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专利名称：用于旋转机械的智能双模振动传感器的制作方法
技术领域：
本发明为ー种新型智能振动传感器，主要用于复杂环境下旋转机械振动状态实时采集与监测。
背景技术：
振动传感器是旋转机械振动状态监测系统的核心组成部分，其性能对监测结果有很大的影响。现有振动传感器工作模式单一，特别是其测量范围与测量精度相对固定，复杂环境下測量旋转设备振动局限性強，难以满足单ー测量点对大量程与高精度的双重要求。 智能双模振动传感器解决了现有振动传感器功能上的缺陷，可依据监测对象工作状态的实时变化，动态改变测量范围与测量精度，实现对旋转设备振动信息的变周期变速率采样，并按指定格式输出测量信号，能够高效完成复杂环境下旋转机械振动实时监测任务。

发明内容
本发明目的是克服现有振动传感器在复杂环境中对旋转机械振动信号測量所存在之不足，设计ー种智能双模振动传感器，实现振动信号测量范围与测量精度的动态优化。其采样率与采样周期的实时调整满足了不同エ况下旋转设备动态振动监测需求。本发明是采用以下技术手段实现的—种用于旋转机械的智能双模振动传感器，其信号米集前端包含双模加速度传感器与转速传感器；所述的双模加速度传感器采用小量程高精度和大量程低精度两种不同性能加速度变送器构成；转速传感器采用电涡流变送器，通过检测键相信号測量旋转设备转速；键相信号測量是通过在被测轴上设置ー个凹槽或凸键作为键相标记，当该凹槽或凸键转到探头位置时，电涡流变送器探头与被测面间距发生突变，并产生一个脉冲信号，通过脉冲计数得到測量轴转速；转速传感器输出的脉冲信号经过高通滤波器及放大器后进入微处理器，由微处理器的程序计数实现对旋转设备转速的计算，并通过数字I/O接ロ输出整周期标志信号；同时，模拟振动信号由双模加速度传感器输出，经微处理器输出较优振动信号;键相信号和振动信号由抗混叠滤波器滤除高频噪音信号，经放大器和A/D转换器进入微处理器；微处理器内置的信号识别并判别算法对上述信号进行处理，未超出阈值门限输出高精度信号，否则输出低精度信号。前述的小量程高精度加速度变送器的測量范围在±5g，精度300mv/g ；小量程±5g将作为微处理器端的判断阈值。前述的大量程低精度加速度变送器測量范围在±70g，精度50mv/g。前述的智能识别控制単元包括系统上电完成初始化配置，当出现键相信号脉冲后，引发微处理器外部中断，外部中断服务子程序将实现旋转转速的计算和输出，其中定时器将为计算转速提供时间变量；中断服务子程序结束时将复位定时器和整周期标志位；在没有键相脉冲的情况下，微处理器将启动A/D采样，并对接收到的振动信号进行数据分析识别，当振动数据加速度范围小于判断阈值时，将通过地址选择信号控制数据选择器开通第一数据通路，否则开通第二数据通路。本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果本发明所述双模传感单元，包括大量程低精度加速度变送器与小量程高精度加速度变送器，能实现空间多维度振动测量。双模传感单元输出与信号调理�？橄嗔�，其使能端受智能识别控制単元管理。通过电涡流传感器实时测量旋转设备转速，利用键相信号与轴振动信号对比，确定振动相位角，从而实时调整双模传感単元的采样率。处理得到的转速信号和相位信息是旋转设备动平衡分析及故障诊断与预测的重要指标。转速识别单元输出经信号调理单元进入智能识别控制単元。双模传感単元及转速识别单元的测量输出信号分别经信号调理单元送至到智能识别控制単元，由智能识别控制単元对测量信号进行振动范围判定，根据信号预处理算法给出适于当前エ况的振动测量模式并将相关控制參数反馈回双模传感単元、转速识别单元及信号调理单元，从而优化振动实时測量。


图I为本发明安装结构示意图；图2为本发明功能原理图；图3为智能识别控制単元程序流程图。
具体实施例方式本发明的具体实施方式
如下图1，本发明安装结构示意图。本发明主要用途为旋转设备振动状态实时监测，其信号采集前端包含双模加速度传感器与转速传感器两个组成部分。双模加速度传感器采用小量程高精度和大量程低精度两种不同性能加速度变送器构成，其中，小量程高精度加速度变送器的測量范围在±5g，精度300mv/g，大量程低精度加速度变送器測量范围在±70g，精度50mv/g。小量程±5g将作为微处理器端的判断阈值。转速传感器采用电涡流变送器，通过检测键相信号測量旋转设备转速。键相测量是通过在被测轴上设置ー个凹槽或凸键作为键相标记，当该凹槽或凸键转到探头位置吋，电涡流变送器探头与被测面间距发生突变，并产生一个脉冲信号，通过脉冲计数得到測量轴转速。键相信号和振动信号通过含有信号预处理及A/D转换的信号调理单元输出到微处理器。微处理器内置的信号识别与判别算法对上述信号进行处理，未超出阈值门限输出高精度信号，否则输出低精度信号。 本发明所述信号调理单元，包括多组增益可调前置放大器与截止频率可调抗混叠滤波器，用于预处理双模传感单元及转速识别单元的采集输出信号。该单元放大器与滤波器系数受智能识别单元控制，可随旋转机械エ况实时改变。其中，放大器増益可选范围在1-10倍，程控低通滤波器的截止频率可选范围在0-500HZ，程控高通通滤波器的截止频率可选范围在5k-10kHz。振动信号由程控低通滤波器进行处理，键相信号由程控高通滤波器进行处理。
