CN103808404A - 远距离自检式振动信号变送电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种远距离自检式振动信号变送电路,包括通道自检控制电路、电荷-电压变换电路、带通滤波和电压-电流变换电路,具体包括正弦波芯片IC1、输入连接件CN1、继电器K1、转换电容C2、跟随器IC2、滤波运放IC3、放大器IC4、隔直电容C3、隔直电阻R4、高频电阻R5、高频电容C4、正端电阻R8、负端电阻R9、反馈电阻R10、偏置电阻R11、转换电阻R12、综合连接件CN2等。本发明在外控信号的作用下,工作于正常的信号处理变送状态,工作于监测通道的自检状态,利用正弦波作为通道自检的测试信号,且该变送电路可同时输出电压信号和电流信号,本发明电路实时性强、成本低、通用性好、可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于工业测控领域,涉及一种电路,特别涉及一种远距离自检式振动信号变送电路,适用于对振动信号进行远距离变送传输及自检的应用场合,特别是核电设备中进行松动件监测的场合。
背景技术
在核电站反应堆设备及其他生产设备中,常需监测生产设备中机械部件的松动情况,以确保生产设备的安全运行。目前,常用的方案是:在需要被监测的生产设备上安装加速度传感器,并将其输出信号连接到安装在其附近的电荷放大器中,再将电荷放大器的输出信号传输到控制室。现有方案的不足之处在于:一是此类生产设备运行时处于振动状态,传感器连线等出现断路等故障后难以及时诊断、维护;二是常规的电荷放大器输出的是电压信号,经长距离传输易产生畸变。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足,提出一种远距离自检式振动信号变送电路。该电路采用基于通道自检、电荷-电压变换、带通滤波、电压-电流变换等处理方案,当处于自检状态时,则输出预设的正弦波信号,使后续的监控系统可据此判定该变送通道的正常与否。
本发明包括通道自检控制电路、电荷-电压变换电路、带通滤波和电压-电流变换电路。
通道自检控制电路包括输入连接件CN1、综合连接件CN2、正弦波芯片IC1、振荡电阻R1、振荡电容C1、正弦电阻R2、继电器K1、三极管Q1、二极管D1、基极电阻R3、负电源电容C5和正电源电容C6,输入连接件CN1的地端GND端接地,CN1的输入端IN端与继电器K1中的一个触点开关K1-1的常闭触点NC端连接,触点开关K1-1的公共端COM端与继电器K1中的另一个触点开关K1-2的公共端COM端、转换电容C2的一端及跟随器IC2的正输入端+IN端连接,触点开关K1-2的常开端ON端与正弦电阻R2的一端连接,正弦电阻R2的另一端与正弦波芯片IC1的输出端OUT端连接,正弦波芯片IC1的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接,正弦波芯片IC1的负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接,正弦波芯片IC1的地端GND端接地,正弦波芯片IC1的波形选择端A0、A1端分别与电路正电源端VCC端和地端连接,正弦波芯片IC1的参考端REF端与振荡电阻R1的一端连接,振荡电阻R1的另一端与正弦波芯片IC1的输入端IN端连接,正弦波芯片IC1的振荡端COSC端与振荡电容C1的一端连接,振荡电容C1的另一端接地,综合连接件CN2的自检控制端UC端与基极电阻R3的一端连接,基极电阻R3的另一端与三极管Q1的基极b端连接,三极管Q1的射极e端接地,三极管Q1的集电极c端与继电器K1线圈的一端、二极管D1的阳极连接,继电器K1线圈的另一端与二极管D1的阴极、电路正电源端VCC端连接,综合连接件CN2的正电源端+V端与电路正电源端VCC端、正电源电容C6的一端连接,综合连接件CN2的负电源端-V端与电路负电源端VSS端、负电源电容C5的一端连接,综合连接件CN2的地端GND端同时与负电源电容C5的另一端、正电源电容C6的另一端相连接,且接地。
电荷-电压变换电路包括转换电容C2、跟随器IC2,转换电容C2的另一端接地,跟随器IC2的负输入端-IN端与IC2的输出端OUT端、隔直电容C3的一端连接,跟随器IC2的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接,跟随器IC2的负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接。
