CN106969825B - 一种风机振动监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明的风机振动监测系统，包括至少一个速度探头采集模块、至少一个涡流探头采集模块、存储模块、基准电压电路和控制模块，控制模块包括控制芯片STM32F047及其外围电路，速度探头采集模块接多路开关输入端，涡流探头采集模块接平滑滤波放大电路输出端和多路开关输入端，平滑滤波放大电路输入端接控制芯片的PWM输出端口，多路开关输出端通过差分放大电路接开关切换模块输入端，开关切换模块输出端接低频滤波模块输入端和高频滤波模块输入端，低频滤波模块输出端和高频滤波模块输出端接控制芯片A/D端口。系统基于高性能数字化控制器，实现对运行风机轴承、转轴振动参数的实时测量。

Description

一种风机振动监测系统

技术领域

本发明涉及风机状态监控领域，具体涉及一种应用于风机振动监测系统。

背景技术

风机作为一种旋转机械，在冶金、化工、电力等行业应用广泛。由于风机的转动速度较高，导致振动和噪声较大，容易发生故障。引风机因故障未能及时排除，其结果不仅可导致设备停运，甚至可能造成机毁人亡的严重后果。如煤、电业是一个连续生产系统，风机又是全厂的关键设备，因振动故障不能继续运行会殃及全厂生产系统设备的正常运行，而造成较大经济损失；有时会对周围的人员安全造成很大威胁。

引起风机振动故障原因是多种多样的，常见的主要有以下几种：(1)叶轮不平衡；(2)联轴器不对中；(3)基础刚度和连接刚度不够；(4)滚动轴承间隙超标。据统计70％以上的机械故障都是以振动形式表现出来，因此，进行风机振动监测，依据振动的状态与特征进行振动原因分析与诊断、比较，知道振动原因进行报警处理是非常重要的。

目前用在风机测量的振动传感器一般是非接触的电涡流传感器和速度或加速度传感器两种，通常是用涡流传感器测量转轴振动，用速度或加速度传感器测量轴承振动。

电涡流传感器分为探头和前置器，前置器包括振荡器、反馈电路、检波电路等，将位移变成较线性的模拟输出，信号处理需要相应的二次仪表或功能模块，这样由该传感器进行一个点的振动测量需要的成本需要几千元成本。

一般测风机振动的传感器采用速度或加速度和压电式传感器，其原理也分为探头和前置器，探头为电阻应变片或压电陶瓷，前置器是进行信号的处理，且速度和加速度的前置器有差别，该传感器的成本市场上也达到千元。

目前，在中大型的风机和需要安全生产场合，为确定该风机振动部位，分析风机振动类型及原因，在风机上一般选取了电机轴承、传动侧轴承、非传动侧轴承、轴承箱底座、底座支撑架等至少5个测量部位，在风机工作中使用振动测量仪器对5个测量部位的径向振动速度有效值进行测量，振动测量传感器采用点涡流传感器和加速度传感器，点涡流传感器测转轴的振动，加速度传感器测轴承的振动，这样一来用户的使用成本就大大增加，中小型企业无法进行全面普及。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种成本较低且便于使用的风机振动监测系统，基于高性能数字化控制器，利用高性能控制器内部的快速采样A/D、PWM脉冲信号发生器，结合外围模拟电子线路，实现对运行风机轴承、转轴振动参数的实时测量。

本发明采用以下技术方案：

一种风机振动监测系统，包括至少一个速度探头采集模块、至少一个涡流探头采集模块、多路开关、差分放大电路、开关切换模块、低频滤波模块、高频滤波模块、平滑滤波放大电路、存储模块、基准电压电路和控制模块，控制模块包括控制芯片STM32F047及其外围电路，基准电压电路提供基准电压，存储模块与控制模块电连接；速度探头采集模块与多路开关输入端连接，涡流探头采集模块分别连接平滑滤波放大电路输出端和多路开关输入端，平滑滤波放大电路输入端连接控制芯片的PWM输出端口，多路开关输出端通过差分放大电路连接开关切换模块的输入端，开关切换模块的输出端分别连接低频滤波模块输入端和高频滤波模块输入端，低频滤波模块输出端和高频滤波模块输出端分别连接控制芯片的一个A/D端口，多路开关和开关切换模块分别连接控制芯片的一个I/O输出端口。

