專利名稱：四通道振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
四通道振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)儀技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種多通道同時(shí)測(cè)量被保護(hù)設(shè)備的振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置。
技術(shù)背景[0002]工業(yè)領(lǐng)域中的大型機(jī)械設(shè)備如汽輪發(fā)電機(jī)組、水輪發(fā)電機(jī)組、壓縮機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)、大型風(fēng)機(jī)、電機(jī)等。目前，這些設(shè)備處于關(guān)鍵位置且價(jià)值昂貴，均需要使用在線監(jiān)測(cè)裝置，現(xiàn)有的振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)裝置從使用進(jìn)口設(shè)備開(kāi)始已經(jīng)逐漸國(guó)產(chǎn)化，但還不能有效的多通道對(duì)設(shè)備的振動(dòng)運(yùn)行狀況進(jìn)行全面的了解。如為設(shè)備建立一套嚴(yán)密的振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析體系。 通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行的重要狀態(tài)參數(shù)，及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀況，為事故征兆的預(yù)診斷提供重要的數(shù)據(jù)資料，對(duì)已發(fā)生的故障進(jìn)行快速的分析報(bào)警，及時(shí)指出故障信息，提醒運(yùn)行人員采取必要的措施，為設(shè)備的安全運(yùn)行提供可靠的保障。可準(zhǔn)確地估計(jì)設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行的可靠時(shí)間，使設(shè)備使用壽命最長(zhǎng)和意外停機(jī)事故最小，避免過(guò)剩維修，既保證了設(shè)備的安全運(yùn)行。發(fā)明內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型的目的是提出一種高可靠性的四通道振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置，能夠?qū)ν瑫r(shí)對(duì)多種大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和保護(hù)分析，并能實(shí)時(shí)傳輸給遠(yuǎn)程中心數(shù)據(jù)庫(kù)。[0004]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的四通道振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)儀，其特征是由四路檢測(cè)模塊，每個(gè)檢測(cè)模塊均包括傳感器和相應(yīng)處理電路，四路檢測(cè)模塊為電渦流傳感器和相應(yīng)的振動(dòng)烈度信號(hào)處理電路、位移傳感器和振動(dòng)幅值信號(hào)處理電路、行程傳感器和相應(yīng)模擬量信號(hào)處理電路、振動(dòng)傳感器和相應(yīng)振動(dòng)處理電路，另設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器與相應(yīng)的鍵相信號(hào)處理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路、開(kāi)關(guān)電路和微處理器、微處理器接開(kāi)關(guān)電路后控制四路振動(dòng)模塊和轉(zhuǎn)速傳感器與相應(yīng)的鍵相信號(hào)處理電路的選通，A/D轉(zhuǎn)換電路把數(shù)據(jù)連接至微處理器。 開(kāi)關(guān)電路為信號(hào)切換電路，還設(shè)有冗余電源、以太網(wǎng)或串口通訊接口電路、上位機(jī)組態(tài)軟件等組成。振動(dòng)傳感器輸出的振動(dòng)信號(hào)或電渦流傳感器信號(hào)由微處理器控制切換開(kāi)關(guān)選擇不同的信號(hào)處理電路。再由整理電路把信號(hào)整理成信號(hào)采集電路能識(shí)別的直流電壓，再由信號(hào)采集電路把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成微處理器能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)微處理器對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中的運(yùn)算、處理、控制。微處理器把數(shù)字信號(hào)給D/A轉(zhuǎn)換電路控制輸出電流模擬信號(hào)，根據(jù)設(shè)定參數(shù)閥值邏輯控制輸出多路開(kāi)關(guān)量信號(hào)，同時(shí)提供故障診斷系統(tǒng)所需的TDM 信號(hào)。微處理器驅(qū)動(dòng)液晶顯示，顯示四路振動(dòng)的振動(dòng)幅值和烈度信號(hào)。并且通過(guò)以太網(wǎng)或則串口通訊接口電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在上位機(jī)電腦顯示和參數(shù)組態(tài)。