專利名稱：用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的智能雙模振動傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為ー種新型智能振動傳感器，主要用于復(fù)雜環(huán)境下旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動狀態(tài)實時采集與監(jiān)測。
背景技術(shù)：
振動傳感器是旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的核心組成部分，其性能對監(jiān)測結(jié)果有很大的影響?，F(xiàn)有振動傳感器工作模式單一，特別是其測量范圍與測量精度相對固定，復(fù)雜環(huán)境下測量旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動局限性強(qiáng)，難以滿足單ー測量點對大量程與高精度的雙重要求。 智能雙模振動傳感器解決了現(xiàn)有振動傳感器功能上的缺陷，可依據(jù)監(jiān)測對象工作狀態(tài)的實時變化，動態(tài)改變測量范圍與測量精度，實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動信息的變周期變速率采樣，并按指定格式輸出測量信號，能夠高效完成復(fù)雜環(huán)境下旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動實時監(jiān)測任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有振動傳感器在復(fù)雜環(huán)境中對旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動信號測量所存在之不足，設(shè)計ー種智能雙模振動傳感器，實現(xiàn)振動信號測量范圍與測量精度的動態(tài)優(yōu)化。其采樣率與采樣周期的實時調(diào)整滿足了不同エ況下旋轉(zhuǎn)設(shè)備動態(tài)振動監(jiān)測需求。本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實現(xiàn)的—種用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的智能雙模振動傳感器，其信號米集前端包含雙模加速度傳感器與轉(zhuǎn)速傳感器；所述的雙模加速度傳感器采用小量程高精度和大量程低精度兩種不同性能加速度變送器構(gòu)成；轉(zhuǎn)速傳感器采用電渦流變送器，通過檢測鍵相信號測量旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)速；鍵相信號測量是通過在被測軸上設(shè)置ー個凹槽或凸鍵作為鍵相標(biāo)記，當(dāng)該凹槽或凸鍵轉(zhuǎn)到探頭位置時，電渦流變送器探頭與被測面間距發(fā)生突變，并產(chǎn)生一個脈沖信號，通過脈沖計數(shù)得到測量軸轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖信號經(jīng)過高通濾波器及放大器后進(jìn)入微處理器，由微處理器的程序計數(shù)實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)速的計算，并通過數(shù)字I/O接ロ輸出整周期標(biāo)志信號；同時，模擬振動信號由雙模加速度傳感器輸出，經(jīng)微處理器輸出較優(yōu)振動信號;鍵相信號和振動信號由抗混疊濾波器濾除高頻噪音信號，經(jīng)放大器和A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)入微處理器；微處理器內(nèi)置的信號識別并判別算法對上述信號進(jìn)行處理，未超出閾值門限輸出高精度信號，否則輸出低精度信號。前述的小量程高精度加速度變送器的測量范圍在±5g，精度300mv/g ；小量程±5g將作為微處理器端的判斷閾值。前述的大量程低精度加速度變送器測量范圍在±70g，精度50mv/g。前述的智能識別控制単元包括系統(tǒng)上電完成初始化配置，當(dāng)出現(xiàn)鍵相信號脈沖后，引發(fā)微處理器外部中斷，外部中斷服務(wù)子程序?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的計算和輸出，其中定時器將為計算轉(zhuǎn)速提供時間變量；中斷服務(wù)子程序結(jié)束時將復(fù)位定時器和整周期標(biāo)志位；在沒有鍵相脈沖的情況下，微處理器將啟動A/D采樣，并對接收到的振動信號進(jìn)行數(shù)據(jù)分析識別，當(dāng)振動數(shù)據(jù)加速度范圍小于判斷閾值時，將通過地址選擇信號控制數(shù)據(jù)選擇器開通第一數(shù)據(jù)通路，否則開通第二數(shù)據(jù)通路。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢和有益效果本發(fā)明所述雙模傳感單元，包括大量程低精度加速度變送器與小量程高精度加速度變送器，能實現(xiàn)空間多維度振動測量。雙模傳感單元輸出與信號調(diào)理模塊相連，其使能端受智能識別控制単元管理。通過電渦流傳感器實時測量旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)速，利用鍵相信號與軸振動信號對比，確定振動相位角，從而實時調(diào)整雙模傳感単元的采樣率。處理得到的轉(zhuǎn)速信號和相位信息是旋轉(zhuǎn)設(shè)備動平衡分析及故障診斷與預(yù)測的重要指標(biāo)。轉(zhuǎn)速識別單元輸出經(jīng)信號調(diào)理單元進(jìn)入智能識別控制単元。雙模傳感単元及轉(zhuǎn)速識別單元的測量輸出信號分別經(jīng)信號調(diào)理單元送至到智能識別控制単元，由智能識別控制単元對測量信號進(jìn)行振動范圍判定，根據(jù)信號預(yù)處理算法給出適于當(dāng)前エ況的振動測量模式并將相關(guān)控制參數(shù)反饋回雙模傳感単元、轉(zhuǎn)速識別單元及信號調(diào)理單元，從而優(yōu)化振動實時測量。


