CN107421631A - 一种继电器输出振动速度变送器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种继电器输出振动速度变送器。利用压电材料受力产生电荷的原理，采用微处理器和集成数字电路技术，测量旋转机械的振动速度大小，并输出一路继电器的接点信号。增加了以往的振动速度变送器不能修改量程和继电器接点输出的功能，对比以往的振动变送器只能输出跟振动值相对应的电流信号，完全模拟信号处理，而本申请的继电器输出振动速度变送器采用新的信号处理方式，将模拟信号转换成数字信号进行处理。并且通过HART通讯电路实现了远程修改量程、零点校准及报警值的设定功能，直接根据振动速度大小达到设定的报警值而使继电器动作。
Description
技术领域
本发明涉及仪器仪表技术领域，尤其涉及一种继电器输出振动速度变送器。
背景技术
目前的振动速度变送器只能根据出厂设定值监测机器实际振动值的大小，不能根据机器运行时间来修改量程，如果机器长时间运行，机器老化，振动值变大只能更换新的振动速度变送器。
发明内容
本发明提供了一种继电器输出振动速度变送器，以解决上述技术问题。
本发明一种继电器输出振动速度变送器，包括：
压电传感器、信号采集电路、第一信号处理单元、第二信号处理单元、CPU处理电路、电压-电流转换电路、HART通讯电路、信号叠加电路以及继电器输出电路；
所述信号采集电路一端连接所述压电传感器，另一端连接所述第一信号处理单元，采集所述压电传感器的与振动加速度成比例的微电压信号；
所述第一信号处理单元将所述微电压信号滤波放大积分后传输至所述第二信号处理单元；
所述第二信号处理单元将积分后的电压信号进行有效值转换、低通滤波以及阻抗转换后传输至所述CPU处理电路；
所述CPU处理电路将所述阻抗转换后的电压信号进行模/数转换和数/模转换后，控制所述电压-电流转换电路、HART通讯电路、继电器输出电路；
所述信号叠加电路是将所述CPU处理电路数/模转换后的电压信号与HART电路输出的交流信号进行叠加，输出至电压-电流转换电路；
所述电压-电流转换电路是将输出的电压信号转换为电流信号，并将所述电流信号叠加到电源上输出；
所述HART通讯电路通过FSK信号将所述电流输出转换为交流信号，传输至HART手操器；
所述继电器输出电路与所述CPU电路连接。
进一步地，所述第一信号处理单元包括：
一级放大电路、二阶低通滤波器电路、一级交流耦合电路、二级放大电路、积分电路、二级交流耦合电路以及三级放大电路；
所述一级放大电路将所述信号采集电路输出的微电压信号进行放大；
所述二阶低通滤波电路是滤除放大后的微电压信号中的高频分量；
所述一级交流耦合是传输所述二阶低通滤波电路输出的交流信号，并滤除所述交流信号中的低频干扰信号；
所述二级放大电路将滤除低频干扰信号后的信号进行放大；
所述积分电路是通过积分处理将所述二级放大电路输出的加速度信号转换为速度信号；
所述二级交流耦合电路处理所述速度信号，并滤除所述速度信号中的低频分量；
所述三级放大电路放大所述滤除低频分量后的速度信号。
进一步地，所述第二信号处理单元，包括：
有效值转换电路、滤波电路以及阻抗转换电路；
所述有效值转换电路将处理后的速度信号进行峰值有效值转换，并将转换后的直流分量输出至所述低通滤波电路，所述低通滤波电路滤除所述直流分量信号的高频分量；
所述阻抗转换电路降低滤除高频分量后的直流分量信号的输出阻抗。
进一步地，还包括：
输出环路保护电路与所述电压电流转换电路连接，将电源变成无极性连接，防止电压反接导致电路烧毁。
进一步地，还包括：
报警单元，所述报警单元与所述继电器输出端连接。
进一步地，所述压电传感器为压电陶瓷。
本发明实现了振动速度变送器的基本功能：正常测量旋转机械的振动值大小；增加了HART功能已实现远程修改参数，包括修改量程、设置继电器动作的报警值的大小、零点校准，增加了一路接点输出，可以直接驱动控制系统里的报警电路，实现报警功能。提高了工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种继电器输出振动速度变送器结构示意图；
图2为本发明一种继电器输出振动速度变送器信号采集电路；
图3为本发明一种继电器输出振动速度变送器第一信号处理单元；
图4为本发明一种继电器输出振动速度变送器第二信号处理单元；
图5为本发明一种继电器输出振动速度变送器CPU处理单元；
