專(zhuān)利名稱(chēng)：一種船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械振動(dòng)測(cè)試技術(shù)，特別涉及一種船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及方法。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)機(jī)械是船舶、石油、化工、電力、航空航天等領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備，正朝著大型化、高速化、連續(xù)化、集中化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。旋轉(zhuǎn)機(jī)械長(zhǎng)期處于高速運(yùn)行狀態(tài)，由于各種隨機(jī)因素的影響，難免會(huì)出現(xiàn)一些機(jī)械故障，而旋轉(zhuǎn)機(jī)械的任何一個(gè)小小的故障，都可能引起連鎖反應(yīng)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失甚至災(zāi)難性后果。因此，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)判是避免事故發(fā)生，保證安全生產(chǎn)的有效手段。其次，配置故障診斷系統(tǒng)能減少事故停機(jī)率，減少維修費(fèi)用，降低運(yùn)行成本，具有很高的收益/投資比，研究和開(kāi)發(fā)先進(jìn)的故障診斷系統(tǒng)的具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。 對(duì)此類(lèi)關(guān)鍵設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，如振動(dòng)、溫度、速度和眾多其它運(yùn)行數(shù)據(jù)和指標(biāo)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、核電等尖端工業(yè)領(lǐng)域，且已經(jīng)被事實(shí)證明是一種能夠有效預(yù)測(cè)和防止機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障的成功方法。隨著現(xiàn)代艦船系統(tǒng)的日趨高性能化和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，出于安全保障和戰(zhàn)斗性能考慮，及時(shí)、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地掌握艦船設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、預(yù)測(cè)、診斷關(guān)鍵設(shè)備潛在和存在的故障，成為艦艇技術(shù)管理的重要內(nèi)容和追求的目標(biāo)。目前，國(guó)內(nèi)在艦船上對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)和故障診斷，大都停留于模擬儀表階段，振動(dòng)監(jiān)測(cè)更加鮮有涉及。因此，研究一種可靠性強(qiáng)，實(shí)時(shí)性高，體積小，網(wǎng)絡(luò)傳輸性能好的狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，不論對(duì)于艦船領(lǐng)域還是工業(yè)領(lǐng)域都有著非常重要的意義。若需將現(xiàn)有裝置及方法應(yīng)用于艦船，現(xiàn)有技術(shù)還存在下述缺陷
(1)對(duì)于多通道振動(dòng)信號(hào)、工藝信號(hào)及其它眾多信號(hào)的同時(shí)在線監(jiān)測(cè)，現(xiàn)有裝置體積過(guò)于龐大，不適用于復(fù)雜且空間有限的船艙環(huán)境；
(2)對(duì)于設(shè)備艙室的普通船員而言，現(xiàn)有技術(shù)方案，操作復(fù)雜，要求操作人員及監(jiān)測(cè)人員的技術(shù)背景深，相對(duì)于艦船而言現(xiàn)有方案不大適用；
(3)現(xiàn)有方案所測(cè)得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一般存儲(chǔ)于遠(yuǎn)程服務(wù)器上的大容量存儲(chǔ)器上，對(duì)于現(xiàn)有艦船，均未能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化傳輸于監(jiān)控室甚至陸上遠(yuǎn)程服務(wù)器，現(xiàn)有方案的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不適用于艦船。(4)現(xiàn)有方案所測(cè)得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一般需進(jìn)行后續(xù)的一系列處理，而不能即使進(jìn)行分析處理，現(xiàn)場(chǎng)生成所需要的圖形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)和故障診斷體積大、實(shí)時(shí)性差、操作不便的問(wèn)題，提出了一種船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及方法，裝置體積小，操作智能化簡(jiǎn)單，效率高。