某产品运输过程振动量级研究

匡豪 韩贤忠 夏斯艳

贵州航天风华精密设备有限公司

摘要：当今社会的发展，是信息化社会的发展。在信息时代，人们的社会活动将主要依靠对信息数据的开发、获取、传输与处理。数据的获取及分析处理日趋重要。然而我厂某产品转运过程中未进行数据采集，振动量级等重要参数数据无法获取。同时每批次产品生产中均需进行运输试验，而单位各型号产品运输试验中均为人工记录数据也无法对振动量级、频率、加速度等参数进行测量。数据可靠性及充分性不足，无法进行数据分析比较。运输过程中产品状态不能有效监控、运输过程中无法保障产品安全。

为有效监控运输过程中的产品状态，保障产品运输安全，需对该型号半成品运输过程振动量级等数据进行采集存储。当数据量足够时建立蓝本并对数据进行分析对比，最终达到实时采集对比数据及时发现运输过程中的异常点。做到有问题早发现、早解决。预防安全质量问题的发生、保证产品安全。

关键词：运输；传感器；自动采集；数据分析

1 引言

为保证生产安全，公司火工品装配厂房需设置于远离市区的边郊地区。因此某型号在生产中需要进行两地运输，且在后续装配完成后也需要抽取部分产品进行运输试验。目前，该型号产品转运过程中未进行振动量级等数据的采集。后续运输试验时也仅采用人工进行数据记录，无法对振动量级等重要参数进行测量记录。试验时仅通过两次停车间隔距离及时间计算出平均速度进行记录。该记录方式数据的有效性及充分性不足，无法进行有效的数据分析。运输过程中产品状态不能有效监控，如有异常情况发生无法及时发现并排除。针对上述情况，本文对振动量级采集分析方法进行了研究，设计了一种可在运输过程中进行振动量级采集存储的数据采集分析系统。

2 基本方案

2.1 现状分析

随着人类社会的高速发展，数据的价值愈发重要。而我厂目前某型号产品转运过程中未进行数据采集，振动量级等重要参数数据无法获取。后续运输试验时也由人工进行数据记录，无法获取运输过程中的振动量级等重要数据。已无法满足信息化、智能化、现代化的生产要求。

2.2 方案概述

要采集运输过程中的振动量级等数据依靠人工无法实现，为实现相应功能需要研究设计一套数据采集分析系统。该系统应具有处理和识别信息的“大脑”、传递信息的“神经系统”以及感知和获取信息的“感觉器官”。

目前社会各行各业中获取自然领域中信息的主要途径与手段为使用传感器进行采集记录，而数据采集传输通常选用相应采集板卡及通信电缆实现，最终的数据处理则通过在计算机中安装或开发相应处理软件实现。为此初步方案为：使用传感器进行振动量级获取、选购采集板卡及相应通信线缆进行数据采集传输、在计算机中安装或开发数据处理软件进行数据处理计算。

3 传感器选择

3.1传感器概述

传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，将生产过程中所要获取的信息转换为容易传输和处理的电信号。随着当今社会信息化产业的迅猛发展，传感器技术已广泛应用于电子计算机、生产自动化、航空航天、遥测遥感、医疗、环境等社会生产生活中的各个领域其技术已十分成熟。故用于进行数据采集的传感器可直接在市场进行选购。

3.2振动传感器简介

振动传感器按其功能可有以下几种：

1. 按机械接收原理分：相对式、惯性式；

2. 按电变换原理分：电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式、光电式；

3. 按所测机械量分：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、应变传感器、扭振传感器、扭矩传感器。

在该项目中选用ICP/IEPE压电式振动加速度传感器，该传感器内部自带了电荷放大器。供电信号和信号输出共用一根线，即用同轴电缆供给传感器2～10mA的恒流电源，而输出信号也由此同轴电缆输出。降低了干扰，保证了信号传输可靠性。该类传感器可采用很长的同轴电缆传输数据安装方便。同时ICP/IEPE传感器可以定制TEDS功能，为智能化测试提供必要条件。

所选振动传感器技术参数如下：

工作温度：-20～80℃；

恒流供电：2～10mA/15V～24V;