图6为本发明一种继电器输出振动速度变送器电压电流转换电路；
图7为本发明一种继电器输出振动速度变送器HART通讯电路；
图8为本发明一种继电器输出振动速度变送器信号叠加电路；
图9为本发明一种继电器输出振动速度变送器输出环路保护；
图10为本发明一种继电器输出振动速度变送器继电器输出电路；
图11为本发明一种继电器输出振动速度变送器另一结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一种继电器输出振动速度变送器结构示意图，如图1所示，本实施例振动变速器包括；
压电传感器101、信号采集电路102、第一信号处理单元103、第二信号处理单元104、CPU处理电路105、电压-电流转换电路106、HART通讯电路107、信号叠加电路108以及继电器输出电路109；
所述信号采集电路一端连接所述压电传感器，另一端连接所述第一信号处理单元，采集所述压电传感器的与振动加速度成比例的微电压信号；如图2所示，信号采集电路中的压电陶瓷根据振动的大小输出的微弱电压信号传输至第一信号处理单元。
所述第一信号处理单元将所述微电压信号滤波放大积分后传输至所述第二信号处理单元；
所述第二信号处理单元将积分后的电压信号进行有效值转换、低通滤波以及阻抗转换后传输至所述CPU处理电路；
所述CPU处理电路将所述阻抗转换后的电压信号进行模/数转换和数/模转换后，控制所述电压-电流转换电路、HART通讯电路、继电器输出电路；
所述信号叠加电路是将所述CPU处理电路数/模转换后的电压信号与HART电路输出的交流信号进行叠加，输出至电压-电流转换电路。如图8所示，叠加电路将得到的电压信号跟HART输出的1200Hz和2200Hz的交流信号进行FSK调制，然后输出到电压转电流电路中。
所述电压-电流转换电路是将输出的电压信号转换为电流信号，并将所述电流信号叠加到电源上用于4-20mA输出。
所述HART通讯电路通过FSK信号将所述电流输出转换为1200Hz和2200Hz交流信号，传输至HART手操器。如图7所示，通过CPU处理单元的UART接口控制HART通讯电路，实现远程修改参数，包括修改量程、设置继电器动作的报警值的大小、零点校准。
所述继电器输出电路与所述CPU电路连接。如图10所示，由CPU控制接点动作，并设置使继电器动作的阈值，实现继电器的打开和闭合以控制系统参数。
进一步地，所述第一信号处理单元包括：
一级放大电路、二阶低通滤波器电路、一级交流耦合电路、二级放大电路、积分电路、二级交流耦合电路以及三级放大电路；
所述一级放大电路将所述信号采集电路输出的微电压信号进行放大；
所述二阶低通滤波电路是滤除放大后的微电压信号中的高频分量；
所述一级交流耦合是传输所述二阶低通滤波电路输出的交流信号，并滤除所述交流信号中的低频干扰信号；
所述二级放大电路将滤除低频干扰信号后的信号进行放大；
所述积分电路是通过积分处理将所述二级放大电路输出的加速度信号转换为速度信号；
所述二级交流耦合电路处理所述速度信号，并滤除所述速度信号中的低频分量；
所述三级放大电路放大所述滤除低频分量后的速度信号。
具体来说，本实施例的第一信号单元如图3所示，一级放大电路目的是放大信号采集电路输出的微电压信号，并且具有降低输出阻抗的作用。二阶低低通滤波电路将信号采集电路输出的信号进行低通滤波，滤除2KHz以上高频分量。一级交流耦合，滤除10Hz以下的信号，二级放大电路滤波完成后的加速度信号，积分电路将加速度信号变成速度信号，二级交流耦合滤除速度信号的10Hz以下的低频分量，三级放大电路将速度信号进行放大。
进一步地，所述第二信号处理单元，包括：
有效值转换电路、滤波电路以及阻抗转换电路；
所述有效值转换电路将处理后的速度信号进行峰值有效值转换，并将转换后的直流分量输出至所述低通滤波电路，所述低通滤波电路滤除所述直流分量信号的高频分量；
所述阻抗转换电路降低滤除高频分量后的直流分量信号的输出阻抗。
具体来说，如图4所示，第二信号处理单元将放大后的速度信号进行峰值转有效值，将交流分量变成直流分量，低通滤波是滤除10Hz以上的高频分量，阻抗转换电路是将滤波后的高阻直流量转换成低阻直流量输出给CPU处理单元。CPU处理单元电路如图5所示，将输出的低阻直流量进行模/数转换，变成数字量在CPU中进行信号处理，包括量程修改，零点校准，报警值设定等。该些值的具体量根据实际情况设定。最后再由数/模转换将数字信号变成模拟电压信号输出给信号叠加电路。