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，包括模擬信號(hào)處理模塊、CPU模塊、外圍輸入輸出模塊及電源管理模塊，振動(dòng)信號(hào)、工藝信號(hào)和轉(zhuǎn)速鍵相信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)處理模塊處理轉(zhuǎn)換后，送入CPU模塊計(jì)算儲(chǔ)存，輸入輸出模塊與CPU模塊交換數(shù)據(jù)，電源管理模塊包含電源處理電路和電源電壓監(jiān)控與復(fù)位電路，電源處理電路為各個(gè)模塊芯片提供電源，電源電壓監(jiān)控與復(fù)位電路接收各電源信號(hào)，輸出報(bào)警和控制信號(hào)。所述振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)處理模塊的隔直電路后，振動(dòng)交流信號(hào)依次經(jīng)過(guò)自動(dòng)反饋放大電路、中心頻率自動(dòng)可調(diào)的跟蹤濾波電路后，進(jìn)入同步并行采用Α/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行Α/D轉(zhuǎn)換后輸出CPU模塊；振動(dòng)信號(hào)和工藝信號(hào)通過(guò)模擬信號(hào)處理模塊的8選I模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行通道快速切換后，輸出的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)隔交電路轉(zhuǎn)為振動(dòng)直流信號(hào)，振動(dòng)直流信號(hào)和工藝信號(hào)依次經(jīng)過(guò)自動(dòng)放大電路和Α/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后輸出CPU模塊；轉(zhuǎn)速鍵相信號(hào)先通過(guò)模擬信號(hào)處理模塊的低通濾波器濾除轉(zhuǎn)速采集范圍以外的高頻干擾，而后經(jīng)過(guò)比較器和光耦隔離輸出標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)到CPU模塊。所述輸入輸出模塊包含人機(jī)交互的電容式觸摸屏和薄膜按鍵，數(shù)據(jù)顯示的LCD顯示屏和可外擴(kuò)的監(jiān)控室顯示大屏，數(shù)據(jù)交互的以太網(wǎng)接口、USB接口、串口、GPIO通用輸入輸出擴(kuò)展口。 所述CPU模塊包含0MAP-138微處理器最小系統(tǒng)和FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，OMAP最小系統(tǒng)主要包含雙核0MAP-138芯片、存儲(chǔ)系統(tǒng)、晶振時(shí)鐘系統(tǒng)以及觸摸屏顯示驅(qū)動(dòng)電路；前端采集信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)進(jìn)入FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列進(jìn)行預(yù)處理、邏輯控制和譯碼。所述0MAP-138包含C6747 DSP和ARM926J兩塊CPU，F(xiàn)PGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列輸出的采集信號(hào)送入DSP芯片進(jìn)行運(yùn)算，ARM芯片輸出顯示結(jié)果，與各型接口數(shù)據(jù)的通訊。一種船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，包括船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，具體包括如下步驟
1)確定監(jiān)測(cè)方案根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備及軸系的類(lèi)型、特點(diǎn)以及所需監(jiān)測(cè)參數(shù)考慮布置傳感器的類(lèi)型、數(shù)量、位置；根據(jù)這個(gè)艙室環(huán)境條件確定裝置走線方式、裝置布置位置；根據(jù)全船現(xiàn)有條件確定數(shù)據(jù)通訊方式，如果不具備全船網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控模式，即可選擇脫機(jī)黑匣子監(jiān)測(cè)模式，如可進(jìn)行全船局域網(wǎng)布置，則可選擇局域網(wǎng)監(jiān)控室監(jiān)測(cè)模式，甚至整船具備海事衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)能力，系統(tǒng)可采用衛(wèi)星通信遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)模式；
2)布置傳感器及布線根據(jù)確定的方案在機(jī)組軸系每個(gè)軸承附近布置振動(dòng)位移傳感器，在設(shè)備關(guān)鍵部位布置振動(dòng)速度或是加速度傳感器，在每個(gè)軸系下布置轉(zhuǎn)速傳感器，根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的要求布置不同類(lèi)型的油溫、油壓、氣壓、液壓工藝信號(hào)傳感器和接入開(kāi)關(guān)量信號(hào)，然后根據(jù)方案布置屏蔽連接線和安放監(jiān)測(cè)裝置，并連接所有設(shè)備，將裝置設(shè)置至調(diào)試模式，調(diào)試前端所有傳感器直至確保無(wú)任何問(wèn)題為止；
