非穩(wěn)態(tài)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非穩(wěn)態(tài)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置，包括：加速度傳感器將采集到的電信號(hào)傳輸至并聯(lián)加速度處理回路、速度處理回路和位移處理回路；加速度處理回路，包括：串聯(lián)的第一固定增益放大器和第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器；速度處理回路，包括：串聯(lián)的第二固定增益放大器、積分電路、第三固定增益放大器和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器；位移處理回路，包括：串聯(lián)的第四固定增益放大器、雙積分電路、第五固定增益放大器和第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器；第一至第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端連接數(shù)字邏輯單元，其轉(zhuǎn)換觸發(fā)分別由數(shù)字邏輯單元控制。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)不同的采樣速率，能實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度、速度和位移三個(gè)物理量或其中任意兩個(gè)物理量同時(shí)采集、并對(duì)所述每個(gè)物理量均能實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷采集。
【專利說明】非穩(wěn)態(tài)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)電領(lǐng)域，特別是涉及一種非穩(wěn)態(tài)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)是保證機(jī)械設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)的、一個(gè)不可缺失的環(huán)節(jié)，對(duì)于提高系統(tǒng)可靠性、保障設(shè)備的可用性具有重要的經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實(shí)意義。而獲得原始振動(dòng)信號(hào)的采集方式直接關(guān)系到后續(xù)的信號(hào)分析、故障診斷、維護(hù)預(yù)報(bào)的可靠性及準(zhǔn)確性。在振動(dòng)工程上，振動(dòng)量值的物理參數(shù)常用位移、速度和加速度來表示。對(duì)于不同的行業(yè)、不同的設(shè)備，甚至相同的設(shè)備不同的運(yùn)行狀態(tài)下，所需要監(jiān)測(cè)的物理量往往不相同。比如對(duì)于低頻振動(dòng)問題，由于位移和速度比較敏感，所以通常監(jiān)測(cè)位移和加速度的比較多，對(duì)于高頻振動(dòng)而言，加速度比較敏感，因此監(jiān)測(cè)加速度的比較多。而位移、速度和加速度之間也可以通過微分或積分互相轉(zhuǎn)換，現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展也為此開辟了一條道路。
[0003]目前有兩種采集方法:
[0004]一、時(shí)域:信號(hào)分時(shí)切換法；如圖1所示，這是工程上普遍應(yīng)用的電路處理方法。加速度傳感器的輸出的微弱信號(hào)首先通過可編程放大器Al得到放大后的加速度電信號(hào)，然后送到一次模擬積分器Kl得到速度電信號(hào)，速度信號(hào)再經(jīng)過第二次模擬積分器K2得到位移電信號(hào)。三個(gè)模擬的電信號(hào)通過三選一電子開關(guān)輸入到Α/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，處理器接收該數(shù)字量，進(jìn)行計(jì)算或存儲(chǔ)等操作。該方法的缺點(diǎn)是加速度、速度、位移量不能同時(shí)獲得。由于故障設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是不確定的，最能反映故障特征的敏感量可能稍縱即逝。例如，當(dāng)前三選一開關(guān)在加速度采集狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)此時(shí)應(yīng)該采集位移量，則需要立即執(zhí)行開關(guān)切換動(dòng)作，啟動(dòng)位移采集任務(wù)。而這個(gè)切換過程必定有計(jì)算延遲、電路穩(wěn)定等一系列延遲，經(jīng)過這一長(zhǎng)串延遲，敏感信號(hào)可能會(huì)消失或部分消失，因此造成原始數(shù)據(jù)缺失而不能進(jìn)行下一步的故障有效診斷分析。另外，信號(hào)回路中可編程放大器的影響也不能忽略，因?yàn)榱砍糖袚Q過程中會(huì)發(fā)生信號(hào)丟失現(xiàn)象。尤其是頻繁的高低量程來回切換，會(huì)造成系統(tǒng)完全無法正常工作。