输出电压：±5V；

最大横向灵敏度：＜5%;

使用频率范围（KHz）：0.5～5K;

电压灵敏度（/g）：100mV;

最大量程（g）:50g;

3.3压电式传感器原理及安装方式

压电式传感器通过压电元件将机械量转换为电信号，可对各种动态力、机械冲击和振动进行测量。该传感器使用压电陶瓷晶体作为压电元件，在晶体表面感应出相应的电荷量，经过内部集成的电荷放大器电路（IEPE）放大后直接输出-5V～+5V电压信号。具有频响宽、灵敏度高、横向灵敏度小和抗外界干扰能力强的特点。在航空航天、国防军工、冶金机械、车辆运输、桥梁船舶、土木建筑、教学试验等方面都有广泛的应用。基本原理如图1：

图1 压电式传感器原理图

该传感器可垂向或横向安装。使用时将传感器安装端安装至被测物体端，安装方法有：强磁、胶水、探针、粘结螺栓、粘结剂、钢螺栓、绝缘螺栓、云母垫圈、腊层等多种方式可供选择。接线端连接BNC转M5或四芯线。如图2、图3所示：

图2 振动传感器外形及接口

图3 振动传感器安装图

4 数据采集及传输

4.1 测试系统连线方式

ICP/IEPE振动传感器通常使用恒流适配器进行供电，采用二线制形式（导线屏蔽层为地，芯线为恒流电源入与信号输出共用）。传感器接线端通过BNC转M5或四芯线连接至恒流适配器的IEPE端口，再由恒流适配器输出端使用一根配套的BNC转针鼻子线缆连接至数据采集板卡上（如使用IEPE激励数据采集卡可不使用恒流适配器，直接通过M5转BNC线缆与传感器相连）。如图4所示：

图4采集系统连线图

4.2 信号传输转换

ICP/IEPE振动传感器机械信号通过压电元件转换为电信号，再通过内置的电荷放大电路放大后传输至多功能数据采集板卡采集。本项目中多功能数据采集板卡使用NI MCC USB-231 16位多功能数采卡，该采集卡具有8单端/4差分通道，采样率:50ks/s,分辨率:16bit，无需外部供电，输入端为可拆卸的螺丝接线端子，输出端为Micro-USB接口使用简单方便且自带了采集软件。数据经采集卡采集后经USB转接线传输至计算机，计算机安装配套软件对测试数据进行存储计算。采集电压与机械量转换关系如下：

5 软件安装及使用

NI MCC USB-231 16位多功能数采卡自带了驱动安装、校准及测试软件。测试软件集成了数据采集、实时显示和记录等功能。因使用环境为运输车，测试系统应尽量方便携带。如果使用工控机则需考虑额外220V供电电源，测试系统将过于笨重且在运输环境中供电难以稳定存在额外风险。为此在该项目中使用公司质量图像或水平测量配套笔记本电脑安装测试软件（或单独购置一台专用笔记本电脑）。

测试软件安装包通过配套的软件安装光盘或官网下载的方式获取，安装包获取后双击文件夹下“setup.exe”，开始软件安装。软件安装过程简单，根据安装提示选择安装路径后点击“下一步”直至软件安装完成。软件安装完成后重新启动电脑即可正常使用。

软件默认输出值为电压值，如需实时显示振动量则在参数设置中，点击通道-单位-选择自定义-单位修改为g,例如：缩放因子值=1000/传感器灵敏度（相关参数值在传感器检测报告中查看），偏移量为零，即可实时显示振动量级。如图5所示：

图5 软件配置方法

配置好后手动敲击传感器进行信号采集验证，其结果如图6所示：

图6 软件检测信号图

6 结论

为有效监控运输过程中产品状态，本文对振动量级采集分析方法进行了研究，设计了一种可在运输过程中进行振动量级采集存储的数据采集分析系统。可实时采集并显示该型号半成品运输过程中振动量级等数据。保证了数据的充分性及有效性，在积累足够数据量时可根据数据对比情况及时发现产品运输过程中的异常情况，做到问题早发现、早解决，可有效预防质量问题的发生。保证了运输过程中的产品安全。

6