摘 要

电机在现代社会扮演着十分关键的角色，被广泛运用于工业生产中。为了保证生产需求，确保电机正常工作就显得尤为重要。电机轴向窜动与径向跳动检测是评估电机故障的可靠途径。本次设计中被测量即为位移量，市面上已经有种类众多的位移传感器可供选择，传感器所采集到的信号通过A/D转换送至单片机进行处理，超限报警，通过LCD液晶屏显示窜动量，此外，通过串口通信，数据可以进一步传输至上位机，本设计采用LabVIEW开发平台，设计虚拟仪器界面。这样一套完整的系统，完全可以满足设计目的，可在现场观测，也可通过上位机平台实现远程监控，LabVIEW可以拓展出更多其他功能，将历史数据、窜动量或超限次数等进行保存，录入表格方便查看。

关键词：电机窜动；传感器；单片机；LabVIEW

Abstract

Motor plays a very important role in the modern society ，abroadly applied to industrial production. In order to ensure the production requirement， motor must run properly.motor axialplay and radialplay reflect to motor’s run status. Therefore, it has great significance to design such a special detection system.In this design,the mesured objected is displayment. The signals collected by the sensor are conveyed into MCU after A/D conversion, over-limit alarming,motor movement number display through LCD, in addition, through the serial communication, data can be transmitted to the host computer, this design uses the LabVIEW development platform to design the virtual instrument interface.Such a complete system can meet the design objectives.Worker can observed at the scene or monitor through the host computer platform.LabVIEW can expand many other functions,for example save historical data,displayment and the times of over-limit, record these data into the datasheet for easier viewing.

Key Words：motor movement；sensor； MCU；LabVIEW

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 设计目标与内容 2

第2章 电机窜动原因分析 3

2.1窜动原因分析 3

2.2轴径向窜动标准 3

2.3方案论证与选择 5

第3章 电涡流传感器 7

3.1电涡流传感器工作原理 7

3.2 JX20XL系列电涡流位移传感器 8

3.3传感器安装方式 10

3.4 轴径向窜动检测 12

3.5 传感器性能分析 14

第4章 硬件电路设计 15

4.1 信号采集 15

4.2 A/D转换 16

4.2.1 ADC芯片选择 16

4.2.2 ADC0809基本参数 17

4.3微机系统 18

4.3.1 STC89C52基本参数 18

4.3.2 单片机最小系统 19

4.4 LCD液晶显示 20

4.5 程序下载模块 21

第5章 软件程序设计 23

5.1程序总流程 23

5.1.1 Keil开发环境 23

5.1.2 程序总框图 23

5.2 子模块程序 24

5.2.1 数据线性化处理 24

5.2.2 A/D转换模块 26

5.2.3 LCD显示模块 27

5.2.4 UART通信 28

第6章 虚拟仪器VI设计 30

6.1 LabVIEW开发环境 30

6.2 VISA串口配置 30

6.3 界面设计 30

6.3.1 程序框图 30

6.3.2 前面板 31

第7章 实验测试与误差分析 32

7.1 测试结果记录 32

7.2 误差理论分析 34

7.3 环保性与经济性分析 34

第8章 总结与展望 35

参考文献 36

致谢 37

附录A
附录B

第1章 绪论

人类社会发展的历程中，能量动力使用能力从某种程度上体现其文明程度。而在现代工业时代中，电能凭借其优势成为生产生活中不可或缺的主要能源，而电机是电能转换的主要设备。电子电力技术和高新计算机技术的进步，不断的促进电机的发展。正因工业生产对电机的需求日趋增大，电机的性能显得更加重要。此外恰到好处的维护好电机，保证其运行状态良好，对生产效率是一种保证，同时也可以避免不必要的经济损失，减少能耗节能环保。因此，准确的评估电机的运行状态对于日常维护工作中尤为关键。

1.1 研究背景及意义

早在1821年法拉第就发现电磁感应现象。早期制造的电机普遍效率低，价格高昂，没有太大的使用价值。直到十九世纪七十年代才诞生了世界上第一台直流发电机，至此电机才得以广泛应用。1888特斯拉发明了交流电动机，在工业和家庭电器中大量应用。而后十几年时间，Danielson就提出同步电动机。十九世纪末，美国出现电机机床。时至今日，科学研究机构仍然对电机行业保持着浓厚的兴趣，高新技术产业的发展应用到电机当中，给其注入了新的内涵，例如超声电机、磁悬浮电机等，面对市场多元化的需求，电机的发展不会停歇。^[1]

因此，对电机状态进行监控必不可少，电机振动测量是评估电机故障征兆最主要的依据之一。而对电机来说，轴是核心的部分，电机轴的轴向窜动与径向跳动都对电机的稳定性产生影响。从转子动力学、轴承学的角度出发，判断电机的运行状态可以通过对其轴窜动进行检测，这种方式参考价值很高。

1.2 国内外研究现状

国外的工业发达地区，早在60年代就开始了对旋转电机的检测的研究，经过了长时间的技术沉淀，逐渐形成一套完整的理论体系与实践经验。随着科学技术的进步革新，电机的工作可靠性愈发重要，监测系统的灵敏度是关键所在，功能更加强大的振动检测仪也应运而生。振动检测仪是基于微处理器设计出的设备状态监测仪器，通过测量设备的速度v、加速度a以及位移量，从而分析出轴承状态。 ^[2]

我国由于当时的工业水平较低，这方面的研究进行得十分缓慢。70年代我国进行过在线检测技术的相关研究，但碍于技术缺陷，没有取得太大成果。工业发展旺盛期，电气设备的大量使用，设备故障检测问题亟待解决。随着计算机技术的快速发展，新型传感器大量应用到实验中，促进了故障监测技术的迅猛提升，前后开发出了各式各样的在线监测装置。