[0005]二、頻域:直接計(jì)算法；如圖2所示，時(shí)域加速度信號(hào)經(jīng)可編程放大器A放大后，通過Α/D轉(zhuǎn)換器變成離散的數(shù)字信號(hào)后，經(jīng)過頻域變換得到速度信號(hào)及位移。理論上似乎可以同時(shí)獲得這三個(gè)物理量，但是影響因素諸多:A/D精度、采樣速度、樣本數(shù)量、信號(hào)復(fù)雜性、計(jì)算實(shí)時(shí)速度等都制約該方法的工程應(yīng)用。目前一次數(shù)字積分效果尚可，二次數(shù)字積分就很不理想了。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種加速度、速度和位移三個(gè)物理量能同時(shí)連續(xù)采集非穩(wěn)態(tài)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的非穩(wěn)態(tài)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置，包括:加速度傳感器AS將采集到的電信號(hào)傳輸至并聯(lián)加速度處理回路、速度處理回路和位移處理回路；
[0008]所述加速度處理回路，包括:串聯(lián)的第一固定增益放大器Al和第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/Dl ；
[0009]所述速度處理回路，包括:串聯(lián)的第二固定增益放大器A2、積分電路K1、第三固定增益放大器A3和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/D2 ；
[0010]所述位移處理回路，包括:串聯(lián)的第四固定增益放大器A4、雙積分電路K2、第五固定增益放大器A5和第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/D3 ；
[0011]所述第一至第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/D1?A/D3輸出端連接數(shù)字邏輯單元DL，其轉(zhuǎn)換觸發(fā)分別由所述數(shù)字邏輯單元控制，能實(shí)現(xiàn)不同的采樣速率。
[0012]其中，所述第一至第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/D1?A/D3為24位以上數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有120dB的動(dòng)態(tài)范圍，不再需要?jiǎng)討B(tài)改變電路增益，從而能實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度、速度和位移，每個(gè)物理量均能連續(xù)不間斷采集，完整記錄信號(hào)(包括其突變過程)。
[0013]本發(fā)明將加速度傳感器輸入的微弱電信號(hào)進(jìn)入采集系統(tǒng)后，同時(shí)接到加速度、速度、和位移處理回路；這三個(gè)回路互不影響、互不干涉；
[0014]所述三個(gè)回路有各自的放大器:加速度回路有第一固定增益放大器；速度回路有一個(gè)前置放大器(第二固定增益放大器)、一個(gè)積分電路、一個(gè)后置放大器(第三固定增益放大器);位移回路有一個(gè)前置放大器(第四固定增益放大器)、一個(gè)雙積分電路、一個(gè)后置放大器(第五固定增益放大器)；位移直接由加速度雙積分得到，并不通過速度積分；所述三個(gè)回路的放大器增益由Α/D轉(zhuǎn)換器(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)輸入最大幅值、加速度傳感器最大輸出信號(hào)幅值、系統(tǒng)需要的最大加速度值、系統(tǒng)需要的最大速度值、系統(tǒng)需要的最大位移值綜合決定，各回路的參數(shù)可以互不相關(guān)；
[0015]所述綜合決定可采用以下方式；
[0016]Vadc: AD滿量程輸入電壓幅值
[0017]Vacc:工程實(shí)施中，需要監(jiān)測(cè)到的最大機(jī)械振動(dòng)幅值所對(duì)應(yīng)的傳感器輸出電信號(hào)幅值
[0018]Vmax:電路中，運(yùn)放最大不失真輸出幅值
[0019]Kl:速度積分增益，由截止頻率決定
[0020]K2:位移雙積分增益，由截止頻率決定
[0021]對(duì)于加速度量:
[0022]增益Al=Vadc + Vacc
[0023]對(duì)于速度量，分配
[0024]增益A2=Vmax + Vacc
[0025]增益A3=Vadc + (Vmax*Kl)
[0026]對(duì)于位移量,分配
[0027]增益A4=Vmax + Vacc
[0028]增益A5=Vadc+(Vmax*K2)
[0029]所述三個(gè)回路的放大器增益固定，不再需要根據(jù)信號(hào)幅值進(jìn)行軟件動(dòng)態(tài)調(diào)整，可以避免采集大動(dòng)態(tài)信號(hào)換量程時(shí)的信號(hào)間斷；
[0030]所述三個(gè)回路的信號(hào)輸出分別連接Α/D轉(zhuǎn)換器，能同時(shí)采集三個(gè)振動(dòng)物理量；選擇24bit的A/D轉(zhuǎn)換器，具有120dB的動(dòng)態(tài)范圍，即便不換量程也可滿足常規(guī)工程應(yīng)用，所述三回路Α/D轉(zhuǎn)換器分別由數(shù)字邏輯控制單元控制轉(zhuǎn)換啟停，可以靈活實(shí)現(xiàn)不同頻率的采集。