带通滤波和电压-电流变换电路包括滤波运放IC3、放大器IC4、隔直电容C3、隔直电阻R4、高频电阻R5、高频电容C4、接地电阻R6、输出电阻R7、正端电阻R8、负端电阻R9、反馈电阻R10、偏置电阻R11、变换电阻R12,隔直电容C3的另一端与隔直电阻R4的一端、高频电阻R5的一端连接,隔直电阻R4的另一端接地,高频电阻R5的另一端与高频电容C4的一端、滤波运放IC3的正输入端+IN端连接,高频电容C4的另一端接地,滤波运放IC3的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接,滤波运放IC3的负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接,接地电阻R6的一端接地,接地电阻R6的另一端与滤波运放IC3的负输入端-IN端、输出电阻R7的一端连接,输出电阻R7的另一端与滤波运放IC3的输出端OUT端、综合连接件CN2的电压输出端U0端及正端电阻R8的一端连接,正端电阻R8的另一端与放大器IC4的正输入端+IN端、偏置电阻R11的一端连接,偏置电阻R11的另一端与变换电阻R12的一端、综合连接件CN2的电流输出端I0端连接,负端电阻R9的一端接地,负端电阻R9的另一端与放大器IC4的负输入端-IN端、反馈电阻R10的一端连接,反馈电阻R10的另一端与放大器IC4的输出端OUT端、变换电阻R12的另一端连接,放大器IC4的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接,放大器IC4的负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接。
本发明的有益效果如下:
本发明利用正弦波作为通道自检的测试信号,易于判断该通道的正常与否,且该变送电路可同时输出电压信号和电流信号,以适应不同传输距离的应用选择,该方法实时性强、成本低、通用性好、可靠性高。
附图说明
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示,远距离自检式振动信号变送电路,包括通道自检控制电路、电荷-电压变换电路、带通滤波和电压-电流变换电路。
通道自检控制电路包括输入连接件CN1、综合连接件CN2、正弦波芯片IC1、振荡电阻R1、振荡电容C1、正弦电阻R2、继电器K1、三极管Q1、二极管D1、基极电阻R3、负电源电容C5和正电源电容C6,输入连接件CN1的地端GND端接地,CN1的输入端IN端与继电器K1中的一个触点开关K1-1的常闭触点NC端连接,触点开关K1-1的公共端COM端与继电器K1中的另一个触点开关K1-2的公共端COM端、转换电容C2的一端及跟随器IC2的正输入端+IN端连接,触点开关K1-2的常开端ON端与正弦电阻R2的一端连接,正弦电阻R2的另一端与正弦波芯片IC1的输出端OUT端连接,正弦波芯片IC1的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接,正弦波芯片IC1的负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接,正弦波芯片IC1的地端GND端接地,正弦波芯片IC1的波形选择端A0、A1端分别与电路正电源端VCC端和地端连接,正弦波芯片IC1的参考端REF端与振荡电阻R1的一端连接,振荡电阻R1的另一端与正弦波芯片IC1的输入端IN端连接,正弦波芯片IC1的振荡端COSC端与振荡电容C1的一端连接,振荡电容C1的另一端接地,综合连接件CN2的自检控制端UC端与基极电阻R3的一端连接,基极电阻R3的另一端与三极管Q1的基极b端连接,三极管Q1的射极e端接地,三极管Q1的集电极c端与继电器K1线圈的一端、二极管D1的阳极连接,继电器K1线圈的另一端与二极管D1的阴极、电路正电源端VCC端连接,综合连接件CN2的正电源端+V端与电路正电源端VCC端、正电源电容C6的一端连接,综合连接件CN2的负电源端-V端与电路负电源端VSS端、负电源电容C5的一端连接,综合连接件CN2的地端GND端同时与负电源电容C5的另一端、正电源电容C6的另一端相连接,且接地。
电荷-电压变换电路包括转换电容C2、跟随器IC2,转换电容C2的另一端接地,跟随器IC2的负输入端-IN端与IC2的输出端OUT端、隔直电容C3的一端连接,跟随器IC2的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接,跟随器IC2的负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接。