进一步的，所述的速度探头采集模块包括一体式传感器和恒压分压差分电路，恒压分压差分电路输入端分别连接一体式传感器以及基准电压电路的输出端，恒压分压差分电路输出端连接多路开关的输入端口。

进一步的，所述的涡流探头采集模块包括一体式传感器、滤波电路和LC振动电路，一体式传感器通过滤波电路连接多路开关输入端口，并通过LC振动电路连接平滑滤波放大电路的输出端口。

进一步的，所述的平滑滤波放大电路包括滤波放大电路和幅值调整电路，滤波放大电路包括三极管Q2，幅值调整电路包括滑动变阻器R17，三极管Q2的基极连接控制芯片PWM端口，并通过电阻R18接地，三极管Q2集电极通过电容C19接LC振动电路，三极管Q2集电极连接电容C14一端和电感L3一端，电容C14另一端和电感L3另一端均接VCC；三极管Q2发射极通过滑动变阻器R17接地。

进一步的，所述的一体式传感器包括传感器本体，传感器本体的测量端为上端开口的腔体结构，开口处设有上盖，上盖上设有出线口，腔体内部平行设置第一隔片和第二隔片，第一隔片的上端设有电阻应变片，第一隔片和第二隔片之间设有重锤，重锤通过第一弹簧与第一隔片下端固接，重锤通过第二弹簧与第二隔片上端固接；测量端的固接有中空的延长管，延长管靠近测量端的外壁上设有固定螺母和固定螺纹，延长管的下端固接有探头，传感器内设有两根导线，一根导线两端连接电阻应变片和出线口，另一根导线两短连接探头和出线口。

进一步的，所述的多路开关包括芯片U4，芯片U4采用CD4052芯片，芯片U4第六引脚和第八引脚均接地，芯片U4第十六引脚接+5V直流电压，芯片U4第三引脚和第十三引脚接差分放大电路，芯片U4第七引脚接-5V电压并分别接极性电容C37负极、电容C38一端，极性电容C37正极、电容C38另一端均接地。

进一步的，所述的差分放大电路包括芯片U5，芯片U5采用差分放大器AD620，芯片U5第一引脚和第八引脚之间设有电阻，芯片U5第三引脚通过电容C30接地，且芯片U5第三引脚接芯片U4第三引脚，芯片U5第二引脚通过电容C41接地，且芯片U5第二引脚接芯片U4第十三引脚，芯片U5第四引脚分别接-5V电压、电容C35一端、极性电容C42负极，电容C35另一端、极性电容C42正极以及芯片U5第五引脚均接地，芯片U5第六引脚接开关切换模块，芯片U5第七引脚分别接极性电容C29正极、+5V电压、电容C28一端，极性电容C29负极、电容C28另一端均接地。

进一步的，所述的开关切换模块包括芯片U9，芯片U9采用ADG619芯片，芯片U9第一引脚分别接电容C48一端、电阻R42一端，电阻R42另一端、电容C48另一端、芯片U9第五引脚、芯片U9第三引脚均接地，芯片U9第六引脚接控制芯片I/O端口，芯片U9第四引脚接VCC并通过电容C44接地，芯片U9第七引脚接VCC并通过电容C49接地，芯片U9第八引脚接低频滤波模块，芯片U9第二引脚接高频滤波模块。

进一步的，所述的低频滤波模块包括低频滤波器和滤波积分放大电路，低频滤波器包括芯片U6，芯片U6为运放LT1057，滤波积分放大电路包括芯片U7，芯片U7为运算放大器MAX4416；

芯片U6第二引脚分别接电阻R26一端、电阻R27一端，电阻R26另一端接地，电阻R27另一端接芯片U6第一引脚；芯片U6第三引脚分别接电容C40一端、电阻R30一端，电容C40另一端接芯片U7第一引脚，电阻R30另一端分别接电容C39一端、电阻R33一端，电容C39另一端接芯片U7第一引脚，电阻R33另一端接开关切换模块；

