專(zhuān)利名稱(chēng)：：一體化振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及一種振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀。
背景技術(shù)：
：目前，常用的振動(dòng)測(cè)試儀均是采用三個(gè)獨(dú)立傳感器對(duì)振動(dòng)進(jìn)行三向監(jiān)測(cè)，只是把加速度傳感器的加速度值經(jīng)模擬轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成420mA輸出，需經(jīng)二次儀表進(jìn)行采集，如需分析還要購(gòu)買(mǎi)或開(kāi)發(fā)振動(dòng)分析軟件，一套設(shè)備費(fèi)用昂貴，安裝使用不方便，而且沒(méi)有錄波功能，不能進(jìn)行離線振動(dòng)分析。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種體積小、安裝方便、靈敏度高、有記錄和存儲(chǔ)功能、且可進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)的一體化振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是采用振動(dòng)傳感器用于感應(yīng)機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的加速度使傳感器內(nèi)部晶體發(fā)生形變，改變晶體的極化，在晶體內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng)，電容兩極距離發(fā)生改變使兩端的電荷發(fā)生變化，通過(guò)轉(zhuǎn)化電路將電荷轉(zhuǎn)化成與加速度值成正比的電壓輸出，再通過(guò)低通濾波電路、高通濾波電路將采集信號(hào)進(jìn)行濾波，再對(duì)濾波后的電壓信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大，并通過(guò)高速模擬實(shí)時(shí)采集單元對(duì)模擬處理后的電壓信號(hào)進(jìn)行采集，采集的信號(hào)輸入CPU微控制器進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算變換得到包括振動(dòng)的加速度、頻率、速率參數(shù)，即給出設(shè)備的振動(dòng)狀況參數(shù)。本實(shí)用新型濾波后的電壓信號(hào)運(yùn)算放大部分為增益可調(diào)。所述CPU微控制器與RS485通訊接口相聯(lián)接，或與電壓/電流轉(zhuǎn)換芯片相接?？膳c與報(bào)警設(shè)備相聯(lián)接。所述振動(dòng)傳感器為三軸振動(dòng)傳感器，內(nèi)置3個(gè)加速度傳感器。本實(shí)用新型可將包括振動(dòng)傳感器、信號(hào)放大模塊及CPU微控制器安裝在殼體3內(nèi)，所述殼體3采用金屬材料制成密封殼體，并在殼體3上設(shè)置電纜接口。所述殼體3可采用不銹鋼材料制成密封筒狀結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的有益效果是它通過(guò)將傳感器、調(diào)理模塊、運(yùn)算模塊及控制模塊集成在一起，防塵、防水、防電磁干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高。尤其對(duì)于低頻狀態(tài)下的設(shè)備能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)其在線振動(dòng)情況。采用嵌入式CPU芯片進(jìn)行全數(shù)字化處理，帶有濾波和頻譜分析功能。對(duì)報(bào)警均有抗干擾設(shè)計(jì)，以防止誤報(bào)警。24小時(shí)自我檢測(cè)，可靠性高。所有參數(shù)設(shè)置和分析功能均可通過(guò)軟件控制，該軟件具有頻段濾波及頻譜分析功能。設(shè)置RS485接口，可與PC通訊，人機(jī)界面的功能十分全面，實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)及分析功能，實(shí)時(shí)分析時(shí)，仍能正常報(bào)警。它可廣泛應(yīng)用于監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)器的振動(dòng)變化情況，特別適用于監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)、水泵、電動(dòng)機(jī)、磨煤機(jī)、減速機(jī)、壓縮機(jī)和軋機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)器上，并可在振動(dòng)水平過(guò)高時(shí)可發(fā)出警報(bào)。圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)流程原理示意圖。[0009]圖2是本實(shí)用新型設(shè)安裝基座的外形結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型設(shè)雙電纜接口的外形結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型的系統(tǒng)原理示意圖。圖中1-安裝基座，2-安裝孔，3-殼體，4-電纜接口，5-電纜，6-電纜接口，Ul-DC/DC轉(zhuǎn)換芯片，U2-電壓/電流轉(zhuǎn)換芯片，U3-振動(dòng)傳感芯片，U4-運(yùn)算放大器，U5-運(yùn)算放大器，U6-DC/DC轉(zhuǎn)換芯片，U7-電壓/電流轉(zhuǎn)換芯片，U8-CPU微控制器，U9-485通訊芯片，UlO-驅(qū)動(dòng)芯片。具體實(shí)施方式本實(shí)用新型的振動(dòng)傳感芯片U3與運(yùn)算放大器U4和運(yùn)算放大器U5相聯(lián)接，DC/DC轉(zhuǎn)換芯片Ul和DC/DC轉(zhuǎn)換芯片U6分別與CPU微控制器U8，經(jīng)運(yùn)算放大的信號(hào)輸CPU微控制器U8，電壓/電流轉(zhuǎn)換芯片U2和電壓/電流轉(zhuǎn)換芯片U7與CPU微控制器U8，CPU微控制器U8與RS485通訊芯片U9相聯(lián)接和驅(qū)動(dòng)芯片U10。本實(shí)用新型可將所述振動(dòng)傳感器、信號(hào)放大模塊及CPU微控制器安裝在殼體3內(nèi)，所述殼體3采用不銹鋼材料制成筒狀密封殼體，并在殼體3上設(shè)置電纜接口。所述殼體3上可設(shè)置安裝基座1和安裝孔2，也可在殼體3上設(shè)置電纜接口4和6。振動(dòng)傳感器采用MEMS傳感器。參閱圖1至圖4。本實(shí)用新型可用于工業(yè)場(chǎng)合測(cè)量設(shè)備的振動(dòng)狀況并實(shí)時(shí)報(bào)警，達(dá)到測(cè)量和保護(hù)的作用。其技術(shù)原理是設(shè)備振動(dòng)時(shí)可能產(chǎn)生1個(gè)方向的振動(dòng)向量，把監(jiān)控設(shè)備牢固安裝在設(shè)備上，通過(guò)精密傳感器測(cè)量獲取振動(dòng)模擬量，經(jīng)過(guò)一系列數(shù)學(xué)運(yùn)算將振動(dòng)基波的頻率、幅值、加速度等計(jì)算出來(lái)，根據(jù)警報(bào)的不同設(shè)置值進(jìn)行警告、危險(xiǎn)的報(bào)警動(dòng)作以保證設(shè)備的安全。本實(shí)用新型的工作原理如下一是采用先進(jìn)的MEMS傳感器，用于感應(yīng)機(jī)械振動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生加速度，這個(gè)加速度將使加速度傳感器內(nèi)部晶體發(fā)生形變，改變晶體的極化現(xiàn)象，在晶體內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng)，電容兩極距離發(fā)生改變使兩端的電荷發(fā)生變化，通過(guò)精密轉(zhuǎn)化電路將電荷轉(zhuǎn)化成電壓輸出，這個(gè)電壓值與加速度值是一個(gè)正比關(guān)系，例如lOmv/g等。二是通過(guò)低通濾波電路、高通濾波電路將采集信號(hào)進(jìn)行濾波，限制其寬帶范圍，隔離不需要的信號(hào)，只通過(guò)測(cè)試對(duì)象的頻率范圍。三是對(duì)濾波后的電壓信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大，運(yùn)算放大部分增益可調(diào)，利用軟件控制其放大倍數(shù)，保證最大的采集精度。四是通過(guò)高速模擬采集單元對(duì)模擬處理后的電壓信號(hào)進(jìn)行采集，采樣頻率在20k/s以上，保證對(duì)模擬信號(hào)采集的實(shí)時(shí)性和盡可能高的還原性。五是系統(tǒng)利用一系列數(shù)學(xué)計(jì)算變換得到振動(dòng)的加速度、頻率、速率等，并根據(jù)加速度等進(jìn)行振動(dòng)分析，給出設(shè)備的振動(dòng)狀況，并根據(jù)用戶的設(shè)備對(duì)象給出恰當(dāng)?shù)暮侠斫ㄗh。主要技術(shù)與性能指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>常用的振動(dòng)測(cè)試儀只是把加速度傳感器的加速度值經(jīng)模擬轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成420mA輸出，需經(jīng)二次儀表進(jìn)行采集，如需分析還要購(gòu)買(mǎi)或開(kāi)發(fā)振動(dòng)分析軟件。