3)待所監(jiān)測(cè)機(jī)組開(kāi)機(jī)運(yùn)行后，振動(dòng)位移傳感器將采集到的振動(dòng)位移傳感器送入裝置，裝置模擬信號(hào)處理部分將信號(hào)分為直流與交流，通過(guò)各自的模擬信號(hào)處理電路后，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入后端CPU模塊；
4)首先接受轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)是FPGA內(nèi)核，F(xiàn)PGA將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)大小端轉(zhuǎn)換、重新打包整理后發(fā)送給0MAP-138的DSP ；
5)進(jìn)入DSP后，DSP先將信號(hào)作數(shù)字濾波，根據(jù)ARM指令進(jìn)行算法處理，DSP對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行變換或處理后，將數(shù)據(jù)交給OMAP的ARM內(nèi)核；
6)ARM內(nèi)核的運(yùn)行流程是，由外置SPIflash的引導(dǎo)程序啟動(dòng)嵌入式操作系統(tǒng)，操作系、統(tǒng)啟動(dòng)后逐步加載各種外設(shè)驅(qū)動(dòng)，而后啟動(dòng)裝置界面，用戶(hù)或船員通過(guò)裝置界面輸入要求參數(shù)，ARM響應(yīng)后，向DSP發(fā)出請(qǐng)求要求DSP對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行小波變換，DSP響應(yīng)并完成后將處理完畢的數(shù)據(jù)發(fā)送給ARM，ARM接收后通過(guò)界面程序在屏幕上繪制相應(yīng)圖形；
7)在ARM顯示界面運(yùn)行的同時(shí)，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)以日常數(shù)據(jù)庫(kù)、啟停機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)、黑匣子數(shù)據(jù)庫(kù)的形式保存于裝置固態(tài)硬盤(pán)上，若裝置采用脫機(jī)黑匣子監(jiān)測(cè)模式，則可通過(guò)裝置通訊接口，將存儲(chǔ)于固態(tài)硬盤(pán)的歷史數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測(cè)站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析、診斷；
8)若監(jiān)測(cè)裝置采用全船網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控模式，各個(gè)機(jī)組的監(jiān)測(cè)裝置發(fā)送數(shù)據(jù)包給監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)站的應(yīng)用軟件根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、顯示、診斷，同時(shí)將所有數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)形式按不同機(jī)組存儲(chǔ)于監(jiān)測(cè)站服務(wù)器的大容量硬盤(pán)；
9)若采用遠(yuǎn)程監(jiān)控模式，用戶(hù)可通過(guò)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)瀏覽器輸入監(jiān)測(cè)站服務(wù)器IP地址，并進(jìn)行相應(yīng)權(quán)限登錄以后，調(diào)取存儲(chǔ)于監(jiān)測(cè)站服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，若用戶(hù)需通過(guò)手機(jī)訪問(wèn)，可安 裝相應(yīng)手機(jī)客戶(hù)端，通過(guò)客戶(hù)端訪問(wèn)監(jiān)測(cè)服務(wù)器，調(diào)取數(shù)據(jù)查看機(jī)組狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及方法，硬件電路采用先進(jìn)PCB設(shè)計(jì)技術(shù)和選用低功耗小型貼片器件，更適合艦船狹小的艙室環(huán)境；對(duì)于艦船設(shè)備監(jiān)測(cè)，既可以讓船員在艙室現(xiàn)場(chǎng)直接了解設(shè)備軸系的運(yùn)行狀態(tài)，亦可以在監(jiān)控室集中監(jiān)控，很大程度上拓展了設(shè)備的使用范圍，提高了系統(tǒng)使用的靈活性和便捷性；裝置采用多CPU技術(shù)，每個(gè)CPU負(fù)責(zé)不同功能，獨(dú)立工作互不干擾；裝置的模塊化結(jié)構(gòu)，不僅提高了可靠性還提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性；裝置采用Linux系統(tǒng)架構(gòu)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，更穩(wěn)定、更可靠，可完全避免病毒干擾，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性；數(shù)據(jù)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，使得數(shù)據(jù)通訊更可靠。


