滾動(dòng)軸承是各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種通用機(jī)械部件，它的運(yùn)行狀態(tài)是否正常往往直接影響到整臺(tái)機(jī)器的性能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在使用滾動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，由于滾動(dòng)軸承損壞而引起的故障約占30％[1]。由此可見，滾動(dòng)軸承的故障診斷在工程中還是有其重要意義的。

　　一方面國內(nèi)企業(yè)的重要大型設(shè)備往往采用在線系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的工況進(jìn)行監(jiān)測，但是在線系統(tǒng)價(jià)格高昂、通用性差、安裝和維護(hù)不便，不適用于大量的中小型設(shè)備。另一方面小型的振動(dòng)檢測儀只是起到對(duì)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)的作用，而且數(shù)據(jù)的分析需要有豐富經(jīng)驗(yàn)的人去從事，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)診斷的要求。本文設(shè)計(jì)的以ti公司生產(chǎn)的tms320c6713為數(shù)字信號(hào)處理器的滾動(dòng)軸承實(shí)時(shí)故障診斷系統(tǒng)，就可以滿足中小型設(shè)備實(shí)時(shí)智能故障診斷的需要[2]。

　　2．滾動(dòng)軸承實(shí)時(shí)故障診斷系統(tǒng)原理

　　滾動(dòng)軸承實(shí)時(shí)故障診斷系統(tǒng)主要包括硬件部分和軟件部分兩個(gè)方面：

　　(1) 硬件部分：主要用模擬電路實(shí)現(xiàn)共振解調(diào)技術(shù)[3-4]和數(shù)字信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)。故障產(chǎn)生的沖擊信號(hào)使得硬件諧振器發(fā)生共振，通過諧振器的共振響應(yīng)將微弱的沖擊信號(hào)調(diào)制到高頻的共振信號(hào)中去，再用解調(diào)的辦法對(duì)高頻信號(hào)處理，進(jìn)而獲得一種剔除了低頻振動(dòng)干擾的共振解調(diào)波，由此達(dá)到精確診斷的目的。最后信號(hào)通過a/d轉(zhuǎn)換后，再送入dsp進(jìn)行fft變換。

　　(2) 軟件部分：主要是基于dsp對(duì)共振解調(diào)后的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行故障特征的識(shí)別與診斷。dsp對(duì)ad傳送來的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻轉(zhuǎn)換，得到振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖，系統(tǒng)能自動(dòng)分析頻譜，得出故障位置、故障類型、嚴(yán)重程度等結(jié)論并通過lcd顯示出來。

　　3．系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)采用的是硬件共振解調(diào)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)軸承的故障診斷，它比軟件共振解調(diào)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以有效的提取機(jī)械早期故障的微沖擊信號(hào)，在故障早期實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修[5]，此外用硬件實(shí)現(xiàn)比用軟件實(shí)現(xiàn)運(yùn)算速度快，更好的體現(xiàn)了實(shí)時(shí)診斷的要求。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的主要原理：

　　(1) 振動(dòng)信號(hào)處理電路，它主要包括振動(dòng)信號(hào)預(yù)處理電路及共振解調(diào)處理電路部分，如圖2所示：

　�、� 前端振動(dòng)傳感器檢測到軸承的振動(dòng)信號(hào)（其中包含諧振器的共振信號(hào)）。

　�、� 振動(dòng)信號(hào)經(jīng)調(diào)理放大得到易于處理的低頻信號(hào)，電荷放大器和程起到傳感器輸出和后續(xù)處理電路的阻抗匹配和信號(hào)放大作用。由于軸承故障振動(dòng)信號(hào)非常微弱，且傳感器輸出阻抗很大，因此，需要高信噪比和高增益專用前置放大集成電路。

　　③ 帶通濾波器對(duì)信號(hào)作預(yù)處理，經(jīng)過帶通濾波器處理后，可有效濾掉低頻振動(dòng)和高頻干擾，只保留共振頻率附近的頻率段。

　　④ 包絡(luò)檢波器檢出共振波的外包絡(luò)，將高頻共振信號(hào)轉(zhuǎn)換為低頻包絡(luò)信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)共振解調(diào)功能。經(jīng)包絡(luò)分析器和低通濾波器處理后，可進(jìn)一步剔除時(shí)域尖峰信號(hào)的干擾，為后續(xù)故障識(shí)別系統(tǒng)提供較穩(wěn)定的識(shí)別信號(hào)。

　　⑤ 由于滾動(dòng)軸承的故障頻率由幾十到幾百赫茲不等，因此在做進(jìn)一步處理之前有必要濾掉高頻成分。同時(shí)，在a/d轉(zhuǎn)換之前選擇合適的濾波，也能起到抗頻率混疊的作用。

　　(2) 數(shù)字信號(hào)處理電路部分，如圖3所示：

　�、� 低頻解調(diào)信號(hào)被a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成適用于dsp處理的數(shù)字信號(hào)。本設(shè)計(jì)選用的是ti公司的多采樣頻率、低功耗、單電源供電的a/d轉(zhuǎn)換芯片ad9221，其最大采樣頻率高達(dá)1.5mhz，信噪比70db，采樣精度高，足以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。

　�、� 數(shù)字信號(hào)處理器是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它的運(yùn)算速度直接影響了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)中的dsp芯片采用ti公司的tms320c6713。這是一款用于高精度高性能應(yīng)用的浮點(diǎn)型dsp，它在c67x的基礎(chǔ)上，增加了很多外圍設(shè)備和接口。該芯片內(nèi)核主頻最高可達(dá)300mhz，處理能力可達(dá)2400mpis，內(nèi)部具有可配置的二級(jí)cache，具有豐富的外設(shè)資源，32bits的外圍數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口(emif)可以與sdram，flash等存儲(chǔ)器件無縫連接，支持hpi，pci，i2c總線。

　�、� tms320c6713的內(nèi)部最多只有256k的l2 sram，不能滿足系統(tǒng)大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需要，需要擴(kuò)展外部存儲(chǔ)的空間，系統(tǒng)采用micron公司的32位sdram芯片mt48lc4m32b2，擴(kuò)展了128m的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間。

　　④ 本系統(tǒng)的flash存儲(chǔ)器采用sst公司的sst39vf160。sst39vf160采用單電源2.7v供電，訪問時(shí)間僅為90ns，快速擦除，全片擦除只需15ms，快速燒寫，全片燒寫只需7s。

　�、� tms320c6713需要高精度、穩(wěn)定的雙電源供電，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本