[0005]本實(shí)用新型的有益效果多通道振動(dòng)監(jiān)測(cè)集成了傳感器技術(shù)、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等技術(shù)的高科技產(chǎn)品，能夠?qū)崟r(shí)在線對(duì)設(shè)備的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要應(yīng)用于電力、石化、冶金、煉油、鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域中的大型機(jī)械設(shè)備，如汽輪發(fā)電機(jī)組、水輪發(fā)電機(jī)組、壓縮機(jī)組、 燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、水泵、齒輪和滾動(dòng)軸承等，它為設(shè)備建立一套嚴(yán)密的振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析體系。


圖1本實(shí)用新型的框圖。圖2瓦振烈度信號(hào)處理電路。圖3瓦振振幅信號(hào)處理電路。圖4軸振振幅信號(hào)處理電路。圖5信號(hào)切換的開(kāi)關(guān)電路。圖6鍵相信號(hào)處理電路。圖7微處理器電路。
具體實(shí)施方式
振動(dòng)傳感器輸出的振動(dòng)信號(hào)或電渦流傳感器信號(hào)由微處理器控制切換開(kāi)關(guān)選擇不同的信號(hào)處理電路。再由整理電路把信號(hào)整理成信號(hào)采集電路能識(shí)別的直流電壓，再由信號(hào)采集電路把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成微處理器能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)微處理器對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中的運(yùn)算、處理、控制。微處理器把數(shù)字信號(hào)給D/A轉(zhuǎn)換電路控制輸出電流模擬信號(hào)，根據(jù)設(shè)定參數(shù)閥值邏輯控制輸出多路開(kāi)關(guān)量信號(hào)，同時(shí)提供故障診斷系統(tǒng)所需的TDM 信號(hào)。微處理器驅(qū)動(dòng)液晶顯示，顯示四路振動(dòng)的振動(dòng)幅值和烈度信號(hào)。并且通過(guò)以太網(wǎng)或則串口通訊接口電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在上位機(jī)電腦顯示和參數(shù)組態(tài)。電渦流傳感器原理電渦流傳感器的外型如圖所示，它的外型與普通螺栓十分相似，其頭部有扁平的感應(yīng)線圈，將它固定在不銹鋼螺栓一端，感應(yīng)線圈的引線從螺栓另一端與高頻電纜相連。當(dāng)頭部感應(yīng)線圈通上高頻(1 2MHz)電流時(shí)，線圈周圍產(chǎn)生了高頻電磁場(chǎng)；如其周圍有金屬導(dǎo)體，便會(huì)在金屬表面產(chǎn)生個(gè)感應(yīng)電流，即電渦流，根據(jù)楞次定律，電渦流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)與感應(yīng)線圈的電磁場(chǎng)方向相反，這兩個(gè)磁場(chǎng)相互疊加，改變了感應(yīng)線圈的阻抗，感應(yīng)線圈內(nèi)阻抗變化可用下式表示。Z = f ( μ、Y、r、x、I、ω )式中 μ—導(dǎo)磁系數(shù)；Y-電導(dǎo)率；r——線圈尺寸因子；χ——感應(yīng)線圈與導(dǎo)體之間的間隙；I——?jiǎng)?lì)磁電流；ω —?jiǎng)?lì)磁電流圓周率。當(dāng)金屬導(dǎo)體結(jié)構(gòu)均勻、各向同性且μ、Y、r、I、ω —定時(shí)，感應(yīng)線圈阻抗Z的變化是感應(yīng)線圈與金屬導(dǎo)體之間距離的單值函數(shù)。如果當(dāng)μ、γ、χ、Ι、ω —定時(shí)，增大線圈尺寸r，磁場(chǎng)分布范圍將增大，但感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化幅度減少，反之則相反。因此這種傳感器的線性范圍隨感應(yīng)線圈直徑增大而加大，而傳感器靈敏度(單位間隙的阻抗變化值)隨感應(yīng)線圈直徑增大而減少。為了使感應(yīng)線圈獲得高頻電流，應(yīng)將感應(yīng)線圈接入振蕩回路，由此在高頻振蕩回路輸出端可以獲得間隙X有關(guān)的高頻諧波，該信號(hào)經(jīng)放大、檢波、濾波后，便可得到一個(gè)與X值成正比的輸出電壓，輸出電壓的直流分量正比于感應(yīng)線圈與金屬導(dǎo)體之間的靜態(tài)間隙；若線圈與金屬板
