CN107979154A - 一种基于自供电的高速旋转机械信号采集装置 - Google Patents

一种基于自供电的高速旋转机械信号采集装置 Download PDF

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徐胜利
张晓光
毕祥军
阚鸣
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    • H02K11/35—Devices for recording or transmitting machine parameters, e.g. memory chips or radio transmitters for diagnosis

Abstract

本发明公开了一种基于自供电的高速旋转机械信号采集装置，包括：采集压缩机叶轮的转速信息的转速计；采集压缩机叶轮的应变信息、振动信息和流体压力信息的传感器；接收所述传感器传送的信号信息对信号进行滤波放大处理、将模拟信号转化为数字信号的处理单元；该装置还包括安装在压缩机的旋转轴上，当压缩机工作时切割磁场产生电流提供电源的交流发电装置，当压缩机的转速发生变化时调控电路可根据压缩机的转速实时调节交流发电装置中定子线圈绕组的电流强度，由于交流发电装置发出交流电，则需要通过整流滤波稳压电路转化为直流电，供给后面的单片机AD转换电路，从而稳定该装置提供的供电电压，保证该电压在后续电路的要求范围内。

Description

一种基于自供电的高速旋转机械信号采集装置
技术领域
本发明涉及信号采集技术领域，尤其涉及一种基于自供电的高速旋转机械信号采集装置。
背景技术
离心压缩机属于典型的旋转机械，通过叶轮高速旋转将机械能转换为气体的压力能。离心压缩机具有工作流量大、结构紧凑、效率高等优点，在冶金、石油化工、天然气输送等领域用途广泛。工业生产对压缩机的性能要求越来越高，增加了压缩机设计的难度。为了获得压缩机组运行状态下的流场压力数据、叶轮等结构振动数据，必须采集压缩机叶轮的应变，表面压力等参数。当前技术下，可以通过滑环装置采集到低转速下的传感器信号，但滑环不适用于高转速状态下的叶轮结构和流场信号采集。
现有技术中申请号为CN 104655342的机械密封端面摩擦扭矩测量装置中涉及到自供电模块，在该申请中采用永磁体产生恒定磁场，线圈绕组与转轴同步旋转，线圈绕组旋转切割磁感线产生电动势，从而产生电流。但该装置的缺陷是磁场由永磁体产生，随着转速变化，切割磁感线的速度随之变化，则线圈绕组的输出电压随之改变，所以无法保证稳定的供电电压。另外现有技术中申请号为CN 100344974的一种具有自供电功能的传感器轴承，在该申请中采用永磁铁产生磁场，磁场产生的磁通量贯穿线圈绕组与靶轮气隙。靶轮旋转时，气隙大小的改变使磁场的磁阻发生变化，导致线圈绕组内的磁通量改变，从而产生感应电流。该装置的缺陷是其靶轮上的齿型确定后，气隙的大小也随之确定，则输出电压的高低仅与转速相关，同样在转速变化时无法保证稳定的供电电压。
现有技术中高速旋转状态下的传感器信号采集非常困难，主要困难包括：(1)高转速下，由于摩擦以及发热等原因，无法通过电刷、集电环装置向采集装置供电，也无法通过滑环将传感器信号导出；(2)转速过高，离心力会非常大，采集装置很容易遭到破坏。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于自供电的高速旋转机械信号采集装置，具体方案为：包括：
采集压缩机叶轮的转速信息的转速计；
采集压缩机叶轮的应变信息、振动信息和流体压力信息的传感器；
接收所述传感器传送的信号信息对信号进行滤波放大处理、将模拟信号转化为数字信号的处理单元；
该装置还包括安装在压缩机的旋转轴上，当压缩机工作时切割磁场产生电流提供电源的交流发电装置，所述交流发电装置与所述电路板安装筒相连接，所述交流发电装置为该信号采集装置的工作过程提供电源；所述交流发电装置至少包括通电状态下产生磁场的定子线圈绕组、切割磁场产生电流的转子线圈绕组，所述定子线圈绕组缠绕设置在定子线圈绕组轴上；
所述交流发电装置的定子线圈绕组依次连接有提供电流的直流电源和调控电路；所述调控电路接收所述转速计传送的压缩机叶轮的转速信息，当转速发生变化时将变化信息传送至调控电路，所述调控电路通过直流电源调整其发电过程中定子线圈绕组的电流强度，使磁场强度随之变化，使发电具有稳定的电压。
