基于dsp轴承故障诊断系统设计

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1、基于DSP轴承故障诊断系统设计　　摘要：本系统主要适用于轴承振动信号数据采集和分析，可以实现对信号的时域和频域分析。该本系统硬件部分是以DSP为核心进行振动信号的采集与分析，软件部分是采用C语言与汇编语言编制，利用小波变换对信号进行处理。该系统也可以进一步推广到其他振动信号的采集与分析。Abstract：Adiagnosingsystemhasbeendesignedforthedetectionofthesurfacedefectsofelementbearing.Itismainlybasedonsamplingand

2、analyzingthevibrationsignalsfortimeandfrequencydomains.ThediagnosingsystemofdataacquisitionandrealizationbasedofDSP，andthebasicprincipleofitiswavelettransform.ThesoftwareiswritteninClanguageandassemblylanguage.Thesystemissuitabletodiagnosetherollingelementsbearing

3、，andispossibletobeextendedtotheapplicationofothermechanicalvibrationsignals.关键词：轴承；DSP；小波变换；故障诊断Keywords：elementbearing；DSP；wavelettransform；faultdiagnosis5中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）23-0053-020引言本文研究内容是以数字信号处理器（DSP）为核心，设计一套集数据采集与分析为一体的故障诊断系统，以功率谱分析在机械故

4、障诊断中的应用和小波变换在信号处理中的应用为基础，用数字信号处理技术提取轴承的故障特征信息，编制计算机软件，辩识轴承滚动体、内环、外环的故障。1工作过程与测试原理1.1工作过程图1是轴承故障诊断系统的工作过程方框图。从图可以看出工作过程主要有4个部分：信号预处理部分；A/D转换部分；故障信号分析部分；故障特征信息提取与识别部分。1.2测试原理该系统利用共振解调技术诊断轴承故障，当轴承某一元件表面出现局部损伤时，在受载运行过程中要撞击与之相互作用的其它元件表面，从而产生了冲击脉冲力。由于冲击脉冲力的频带很宽，必然包含轴承外圈

5、、传感器等固有频率，从而激起整个测振系统的高频固有振动，通过带通滤波器的滤波，分离出受调制的高频固有振动信5号，再通过包络检波器的检波，得到了只包含故障特征信息的低频包络信号，对这一包络信号进行频谱分析，可以诊断出轴承的故障，其原因是共振解调技术放大（或谐振）和分离（带通滤波）了故障特征信息，极大地提高了信号比。共振解调诊断原理如图2所示。2系统组成系统由软件系统和硬件系统两部分组成，具有数据采集和处理及故障诊断等主要功能。系统硬件配置框图如图3所示。2.1硬件设计如图3所示，整个系统的核心部件是DSP芯片TMS320VC

6、5402。它是TI公司生产的TMS3205000系列的16位定点数字信号处理器。TMS320VC5402采用先进的改进型哈佛结构，工作速率为100MIPS，内核工作电压为1.8V，I/O工作电压为3V。组成数据采集与处理的主要硬件包括：①用于传感器信号拾取与预处理部分，包括2路振动加速度传感器的放大滤波处理；②A/D转换器：仪器选用AD公司推出的6通道模拟输入的16位串行口可编程A/D转换器；③数字信号处理器TMS320VC5402；④单片机AT89C51：用于管理键盘输入、参数显示和报警电路等，由DSP控制；⑤异步通信单

7、元：用于与PC计算机进行通信；（610）电源电路：为各单元电路提供电源。2.2软件设计5系统的软件设计主要包括C51单片机程序和DSP程序两部分。C51单片机程序主要包括上电初始化、与DSP通信、按键输入和报警程序等；DSP程序主要包括上电初始化、仪器自检、数据采集、数据分析处理、与单片机通信、与PC机通信等功能模块。在此，本文主要介绍数据分析处理的程序模块。在对振动信号进行分析处理时，我们用到的是共振解调的原理。在进行包络解调的各步骤中，关键在于带通滤波。能否将包含有故障信息的固有振动分离出来，带通滤波器的设计极为重要。

8、由于小波变换具有带通滤波的特性，通过选择合适的小波和分解层次，可以得到原始信号在不同频率段的振动特性，其信息是完整的，再从中找出需要的频率段进行信号重构，在不降低信号时域分辨率的同时达到滤波目的。本文采用小波分解与重构来实现滤波，并采用MALLAT算法来进行小波分解和重构。图4和图5是在CCS2.2软件