一種振動信號采集器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種振動信號采集器，它包括加速度傳感器、Ａ／Ｄ轉換模塊、用于對加速度傳感器輸出的信號進行處理并輸出的諧振電路、用于對諧振電路輸出的信號進行截止頻率和增益控制并輸出的解調電路、用于對解調電路輸出的信號進行處理并輸出的抗混疊濾波電路；抗混疊濾波電路輸出的信號通過Ａ／Ｄ轉換模塊輸出。本實用新型專利技術采用共振解調技術，在加速度傳感器和Ａ／Ｄ轉換模塊之間設置一個“共振器”，將故障信號（高頻）分離出來，把噪聲信號有效的隔離，能夠很大程度上提升數據采集系統的性能。（*該技術在2019年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及信號采集器，特別是振動信號采集器。
技術介紹
目前，振動信號采集器一般包括加速度傳感器和AA)轉換模塊，加速度傳感器檢測到的 振動信號直接通過A/D轉換模塊輸給計算機。在工業現場，由于一些設備(如低速重載設備的軸承等)旋轉頻率很低(在0. 1Hz左右)， 頻域卻很寬，振動信號中還混雜了很多的噪聲信號，而現有的加速度傳感器卻不能有效地對 這些噪聲信號進行分離，因此，在工業現場，對于低速重載設備的振動信號的采集一直是一 個難題。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題是提供一種能有效分離噪聲信號的振動信號采集器。本技術解決上述技術問題所采用的技術方案是-一種振動信號采集器，它包括加速度傳感器、A/D轉換模塊、用于對加速度傳感器輸出的信號進行處理并輸出的諧振電路、 用于對諧振電路輸出的信號進行截止頻率和增益控制并輸出的解調電路、 用于對解調電路輸出的信號進行處理并輸出的抗混疊濾波電路； 抗混疊濾波電路輸出的信號通過A/D轉換模塊輸出。 上述方案中，解調電路包括用于對諧振電路輸出的信號進行處理并輸出的高通濾波電路、 用于對高通濾波電路輸出的信號進行處理并輸出的單極性電路。 上述方案中，振動信號采集器還包括控制模塊；控制模塊包括 微處理器、用于微處理器與外部設備通訊的通訊模塊； 抗混疊濾波電路輸出的信號通過A/D轉換模塊輸入微處理器。上述方案中，控制模塊還包括控制和顯示部分，控制和顯示部分與微處理器通訊連接。 上述方案中，加速度傳感器與諧振電路之間設有光電耦合電路。 上述方案中，光電耦合電路與諧振電路之間設有差動放大電路。 本技術的優點在于1、本技術采用共振解調技術，在加速度傳感器和A/D轉換模塊之間設置一個"共振 器"，將故障信號(高頻)分離出來，把噪聲信號有效的隔離，能夠很大程度上提升數據采集系統的性能。本技術工作原理為諧振電路可以剔除幾乎所有低頻的振動以及沖擊的低頻頻譜成分，保留沖擊的高頻成分; 應用其諧振特征，對沖擊進行共振響應，實現波形的時域變換，即能實現對脈沖沖擊進行放 大、展寬的共振變換。解調電路用于實現截止頻率和增益控制。抗混疊濾波電路用于防止信號混疊現象的出現。2、 解調電路采用硬件來實現高通絕對值解調，由高通濾波器和單極性電路(絕對值電路， 即全波精密整流電路)構成，其結構簡單，控制方便。3、 振動信號采集器還包括控制模塊，控制模塊可為振動信號采集器實現人機交互、與外 部進行方便地通訊等創造條件。4、 加速度傳感器與諧振電路之間設有光電耦合電路，進行光電隔離，將系統的強弱電分 開，增強系統的抗干擾性能和安全系數。5、 由于加速度傳感器輸出的沖擊信號雖經內置放大器進行放大，但其幅值仍是非常小， 在傳輸過程中存在衰減，如果不進行放大而直接對其進行處理，則信號失真相當嚴重。因此， 本技術的光電耦合電路與諧振電路之間設有差動放大電路。附圖說明圖1是本技術振動信號采集器實施例的結構框圖 圖2是光電耦合電路的電路原理圖 圖3是差動放大電路的電路原理圖 圖4是諧振電路的電路原理圖 圖5是高通濾波電路的電路原理圖 圖6是單極性電路的電路原理圖 圖7是抗混疊濾波電路的電路原理圖 圖8是A/D轉換模塊的電路原理圖 圖9是經過共振解調后的振動信號的時域波形 圖IO是經過共振解調后的振動信號的幅值譜 圖ll是未經處理的原始信號具體實施方式如圖1所示，本技術振動信號采集器實施例包括加速度傳感器、A/D轉換模塊、用于對加速度傳感器輸出的信號進行處理并輸出的諧振電路、用于對諧振電路輸出的信號進 行截止頻率和增益控制并輸出的解調電路、用于對解調電路輸出的信號進行處理并輸出的抗 混疊濾波電路、控制模塊。