圖I為本發(fā)明船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。
具體實(shí)施例方式如圖I中所示船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括模擬信號(hào)處理模塊I、CPU模塊3、外圍輸入輸出模塊2及電源管理四大模塊4組成。如圖I中所示模擬信號(hào)處理模塊I :模擬信號(hào)處理模塊主要處理包含振動(dòng)信號(hào)交流部分5、振動(dòng)信號(hào)直流部分6、工藝信號(hào)7、轉(zhuǎn)速鍵相信號(hào)8四類(lèi)信號(hào)。在圖所示部分振動(dòng)信號(hào)交流處理部分5，振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)隔直電路后，其中直流信號(hào)被濾除僅剩下交流部分，交流信號(hào)經(jīng)自動(dòng)反饋放大和中心頻率自動(dòng)可調(diào)的跟蹤濾波電路后，進(jìn)入同步并行采用Α/D轉(zhuǎn)換器，這樣振動(dòng)信號(hào)交流部分變?yōu)閿?shù)字信號(hào)可以直接進(jìn)入后續(xù)CPU模塊3作進(jìn)一步處理。振動(dòng)信號(hào)直流部分6和工藝信號(hào)7由于對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)性較振動(dòng)交流低，因此在上述兩種信號(hào)前加入了 8選I模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行通道快速切換，這樣便可以在有限的空間實(shí)現(xiàn)多通道擴(kuò)展。振動(dòng)信號(hào)直流部分6與工藝信號(hào)7處理的唯一區(qū)別即在電路中間并入了隔交電路。當(dāng)裝置處于同步跟蹤轉(zhuǎn)速采樣模式時(shí)，轉(zhuǎn)速鍵相信號(hào)8成為整個(gè)裝置的關(guān)鍵，其擔(dān)負(fù)著Α/D采樣速率的控制，因此對(duì)它的處理十分重要。信號(hào)首先通過(guò)低通濾波器濾除轉(zhuǎn)速采集范圍以外的高頻干擾，而后經(jīng)過(guò)比較器和光耦可得到比較純凈無(wú)干擾的標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)。
外圍輸入輸出模塊2主要包含可實(shí)現(xiàn)良好人機(jī)交互的電容式觸摸屏10和薄膜按鍵13，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示輸出的配機(jī)LCD顯示屏11和可外擴(kuò)的監(jiān)控室顯示大屏12，以及可實(shí)現(xiàn)于上位服務(wù)器或手機(jī)終端良好的數(shù)據(jù)交互的以太網(wǎng)接口 15、USB接口 16、串口 17、GPIO通用輸入輸出擴(kuò)展口 14等數(shù)字傳輸接口。
電源管理模塊4主要包含AC/DC轉(zhuǎn)換、各型電壓轉(zhuǎn)換以及電源管理與復(fù)位電路。AD/DC轉(zhuǎn)換的主要工作是將交流電220V轉(zhuǎn)換為24V直流電壓，然后各型電壓轉(zhuǎn)換部分將24V直流電壓變換為系統(tǒng)各個(gè)模塊芯片所需的各型直流電。電源管理與復(fù)位電路負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)各型電壓的監(jiān)控及異常報(bào)警，以及提供系統(tǒng)上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位控制。CPU模塊3 =CPU模塊3是整個(gè)裝置的核心，其主要包含0MAP-138最小系統(tǒng)18和FPGA19兩個(gè)核心電路部分。其實(shí)CPU模塊3的主控芯片屬于三核，0MAP-138包含兩塊CPU,即C6747 DSP和ARM926J，DSP芯片主要負(fù)責(zé)采集信號(hào)接收和負(fù)擔(dān)整個(gè)裝置的大部分算法運(yùn)算部分，ARM芯片主管整個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)整個(gè)裝置的界面效果顯示，各型接口數(shù)據(jù)的通訊，黑匣子數(shù)據(jù)庫(kù)的管理等主要功能，F(xiàn)PGA19主要負(fù)責(zé)整個(gè)裝置的前端采集信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的預(yù)處理、裝置大部分芯片的邏輯控制和譯碼。OMAP最小系統(tǒng)主要包含雙核0MAP-138芯片、存儲(chǔ)系統(tǒng)、晶振時(shí)鐘系統(tǒng)以及觸摸屏顯示驅(qū)動(dòng)電路。其中存儲(chǔ)系統(tǒng)主要由可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和緩存的DDR內(nèi)存、負(fù)責(zé)以黑匣子模式存放大容量數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的固體硬盤(pán)、作為相應(yīng)數(shù)據(jù)備份的大容量SD卡、負(fù)責(zé)類(lèi)似PC機(jī)BIOS的UBOOT嵌入式操作系統(tǒng)引導(dǎo)程序存放的SPI flash以及用來(lái)掛載嵌入式操作系統(tǒng)的板上存儲(chǔ)Nandflash。船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)步驟如下