带通滤波和电压-电流变换电路包括滤波运放IC3、放大器IC4、隔直电容C3、隔直电阻R4、高频电阻R5、高频电容C4、接地电阻R6、输出电阻R7、正端电阻R8、负端电阻R9、反馈电阻R10、偏置电阻R11、变换电阻R12,隔直电容C3的另一端与隔直电阻R4的一端、高频电阻R5的一端连接,隔直电阻R4的另一端接地,高频电阻R5的另一端与高频电容C4的一端、滤波运放IC3的正输入端+IN端连接,高频电容C4的另一端接地,滤波运放IC3的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接,滤波运放IC3的负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接,接地电阻R6的一端接地,接地电阻R6的另一端与滤波运放IC3的负输入端-IN端、输出电阻R7的一端连接,输出电阻R7的另一端与滤波运放IC3的输出端OUT端、综合连接件CN2的电压输出端U0端及正端电阻R8的一端连接,正端电阻R8的另一端与放大器IC4的正输入端+IN端、偏置电阻R11的一端连接,偏置电阻R11的另一端与变换电阻R12的一端、综合连接件CN2的电流输出端I0端连接,负端电阻R9的一端接地,负端电阻R9的另一端与放大器IC4的负输入端-IN端、反馈电阻R10的一端连接,反馈电阻R10的另一端与放大器IC4的输出端OUT端、变换电阻R12的另一端连接,放大器IC4的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接,放大器IC4的负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接。
本发明所使用的包括正弦波芯片IC1、跟随器IC2、滤波运放IC3、放大器IC4及三极管Q1、二极管D1、继电器K1、输入连接件CN1和综合连接件CN1等在内的所有器件均采用现有的成熟产品,可以通过市场取得。例如:正弦波芯片采用MAX038,跟随器、滤波运放、放大器均用TLC2254,三极管采用C8050,二极管采用IN4001,继电器采用DS2Y系列,输入连接件采用CH2.54-2,综合连接件采用CH2.54-6等。
带通滤波和电压-电流变换电路包括滤波运放IC3、放大器IC4、隔直电容C3、隔直电阻R4、高频电阻R5、高频电容C4、接地电阻R6、输出电阻R7、正端电阻R8、负端电阻R9、反馈电阻R10、偏置电阻R11、变换电阻R12,
本发明中的主要电路参数及输入输出关系如下:
图1中的正弦波芯片IC1的输出端输出的正弦波频率fsin(单位:Hz),与振荡电阻R1、振荡电容C1间的关系如式(1)所示。
在带通滤波中,当高频电阻R5远大于隔直电阻R4时,该电路环节中的低频截止频率fL(单位:Hz)、高频截止频率fH(单位:Hz)与电路器件参数间的关系分别如式(2)、(3)所示。
其中,C3为隔直电容C3的参数,R4为隔直电阻R4的参数,R5为高频电阻R5的参数,C4为高频电容C4的参数;
在电压-电流变换电路中的参数配合关系如式(4)-(6)所示,其中,u0、i0分别是本发明电路输出的电压信号、电流信号。
R8=R9 (4)
R10=R11 (5)
其中,R8为正端电阻R8的参数,R9为负端电阻R9的参数,R10为反馈电阻R10的参数,R11为偏置电阻R11的参数,R12为变换电阻R12的参数;
本发明工作过程如下:
(1)在正常工作时,经综合连接件CN2的自检控制端UC端输入的控制信号为低电平信号,三极管Q1截止,继电器K1线圈不得电,则其触点开关K1-1、K1-2均处于常闭触点NC端。用于检测振动信号的加速度传感器输出的电荷信号经输入连接件CN1的输入端IN端及转换电容C2后转换成电压信号,经跟随器IC2进行阻抗变换,再经带通滤波环节后输出电压信号u0,而该电压信号u0经电压-电流变换电路后输出电流信号i0以适于远距离传输,后续的监控系统据此可判别生产设备中的机械部件有无松动、脱落;
(2)当需进行通道自检时,经综合连接件CN2的自检控制端UC端输入的控制信号为高电平信号,三极管Q1导通,继电器K1线圈得电,则其触点开关K1-1、K1-2均处于常开触点ON端。这样,在切断加速度传感器信号的同时,将正弦波芯片IC1的输出正弦波信号连接到跟随器IC2的正输入端+IN端,此后,经带通滤波及电压-电流变换电路即输出预设的正弦波电压或电流信号,后续的监控系统据此可判别该监测通道是否正常。
Claims (3)
1.远距离自检式振动信号变送电路,包括通道自检控制电路、电荷-电压变换电路、带通滤波和电压-电流变换电路,其特征在于:
通道自检控制电路包括输入连接件CN1、综合连接件CN2、正弦波芯片IC1、振荡电阻R1、振荡电容C1、正弦电阻R2、继电器K1、三极管Q1、二极管D1、基极电阻R3、负电源电容C5和正电源电容C6,输入连接件CN1的地端GND端接地,CN1的输入端IN端与继电器K1中的一个触点开关K1-1的常闭触点NC端连接,触点开关K1-1的公共端COM端与继电器K1中的另一个触点开关K1-2的公共端COM端、转换电容C2的一端及跟随器IC2的正输入端+IN端连接,触点开关K1-2的常开端ON端与正弦电阻R2的一端连接,正弦电阻R2的另一端与正弦波芯片IC1的输出端OUT端连接,正弦波芯片IC1的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接,正弦波芯片IC1的负