本发明所述智能识别控制単元，包括微处理器、数据接ロ、控制接ロ及电源接ロ等，内置信号预处理与状态识别算法。本发明原理双模传感単元及转速识别单元的测量输出信号分别经信号调理单元送至到智能识别控制単元，由智能识别控制単元对测量信号进行振动范围判定，根据信号预处理算法给出适于当前エ况的振动测量模式并将相关控制參数反馈回双模传感単元、转速识别单元及信号调理单元，从而优化振动实时測量。图2，本发明功能原理图，其中，转速传感器输出的脉冲信号经过高通滤波器及放大器后进入微处理器，由微处理器的程序计数实现对旋转设备转速的计算，并通过数字I/o接ロ输出整周期标志信号。同时，模拟振动信号由双模加速度传感器输出，经微处理器输出较优振动信号。振动信号由抗混叠滤波器滤除高频噪音信号，经放大器和A/D转换器进入微处理器。微处理器经过对振动数据进行识别和判定后，通过地址选择信号控制数据选择器通路开关达到选择较优信号的目的。除数字振动信号输出外，数据选择器输出端的模拟信号可直接作为智能传感器的信号输出，以供其他后续处理需要。微处理器中还可对程控滤波器进行截止频率选择，从而优化信号滤波效果。本发明在微处理器和数据选择器的回路控制下，可实时输出旋转设备整周期的数字振动信号和模拟振动信号。图3为微处理器实现数据识别与控制的程序流程图。系统上电后首先完成初始化配置，当出现键相信号脉冲后，将引发微处理器外部中断，外部中断服务子程序将实现旋转转速的计算和输出，其中定时器将为计算转速提供时间变量。中断服务子程序结束时将复位定时器和整周期标志位。在没有键相脉冲的情况下，微处理器将启动A/D采样，并对接收到的振动信号进行数据分析识别，当振动数据加速度范围小于判断阈值时，将通过地址选择信号控制数据选择器开通数据通路1，否则开通数据通路2。在本发明的具体使用实例中，外部主系统可通过电路连接方式选择模拟或者数字振动信号，同时本发明将通过微处理器的I/O为外部主系统提供转速信号和整周期旋转信号。通过以上设计，本发明提供了ー种智能振动检测装置，可根据监测对象的外部环境振动变化动态的选择采集范围和精度，并提供模拟振动信号和数字振动信号两种输出方式。同时，本发明在旋转设备振动检测中，可提供转速测量和整周期振动信号測量。
权利要求
1.ー种用于旋转机械的智能双模振动传感器，其信号米集前端包含双模加速度传感器、转速传感器与智能识别控制単元；其特征在于所述的双模加速度传感器采用小量程高精度和大量程低精度两种不同性能加速度变送器构成； 所述的转速传感器采用电涡流变送器，通过检测键相信号測量旋转设备转速；键相信号測量是通过在被测轴上设置ー个凹槽或凸键作为键相标记，当该凹槽或凸键转到探头位置吋，电涡流变送器探头与被测面间距发生突变，并产生一个脉冲信号，通过脉冲计数得到測量轴转速； 所述的转速传感器输出的脉冲信号经过高通滤波器及放大器后进入微处理器，由微处理器的程序计数实现对旋转设备转速的计算，并通过数字I/o接ロ输出整周期标志信号；同时，模拟振动信号由双模加速度传感器输出，经微处理器输出较优振动信号； 键相信号和振动信号由抗混叠滤波器滤除高频噪音信号，经放大器和A/D转换器进入微处理器；微处理器内置的信号识别与判别算法对上述信号进行处理，未超出阈值门限输出高精度信号，否则输出低精度信号； 所述的智能识别控制単元，包括微处理器、数据接ロ、控制接ロ及电源接ロ，内置信号预处理与状态识别算法。
2.根据权利要求I所述的用于旋转机械的智能双模振动传感器，其特征在于 所述的小量程高精度加速度变送器的測量范围在±5g，精度300mv/g ； 小量程±5g将作为微处理器端的判断阈值。
3.根据权利要求I所述的用于旋转机械的智能双模振动传感器，其特征在于 所述的大量程低精度加速度变送器測量范围在±70g，精度50mv/g。
4.根据权利要求I所述的用于旋转机械的智能双模振动传感器，其特征在于 所述的智能识别控制単元包括系统上电完成初始化配置，当出现键相信号脉冲后，引发微处理器外部中断，外部中断服务子程序将实现旋转转速的计算和输出，其中定时器将为计算转速提供时间变量；中断服务子程序结束时将复位定时器和整周期标志位；在没有键相脉冲的情况下，微处理器将启动A/D采样，并对接收到的振动信号进行数据分析识别，当振动数据加速度范围小于判断阈值时，将通过地址选择信号控制数据选择器开通第一数据通路，否则开通第二数据通路。
全文摘要
本发明公开了一种用于旋转机械的智能双模振动传感器，包括双模振动测量单元、转速测量单元以及智能识别控制单元三个组成部分。双模振动测量单元能够同时实现高精度测量与大量程测量；转速测量单元实时识别旋转机械转速，保证整周期振动信号测量；智能识别控制单元利用微处理器实现监测过程的智能处理，如变速率采样控制、双模测量单元工作模式选择以及测量信号预处理等，能够根据旋转机械设备实时振动状态选取测量单元最优工作模式，并利用转速测量信号控制测量采样频率，实现监测对象变速率采样。
文档编号G01P3/481GK102645270SQ201210137908
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者曹晰, 李方明, 王华庆, 袁洪芳 申请人:北京化工大学