直接序列擴頻數(shù)字無線通信技術，完成了溫度信號的采集、非接觸電能傳輸、無線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收，實現(xiàn)了對軸承溫度的遙測。軸承溫度遙測試驗結(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際需求。
【關鍵詞】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于軸承使用、軸承設計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計中很有價值的參考數(shù)據(jù)。
在某些特殊的應用環(huán)境下，物理量的測量可采用遙測系統(tǒng)來完成。如，測試設備無法進行安裝的高溫、高壓環(huán)境、旋轉(zhuǎn)體測量等。對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)來實現(xiàn)。
1.工作原理
軸承溫度的測量通過6個帶冷端補償?shù)臒犭娕紒韺崿F(xiàn)，整個系統(tǒng)主要分為兩個部分，即信號采集發(fā)射一體機和接收機。信號采集發(fā)射一體機中包含信號調(diào)理和采集模塊以及無線發(fā)射機；接收機包含無線接收機、數(shù)據(jù)處理器以及模擬/數(shù)字輸出模塊。
信號采集發(fā)射一體機中的信號調(diào)理和采集模塊包含7個模擬通道，其中前6個通道可接熱電偶，第7通道用作熱電偶的冷端補償。每個熱電偶通道都有獨立的信號調(diào)理電路，以保證信號的信號質(zhì)量及數(shù)據(jù)采集器的采集精度。
2.系統(tǒng)設計
2.1雙熱電偶傳感器設計
為了保證雙熱電偶傳感器工作的可靠性，在設計傳感器時采用雙熱電偶方式，由兩個熱電極材料相同的有效熱電偶組成。這樣的冗余設計可以保證當其中一個熱電偶失效時，另一個熱電偶仍然能夠正常工作，而不會導致整個遙測系統(tǒng)失效。
2.2非接觸式供電系統(tǒng)設計
本文設計的非接觸式供電系統(tǒng)基于ICPT原理，其組成包含初級變換器、非接觸變壓器以及次級變換器。
非接觸式供電系統(tǒng)工作時，初級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繞組。初級繞組通過空間耦合的方式把能量耦合到次級繞組，次級繞組輸出的是高頻電流，根據(jù)后級負載特性以及電路系統(tǒng)的工作要求，次級變換器將接收到的信號進行整流、濾波等處理，Z終輸出直流電壓給負載供電。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信號采集發(fā)射一體機設計
信號采集發(fā)射一體機分為電源模塊、傳感器、信號放大模塊、信號濾波模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、調(diào)制器和遙測發(fā)射機7個模塊，它們共同完成溫度信號的拾取、調(diào)理、采集、數(shù)字調(diào)制和無線發(fā)射，完成溫度信號到無線數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。
信號采集發(fā)射一體機通過信號放大、濾波、多路復用及采集、數(shù)字調(diào)制和無線發(fā)射5個步驟將溫度信號通過無線信道發(fā)送給無線信號接收機，無線信號接收機通過對無線信號進行接收、數(shù)字解調(diào)、數(shù)據(jù)輸出以及信號調(diào)理完成電壓信號的輸出，Z終完成溫度信號的遙測功能。
2.4無線信號接收機設計
無線信號接收機包含遙測接收機、數(shù)字解調(diào)器、數(shù)據(jù)分配模塊、輸出基準、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)到標準電壓信號轉(zhuǎn)換。
3.性能測試與軸承溫度遙測試驗
3.1非接觸供電電壓試驗
齒輪軸承溫度遙測系統(tǒng)中的無線信號發(fā)射機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。為保證小型感應供電電源的能量供應滿足無線信號發(fā)射機的需求，應對非接觸供電電壓進行試驗。
試驗結(jié)果表明，非接觸供電電壓可達到供電電壓（峰峰值）22V左右，由于滿足10V即可保證信號采集發(fā)射一體機正常工作，因此本文中的非接觸式感應供電系統(tǒng)設計合理，可滿足實際需求。
3.2軸承溫度遙測試驗
將齒輪軸承溫度遙測系統(tǒng)中的信號采集發(fā)射一體機安裝在待測軸承上，將接收機接好并連接計算機，將系統(tǒng)和計算機顯示軟件開啟，進行軸承溫度的測量。
試驗圓滿完成，驗證了系統(tǒng)的可靠性與設計的合理性，通過對比齒輪油膜溫度，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)果真實有效。
4.結(jié)論
本系統(tǒng)實現(xiàn)了對齒輪軸承溫度的遙測、采集和存儲功能，不僅能夠使用戶在動力系統(tǒng)加載過程中及時發(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)還可作為軸承設計及軸承壽命分析的參考。
來源：《科技致富向?qū)А?/div>