芯片U7第二引脚分别接电阻R28一端、电容C34一端，电阻R28一端分别接电容C31一端、芯片U7第一引脚，电容C31另一端分别接电容C34另一端、电阻R32一端、电阻R29一端，电阻R32另一端接芯片U7第一引脚，电阻R29另一端接芯片U6第一引脚；芯片U7第三引脚接芯片U7第一引脚；芯片U7第八引脚分别接+5V电压、极性电容C33正极、电容C32一端，极性电容C33负极、电容C32另一端均接芯片U7第一引脚；芯片U7第四引脚分别接-5V电压、电容C36一端、极性电容C43负极，电容C36另一端、极性电容C43正极均接芯片U7第一引脚；芯片U7第一引脚接控制芯片A/D端口。

进一步的，所述的高频滤波模块包括高频滤波电路和有源全波整流滤波器，高频滤波电路包括芯片U8，芯片U8为运放LT1057，有源全波整流滤波器包括芯片U10和芯片U11，芯片U10和芯片U11均为运放LT1057；

芯片U8第二引脚分别接电阻R35一端、电阻R36一端，电阻R35另一端接地，电阻R36另一端接芯片U8第一引脚；芯片U8第三引脚分别接电容C46一端、电阻R41一端，电容C46另一端分别接电阻R40一端、电容C45一端，电阻R40另一端接芯片U8第一引脚，电容C45另一端接开关切换模块，电阻R41另一端接地；

芯片U11第三引脚通过电阻R44接地，芯片U8第二引脚分别接二极管D2负极、电阻R38一端、电阻R39一端，二极管D2正极分别接芯片U11第一引脚、二级管D3负极，电阻R38另一端分别接芯片U8第一引脚、电阻R37一端，电阻R37另一端分别接电阻R34一端、电容C47一端、芯片U10第二引脚，电阻R34另一端、电容C47另一端均接芯片U10第一引脚，电阻R39另一端分别接二极管D3正极、电阻R43一端，电阻R43另一端接芯片U10第二引脚，芯片U10第三引脚通过电阻R45接地，芯片U10第一引脚分别接极性电容C48正极、控制芯片A/D端口，极性电容C48负极接地。

本发明的有益效果是：

1、发明了速度或加速度与涡流与一体的振动传感器，该一体式传感器结构简单，成本低，便于安装，利用一个测点即可测得轴承振动的速度或加速度以及轴承的振动幅值和频率或频谱特性，可以精简测振点和传感器数量。

2、整体电路设计简单，成本低，数字化、智能化高；采用该控制器芯片和电路配以常规方便外围电路可组成仪表和功能模块，实现数字化显示、数据传输、智能控制；采用该电路组成的仪表或模块对风机行业安全、高效率运行起着重要的作用。

附图说明

图1是本发明一体式传感器原理结构示意图；

图2是本发明一体式传感器安装示意图；

图3是本发明系统原理结构框图；

图4是本发明控制模块的电路原理图；

图5是本发明基准电压电路的电路原理图；

图6是本发明存储模块的电路原理图；

图7是本发明速度探头采集模块的电路原理图；

图8是本发明涡流探头采集模块的电路原理图；

图9是本发明平滑滤波放大电路的原理图；

图10是本发明多路开关及差分放大电路的原理图；

图11是本发明开关切换模块电路原理图；

图12是本发明低频滤波模块的电路原理图；

图13是本发明高频滤波模块的电路原理图；

图14是涡流传感器两种振动曲线示意图；

图15是速度传感器振动曲线示意图；

图1中：1上盖，2应变片，3第一隔片，4重锤，5第一弹簧，6第二弹簧，7第二隔片，8固定螺母，9固定螺纹，10延长管，11探头，12出线口；

图2中：13传感器本体，14轴瓦，15转轴。

具体实施方式

为了更好的理解本发明创造，下面结合具体结构对本发明的实现原理进行详细的阐述说明。

根据法拉第电磁感应原理，金属导体置于交变磁场中或时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。电涡流传感器工作原理就是电涡流效应。当接通传感器系统电源时，在前置器内会产生一个高频信号，该信号通过电缆送到探头的头部，在头部周围产生交变磁场，改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位，即改变了线圈的有效阻抗。常规涡流传感器的采用高精度、高稳定度的石英晶体来提供频率稳定的高频1MHZ信号，以激励由传感器线圈L和电容C组成的并联谐振回路，前置器将信号幅值变化转换成直流信号。