圖I為本發(fā)明安裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明功能原理圖；圖3為智能識別控制単元程序流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的具體實施方式
如下圖1，本發(fā)明安裝結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明主要用途為旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動狀態(tài)實時監(jiān)測，其信號采集前端包含雙模加速度傳感器與轉(zhuǎn)速傳感器兩個組成部分。雙模加速度傳感器采用小量程高精度和大量程低精度兩種不同性能加速度變送器構(gòu)成，其中，小量程高精度加速度變送器的測量范圍在±5g，精度300mv/g，大量程低精度加速度變送器測量范圍在±70g，精度50mv/g。小量程±5g將作為微處理器端的判斷閾值。轉(zhuǎn)速傳感器采用電渦流變送器，通過檢測鍵相信號測量旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)速。鍵相測量是通過在被測軸上設(shè)置ー個凹槽或凸鍵作為鍵相標(biāo)記，當(dāng)該凹槽或凸鍵轉(zhuǎn)到探頭位置吋，電渦流變送器探頭與被測面間距發(fā)生突變，并產(chǎn)生一個脈沖信號，通過脈沖計數(shù)得到測量軸轉(zhuǎn)速。鍵相信號和振動信號通過含有信號預(yù)處理及A/D轉(zhuǎn)換的信號調(diào)理單元輸出到微處理器。微處理器內(nèi)置的信號識別與判別算法對上述信號進(jìn)行處理，未超出閾值門限輸出高精度信號，否則輸出低精度信號。 本發(fā)明所述信號調(diào)理單元，包括多組增益可調(diào)前置放大器與截止頻率可調(diào)抗混疊濾波器，用于預(yù)處理雙模傳感單元及轉(zhuǎn)速識別單元的采集輸出信號。該單元放大器與濾波器系數(shù)受智能識別單元控制，可隨旋轉(zhuǎn)機(jī)械エ況實時改變。其中，放大器増益可選范圍在1-10倍，程控低通濾波器的截止頻率可選范圍在0-500HZ，程控高通通濾波器的截止頻率可選范圍在5k-10kHz。振動信號由程控低通濾波器進(jìn)行處理，鍵相信號由程控高通濾波器進(jìn)行處理。
本發(fā)明所述智能識別控制単元，包括微處理器、數(shù)據(jù)接ロ、控制接ロ及電源接ロ等，內(nèi)置信號預(yù)處理與狀態(tài)識別算法。本發(fā)明原理雙模傳感単元及轉(zhuǎn)速識別單元的測量輸出信號分別經(jīng)信號調(diào)理單元送至到智能識別控制単元，由智能識別控制単元對測量信號進(jìn)行振動范圍判定，根據(jù)信號預(yù)處理算法給出適于當(dāng)前エ況的振動測量模式并將相關(guān)控制參數(shù)反饋回雙模傳感単元、轉(zhuǎn)速識別單元及信號調(diào)理單元，從而優(yōu)化振動實時測量。圖2，本發(fā)明功能原理圖，其中，轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖信號經(jīng)過高通濾波器及放大器后進(jìn)入微處理器，由微處理器的程序計數(shù)實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)速的計算，并通過數(shù)字I/o接ロ輸出整周期標(biāo)志信號。同時，模擬振動信號由雙模加速度傳感器輸出，經(jīng)微處理器輸出較優(yōu)振動信號。振動信號由抗混疊濾波器濾除高頻噪音信號，經(jīng)放大器和A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)入微處理器。微處理器經(jīng)過對振動數(shù)據(jù)進(jìn)行識別和判定后，通過地址選擇信號控制數(shù)據(jù)選擇器通路開關(guān)達(dá)到選擇較優(yōu)信號的目的。除數(shù)字振動信號輸出外，數(shù)據(jù)選擇器輸出端的模擬信號可直接作為智能傳感器的信號輸出，以供其他后續(xù)處理需要。微處理器中還可對程控濾波器進(jìn)行截止頻率選擇，從而優(yōu)化信號濾波效果。本發(fā)明在微處理器和數(shù)據(jù)選擇器的回路控制下，可實時輸出旋轉(zhuǎn)設(shè)備整周期的數(shù)字振動信號和模擬振動信號。圖3為微處理器實現(xiàn)數(shù)據(jù)識別與控制的程序流程圖。系統(tǒng)上電后首先完成初始化配置，當(dāng)出現(xiàn)鍵相信號脈沖后，將引發(fā)微處理器外部中斷，外部中斷服務(wù)子程序?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的計算和輸出，其中定時器將為計算轉(zhuǎn)速提供時間變量。中斷服務(wù)子程序結(jié)束時將復(fù)位定時器和整周期標(biāo)志位。