4之間存在相對(duì)振動(dòng)，則有交流電壓輸出，它正處于金屬板與感應(yīng)線圈之間的相對(duì)位移，因此這種傳感器又稱為位移傳感器，它不但可作靜態(tài)測(cè)量，例如兩個(gè)物體之間的距離、金屬板的厚度等，而且還可以作動(dòng)態(tài)測(cè)量。電渦流傳感器檢波到的交直流信號(hào)是疊加在線圈的高頻電源上的，如果直接將這種混頻信號(hào)送到振動(dòng)儀，即使采用高頻電纜，也會(huì)使傳感器的靈敏度顯著降低，而且易受干擾。為防止這些不利影響，必須在電渦流傳感器附近設(shè)置放大器、檢波器和濾波器，將振動(dòng)信號(hào)放大并檢出后送到振動(dòng)儀。這一裝置稱為電渦流傳感器的前置器。速度傳感器原理絕對(duì)式速度傳感器是目前較常見(jiàn)的一種振動(dòng)傳感器，它的工作原理實(shí)際上是一個(gè)往復(fù)式永磁小發(fā)電機(jī)。絕對(duì)式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示當(dāng)傳感器的外殼6固定在振動(dòng)物體上時(shí)，整個(gè)傳感器跟著振動(dòng)物體一起振動(dòng)，而處在空氣間隙內(nèi)的振動(dòng)線圈7是用很軟的簧片1、8固定在外殼上的，其自振頻率ωη較低。 當(dāng)自振頻率ω ^ 1.5ωη時(shí)，動(dòng)線圈處在相對(duì)(相對(duì)與傳感器外殼)靜止?fàn)顟B(tài)，線圈與磁鋼之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)線圈切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E E=BL ν式中 B——磁場(chǎng)強(qiáng)度L——感應(yīng)線圈磁場(chǎng)強(qiáng)度ν——相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度當(dāng)B、L 一定時(shí)，輸出電勢(shì)E正比于振動(dòng)速度V，所以稱它為速度傳感器。又因?yàn)槠湔駝?dòng)的相對(duì)速度是相對(duì)于空間某一靜止點(diǎn)而言，故又稱絕對(duì)式速度傳感器。瓦振振幅信號(hào)處理電路振動(dòng)傳感器信號(hào)通過(guò)積分電路實(shí)現(xiàn)低通濾波隔離高頻信號(hào)，再經(jīng)放大電路放大信號(hào)，最后通過(guò)真有效值轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成直流信號(hào)送到A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理。瓦振振幅信號(hào)處理電路振動(dòng)傳感器信號(hào)通過(guò)積分電路實(shí)現(xiàn)低通濾波隔離高頻信號(hào)，再經(jīng)放大電路放大信號(hào)，最后通過(guò)線性整流電路轉(zhuǎn)變成直流信號(hào)送到A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理。軸振振幅信號(hào)處理電路振動(dòng)傳感器信號(hào)通過(guò)積分電路實(shí)現(xiàn)低通濾波隔離高頻信號(hào)，再經(jīng)放大電路放大信號(hào)，最后通過(guò)線性整流電路轉(zhuǎn)變成直流信號(hào)送到A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理。振動(dòng)傳感器輸出的各路振動(dòng)信號(hào)連接切換開(kāi)關(guān)電路，各路振動(dòng)信號(hào)連接整理電路，并輸出同步A/D轉(zhuǎn)換電路能識(shí)別的電壓信號(hào)，再由同步A/D轉(zhuǎn)換電路將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)分別連接鎖相倍頻電路和微處理器。其他信號(hào)轉(zhuǎn)換電路行程信號(hào)處理電路555電路產(chǎn)生1000Hz的激勵(lì)電壓給行程傳感器內(nèi)部的兩組線圈，通過(guò)傳感器鐵心的移動(dòng)使得傳感器的兩組線圈上的電壓差改變，再通過(guò)二極管和電容的整流濾波形成直流信號(hào)送運(yùn)算放大電路處理，最后送到A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理。鍵相信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)通過(guò)3DJ7G把信號(hào)放大并經(jīng)比較器LM311轉(zhuǎn)換成方波后輸入光藕，光藕的輸出鎖相倍頻電路。信號(hào)整理和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路傳感器信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路變成模數(shù)轉(zhuǎn)換器識(shí)別的直流量，然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出給微處理器。[0042]鎖相倍頻電路及微處理器電路電渦流傳感器或則轉(zhuǎn)速傳感器把設(shè)備轉(zhuǎn)速信號(hào)送給鍵相信號(hào)處理電路，處理完的鍵相脈沖信號(hào)送給鎖相倍頻電路，對(duì)鍵相進(jìn)行鎖相倍頻，同時(shí)發(fā)送控制信號(hào)給同步A/D轉(zhuǎn)換電路，讓A/D轉(zhuǎn)換電路把數(shù)據(jù)送給微處理器。利用本實(shí)用新型制備成JM-B-6X四通道振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)儀，主要由傳感器(包括 振動(dòng)傳感器、電渦流傳感器)、輸入接口電路、瓦振烈度信號(hào)處理電路、瓦振幅值信號(hào)處理電路、軸振幅值信號(hào)處理電路、鍵相處理電路、信號(hào)切換電路、信號(hào)采集電路、高集成處理器、 液晶顯示及狀態(tài)指示電路、開(kāi)關(guān)量輸出電路、模擬量輸出電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、同步緩沖信號(hào)輸出電路、冗余電源、上位機(jī)組態(tài)軟件等組成。