电机轴承的故障在线检测装置的制作方法

本发明涉及一种电机轴承的故障在线检测装置，用来判断电机轴承是否磨损。

背景技术：

轴承磨损会使电机在运行过程中产生振动，磨损严重时会使定子铁芯与转子铁芯相互摩擦，在一些有可燃性气体的场合，定子铁芯与转子铁芯相互摩擦会产生火花引发电机爆炸，因此有必要对电机轴承进行监测，及时发现故障，排除故障。现有电机轴承故障检测装置结构复杂，在线监测很不方便。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种电机轴承的故障在线检测装置，其检测可靠，使用方便，生产成本低。

本发明的技术方案是，一种电机轴承的故障在线检测装置，其包括传感器和检测单元，其特征是，传感器包括极板3，极板固定在刚性的绝缘体上，绝缘体连接在电机的端盖6上；极板与转轴1之间留有间隙，极板与转轴构成电容器c1；

检测单元包括：电容信号采样电路、电压跟随器、比较电路；

电容信号采样电路包括电容器c2，电容器c2的一端接直流电源vcc，电容器c2的另一端通过电容器c1接地；

电压跟随器，包括运算放大器a1，运算放大器a1的同相输入端接电容器c2的另一端，运算放大器a1的反相输入端与输出端连接；

比较电路包括运算放大器a2，运算放大器a2的反相输入端通过电阻r1接运算放大器a1的输出端，运算放大器a2的同相输入端通过电阻r2接直流电源vcc，运算放大器a2的同相输入端通过电阻r3接地，运算放大器a2的同相输入端与输出端之间串联有电阻r4和可变电阻r5。

其工作原理是：极板与转轴构成电容器c1，转轴由轴承8支承，轴承未磨损时，转轴转动时极板与转轴之间的间隙保持不变或间隙波动很小；轴承磨损后，转轴转动时极板与转轴之间的间隙波动很大，间隙波动时电容器c1的电容值也相应地变化；电容信号采样电路对电容器c1的电容值采样，电压跟随器对电容值采样信号进行功率放大，比较电路将电压跟随器的输出信号与一基准信号进行比较，当电容器c1的电容值变化较小或无变化时，运算放大器a2输出无方波脉冲输出；当电容器c1的电容值变化超范围时，运算放大器a2输出一方波脉冲，方波脉冲可用来报警或作为电机停止运行的控制信号，也可输送给计算机进行故障判断。

本发明的有益效果是，传感器自身具有滤波功能，能滤除外部的高频干挠，使得检测单元的线路结构简单，这样整机的故障机率大大降低，可靠性好，传感器便于制作，检测单元组成的电子元件少，使生产成本低，另外电机轴承的故障在线检测装置使用和安装都方便，便于推广。

附图说明

图1为传感器的结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为检测单元的电路原理图。

图4为检测单元中比较电路的相关点的波形图。

具体实施方式

一种电机轴承的故障在线检测装置，其包括传感器和检测单元；传感器包括极板3和绝缘体，绝缘体由工程塑料或电工胶木制成；极板可为平板，绝缘体为一角板，绝缘体的竖直部与电机端盖连接，绝缘体的水平部与极板连接，极板与转轴之间留有间隙，极板与转轴1构成电容器c1。

绝缘体的结构也可这样：绝缘体具有一套筒4，套筒的左端延伸出凸缘5，极板为瓦片形，其外弧面与套筒的内壁相贴，其内弧半径略大于转轴的半径，极板弧面的弧度为π/3至2π/3，优选为π/2；极板通过螺栓2固定在绝缘体的套筒4的内壁上，极板也可压塑在套筒4的内壁上。

绝缘体的凸缘通过紧固螺钉10连接在电机的端盖6上，电机的转轴1从端盖以及套筒部中伸出，转轴与端盖之间设有轴承8，极板与转轴1之间留有间隙，该间隙比轴承正常时的游隙大0.05毫米至0.1毫米，极板与转轴构成电容器c1。

检测单元包括：电容信号采样电路、电压跟随器、比较电路；

电容信号采样电路包括电容器c2，电容器c2的一端接直流电源vcc，电容器c2的另一端用导线与极板连接，电机的端盖用导线接地，由于转轴与端盖之间为导电接触，等效于电容器c2另一端通过电容器c1接地。