I.確定監(jiān)測(cè)方案。根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備及軸系的類(lèi)型、特點(diǎn)以及所需監(jiān)測(cè)參數(shù)考慮布置傳感器的類(lèi)型、數(shù)量、位置；根據(jù)這個(gè)艙室環(huán)境條件確定裝置走線方式、裝置布置位置等；根據(jù)全船現(xiàn)有條件確定數(shù)據(jù)通訊方式，如果不具備全船網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控模式，即可選擇脫機(jī)黑匣子監(jiān)測(cè)模式，如可進(jìn)行全船局域網(wǎng)布置，則可選擇局域網(wǎng)監(jiān)控室監(jiān)測(cè)模式21，甚至整船具備海事衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)能力20，這樣系統(tǒng)可采用衛(wèi)星通信遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)模式，如圖2所示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。2.布置傳感器及布線。根據(jù)事先確定的方案在機(jī)組軸系每個(gè)軸承附近布置振動(dòng)位移傳感器，在設(shè)備關(guān)鍵部位布置振動(dòng)速度或是加速度傳感器，在每個(gè)軸系下布置轉(zhuǎn)速傳感器，根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的要求布置不同類(lèi)型的工藝信號(hào)傳感器(如油溫、油壓、氣壓、液壓等)和接入開(kāi)關(guān)量信號(hào)(如各個(gè)閥門(mén)的輸入輸出信號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警出入輸出信號(hào)等)然后根據(jù)方案布置屏蔽連接線和安放監(jiān)測(cè)裝置，并連接所有設(shè)備，將裝置設(shè)置至調(diào)試模式，調(diào)試前端所有傳感器直至確保無(wú)任何問(wèn)題為止。3.待所監(jiān)測(cè)機(jī)組開(kāi)機(jī)運(yùn)行后，振動(dòng)位移傳感器將采集到的振動(dòng)位移傳感器送入裝置，裝置模擬信號(hào)處理部分將信號(hào)分為直流與交流，通過(guò)各自的模擬信號(hào)處理電路后，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入后端CPU模塊。4.首先接受轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)是FPGA內(nèi)核，F(xiàn)PGA將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)大小端轉(zhuǎn)換、重新打包整理后發(fā)送給0MAP-138的DSP。5.進(jìn)入DSP后，DSP先將信號(hào)作數(shù)字濾波，根據(jù)ARM指令的需要進(jìn)行一定的算法處理，比如系統(tǒng)需要查看頻譜圖，DSP就將數(shù)字信號(hào)做FFT變換，如需查看基頻軸心軌跡圖，則DSP將對(duì)信號(hào)進(jìn)行基頻帶通濾波處理后將數(shù)據(jù)交給OMAP的ARM內(nèi)核。
6. ARM內(nèi)核的運(yùn)行流程是，由外置SPI flash的引導(dǎo)程序啟動(dòng)嵌入式操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)啟動(dòng)后逐步加載各種外設(shè)驅(qū)動(dòng)(包含IXD、網(wǎng)口、硬盤(pán)等等)，而后啟動(dòng)裝置界面。用戶(hù)或船員通過(guò)裝置界面22選擇向ARM提出不同的要求，比如用戶(hù)需要查看某個(gè)測(cè)點(diǎn)的小波圖，用戶(hù)觸及界面，ARM響應(yīng)，向DSP發(fā)出請(qǐng)求要求DSP對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行小波變換，DSP響應(yīng)并完成后將處理完畢的數(shù)據(jù)發(fā)送給ARM，ARM接收后通過(guò)界面程序在屏幕上繪制相應(yīng)圖形。7.在ARM顯示界面運(yùn)行的同時(shí)，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)以日常數(shù)據(jù)庫(kù)、啟停機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)、黑匣子數(shù)據(jù)庫(kù)的形式保存于裝置固態(tài)硬盤(pán)上。若裝置采用脫機(jī)黑匣子監(jiān)測(cè)模式，則可通過(guò)裝置通訊接口，將存儲(chǔ)于固態(tài)硬盤(pán)的歷史數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測(cè)站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析、診斷。8.