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接,正弦波芯片IC1的地端GND端接地,正弦波芯片IC1的波形选择端A0、A1端分别与电路正电源端VCC端和地端连接,正弦波芯片IC1的参考端REF端与振荡电阻R1的一端连接,振荡电阻R1的另一端与正弦波芯片IC1的输入端IN端连接,正弦波芯片IC1的振荡端COSC端与振荡电容C1的一端连接,振荡电容C1的另一端接地,综合连接件CN2的自检控制端UC端与基极电阻R3的一端连接,基极电阻R3的另一端与三极管Q1的基极b端连接,三极管Q1的射极e端接地,三极管Q1的集电极c端与继电器K1线圈的一端、二极管D1的阳极连接,继电器K1线圈的另一端与二极管D1的阴极、电路正电源端VCC端连接,综合连接件CN2的正电源端+V端与电路正电源端VCC端、正电源电容C6的一端连接,综合连接件CN2的负电源端-V端与电路负电源端VSS端、负电源电容C5的一端连接,综合连接件CN2的地端GND端同时与负电源电容C5的另一端、正电源电容C6的另一端相连接,且接地;
电荷-电压变换电路包括转换电容C2、跟随器IC2,转换电容C2的另一端接地,跟随器IC2的负输入端-IN端与IC2的输出端OUT端、隔直电容C3的一端连接,跟随器IC2的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接,跟随器IC2的负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接;
带通滤波和电压-电流变换电路包括滤波运放IC3、放大器IC4、隔直电容C3、隔直电阻R4、高频电阻R5、高频电容C4、接地电阻R6、输出电阻R7、正端电阻R8、负端电阻R9、反馈电阻R10、偏置电阻R11、变换电阻R12,隔直电容C3的另一端与隔直电阻R4的一端、高频电阻R5的一端连接,隔直电阻R4的另一端接地,高频电阻R5的另一端与高频电容C4的一端、滤波运放IC3的正输入端+IN端连接,高频电容C4的另一端接地,滤波运放IC3的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接,滤波运放IC3的负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接,接地电阻R6的一端接地,接地电阻R6的另一端与滤波运放IC3的负输入端-IN端、输出电阻R7的一端连接,输出电阻R7的另一端与滤波运放IC3的输出端OUT端、综合连接件CN2的电压输出端U0端及正端电阻R8的一端连接,正端电阻R8的另一端与放大器IC4的正输入端+IN端、偏置电阻R11的一端连接,偏置电阻R11的另一端与变换电阻R12的一端、综合连接件CN2的电流输出端I0端连接,负端电阻R9的一端接地,负端电阻R9的另一端与放大器IC4的负输入端-IN端、反馈电阻R10的一端连接,反馈电阻R10的另一端与放大器IC4的输出端OUT端、变换电阻R12的另一端连接,放大器IC4的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接,放大器IC4的负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接。
2.如权利要求1所述的远距离自检式振动信号变送电路,其特征在于正弦波芯片IC1的输出端输出的正弦波频率fsin(单位:Hz)与振荡电阻R1、振荡电容C1间的关系如式(1)所示:
其中R1为振荡电阻R1的参数,C1为振荡电容C1的参数;
在带通滤波中,当高频电阻R5远大于隔直电阻R4时,该电路环节中的低频截止频率fL(单位:Hz)、高频截止频率fH(单位:Hz)与电路器件参数间的关系分别如式(2)、(3)所示:
其中,C3为隔直电容C3的参数,R4为隔直电阻R4的参数,R5为高频电阻R5的参数,C4为高频电容C4的参数;
在电压-电流变换电路中的参数配合关系如式(4)-(6)所示,其中,u0、i0分别是输出的电压信号、电流信号:
R8=R9 (4)
R10=R11 (5)
其中,R8为正端电阻R8的参数,R9为负端电阻R9的参数,R10为反馈电阻R10的参数,R11为偏置电阻R11的参数,R12为变换电阻R12的参数。
3.如权利要求1所述的远距离自检式振动信号变送电路,其特征在于正弦波芯片IC1、跟随器IC2、滤波运放IC3、放大器IC4及三极管Q1、二极管D1、继电器K1、输入连接件CN1和综合连接件CN1均采用现有的成熟产品;正弦波芯片采用MAX038,跟随器、滤波运放、放大器均用TLC2254,三极管采用C8050,二极管采用IN4001,继电器采用DS2Y系列,输入连接件采用CH2.54-2,综合连接件采用CH2.54-6。
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