專利名稱：振動速度與溫度組合一次儀表的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機械設備用的監(jiān)控儀表，具體地說是一種振動速度與溫度組 合一次儀表。
背景技術：
"振動速度和溫度組合監(jiān)控儀"是本人設計的一項專利產品，專利號為
ZL200620024026.0。該專利一種是振動速度與溫度組合式的監(jiān)控裝置，由一次儀表與 二次儀表配合連接組成，其中一次儀表包括有半導體振動加速度傳感器、信號調理及 積分電路、溫度采樣及調理放大電路、電流變換輸出電路和穩(wěn)壓電路等六部分。該裝 置可以實現(xiàn)對機械設備的振動速度與溫度的監(jiān)控，避免設備帶故障運行，起到保護設 備正常運行的作用。但是在該裝置一次儀表中所使用的一種ADXL105半導體振動加 速度傳感器，廠家現(xiàn)已停產，難于采購，使監(jiān)控裝置不便實現(xiàn)，而且，這種半導體振 動加速度傳感器還存在有元件尺寸大(10.5mmX10mm)、功耗較大(5VX1.8mA) 的不足；另外，在一次儀表的信號調理及積分電路中，振動信號的交流放大電路是在 積分電路的前級，在信號頻率的高端(約2kHz以上)，難于使得振動速度信號達到 滿量程輸出，使得應用范圍受到一定的限制。
原電壓電流轉換電路的結構特點決定了電源電壓的變化會影響電流輸出從而影 響精度，這就要求電源電壓具有足夠的穩(wěn)定性以保證系統(tǒng)精度，但是在精度要求更高 的情況下就需選用性能更好的元器件因而增加成本。

實用新型內容
本實用新型的目的就是提供一種電路結構及性能更具合理、性能更加穩(wěn)定的振動 速度與溫度組合一次儀表。 '
本實用新型是這樣實現(xiàn)的 一種振動速度與溫度組合一次儀表，包括有半導體振 動加速度傳感器，信號調理及積分電路，溫度傳感器及信號調理電路，兩個電壓電流 轉換電路以及濾波穩(wěn)壓電路，所改進之處
一是所述半導體振動加速度傳感器由型號為ADXL320的集成電路芯片Ul的輸出 接運算放大器U3A的正向輸入端，運算放大器U3A的輸出反饋線接至運算放大器U3 A 的反向輸入端，在集成電路芯片Ul的輸出端并接有電寧C4,由此構成一個頻響為0 2500Hz、靈敏度典型值為312mV/g (5V電源電壓)的振動加速度傳感器；
二是所述信號調理及積分電路由電容C5、 C7和電阻R2、 R3與運算放大器U3B 配接所搭接成的積分電路，積分電路的輸出接由電容C8、 Cio、電阻R5、 R6和電位器W4與運算放大器U2D配接所搭接成的交流放大和帶通濾波電路，在運算放大器U2D 的正向輸入端接有由電阻Rl、 R4、電容C9和電位器W3接成的靜態(tài)輸出電壓調整電路。
本實用新型以型號為ADXL320的集成電路芯片(尺寸為4mmX4mm、功耗為5V X0.75mA)取代原有的ADXL105集成電路芯片，其較小的尺寸可以方便地進行線路 板布局，還可減少一次儀表的功率消耗。在振動加速度的信號調理及積分電路中，將 交流放大和帶通濾波電路設置在了積分電路的后級，這樣可在振動速度的整個頻率范 圍內都具有比較均勻的輸出特性，使得一次儀表的電路結構合理，性能更加穩(wěn)定。


圖1是本實用新型的電路結構框圖。
圖2是本實用新型的電原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的半導體振動加速度傳感器1接在信號調理及積分電路 2的檢測輸入端，通過該電路將檢測到的振動加速度信號變換成為表示振動速度的電 壓信號；信號調理及積分電路2的輸出接電壓電流轉換電路3，將表示振動速度的電 壓信號變換成4 20mA的電流信號，向二次儀表輸出振動速度檢測信號；溫度傳感器 及信號調理電路4的輸出接電壓電流轉換電路5，將檢測到的溫度信號經調理后輸出， 然后再轉換成4 20mA的電流信號，向二次儀表輸出溫度檢測信號；濾波穩(wěn)壓電路6 為上述各部分電路提供直流工作電壓。
圖2是本實用新型的一種具體實現(xiàn)電路。其中半導體振動加速度傳感器1由型號 為ADXL320的集成電路芯片Ul的輸出接運算放大器U3A的正向輸入端，運算放大 器U3A的輸出反饋線接至運算放大器U3A的反向輸入端，在集成電路芯片Ui的輸出 端并接有電容C4。電容C4和運算放大器U3A組成對振動加速度信號的濾波和輸出阻 抗變換。本半導體振動加速度傳感器1的電源電壓范圍為2.4V 5.25V，在5V電源電 壓下的工作電流為0.75mA。頻響特性可與外接電容C4共同確定。當C4 = 0.002nF時， 頻響特性為0 2500Hz。本振動加速度傳感器在5V電源電壓時的靈敏度典型值為 312mV/g，工作溫度范圍為一2(TC 70'C，可以滿足多種條件下機械設備的監(jiān)控要求。