若監(jiān)測(cè)裝置采用全船網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控模式，各個(gè)機(jī)組的監(jiān)測(cè)裝置發(fā)送數(shù)據(jù)包給監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)站的應(yīng)用軟件根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、顯示、診斷，同時(shí)將所有數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)形式按不同機(jī)組存儲(chǔ)于監(jiān)測(cè)站服務(wù)器的大容量硬盤(pán)。9.若采用遠(yuǎn)程監(jiān)控模式，用戶(hù)可通過(guò)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)瀏覽器輸入監(jiān)測(cè)站服務(wù)器IP地 址，并進(jìn)行相應(yīng)權(quán)限登錄以后，調(diào)取存儲(chǔ)于監(jiān)測(cè)站服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。若用戶(hù)需通過(guò)手機(jī)訪問(wèn)，可安裝相應(yīng)手機(jī)客戶(hù)端，通過(guò)客戶(hù)端訪問(wèn)監(jiān)測(cè)服務(wù)器，調(diào)取數(shù)據(jù)查看機(jī)組狀態(tài)。硬件電路采用先進(jìn)PCB設(shè)計(jì)技術(shù)，并且所有芯片均采用低功耗小型貼片器件，在有限的體積空間內(nèi)，一臺(tái)裝置可同步監(jiān)測(cè)32路振動(dòng)信號(hào)、96路工藝信號(hào)，128路開(kāi)關(guān)量信號(hào)，更適合艦船狹小的艙室環(huán)境。對(duì)于艦船設(shè)備監(jiān)測(cè)，既可以讓船員在艙室現(xiàn)場(chǎng)直接了解設(shè)備軸系的運(yùn)行狀態(tài)，亦可以在監(jiān)控室集中監(jiān)控，通過(guò)外置設(shè)備拓展，甚至可以通過(guò)海事衛(wèi)星于基地遠(yuǎn)程監(jiān)控。對(duì)于陸用設(shè)備，本監(jiān)測(cè)方法不僅可通過(guò)PC機(jī)于局域網(wǎng)內(nèi)或因特網(wǎng)了解軸系運(yùn)行狀態(tài)，還可以通過(guò)于手機(jī)終端安裝相應(yīng)客戶(hù)端，于現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程通過(guò)手機(jī)直接查看機(jī)組狀態(tài)。很大程度上拓展了設(shè)備的使用范圍，提高了系統(tǒng)使用的靈活性和便捷性。外圍輸入輸出模塊主要包含可實(shí)現(xiàn)良好人機(jī)交互的電容式觸摸屏和薄膜按鍵，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示輸出的配機(jī)LCD顯示屏和可外擴(kuò)的監(jiān)控室顯示大屏，以及可實(shí)現(xiàn)于上位服務(wù)器或手機(jī)終端良好的數(shù)據(jù)交互的以太網(wǎng)接口、USB接口、串口等數(shù)字傳輸接口。裝置采用無(wú)鍵盤(pán)、無(wú)鼠標(biāo)、無(wú)常規(guī)硬盤(pán)硬件，這樣減少現(xiàn)場(chǎng)易損部件；
裝置采用多CPU技術(shù)，每個(gè)CPU負(fù)責(zé)不同功能，獨(dú)立工作互不干擾；裝置的模塊化結(jié)構(gòu)，各種功能分屬不同硬件模塊，不僅提高了可靠性還提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性；裝置采用Linux系統(tǒng)架構(gòu)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，更穩(wěn)定、更可靠，可完全避免病毒干擾，且所有軟件編寫(xiě)亦嚴(yán)格遵守LINUX系統(tǒng)架構(gòu)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格無(wú)故障測(cè)試，這樣提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性；數(shù)據(jù)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，使得數(shù)據(jù)通訊更可靠。裝置的以上功能和結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使得裝置可適應(yīng)較之陸用更為復(fù)雜的船用環(huán)境，可保證裝置在船用環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在干，包括模擬信號(hào)處理模塊、(PU模塊、外圍輸入輸出模塊及電源管理模塊，振動(dòng)信號(hào)、エ藝信號(hào)和轉(zhuǎn)速鍵相信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)處理模塊處理轉(zhuǎn)換后，送入CPU模塊計(jì)算儲(chǔ)存，輸入輸出模塊與CPU模塊交換數(shù)據(jù)，電源管理模塊包含電源處理電路和電源電壓監(jiān)控與復(fù)位電路，電源處理電路為各個(gè)模塊芯片提供電源，電源電壓監(jiān)控與復(fù)位電路接收各電源信號(hào)，輸出報(bào)警和控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)處理模塊的隔直電路后，振動(dòng)交流信號(hào)依次經