一套設(shè)備費(fèi)用昂貴，安裝使用不方便，而且沒(méi)有錄波功能，不能進(jìn)行離線振動(dòng)分析。而該套設(shè)備具有RS485串行接口，在PC機(jī)上即可實(shí)時(shí)監(jiān)控，8秒鐘的錄波數(shù)據(jù)可以斷電保持，數(shù)據(jù)下載后進(jìn)行離線振動(dòng)分析，該套配套振動(dòng)監(jiān)控軟件，可以通過(guò)軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、振動(dòng)波形顯示、振動(dòng)分析結(jié)果等，軟件使用方便，整套設(shè)備性價(jià)比高、安裝方便、難于損壞，在國(guó)內(nèi)、國(guó)際上都處于領(lǐng)先水平。本實(shí)用新型在理論上有創(chuàng)新一體化的設(shè)計(jì)理念，將分析功能集中到傳感器當(dāng)中。由模擬運(yùn)算及傳輸，創(chuàng)新為數(shù)字技術(shù)運(yùn)算及傳輸。保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度，抗干擾能力強(qiáng)，采用最先進(jìn)的振動(dòng)算法，快速準(zhǔn)確的進(jìn)行計(jì)算分析，為使用者提出合理化建議。本實(shí)用新型在應(yīng)用上也有創(chuàng)新該一體化傳感器使用時(shí)不需要第三方儀器設(shè)備，通過(guò)RS485通信可實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)試對(duì)象的。采用MEMS技術(shù)，監(jiān)測(cè)機(jī)械振動(dòng)。本實(shí)用新型在技術(shù)上也有創(chuàng)新一是利用高速CPU對(duì)模擬量進(jìn)行采樣和計(jì)算，采樣頻率可達(dá)到20khz，其保證了采樣的實(shí)時(shí)性，而高達(dá)IOOMhz的CPU主頻保證了數(shù)學(xué)運(yùn)算的快速性。二是12位的模擬采集保證采集精度達(dá)到0.002g，不僅可以滿足警告保護(hù)的要求，還可以為第三方提供振動(dòng)分析需要的數(shù)據(jù)。三是通過(guò)采用RS485總線接口與第三方通信，可以掛接8個(gè)單元進(jìn)行集中監(jiān)控。四是通過(guò)采用可達(dá)到IP67防護(hù)等級(jí)的金屬外殼可以防塵、防水、防鹽霧、防高強(qiáng)度沖擊，能在不同復(fù)雜的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。本實(shí)用新型在工藝結(jié)構(gòu)有創(chuàng)新整個(gè)傳感器利用不銹鋼經(jīng)過(guò)數(shù)控加工形成外殼，不需要焊接，耐腐蝕，防水性好。本實(shí)用新型的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)指標(biāo)描述<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本實(shí)用新型是以方便、實(shí)用、穩(wěn)定、高性能為要求進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，只需一個(gè)產(chǎn)品就可以解決振動(dòng)安全報(bào)警及分析功能，免除后期二次開(kāi)發(fā)。本實(shí)用新型利用加速度傳感器對(duì)機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行采集，特別是將MEMS傳感器首次運(yùn)用到風(fēng)機(jī)、電機(jī)、結(jié)構(gòu)架機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，經(jīng)模擬調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理，由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換并把轉(zhuǎn)換結(jié)果送給CPU，CPU根據(jù)設(shè)置對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行數(shù)字濾波并進(jìn)行報(bào)警判斷，如果采集結(jié)果超過(guò)告警設(shè)置值則告警提示，如果采集結(jié)果超過(guò)危險(xiǎn)設(shè)置值則危險(xiǎn)繼電器輸出，斷開(kāi)主設(shè)備供電等保護(hù)動(dòng)作，使設(shè)備不至于由于機(jī)械振動(dòng)引起過(guò)度磨損甚至損毀。