在沒有鍵相脈沖的情況下，微處理器將啟動A/D采樣，并對接收到的振動信號進(jìn)行數(shù)據(jù)分析識別，當(dāng)振動數(shù)據(jù)加速度范圍小于判斷閾值時，將通過地址選擇信號控制數(shù)據(jù)選擇器開通數(shù)據(jù)通路1，否則開通數(shù)據(jù)通路2。在本發(fā)明的具體使用實例中，外部主系統(tǒng)可通過電路連接方式選擇模擬或者數(shù)字振動信號，同時本發(fā)明將通過微處理器的I/O為外部主系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速信號和整周期旋轉(zhuǎn)信號。通過以上設(shè)計，本發(fā)明提供了ー種智能振動檢測裝置，可根據(jù)監(jiān)測對象的外部環(huán)境振動變化動態(tài)的選擇采集范圍和精度，并提供模擬振動信號和數(shù)字振動信號兩種輸出方式。同時，本發(fā)明在旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動檢測中，可提供轉(zhuǎn)速測量和整周期振動信號測量。
權(quán)利要求
1.ー種用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的智能雙模振動傳感器，其信號米集前端包含雙模加速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器與智能識別控制単元；其特征在于所述的雙模加速度傳感器采用小量程高精度和大量程低精度兩種不同性能加速度變送器構(gòu)成； 所述的轉(zhuǎn)速傳感器采用電渦流變送器，通過檢測鍵相信號測量旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)速；鍵相信號測量是通過在被測軸上設(shè)置ー個凹槽或凸鍵作為鍵相標(biāo)記，當(dāng)該凹槽或凸鍵轉(zhuǎn)到探頭位置吋，電渦流變送器探頭與被測面間距發(fā)生突變，并產(chǎn)生一個脈沖信號，通過脈沖計數(shù)得到測量軸轉(zhuǎn)速； 所述的轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖信號經(jīng)過高通濾波器及放大器后進(jìn)入微處理器，由微處理器的程序計數(shù)實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)速的計算，并通過數(shù)字I/o接ロ輸出整周期標(biāo)志信號；同時，模擬振動信號由雙模加速度傳感器輸出，經(jīng)微處理器輸出較優(yōu)振動信號； 鍵相信號和振動信號由抗混疊濾波器濾除高頻噪音信號，經(jīng)放大器和A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)入微處理器；微處理器內(nèi)置的信號識別與判別算法對上述信號進(jìn)行處理，未超出閾值門限輸出高精度信號，否則輸出低精度信號； 所述的智能識別控制単元，包括微處理器、數(shù)據(jù)接ロ、控制接ロ及電源接ロ，內(nèi)置信號預(yù)處理與狀態(tài)識別算法。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的智能雙模振動傳感器，其特征在于 所述的小量程高精度加速度變送器的測量范圍在±5g，精度300mv/g ； 小量程±5g將作為微處理器端的判斷閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的智能雙模振動傳感器，其特征在于 所述的大量程低精度加速度變送器測量范圍在±70g，精度50mv/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的智能雙模振動傳感器，其特征在于 所述的智能識別控制単元包括系統(tǒng)上電完成初始化配置，當(dāng)出現(xiàn)鍵相信號脈沖后，引發(fā)微處理器外部中斷，外部中斷服務(wù)子程序?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的計算和輸出，其中定時器將為計算轉(zhuǎn)速提供時間變量；中斷服務(wù)子程序結(jié)束時將復(fù)位定時器和整周期標(biāo)志位；在沒有鍵相脈沖的情況下，微處理器將啟動A/D采樣，并對接收到的振動信號進(jìn)行數(shù)據(jù)分析識別，當(dāng)振動數(shù)據(jù)加速度范圍小于判斷閾值時，將通過地址選擇信號控制數(shù)據(jù)選擇器開通第一數(shù)據(jù)通路，否則開通第二數(shù)據(jù)通路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的智能雙模振動傳感器，包括雙模振動測量單元、轉(zhuǎn)速測量單元以及智能識別控制單元三個組成部分。雙模振動測量單元能夠同時實現(xiàn)高精度測量與大量程測量；轉(zhuǎn)速測量單元實時識別旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速，保證整周期振動信號測量；智能識別控制單元利用微處理器實現(xiàn)監(jiān)測過程的智能處理，如變速率采樣控制、雙模測量單元工作模式選擇以及測量信號預(yù)處理等，能夠根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備實時振動狀態(tài)選取測量單元最優(yōu)工作模式，并利用轉(zhuǎn)速測量信號控制測量采樣頻率，實現(xiàn)監(jiān)測對象變速率采樣。
文檔編號G01P3/481GK102645270SQ201210137908
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者曹晰, 李方明, 王華慶, 袁洪芳 申請人:北京化工大學(xué)