(jīng)過(guò)自動(dòng)反饋放大電路、中心頻率自動(dòng)可調(diào)的跟蹤濾波電路后，進(jìn)入同步并行采用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后輸出CPU模塊；振動(dòng)信號(hào)和エ藝信號(hào)通過(guò)模擬信號(hào)處理模塊的8選I模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行通道快速切換后，輸出的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)隔交電路轉(zhuǎn)為振動(dòng)直流信號(hào)，振動(dòng)直流信號(hào)和エ藝信號(hào)依次經(jīng)過(guò)自動(dòng)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后輸出CPU模塊；轉(zhuǎn)速鍵相信號(hào)先通過(guò)模擬信號(hào)處理模塊的低 通濾波器濾除轉(zhuǎn)速采集范圍以外的高頻干擾，而后經(jīng)過(guò)比較器和光耦隔離輸出標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)到CPU模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述輸入輸出模塊包含人機(jī)交互的電容式觸摸屏和薄膜按鍵，數(shù)據(jù)顯示的LCD顯示屏和可外擴(kuò)的監(jiān)控室顯示大屏，數(shù)據(jù)交互的以太網(wǎng)接ロ、USB接ロ、串ロ、GPIO通用輸入輸出擴(kuò)展ロ。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述CPU模塊包含0MAP-138微處理器最小系統(tǒng)和FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，OMAP最小系統(tǒng)主要包含雙核0MAP-138芯片、存儲(chǔ)系統(tǒng)、晶振時(shí)鐘系統(tǒng)以及觸摸屏顯示驅(qū)動(dòng)電路；前端采集信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)進(jìn)入FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列進(jìn)行預(yù)處理、邏輯控制和譯碼。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述OMAP-138包含C6747 DSP和ARM926J兩塊CPU，F(xiàn)PGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列輸出的采集信號(hào)送入DSP芯片進(jìn)行運(yùn)算，ARM芯片輸出顯示結(jié)果，與各型接口數(shù)據(jù)的通訊。
6.一種船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，包括船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，具體包括如下步驟 1)確定監(jiān)測(cè)方案根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備及軸系的類(lèi)型、特點(diǎn)以及所需監(jiān)測(cè)參數(shù)考慮布置傳感器的類(lèi)型、數(shù)量、位置；根據(jù)這個(gè)艙室環(huán)境條件確定裝置走線方式、裝置布置位置；根據(jù)全船現(xiàn)有條件確定數(shù)據(jù)通訊方式，如果不具備全船網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控模式，即可選擇脫機(jī)黑匣子監(jiān)測(cè)模式，如可進(jìn)行全船局域網(wǎng)布置，則可選擇局域網(wǎng)監(jiān)控室監(jiān)測(cè)模式，甚至整船具備海事衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)能力，系統(tǒng)可采用衛(wèi)星通信遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)模式； 2)布置傳感器及布線根據(jù)確定的方案在機(jī)組軸系每個(gè)軸承附近布置振動(dòng)位移傳感器，在設(shè)備關(guān)鍵部位布置振動(dòng)速度或是加速度傳感器，在每個(gè)軸系下布置轉(zhuǎn)速傳感器，根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的要求布置不同類(lèi)型的油溫、油壓、氣壓、液壓エ藝信號(hào)傳感器和接入開(kāi)關(guān)量信號(hào)，然后根據(jù)方案布置屏蔽連接線和安放監(jiān)測(cè)裝置，并連接所有設(shè)備，將裝置設(shè)置至調(diào)試模式，調(diào)試前端所有傳感器直至確保無(wú)任何問(wèn)題為止； 3)待所監(jiān)測(cè)機(jī)組開(kāi)機(jī)運(yùn)行后，振動(dòng)位移傳感器將采集到的振動(dòng)位移傳感器送入裝置，裝置模擬信號(hào)處理部分將信號(hào)分為直流與交流，通過(guò)各自的模擬信號(hào)處理電路后，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入后端CPU模塊； 