电压跟随器，包括运算放大器a1，运算放大器a1的同相输入端接电容器c2的另一端，运算放大器a1的反相输入端与输出端连接，电压跟随器具有很高的输入阻抗几乎不从传感器中吸收电流，电压跟随器的输出阻抗低，具有一定的带负载能力。

比较电路包括运算放大器a2，运算放大器a2的反相输入端通过电阻r1接运算放大器a1的输出端，运算放大器a2的同相输入端通过电阻r2接直流电源vcc，运算放大器a2的同相输入端通过电阻r3接地，运算放大器a2的同相输入端与输出端之间串联有电阻r4和可变电阻r5。

现结合图3和图4说明比较电路的原理，运算放大器a2的反相输入端的电压为输入电压ua，运算放大器a2的同相输入端的电压为比较电压ub，运算放大器a2的输出端电压为输出电压uc。

当输入电压ua大于比较电压ub时，输出电压uc为低电平，当输入电压ua小于比较电压ub时，输出电压uc为高电平；输入电压ua周期性变化时，输出电压uc为方波脉冲。

比较电压ub与电阻r2、电阻r3、电阻r4和可变电阻r5以及输出电压uc相关，比较电压有一高值h和低值l，当输出电压uc为高电平时，比较电压ub处于高值h，当输出电压uc为低电平时，比较电压ub处于低值l，在电阻r2、电阻r3一定时，调节可变电阻r5可改变高值h和低值l，可变电阻r5增大，高值h和低值l向其平均值靠近，可变电阻r5减小，高值h和低值l偏离平均值。

可变电阻取值越大，比较电路的分辨率越高，在比较电路中，电阻r2、电阻r3和电阻r4的取值均为1k欧姆，可变电阻r5的调节范围为0-100k欧姆；当可变电阻调至最大时，能判别输入电压0.5%的变化率。

整机工作原理是：极板与转轴构成电容器c1，转轴由轴承支承，轴承未磨损时，转轴转动时极板与转轴之间的间隙保持不变；轴承磨损后，转轴转动时极板与转轴之间的间隙有变化，电容器c1的电容值也相应地变化；电容器c2和电容器c1构成一分压电路，电容器c2的电容值固定，电容器c1的电容值变化时，电容器c1上的电压也相应地变化，电压跟随器对电容器c1上的电压信号进行功率放大，比较电路将电压跟随器的输出信号与一基准信号进行比较，当电容器c1的电容值变化超范围时，运算放大器a2输出一方波脉冲，表示轴承磨损较大，当电容器c1的电容值变化较小或无变化时，运算放大器a2输出无方波脉冲输出。

在实验室使用时，可变电阻r5调大提高分辨率，运算放大器a2输出的方波脉冲信号与计算机的输入端口连接，计算机对方波脉冲的频率、占空比等特征进行分析判断。

在生产现场使用时，可变电阻r5调低，增大比较电压的回差，以与轴承故障程度相适应，运算放大器a2输出端与一控制电路连接，当轴承发生故障时输出切断电机电源信号；所述的控制电路包括二极管d1、电容c3、电阻r6、电阻r7、电阻r8、三极管t1、光电耦合器gk，二极管d1的阴极接运算放大器a2输出端，二极管d1的阳极通过电容c3接地，二极管d1的阳极通过电阻r6接直流电源vcc，二极管d1的阳极通过电阻r7接三极管的t1的基极，三极管的t1的集电极通过电阻r8接直流电源vcc，三极管的t1的发射极接光电耦合器gk的发光二极管的阳极，光电耦合器gk的发光二极管的阴极接地，光电耦合器gk的光电可控硅输出开关信号；光电耦合器gk的信号为tlp160g。

控制电路的工作原理是，当方波脉冲信号为高电平时，直流电源vcc通过电阻r6对电容c3充电，当方波脉冲信号为低电平时，二极管d1对电容c3放电，通过选择电阻r6可使放电时间远小于充电时间，使三极管ti的基极处于低电平状态，三极管ti截止，光电可控硅截止，光电可控硅与控制电机的交流接触器线圈串联（附图未画出），使交流接触器线圈失电，断开电机电源；当无方波脉冲时，运算放大器a2输出端处于高电平，三极管ti导通，光电可控硅导通，交流接触器线圈得电，接通电机电源。