解調電路包括用于對諧振電路輸出的信號進行處理并輸出的高通濾波電路、用于對高 通濾波電路輸出的信號進行處理并輸出的單極性電路。控制模塊包括微處理器、用于微處理器與外部設備通訊的通訊模塊、控制和顯示部分。控制和顯示部分與微處理器通訊連接。控制和顯示部分為觸摸屏。抗混疊濾波電路輸出的信號通過A/D轉換模塊輸入微處理器。加速度傳感器與諧振電路之間設有光電耦合電路，光電耦合電路與諧振電路之間設有差 動放大電路。本實施例的加速度傳感器，用來采集目標設備振動的加速度信號，并以電壓的形式輸出； 加速度傳感器由傳感器接口提供激勵的電壓和恒流源。加速度傳感器采集到振動信號后首先 進行一個前端的信號調理，在本技術中信號調理是通過硬件電路實現的。加速度傳感器采入模擬信號，首先進行光電隔離以將系統的強弱電分開，增強系統的抗 干擾性能和安全系數。本實施例的光電耦合電路為線性光耦，采用線性光耦的隔離原理與普 通光耦沒有差別，只是將普通光耦的單發單收模式稍加改變，增加一個用于反饋的光接收電 路用于反饋。雖然兩個光接收電路都是非線性的，但兩個光接收電路的非線性特性都是一樣 的，這樣，就可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性，從而達到實現線性隔離 的目的。如圖2所示，本實施例選用了 Agilent公司的HCNR200型高精密線性光耦來搭建光電耦 合電路，又采用了 TI公司的LMV321高精密運放來輔助實現信號的電壓隔離。加速度傳感器 的輸出信號從Vin輸入，光電耦合電路輸出信號從Vout輸出。如圖3所示，本實施例選用了美國Burr-Brown公司的PGA205搭建差動放大電路。該芯 片最大特點為可通過在線編程實現l、 2、 4、 8倍的增益控制。光電耦合電路輸出信號從Ains 輸入，放大后的信號從Aout或AoutG輸出。運放的輸出是指相對于參考端，通常將參考端接地。為使器件達到最高的精度，運放的 輸出端必須連接到反饋端。當電源阻抗較高或有噪聲干擾時，應在正、負電源引腳各加1"F 的去耦電容。放大器的增益由15、 16引腳的邏輯電平決定。其中邏輯"1"定義為大于數字 地2V，數字地可以連接到V—或比V+低4V的電源上。數字輸入電平TTL與COMS兼容。當 使用邏輯"0"時，大約有luA的電流從數字輸入腳流出，使用邏輯電平"1"時電流為0。PGA205對數字輸入邏輯信號(A0、 Al)沒有鎖存功能，邏輯輸入信號的變換將立即引起 新的增益選擇，切換時間大約為1 u s。輸入邏輯Al、 A0與增益的關系為(0、 0)放大1倍， (0、 1)放大2倍，(1、 0)放大4倍，(1、 1)放大8倍。另外PGA205還可以消弱傳感器電纜線上的干擾。傳感器電纜外層為屏蔽層，由抗干擾理 論與實踐證明，傳輸弱信號的電纜線的屏蔽層加上一定電位時，將大大減小由屏蔽層與芯線 之間分布電容耦合引入的千擾。如圖4所示，本實施例的諧振電路選用MAXIM公司的MAX268高精密帶通濾波器來實現電 路。MAX268內部包含一個放大器和兩個二階濾波部分，可以實現精度很高的帶通濾波中心頻 率、品質因數和操作模式可以通過管腳輸入而設定。在采用MAX268設計的帶通濾波器中，需要確定中心頻率fO和通帶寬度。f0的選取要根 據具體機械設備的轉速確定，因機械故障信號均包含與轉速成正比的特征頻率，因此根據特 征頻率來確定f0，然后再選擇通帶寬 BW,通過公式得到品質因數。在所選帶寬范圍內，只允許含有高頻成分的故障沖擊信號通過，而濾除 低頻本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種振動信號采集器，它包括加速度傳感器、Ａ／Ｄ轉換模塊；其特征在于：它還包括：　　　　用于對加速度傳感器輸出的信號進行處理并輸出的諧振電路、　　　　用于對諧振電路輸出的信號進行截止頻率和增益控制并輸出的解調電路、　　　　用于對解調電路輸出的信號進行處理并輸出的抗混疊濾波電路；　　　　抗混疊濾波電路輸出的信號通過Ａ／Ｄ轉換模塊輸出。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡邦喜，王旭，張健，陳建華，顧宇，邱志成，陽子婧，喻昉，郝倩，
申請(專利權)人：武漢鋼鐵集團公司，北京工業大學，
類型：實用新型
國別省市：83[中國|武漢]