信號調理及積分電路2由電容C5、 C7和電阻R2、 R3與運算放大器U3B配接所 搭接成的積分電路，積分電路的輸出接由電容C8、 Cio、電阻R5、 R6和電位器W4與 運算放大器U2D配接所搭接成的交流放大和帶通濾波電路，在運算放大器U2D的正 向輸入端接有由電阻Ri、 R4、電容C9和電位器W3接成的靜態(tài)輸出電壓調整電路， 為積分電路中的運算放大器U3B設定合適的輸出電壓范圍。調整W3，將U2D的靜態(tài) 輸出電壓調整至合適值，使得振動速度為零時，電壓電流轉換電路3輸出12mA電流;調整W4,使得振動速度的信號幅度符合后級的4~20mA電壓電流轉換電路3的要求。 電壓電流轉換電路3由前級的運算放大器U2C與后級的三極管Ni連接組成，由 三極管Ni發(fā)射極引出的電阻R9、 Rio和電位器W5接成的分壓電路接在運算放大器 U2C的反向端，電阻R7、 R8并接在運算放大器U2C的同向端，實現(xiàn)信號相加，通過 參數(shù)調整用以實現(xiàn)恒流特性。三極管Ni是用來增強對負載的驅動能力。電壓電流轉 換電路3將振動速度電壓信號轉換為標準4~20mA電流輸出，通過插座CZl的2腳輸 出，再通過傳輸電纜接至二次儀表的振動信號輸入端，向二次儀表內部的采樣電阻輸 出振動速度檢測信號。
通過理論計算和試驗表明，該轉換電路簡單、經濟，且具有很好的恒流源特性， 因此，電源電壓隨溫度的一些變化不會對電流輸出產生影響，轉換電路線性好，頻率 響應好，恒流特性好，性能更加穩(wěn)定，可以顯著提高轉換精度和穩(wěn)定性，更加適合于 遠距離信號傳輸。
本實用新型在溫度采樣及調理放大電路4中選用標準熱電阻CU50作為溫度傳感 器。CU50作為標準熱電阻，具有很好的可互換性。
溫度傳感器及信號調理電路4由電阻Rl3 Rl9、電容Cl2 Cl5和電位器Wl、 W2與運算放大器L[2A搭接組成。由電阻R13為標準熱電阻CU50提供工作偏置電流， 并與電阻Ri4、 Ri5和電位器Wi組成橋路。調整W1可以使橋路平衡，并使得橋路輸出 一個隨溫度變化而變化的電壓信號。濾波電容Cl2、 Cl3、 C14濾除溫度信號中的干擾。 電阻Ri6 Ri9、電容Ci5和電位器W2與運算放大器U2A組成了溫度信號的調理與濾波 放大電路。調整W2，使得溫度信號幅度符合后級的4~20mA電壓電流轉換電路5的要 求。
溫度檢測信號輸出的電壓電流轉換電路5是由電阻R20 R25、電容Cl6、電位器 W6、運算放大器U2B和三極管N2搭接組成，其與振動速度檢測信號輸出的電壓電流轉 換電路3可采用相同的電路結構，并將溫度電壓信號轉換為標準4 20raA電流輸出， 通過插座CZ1的1腳輸出，再通過傳輸電纜接至二次儀表的溫度信號輸入端，向二次 儀表內部的采樣電阻輸出溫度信號。
濾波穩(wěn)壓電5各6可采用常規(guī)的濾波穩(wěn)壓電路。
權利要求1、一種振動速度與溫度組合一次儀表，包括有半導體振動加速度傳感器(1)，信號調理及積分電路(2)，溫度傳感器及信號調理電路(4)，電壓電流轉換電路(3，5)以及濾波穩(wěn)壓電路(6)，其特征在于所述半導體振動加速度傳感器(1)由型號為ADXL320的集成電路芯片U1的輸出接運算放大器U3A的正向輸入端，運算放大器U3A的輸出反饋線接至運算放大器U3A的反向輸入端，在集成電路芯片U1的輸出端并接有電容C4；所述信號調理及積分電路(2)由電容C5、C7和電阻R2、R3與運算放大器U3B配接所搭接成的積分電路，積分電路的輸出接由電容C8、C10、電阻R5、R6和電位器W4與運算放大器U2D配接所搭接成的交流放大和帶通濾波電路，在運算放大器U2D的正向輸入端接有由電阻R1、R4、電容C9和電位器W3接成的靜態(tài)輸出電壓調整電路。
2、 根據(jù)權利要求1所述的振動速度與溫度組合一次儀表，其特征在于所述溫度 傳感器及信號調理電路(4)中的溫度傳感器采用標準熱電阻CU50。
3、 根據(jù)權利要求1所述的振動速度與溫度組合一次儀表，其特征在于所述電壓 電流轉換電路(3)由前級的運算放大器U2C與后級的三極管Nl連接組成，由三極管 Nl發(fā)射極引出的電阻R9、R10和電位器W5組成的分壓電路接在運算放大器U2C的反 向端，電阻R7、 R8并接在運算放大器U2C的同向端，實現(xiàn)信號相加。
專利摘要本實用新型涉及一種振動速度與溫度組合一次儀表，其結構包括有半導體振動加速度傳感器，信號調理及積分電路，溫度傳感器及信號調理電路，兩個電壓電流轉換電路以及濾波穩(wěn)壓電路，所述半導體振動加速度傳感器由ADXL320集成芯片的輸出接運算放大器U3A，構成一個頻響為0～2500Hz的振動加速度傳感器；信號調理及積分電路是在積分電路的輸出端接交流放大和帶通濾波電路，這樣可在振動速度的整個頻率范圍內都具有比較均勻的輸出特性，使得一次儀表的電路結構合理，性能更加穩(wěn)定。
文檔編號G01P15/00GK201307123SQ200820227710
公開日2009年9月9日 申請日期2008年12月5日 優(yōu)先權日2008年12月5日
發(fā)明者祁金玉 申請人:祁金玉