所述处理单元包括信号滤波放大电路、单片机AD转换电路和整流滤波稳压电路，所述信号滤波放大电路与单片机AD转换电路相连接，所述单片机AD转换电路与整流滤波稳压电路相连接。
所述定子线圈绕组、转子线圈绕组和定子线圈绕组轴设置在所述交流发电装置内。
所述处理单元设置在电路板安装筒内，所述电路板安装筒内填充有导热硅脂。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种基于自供电的高速旋转机械信号采集装置，由于交流发电装置发出交流电，则需要通过整流滤波稳压电路转化为直流电，供给后面的单片机AD转换电路，当压缩机的转速发生变化时调控电路可根据压缩机的转速实时调节交流发电装置中定子线圈绕组的电流强度，从而稳定该装置提供的供电电压，保证该电压在后续电路的要求范围内。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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为本发明装置的电路原理图；
图2为本发明装置的安装位置示意图；
图3为本发明装置的外形结构图；
图4为本发明中信号滤波放大电路、单片机AD转换电路等电路板的结构示意图；
图5为本发明中电路板布置在电路板安装筒中的示意图；
图6为本发明中导线管示意图。
1.压缩机叶轮；2.空心轴；9.转速计；4.调控电路；5.直流电源；6.信号采集装置；7.传感器；61.电路板安装筒；62.交流发电装置；63.导线管；64.螺栓；65.发电装置屏蔽层；66.转子线圈绕组；67.定子线圈绕组轴；68.定子线圈绕组；69.转子线圈绕组；611.电路板；631.引线孔；8.处理单元；81.信号滤波放大电路；82.单片机AD转换电路；83.整流滤波稳压电路。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：
如图1所示的一种基于自供电的高速旋转机械信号采集装置，包括安装在压缩机上采集压缩机叶轮的应变信息、振动信息和流体压力信息的传感器7、处理单元8和转速计9。所述处理单元8接收传感器7传送的信号信息对信号进行滤波放大处理、将模拟信号转化为数字信号。所述转速计9采集压缩机叶轮的转速信息。
如图2-图3所示，该装置即图1中的信号采集装置6还包括安装在压缩机的旋转轴上当压缩机工作时切割磁场产生电流提供电源的交流发电装置62和电路板安装筒61，交流发电装置62为该信号采集装置的工作过程提供电源。处理单元8与所述交流发电装置62相连接。因为压缩机的工作过程中转速太高，从外部供电比较困难，所以我们在测试装置的基础上自带了一个交流发电装置62，交流发电装置62的作用是给处理单元8供电。所述交流发电装置62接收所述转速计9传送的压缩机叶轮的转速信息，当转速发生变化时所述交流发电装置62调整其发电过程控制定子线圈绕组68的电流强度，以改变其磁场强度从而使交流发电装置62发电具有稳定的电压。
进一步的,定子线圈绕组68、转子线圈绕组69和定子线圈绕组轴67都设置在所述交流发电装置62内。
进一步的，交流发电装置62的定子线圈绕组68与为其提供电流的直流电源5相连接，直流电源5与调控电路4相连接，所述调控电路4接收转速计9传送的信号信息控制直流电源5提供的电流强度。
进一步的，交流发电装置62至少包括通电状态下产生磁场的定子线圈绕组68、切割磁场产生电流的转子线圈绕组69，定子线圈绕组68缠绕设置在定子线圈绕组轴67上。
进一步的，该基于自供电的高速旋转机械信号采集装置的工作原理为：因为压缩机转速不是固定的，若磁场强度不变，转速越高，电压越高。工作状态下：转速计9测出压缩机转速，把转速信号给调控电路4，调控电路4里面具有单片机，根据转速信号单片机控制直流电源5供给定子线圈绕组68的电流强度，磁场强度随之改变。因此对定子线圈绕组68通电产生磁场，转子线圈绕组69固定在交流发电装置62上随装置一块旋转，切割磁场产生交流电。然后通过处理单元8的整流滤波稳压电路将交流电变为直流电供给处理单元8。为了使电压稳定在一定的范围，所以我们调节定子线圈绕组68的电流强度，磁场强度就会改变，那么电压也就调整到正常的范围。
进一步的，处理单元8包括信号滤波放大电路81、单片机AD转换电路82和整流滤波稳压电路83，信号滤波放大电路81与单片机AD转换电路82相连接，单片机AD转换电路82与整流滤波稳压电路83相连接。