權(quán)利要求一種一體化振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征是采用振動(dòng)傳感器用于感應(yīng)機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的加速度使傳感器內(nèi)部晶體改變極化并產(chǎn)生電場(chǎng)，電容兩極距離發(fā)生改變而使其兩端的電荷發(fā)生變化，發(fā)生變化的電荷經(jīng)轉(zhuǎn)化電路轉(zhuǎn)化成與加速度值成正比的電壓輸出，經(jīng)低通濾波電路、高通濾波電路對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行濾波，再對(duì)濾波后的電壓信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大，經(jīng)高速模擬實(shí)時(shí)采集單元對(duì)模擬處理后的電壓信號(hào)進(jìn)行采集并輸入CPU微控制器進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算得到包括振動(dòng)的加速度、頻率、速率的設(shè)備振動(dòng)狀況參數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征是濾波后的電壓信號(hào)運(yùn)算放大部分為增益可調(diào)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征是CPU微控制器與RS485通訊接口相聯(lián)接，或與電壓/電流轉(zhuǎn)換芯片相接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征是CPU微控制器U8與報(bào)警設(shè)備相聯(lián)接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征是所述振動(dòng)傳感器為三軸振動(dòng)傳感器，內(nèi)置3個(gè)加速度傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征是將包括振動(dòng)傳感器、信號(hào)放大模塊及CPU微控制器安裝在殼體(3)內(nèi)，所述殼體(3)采用金屬材料制成密封殼體，并在殼體⑶上設(shè)置電纜接口。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一體化振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征是所述殼體(3)采用不銹鋼材料制成密封筒狀結(jié)構(gòu)。專(zhuān)利摘要一種一體化振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，它屬于一種振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀。它主要是解決現(xiàn)有水泵、電機(jī)、結(jié)構(gòu)架等由于振動(dòng)引起的轉(zhuǎn)軸斷裂、風(fēng)葉斷裂、機(jī)械移位引起磨損等技術(shù)問(wèn)題。其技術(shù)方案要點(diǎn)是采用振動(dòng)傳感器用于感應(yīng)機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的加速度使傳感器內(nèi)部電容兩極距離發(fā)生改變而使其兩端的電荷發(fā)生變化，發(fā)生變化的電荷經(jīng)轉(zhuǎn)化電路轉(zhuǎn)化成與加速度值成正比的電壓輸出，經(jīng)低通濾波電路、高通濾波電路對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行濾波后再進(jìn)行信號(hào)放大，經(jīng)高速模擬實(shí)時(shí)采集單元對(duì)模擬處理后的電壓信號(hào)進(jìn)行采集并輸入CPU微控制器進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算得到包括振動(dòng)的加速度、頻率、速率的設(shè)備振動(dòng)狀況參數(shù)。它可廣泛應(yīng)用于監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)器的振動(dòng)變化情況，特別適用于監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)、水泵、電動(dòng)機(jī)、磨煤機(jī)、減速機(jī)、壓縮機(jī)和軋機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)器上。文檔編號(hào)G01H11/08GK201575861SQ20092006330公開(kāi)日2010年9月8日申請(qǐng)日期2009年2月18日優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日發(fā)明者尚超,樊校甫,肖岸文申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙全程數(shù)字機(jī)電科技有限公司