振動(dòng)傳感器輸出的振動(dòng)信號(hào)或電渦流傳感器信號(hào)由微處理器控制切換開(kāi)關(guān)選擇不同的信號(hào)處理電路。再由整理電路把信號(hào)整理成信號(hào)采集電路能識(shí)別的直流電壓，再由信號(hào)采集電路把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成微處理器能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)微處理器對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中的運(yùn)算、處理、控制。微處理器把數(shù)字信號(hào)給D/A轉(zhuǎn)換電路控制輸出電流模擬信號(hào)，根據(jù)設(shè)定參數(shù)閥值邏輯控制輸出多路開(kāi)關(guān)量信號(hào)，同時(shí)提供故障診斷系統(tǒng)所需的TDM 信號(hào)。微處理器驅(qū)動(dòng)另設(shè)有的液晶顯示，顯示四路振動(dòng)的振動(dòng)幅值和烈度信號(hào)。并且可以通過(guò)以太網(wǎng)或則串口通訊接口電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在上位機(jī)電腦顯示和參數(shù)組態(tài)。本實(shí)用新型四通道振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)儀是集成了傳感器技術(shù)、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、 通訊等技術(shù)的高科技產(chǎn)品，主要應(yīng)用于電力、石化、冶金、煉油、鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域中的大型機(jī)械設(shè)備，如汽輪發(fā)電機(jī)組、水輪發(fā)電機(jī)組、壓縮機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、水泵、齒輪和滾動(dòng)軸承等，它為設(shè)備建立一套嚴(yán)密的振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析體系。系統(tǒng)通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行的重要狀態(tài)參數(shù)，及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀況，及時(shí)指出故障信息，提醒運(yùn)行人員采取必要的措施，為設(shè)備的安全運(yùn)行提供可靠的保障。
權(quán)利要求1.四通道振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)儀，其特征是包括四路檢測(cè)模塊，每個(gè)檢測(cè)模塊均包括傳感器和相應(yīng)處理電路，四路檢測(cè)模塊為電渦流傳感器和相應(yīng)的振動(dòng)烈度信號(hào)處理電路、位移傳感器和振動(dòng)幅值信號(hào)處理電路、行程傳感器和相應(yīng)模擬量信號(hào)處理電路、振動(dòng)傳感器和相應(yīng)振動(dòng)處理電路，另設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器與相應(yīng)的鍵相信號(hào)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、開(kāi)關(guān)電路和微處理器、微處理器接開(kāi)關(guān)電路后控制四路振動(dòng)模塊和轉(zhuǎn)速傳感器與相應(yīng)的鍵相信號(hào)處理電路的選通，A/D轉(zhuǎn)換電路把數(shù)據(jù)連接至微處理器。
專利摘要四通道振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)儀，由四路檢測(cè)模塊，每個(gè)檢測(cè)模塊均包括傳感器和相應(yīng)處理電路，四路檢測(cè)模塊為電渦流傳感器和相應(yīng)的振動(dòng)烈度信號(hào)處理電路、位移傳感器和振動(dòng)幅值信號(hào)處理電路、行程傳感器和相應(yīng)模擬量信號(hào)處理電路、振動(dòng)傳感器和相應(yīng)振動(dòng)處理電路，另設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器與相應(yīng)的鍵相信號(hào)處理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路、開(kāi)關(guān)電路和微處理器、微處理器接開(kāi)關(guān)電路后控制四路振動(dòng)模塊和轉(zhuǎn)速傳感器與相應(yīng)的鍵相信號(hào)處理電路的選通，A/D轉(zhuǎn)換電路把數(shù)據(jù)連接至微處理器。多通道振動(dòng)監(jiān)測(cè)集成了傳感器技術(shù)、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等技術(shù)的高科技產(chǎn)品，能夠?qū)崟r(shí)在線對(duì)設(shè)備的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要應(yīng)用于電力等部門。
文檔編號(hào)G01H11/06GK202274924SQ20112040361
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者華洪斌, 夏惠興 申請(qǐng)人:夏惠興