根据该原理，本发明采用高性能的数字信号控制器产生比传统方法更精度、更稳定的高频1MHZ信号，该信号经放大，高频、低频滤波产生两路的信号：一路为静态幅值，为动态波形曲线。该两路信号可以被数字信号控制器的模拟A/D采样，经算法处理，可以求得静态位移、振动幅值、振动频率以及振动频谱特性。

为了实现上述功能，如图3所示给出了一种风机振动监测系统，包括两个速度探头采集模块、至两个涡流探头采集模块、多路开关、差分放大电路、开关切换模块、低频滤波模块、高频滤波模块、平滑滤波放大电路、存储模块、基准电压电路和控制模块。

对于每一模块的具体结构和组成，下面结合附图进行详细说明。

如图4所示，控制模块包括控制芯片STM32F047及其外围电路，控制芯片的第94、37、20、10、27、74、99引脚均接地，控制芯片的第100、75、50、28、22、21、19、11、6引脚均接3.3V直流电压；控制芯片的外围电路包括有源晶振Y1、电容C13、电容C15，有源晶振Y1的第三引脚接控制芯片的第十二引脚，有源晶振Y1的第四引脚直接接3.3V直流电压，有源晶振Y1第四引脚通过电阻R15接控制芯片第十四引脚，有源晶振Y1第四引脚通过电容C23接地，有源晶振Y1第二引脚通过通过电容C26接3.3V直流电压，有源晶振Y1第二引脚通过电容C26接控制芯片第十四引脚，且有源晶振Y1第二引脚直接接地；电容C13一端接控制芯片第七十三引脚，电容C13另一端接地；电容C15一端接控制芯片第四十九引脚，电容C15另一端接地。

如图5所示，基准电压电路包括芯片U2，芯片U2采用ref3012芯片，电压芯片U2第一引脚接地，电压芯片U2的第二引脚接+5V直流电压，并分别连接极性电容C8正极以及电容C9一端，极性电容C8负极以及电容C9另一端均接地，电压芯片U2第三引脚分别接嵌位二极管D1一端、极性电容C1正极、电容C2一端，嵌位二极管D1另一端、极性电容C1负极、电容C2另一端均接地。

如图6所示，存储模块采用FM25040作为存储芯片。

如图7所示给出的结构中，包含两个速度探头采集模块，每一个速度探头采集模块包括一体式传感器和恒压分压差分电路，恒压分压差分电路输入端分别连接一体式传感器以及基准电压电路的输出端，恒压分压差分电路输出端连接多路开关的输入端口。其中，图7中恒压分压差分电路有两组，一组包含电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7，另一组包含电阻R12、电阻R13、电阻R16、电阻R19、电容C16、电容C17、电容C18、电容C20、电容C22。

如图8所示给出的结构中，包含两个涡流探头采集模块，每一个涡流探头采集模块包括一体式传感器、滤波电路和LC振动电路，一体式传感器通过滤波电路连接多路开关输入端口，并通过LC振动电路连接平滑滤波放大电路的输出端口。其中，图8中的LC振动电路有两组，一组包含三极管Q1、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11，一组包含三极管Q3、电阻R21、电阻R22、电阻R24、电阻R25；图8中的滤波电路也是两组，一组包含电阻R6、电容C11、电感L1、电容C10、电阻R7，另一组包含电阻R20、电容C26、电感L4、电容C24、电阻R23。

速度探头采集模块和涡流探头采集模块中同时存在的一体式传感器是同一个传感器，该传感器既可以作为速度传感器，也可以作为涡流传感器，该一体式传感器的设计原理如下：

涡流传感器主要测风机振动转轴振动参数，如果还要测风机轴承的振动参数则需要速度和加速度传感器。在加速度传感器设计中又用电阻应变片原理的，但其内部形式各异。

利用该原理本发明采用重锤的两端加弹簧，在其上端加电阻应变片方式实现应变片跟随振动而同步变形以实现轴承的振动参数测量，具体结构如图1所示，一体式传感器包括传感器本体，传感器本体的测量端为上端开口的腔体结构，开口处设有上盖1，上盖上设有出线口12，腔体内部平行设置第一隔片3和第二隔片7，第一隔片的上端设有电阻应变片2，第一隔片和第二隔片之间设有重锤4，重锤通过第一弹簧5与第一隔片下端固接，重锤通过第二弹簧6与第二隔片上端固接；测量端的固接有中空的延长管10，延长管靠近测量端的外壁上设有固定螺母8和固定螺纹9，延长管的下端固接有探头11，传感器内设有两根导线，一根导线两端连接电阻应变片和出线口，另一根导线两短连接探头和出线口。