[0031]本發(fā)明采用三路Α/D同時(shí)采轉(zhuǎn)換的方法打破了常規(guī)的一路Α/D輪詢的束縛；本發(fā)明采用24bit (或更高位數(shù))A/D進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，憑借A/D本身的大動(dòng)態(tài)范圍的優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)了小信號(hào)時(shí)的精度，做到了不需要軟件動(dòng)態(tài)改變放大器的增益，使得采集過程可以連續(xù)不間斷進(jìn)行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0033]圖1是一種采用時(shí)域:信號(hào)分時(shí)切換法的機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖2是一種采用頻域:直接計(jì)算法的機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]附圖標(biāo)記說明
[0037]A是增益放大器
[0038]Al?A5是第一?第五固定增益放大器
[0039]K是數(shù)字積分器
[0040]Kl是積分電路
[0041]K2是雙積分電路
[0042]A/D、A/D1?A/D3是第一?第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器
[0043]AS是加速度傳感器
[0044]DL是數(shù)字邏輯控制單元
[0045]C是處理器單元
[0046]D是數(shù)字信號(hào)處理器單元

【具體實(shí)施方式】
[0047]如圖3所示，本發(fā)明一實(shí)施例，包括:加速度傳感器AS將采集到的電信號(hào)傳輸至并聯(lián)加速度處理回路、速度處理回路和位移處理回路；
[0048]所述加速度處理回路，包括:串聯(lián)的第一固定增益放大器Al和第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/Dl ；
[0049]所述速度處理回路，包括:串聯(lián)的第二固定增益放大器A2、積分電路K1、第三固定增益放大器A3和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/D2 ；
[0050]所述位移處理回路，包括:串聯(lián)的第四固定增益放大器A4、雙積分電路K2、第五固定增益放大器A5和第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/D3 ；
[0051]所述第一至第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/D1?A/D3輸出端連接數(shù)字邏輯單元DL，其轉(zhuǎn)換觸分別由所述數(shù)字邏輯單元控制，能實(shí)現(xiàn)不同的采樣速率。
[0052]其中，所述第一至第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/D1?A/D3為24位以上數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有120dB的動(dòng)態(tài)范圍。
[0053]以上通過【具體實(shí)施方式】和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種非穩(wěn)態(tài)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置，其特征是，包括:加速度傳感器(AS)將采集到的電信號(hào)傳輸至并聯(lián)加速度處理回路、速度處理回路和位移處理回路； 所述加速度處理回路，包括:串聯(lián)的第一固定增益放大器(Al)和第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器(A/Dl)； 所述速度處理回路，包括:串聯(lián)的第二固定增益放大器(A2)、積分電路(K1)、第三固定增益放大器(A3)和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器(A/D2)； 所述位移處理回路，包括:串聯(lián)的第四固定增益放大器(A4)、雙積分電路(K2)、第五固定增益放大器(A5)和第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器(A/D3)； 所述第一至第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器(A/D1?A/D3)輸出端連接數(shù)字邏輯單元(DL)，其轉(zhuǎn)換觸發(fā)分別由所述數(shù)字邏輯單元控制，能實(shí)現(xiàn)不同的采樣速率，實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度、速度和位移三個(gè)物理量或其中任意兩個(gè)物理量同時(shí)采集、并對(duì)所述每個(gè)物理量均能實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷采集。
2.如權(quán)利要求1所述非穩(wěn)態(tài)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置，其特征是:所述第一至第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器(A/D1?A/D3)為24位以上數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有120dB的動(dòng)態(tài)范圍。
【文檔編號(hào)】G01H11/06GK104180893SQ201310198636
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】賈維銀, 宋海峰 申請(qǐng)人:安徽容知日新信息技術(shù)有限公司