进一步的，所述处理单元8设置在电路板安装筒61内，所述电路板安装筒61内填充有导热硅脂。导热硅脂可以减小高转速下离心力对电路板的作用，有利于各电路板的散热。
进一步的，所述电路板安装筒61与交流发电装置62固定连接在空心轴2中，所述空心轴2与压缩机的转轴同步转动。
进一步的，传感器7固定于压缩机的叶片上，引线粘贴在叶片表面，引线经电路板安装筒61开孔连接信号滤波放大电路81。信号滤波放大电路81对获得的传感器7信号进行滤波放大处理，随后经单片机AD转换电路82转换为数字信号，储存到内置于单片机AD转换电路82的存储卡中。
进一步的，转子线圈绕组69布置在转子线圈安装筒66内壁，定子线圈绕组68缠绕在定子线圈绕组轴67上。定子线圈绕组68通电产生磁场。转子线圈绕组69随交流发电装置62与旋转轴同步旋转，转子线圈绕组69旋转切割磁场产生电流，通过导线传入电路板安装筒61中的整流滤波稳压电路。当压缩机转速变化时，调控电路4根据转速计9采集的信号信息，调节可调直流电源5输出的电流强度，交流发电装置62的定子线圈绕组68产生的磁场强度随之改变，可抵消由于转子线圈绕组69转速变化引起的电压波动，使其始终保持在正常的范围内。
整流滤波稳压电路83包括整流桥、滤波器、稳压芯片。整流滤波稳压电路83对交流发电装置62输出的电流进行整流、滤波、稳压处理。该电路包括：整流桥——将低电压交流电转换为直流电流；滤波器——对直流电流进行滤波处理；稳压芯片——经滤波器滤波后的电流仍有一定的波动，经稳压芯片后电流电压稳定在供后续模块使用的范围内。
如图4-图6所示：各电路板均固定在电路板安装筒61的插槽中，电路板中心圆孔穿以导线管63，导线管63开有引线孔631，引线孔631供各电路板引线穿过，导线管63为各导线的通道。信号滤波放大电路81通过引线连接叶片上的传感器3。
本发明公开的一种基于自供电的高速旋转机械信号采集装置，根据采集压缩机的转速信息调节和控制交流发电装置的输出电压处于稳定的范围内，该输出电压的输出范围为处理单元使用电压范围值。另外本发明的多个电路结构如整流滤波稳压电路83、单片机AD转换电路82等都安装在电路板安装筒61内，其内部填充导热硅脂，在高转速下，可保护电路板结构不被破坏，且增强了电路板的散热。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于自供电的高速旋转机械信号采集装置，其特征在于包括：
采集压缩机叶轮的转速信息的转速计(9)；
采集压缩机叶轮的应变信息、振动信息和流体压力信息的传感器(7)；
接收所述传感器(7)传送的信号信息对信号进行滤波放大处理、将模拟信号转化为数字信号的处理单元(8)；
该装置还包括安装在压缩机的旋转轴上，当压缩机工作时切割磁场产生电流提供电源的交流发电装置(62)，所述交流发电装置(62)与所述电路板安装筒(61)相连接，所述交流发电装置(62)为该信号采集装置的工作过程提供电源；所述交流发电装置(62)至少包括通电状态下产生磁场的定子线圈绕组(68)、切割磁场产生电流的转子线圈绕组(69)，所述定子线圈绕组(68)缠绕设置在定子线圈绕组轴(67)上；
所述交流发电装置(62)的定子线圈绕组(68)依次连接有提供电流的直流电源(5)和调控电路(4)；所述调控电路(4)接收所述转速计(9)传送的压缩机叶轮的转速信息，当转速发生变化时将变化信息传送至调控电路(4)，所述调控电路通过直流电源(5)调整其发电过程中定子线圈绕组(68)的电流强度，使磁场强度随之变化，使发电具有稳定的电压。
2.根据权利要求1所述的一种基于自供电的高速旋转机械信号采集装置，其特征还在于：所述处理单元(8)包括信号滤波放大电路(81)、单片机AD转换电路(82)和整流滤波稳压电路(83)，所述信号滤波放大电路(81)与单片机AD转换电路(82)相连接，所述单片机AD转换电路(82)与整流滤波稳压电路(83)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于自供电的高速旋转机械信号采集装置，其特征还在于：所述定子线圈绕组(68)、转子线圈绕组(69)和定子线圈绕组轴(67)设置在所述交流发电装置(62)内。
4.根据权利要求1所述的一种基于自供电的高速旋转机械信号采集装置，其特征还在于：所述处理单元(8)设置在电路板安装筒(61)内，所述电路板安装筒(61)内填充有导热硅脂。
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