根据风机振动测量规范，风机的转轴测量传感器一般安装在轴承两侧与垂直和水平成45°方位；而轴承的绝对振动值测量一般采用传感器与轴承垂直位置。基于此，如图2所示，在轴承的两侧的两端适当位置，各安装振动一体式传感器，该传感器本体13贯穿轴瓦14，探头抵近转轴15，传感器与水平垂直方向的夹角为45°，该一体式传感器当与水平45°安装在轴承上时候，振动的方向就变成垂直方向。

如图9所示，所述的平滑滤波放大电路包括滤波放大电路和幅值调整电路，滤波放大电路包括三极管Q2，幅值调整电路包括滑动变阻器R17，三极管Q2的基极连接控制芯片PWM端口，并通过电阻R18接地，三极管Q2集电极通过电容C19接LC振动电路，三极管Q2集电极连接电容C14一端和电感L3一端，电容C14另一端和电感L3另一端均接VCC；三极管Q2发射极通过滑动变阻器R17接地。

如图10所示，所述的多路开关包括芯片U4，芯片U4采用CD4052芯片，芯片U4第六引脚和第八引脚均接地，芯片U4第十六引脚接+5V直流电压，芯片U4第三引脚和第十三引脚接差分放大电路，芯片U4第七引脚接-5V电压并分别接极性电容C37负极、电容C38一端，极性电容C37正极、电容C38另一端均接地。

所述的差分放大电路包括芯片U5，芯片U5采用差分放大器AD620，芯片U5第一引脚和第八引脚之间设有电阻，芯片U5第三引脚通过电容C30接地，且芯片U5第三引脚接芯片U4第三引脚，芯片U5第二引脚通过电容C41接地，且芯片U5第二引脚接芯片U4第十三引脚，芯片U5第四引脚分别接-5V电压、电容C35一端、极性电容C42负极，电容C35另一端、极性电容C42正极以及芯片U5第五引脚均接地，芯片U5第六引脚接开关切换模块，芯片U5第七引脚分别接极性电容C29正极、+5V电压、电容C28一端，极性电容C29负极、电容C28另一端均接地。

如图11所示，所述的开关切换模块包括芯片U9，芯片U9采用ADG619芯片，芯片U9第一引脚分别接电容C48一端、电阻R42一端，电阻R42另一端、电容C48另一端、芯片U9第五引脚、芯片U9第三引脚均接地，芯片U9第六引脚接控制芯片I/O端口，芯片U9第四引脚接VCC并通过电容C44接地，芯片U9第七引脚接VCC并通过电容C49接地，芯片U9第八引脚接低频滤波模块，芯片U9第二引脚接高频滤波模块。

如图12所示，所述的低频滤波模块包括低频滤波器和滤波积分放大电路，低频滤波器包括芯片U6，芯片U6为运放LT1057，滤波积分放大电路包括芯片U7，芯片U7为运算放大器MAX4416；芯片U6第二引脚分别接电阻R26一端、电阻R27一端，电阻R26另一端接地，电阻R27另一端接芯片U6第一引脚；芯片U6第三引脚分别接电容C40一端、电阻R30一端，电容C40另一端接芯片U7第一引脚，电阻R30另一端分别接电容C39一端、电阻R33一端，电容C39另一端接芯片U7第一引脚，电阻R33另一端接开关切换模块；芯片U7第二引脚分别接电阻R28一端、电容C34一端，电阻R28一端分别接电容C31一端、芯片U7第一引脚，电容C31另一端分别接电容C34另一端、电阻R32一端、电阻R29一端，电阻R32另一端接芯片U7第一引脚，电阻R29另一端接芯片U6第一引脚；芯片U7第三引脚接芯片U7第一引脚；芯片U7第八引脚分别接+5V电压、极性电容C33正极、电容C32一端，极性电容C33负极、电容C32另一端均接芯片U7第一引脚；芯片U7第四引脚分别接-5V电压、电容C36一端、极性电容C43负极，电容C36另一端、极性电容C43正极均接芯片U7第一引脚；芯片U7第一引脚接控制芯片A/D端口。

