本實(shí)用新型專利技術(shù)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，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。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)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。
技術(shù)介紹
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( I)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。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)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，裝置體積小，操作智能化簡(jiǎn)單，效率高。本技術(shù)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。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。本技術(shù)的有益效果在于本技術(shù)船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，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。附圖說(shuō)明圖I為本技術(shù)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；圖2為本技術(shù)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A/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A/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-1本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種船用旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，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)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：章藝，符棟梁，周璞，彭勇晟，高驥超，張亮，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七零四研究所，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：
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