进一步地，如图11所示，还包括：
输出环路保护电路与所述电压电流转换电路连接，将电源变成无极性连接，防止电压反接导致电路烧毁。如图6所示，电压-电流转换电路是将信号叠加电路输出的电压信号转换成电流信号输出给环路保护电路。
如图9所示，输出环路保护电路增加防反二极管，整流桥电路，防止电压反流和电源接反，使输出变成无极性环路输出。
进一步地，还包括：
报警单元，所述报警单元与所述继电器输出端连接。本实施例中，CPU处理单元电路中增加的一路接点输出连接报警单元，可以直接驱动控制系统里的报警电路，实现报警功能。报警方式为继电器的打开和闭合，如果继电器为常开继电器，当达到报警值时继电器动作，变为闭合，此时在控制系统里有接收闭合信号的电路以达到改变控制系统参数的功能。
进一步地，所述压电传感器为压电陶瓷。
本发明振动速度变送器利用压电材料受力产生电荷的原理，采用微处理器和集成数字电路技术，测量旋转机械的振动速度大小，并输出一路继电器的接点信号。
增加了以往的振动速度变送器不能修改量程和继电器接点输出的功能，对比以往的振动变送器只能输出跟振动值相对应的电流信号，完全模拟信号处理，而新型的继电器输出振动速度变送器采用新的信号处理方式，将模拟信号转换成数字信号进行处理，提供了远程修改量程、零点校准及报警值的设定功能，增加了一路接点输出，直接根据振动速度大小达到设定的报警值而使继电器动作。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种继电器输出振动速度变送器，其特征在于，包括：
压电传感器、信号采集电路、第一信号处理单元、第二信号处理单元、CPU处理电路、电压-电流转换电路、HART通讯电路、信号叠加电路以及继电器输出电路；
所述信号采集电路一端连接所述压电传感器，另一端连接所述第一信号处理单元，采集所述压电传感器的与振动加速度成比例的微电压信号；
所述第一信号处理单元将所述微电压信号滤波放大积分后传输至所述第二信号处理单元；
所述第二信号处理单元将积分后的电压信号进行有效值转换、低通滤波以及阻抗转换后传输至所述CPU处理电路；
所述CPU处理电路将所述阻抗转换后的电压信号进行模/数转换和数/模转换后，控制所述电压-电流转换电路、HART通讯电路、继电器输出电路；
所述信号叠加电路是将所述CPU处理电路数/模转换后的电压信号与HART电路输出的交流信号进行叠加，输出至电压-电流转换电路；
所述电压-电流转换电路是将输出的电压信号转换为电流信号，并将所述电流信号叠加到电源上输出；
所述HART通讯电路通过FSK信号将所述电流输出转换为交流信号，传输至HART手操器；
所述继电器输出电路与所述CPU电路连接。
2.根据权利要求1所述的继电器输出振动速度变送器，其特征在于，所述第一信号处理单元包括：
一级放大电路、二阶低通滤波器电路、一级交流耦合电路、二级放大电路、积分电路、二级交流耦合电路以及三级放大电路；
所述一级放大电路将所述信号采集电路输出的微电压信号进行放大；
所述二阶低通滤波电路是滤除放大后的微电压信号中的高频分量；
所述一级交流耦合是传输所述二阶低通滤波电路输出的交流信号，并滤除所述交流信号中的低频干扰信号；
所述二级放大电路将滤除低频干扰信号后的信号进行放大；
所述积分电路是通过积分处理将所述二级放大电路输出的加速度信号转换为速度信号；
所述二级交流耦合电路处理所述速度信号，并滤除所述速度信号中的低频分量；
所述三级放大电路放大所述滤除低频分量后的速度信号。
3.根据权利要求1或2所述的继电器输出振动速度变送器，其特征在于，所述第二信号处理单元，包括：
有效值转换电路、滤波电路以及阻抗转换电路；
所述有效值转换电路将处理后的速度信号进行峰值有效值转换，并将转换后的直流分量输出至所述低通滤波电路，所述低通滤波电路滤除所述直流分量信号的高频分量；
所述阻抗转换电路降低滤除高频分量后的直流分量信号的输出阻抗。
4.根据权利要求1所述的继电器输出振动速度变送器，其特征在于，还包括：
输出环路保护电路与所述电压电流转换电路连接，将电源变成无极性连接。
5.根据权利要求1所述的继电器输出振动速度变送器，其特征在于，还包括：
报警单元，所述报警单元与所述继电器输出端连接。
6.根据权利要求1所述的继电器输出振动速度变送器，其特征在于，所述压电传感器为压电陶瓷。
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