如图13所示，所述的高频滤波模块包括高频滤波电路和有源全波整流滤波器，高频滤波电路包括芯片U8，芯片U8为运放LT1057，有源全波整流滤波器包括芯片U10和芯片U11，芯片U10和芯片U11均为运放LT1057；U8第二引脚分别接电阻R35一端、电阻R36一端，电阻R35另一端接地，电阻R36另一端接芯片U8第一引脚；芯片U8第三引脚分别接电容C46一端、电阻R41一端，电容C46另一端分别接电阻R40一端、电容C45一端，电阻R40另一端接芯片U8第一引脚，电容C45另一端接开关切换模块，电阻R41另一端接地；芯片U11第三引脚通过电阻R44接地，芯片U8第二引脚分别接二极管D2负极、电阻R38一端、电阻R39一端，二极管D2正极分别接芯片U11第一引脚、二级管D3负极，电阻R38另一端分别接芯片U8第一引脚、电阻R37一端，电阻R37另一端分别接电阻R34一端、电容C47一端、芯片U10第二引脚，电阻R34另一端、电容C47另一端均接芯片U10第一引脚，电阻R39另一端分别接二极管D3正极、电阻R43一端，电阻R43另一端接芯片U10第二引脚，芯片U10第三引脚通过电阻R45接地，芯片U10第一引脚分别接极性电容C48正极、控制芯片A/D端口，极性电容C48负极接地。

系统整体的测量原理为：

根据风机振动测量规范，一般在轴承上安装2个涡流传感器和2个垂直上下测振的速度传感器，由此我们设计2路一体式传感器的接口电路。

该原理图为两个一体式传感器原理图，涡流的1MHZ频率有控制器的PWM经过平滑滤波放大电路提供给两LC振荡回路，为提供稳定的频率信号在给每一路中又进行了放大，经并行线给探头的LC振荡回路，同时将LC的输出端经过中心频率1.1MHZ的滤波电路滤去高频信号。1.1MHZ以下的信号经差分放大分成两路：一路高频滤波，进行有源全波整流，输出直流信号被数字信号控制器的A/D采用，求得探头与转轴的距离；另一路信号经过低频滤波，滤去高频1MHZ的频率信号，经滤波积分放大电路得到平滑的曲线，控制器的高速A/D采用到后进行数据处理，求得振动幅值、振动频率、频谱特性。

速度或加速度探头经恒压分压差分电路后，由多路开关分时被差分放大器，再由双掷开关分时经过低频滤波，经滤波积分放大形成平滑的曲线，被控制器内部A/D采集，经数据处理求得振动幅值、振动频率、频谱特性、速度和加速度量。

电路中电子元器件在测量过程中的具体功能为：

速度或加速度探头的电阻应变片经R3，由于垂直振动，引起电阻应变片的阻值变化，该阻值经过R1、R3、R4组成恒压分压电路变成电压信号，经R2、R5经过差分多路开关CD4052进入仪表差分放大器AD620进行放大；为消除信号的干扰，再单通道单刀双掷开关分时经过LT1057核心构成的低频滤波和MAX4416核心构成的滤波积分放大，形成平滑的交流曲线信号，该信号被STM32F数字信号控制器内部AD0采集，经数据处理求得振动幅值、振动频率、频谱特性、速度和加速度量。第二个速度探头的测量原理相同。

涡流传感器的探头的振荡回路的频率是由STM32F数字信号控制器PWM管脚发出的方波经平滑放大电路形成2路规则的交流曲线，再经过LC振动电路给予的，LC振荡电路的输出信号经R6、L1、C10、R7、C11组成的电路滤波，由多路开关分时经AD620差分放大器放大，经单通道单刀双掷开关分成两路：一路经过LT1057核心构成高频滤波，滤去低频振动信号，进行由LT1057核心构成有源全波整流，输出直流信号被STM32F数字信号控制器的AD1采到，求得探头与转轴的距离；另一路信号经过LT1057核心构成低频滤波，滤去高频1MHZ的频率信号，经由MAX4416核心构成的滤波积分放大电路得到平滑的曲线，改信号被STM32F数字信号控制器的AD0采到到后进行数据处理，求得振动幅值、振动频率、频谱特性。