4)首先接受轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)是FPGA內(nèi)核，F(xiàn)PGA將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)大小端轉(zhuǎn)換、重新打包整理后發(fā)送給0MAP-138的DSP ； 5)進(jìn)入DSP后，DSP先將信號(hào)作數(shù)字濾波，根據(jù)ARM指令進(jìn)行算法處理，DSP對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行變換或處理后，將數(shù)據(jù)交給OMAP的ARM內(nèi)核； 6)ARM內(nèi)核的運(yùn)行流程是，由外置SPIflash的引導(dǎo)程序啟動(dòng)嵌入式操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)啟動(dòng)后逐步加載各種外設(shè)驅(qū)動(dòng)，而后啟動(dòng)裝置界面，用戶(hù)或船員通過(guò)裝置界面輸入要求參數(shù)，ARM響應(yīng)后，向DSP發(fā)出請(qǐng)求要求DSP對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行小波變換，DSP響應(yīng)并完成后將處理完畢的數(shù)據(jù)發(fā)送給ARM，ARM接收后通過(guò)界面程序在屏幕上繪制相應(yīng)圖形； 7)在ARM顯示界面運(yùn)行的同吋，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)以日常數(shù)據(jù)庫(kù)、啟停機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)、黑匣子數(shù)據(jù)庫(kù)的形式保存于裝置固態(tài)硬盤(pán)上，若裝置采用脫機(jī)黑匣子監(jiān)測(cè)模式，則可通過(guò)裝置通訊接ロ，將存儲(chǔ)于固態(tài)硬盤(pán)的歷史數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測(cè)站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析、診斷； 8)若監(jiān)測(cè)裝置采用全船網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控模式，各個(gè)機(jī)組的監(jiān)測(cè)裝置發(fā)送數(shù)據(jù)包給監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)站的應(yīng)用軟件根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、顯示、診斷，同時(shí)將所有數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)形式按不同機(jī)組存儲(chǔ)于監(jiān)測(cè)站服務(wù)器的大容量硬盤(pán)； 9)若采用遠(yuǎn)程監(jiān)控模式，用戶(hù)可通過(guò)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)瀏覽器輸入監(jiān)測(cè)站服務(wù)器IP地址，并進(jìn)行相應(yīng)權(quán)限登錄以后，調(diào)取存儲(chǔ)于監(jiān)測(cè)站服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，若用戶(hù)需通過(guò)手機(jī)訪問(wèn)，可安裝相應(yīng)手機(jī)客戶(hù)端，通過(guò)客戶(hù)端訪問(wèn)監(jiān)測(cè)服務(wù)器，調(diào)取數(shù)據(jù)查看機(jī)組狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及方法，振動(dòng)信號(hào)、工藝信號(hào)和轉(zhuǎn)速鍵相信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)處理模塊處理轉(zhuǎn)換后，送入CPU模塊計(jì)算儲(chǔ)存，輸入輸出模塊與CPU模塊交換數(shù)據(jù)，電源管理模塊包含電源處理電路和電源電壓監(jiān)控與復(fù)位電路，電源處理電路提供電源同時(shí)對(duì)電源進(jìn)行電壓監(jiān)控與復(fù)位。裝置體積小更適合艦船狹小的艙室環(huán)境；可以讓船員在艙室現(xiàn)場(chǎng)直接了解設(shè)備軸系的運(yùn)行狀態(tài)，亦可以在監(jiān)控室集中監(jiān)控，提高了系統(tǒng)使用的靈活性和便捷性；裝置采用多CPU技術(shù)，每個(gè)CPU負(fù)責(zé)不同功能，獨(dú)立工作互不干擾；裝置的模塊化結(jié)構(gòu)，不僅提高了可靠性還提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性，數(shù)據(jù)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，使得數(shù)據(jù)通訊更可靠。
文檔編號(hào)G01H17/00GK102735329SQ20121019298
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者周璞, 張亮, 彭勇晟, 章藝, 符棟梁, 高驥超 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七0四研究所