在实际测量过程中，涡流传感器是非接触的，距离转轴的间距不定，所以可能出现两种曲线情况，就是振幅峰值在中心位置上下或在一侧，如图14所示。速度或加速度传感器只能在平衡位置两侧，且两侧的幅值有差别，如图15所示。

以图14为例，设振幅的幅值分别为A1、A2，振动周期为T，涡流传感器的平衡位置距离中心轴为S，由此可推导出位移、速度和加速度值，具体计算过程如下：

振动幅值：当A₂≥0时：A＝A₁-A₂；当A₂≤0时：A＝A₁+|A₂| (1)A1、A2S是极值；

振动频率：f＝1/T (2)T是振动周期；

静态位移当A₂≥0时：S＝A/2+A₂；当A₂≤0时：S＝A/2-|A₂| (3)S为绝对位移；

振动速度：V＝A/T (4)；

振动加速度：V＝(V₂-V₁)/T (5)V1、V2相邻速度。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明的具体结构，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管说明书及附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (7)

1.一种风机振动监测系统，其特征在于，包括至少一个速度探头采集模块、至少一个涡流探头采集模块、多路开关、差分放大电路、开关切换模块、低频滤波模块、高频滤波模块、平滑滤波放大电路、存储模块、基准电压电路和控制模块，控制模块包括控制芯片STM32F047及其外围电路，基准电压电路提供基准电压，存储模块与控制模块电连接；速度探头采集模块与多路开关输入端连接，涡流探头采集模块分别连接平滑滤波放大电路输出端和多路开关输入端，平滑滤波放大电路输入端连接控制芯片的PWM输出端口，多路开关输出端通过差分放大电路连接开关切换模块的输入端，开关切换模块的输出端分别连接低频滤波模块输入端和高频滤波模块输入端，低频滤波模块输出端和高频滤波模块输出端分别连接控制芯片的一个A/D端口，多路开关和开关切换模块分别连接控制芯片的一个I/O输出端口；

所述的速度探头采集模块包括一体式传感器和恒压分压差分电路，恒压分压差分电路输入端分别连接一体式传感器以及基准电压电路的输出端，恒压分压差分电路输出端连接多路开关的输入端口；

所述的涡流探头采集模块包括一体式传感器、滤波电路和LC振动电路，一体式传感器通过滤波电路连接多路开关输入端口，并通过LC振动电路连接平滑滤波放大电路的输出端口；

所述的一体式传感器包括传感器本体，传感器本体的测量端为上端开口的腔体结构，开口处设有上盖，上盖上设有出线口，腔体内部平行设置第一隔片和第二隔片，第一隔片的上端设有电阻应变片，第一隔片和第二隔片之间设有重锤，重锤通过第一弹簧与第一隔片下端固接，重锤通过第二弹簧与第二隔片上端固接；测量端的固接有中空的延长管，延长管靠近测量端的外壁上设有固定螺母和固定螺纹，延长管的下端固接有探头，传感器内设有两根导线，一根导线两端连接电阻应变片和出线口，另一根导线两短连接探头和出线口。

2.根据权利要求1所述的一种风机振动监测系统，其特征在于，所述的平滑滤波放大电路包括滤波放大电路和幅值调整电路，滤波放大电路包括三极管Q2，幅值调整电路包括滑动变阻器R17，三极管Q2的基极连接控制芯片PWM端口，并通过电阻R18接地，三极管Q2集电极通过电容C19接LC振动电路，三极管Q2集电极连接电容C14一端和电感L3一端，电容C14另一端和电感L3另一端均接VCC；三极管Q2发射极通过滑动变阻器R17接地。

3.根据权利要求1所述的一种风机振动监测系统，其特征在于，所述的多路开关包括芯片U4，芯片U4采用CD4052芯片，芯片U4第六引脚和第八引脚均接地，芯片U4第十六引脚接+5V直流电压，芯片U4第三引脚和第十三引脚接差分放大电路，芯片U4第七引脚接-5V电压并分别接极性电容C37负极、电容C38一端，极性电容C37正极、电容C38另一端均接地。

4.根据权利要求3所述的一种风机振动监测系统，其特征在于，进一步的，所述的差分放大电路包括芯片U5，芯片U5采用差分放大器AD620，芯片U5第一引脚和第八引脚之间设有电阻，芯片U5第三引脚通过电容C30接地，且芯片U5第三引脚接芯片U4第三引脚，芯片U5第二引脚通过电容C41接地，且芯片U5第二引脚接芯片U4第十三引脚，芯片U5第四引脚分别接-5V电压、电容C35一端、极性电容C42负极，电容C35另一端、极性电容C42正极以及芯片U5第五引脚均接地，芯片U5第六引脚接开关切换模块，芯片U5第七引脚分别接极性电容C29正极、+5V电压、电容C28一端，极性电容C29负极、电容C28另一端均接地。

5.根据权利要求4所述的一种风机振动监测系统，其特征在于，所述的开关切换模块包括芯片U9，芯片U9采用ADG619芯片，芯片U9第一引脚分别接电容C48一端、电阻R42一端，电阻R42另一端、电容C48另一端、芯片U9第五引脚、芯片U9第三引脚均接地，芯片U9第六引脚接控制芯片I/O端口，芯片U9第四引脚接VCC并通过电容C44接地，芯片U9第七引脚接VCC并通过电容C49接地，芯片U9第八引脚接低频滤波模块，芯片U9第二引脚接高频滤波模块。

6.根据权利要求5所述的一种风机振动监测系统，其特征在于，所述的低频滤波模块包括低频滤波器和滤波积分放大电路，低频滤波器包括芯片U6，芯片U6为运放LT1057，滤波积分放大电路包括芯片U7，芯片U7为运算放大器MAX4416；

芯片U6第二引脚分别接电阻R26一端、电阻R27一端，电阻R26另一端接地，电阻R27另一端接芯片U6第一引脚；芯片U6第三引脚分别接电容C40一端、电阻R30一端，电容C40另一端接芯片U7第一引脚，电阻R30另一端分别接电容C39一端、电阻R33一端，电容C39另一端接芯片U7第一引脚，电阻R33另一端接开关切换模块；

芯片U7第二引脚分别接电阻R28一端、电容C34一端，电阻R28一端分别接电容C31一端、芯片U7第一引脚，电容C31另一端分别接电容C34另一端、电阻R32一端、电阻R29一端，电阻R32另一端接芯片U7第一引脚，电阻R29另一端接芯片U6第一引脚；芯片U7第三引脚接芯片U7第一引脚；芯片U7第八引脚分别接+5V电压、极性电容C33正极、电容C32一端，极性电容C33负极、电容C32另一端均接芯片U7第一引脚；芯片U7第四引脚分别接-5V电压、电容C36一端、极性电容C43负极，电容C36另一端、极性电容C43正极均接芯片U7第一引脚；芯片U7第一引脚接控制芯片A/D端口。

7.根据权利要求5所述的一种风机振动监测系统，其特征在于，所述的高频滤波模块包括高频滤波电路和有源全波整流滤波器，高频滤波电路包括芯片U8，芯片U8为运放LT1057，有源全波整流滤波器包括芯片U10和芯片U11，芯片U10和芯片U11均为运放LT1057；

芯片U8第二引脚分别接电阻R35一端、电阻R36一端，电阻R35另一端接地，电阻R36另一端接芯片U8第一引脚；芯片U8第三引脚分别接电容C46一端、电阻R41一端，电容C46另一端分别接电阻R40一端、电容C45一端，电阻R40另一端接芯片U8第一引脚，电容C45另一端接开关切换模块，电阻R41另一端接地；

芯片U11第三引脚通过电阻R44接地，芯片U8第二引脚分别接二极管D2负极、电阻R38一端、电阻R39一端，二极管D2正极分别接芯片U11第一引脚、二级管D3负极，电阻R38另一端分别接芯片U8第一引脚、电阻R37一端，电阻R37另一端分别接电阻R34一端、电容C47一端、芯片U10第二引脚，电阻R34另一端、电容C47另一端均接芯片U10第一引脚，电阻R39另一端分别接二极管D3正极、电阻R43一端，电阻R43另一端接芯片U10第二引脚，芯片U10第三引脚通过电阻R45接地，芯片U10第一引脚分别接极性电容C48正极、控制芯片A/D端口，极性电容C48负极接地。