CN110514865A - 一种多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，包括：信号切换单元，负责在主控单元的控制下完成N路被测信号选通其中M路信号的切换工作；方波变换单元，负责将信号切换单元切换后的M路输出信号从正弦波到同频率方波的转换，以满足主控单元对脉冲信号的读取要求；模数转换单元，负责将将信号切换单元切换后的M路输出信号进行模数转换；主控单元，负责接收方波变换单元的信号计算得出转速数据，以及接收模数转换单元的数据计算得出振幅数据。该测试仪测量精度较高，可实现对20台旋转机械设备转速和振幅精准测量。
Description
技术领域
本发明属于检测装置技术领域，具体涉及一种多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪。
背景技术
国内目前针对旋转机械设备转速及振幅测量装置，有以下缺点：
1.以DSP为测量核心的装置多数为单路监测，通过液晶屏本地显示测量数据，测量的数据无法存储。
2.以DSP为测量核心的装置少数为多路监测,但是其供电线和通讯线需要提前敷设，并且监测的数据需要在中控室显示，无法在测量现场显示、查询、存储参数，便携式特点不明显。
以LabView为架构的多路振幅测量装置，由于采集卡价格昂贵及所需设施较大，一般都不具备便携式测量的功能，不能满足运行现场测量要求，同时受采集卡信号采集通道数的限制，一般多为4路、8路并行测量，无法满足运行现场20路同步测量要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪。可同时测量20台旋转机械设备转速及振幅、可通过显示设备本地显示测量数据、也可进行测量数据存储查询、具有便携式测量功能等诸多优点的测量装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，包括：
信号切换单元，负责在主控单元的控制下完成N路被测信号选通其中M路信号的切换工作；N为M的整数倍；
方波变换单元，负责将信号切换单元切换后的M路输出信号从正弦波到同频率方波的转换，以满足主控单元对脉冲信号的读取要求；
模数转换单元，负责将将信号切换单元切换后的M路输出信号进行模数转换；
主控单元，负责接收方波变换单元的信号计算得出转速数据，以及接收模数转换单元的数据计算得出振幅数据。
在上述技术方案中，主控单元还通过通讯单元与上位机连接，主控单元将计算得到的转速数据和振幅数据通过通讯单元发送给上位机，由上位机进行显示。
在上述技术方案中，通讯单元包括以太网PHY芯片和RJ45接口。
在上述技术方案中，信号切换单元包括M片通道切换芯片和信号输入端口，M片通道切换芯片使用相同的地址线与主控单元连接，从N路信号中每次选择其中的M路进行选通处理，处理完毕后主控单元改变地址线的信号，切换至下一批次M路通道。
在上述技术方案中，通道切换芯片采用ADG408。
在上述技术方案中，方波变换单元包括M路相同的方波变换电路，分别对应处理信号切换单元的M路输出信号。
在上述技术方案中，模数转换单元包括M路相同的模数转换电路，分别对应处理信号切换单元的M路输出信号。
在上述技术方案中，所述多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪包括手提式壳体，壳体内包含上下两层，使用隔板将上下层分开，下层安装线路板和电池，上层在隔板上安装控制线路板的开关、平板计算机、电池电量监测表、信号输入端口、电池充电孔；被测信号通过信号输入端口进入线路板中，线路板中的RJ45接口通过网线与平板计算机中的网口相连，用于命令与数据的通信；电池具备两路线路，一路线路通过开关控制线路板供电的通断，另一路线路为电量输入，与电池充电孔相连；电量表通过导线并联在电池两端，用于显示电池电量。
在上述技术方案中，主控单元采用DSP芯片。
在上述技术方案中，主控单元型号为SH7216。
在上述技术方案中，模数转换电路包括差分芯片AD8131、数模转换芯片AD7767和电阻R11、R12，其连接关系为：电阻R12和AD8131的8引脚相连，AD8131的1引脚通过R11接地，AD8131的3、6引脚分别接+5V、-5V，AD8131的4、5引脚分别和AD7767的4、5引脚相连，AD7767的6、11、15、16引脚接地，8、9引脚接3.3V，1引脚接2.5V，2引脚接4V，7、12、13、14引脚分别和主控单元SH7216的172、77、162、165相连。
在上述技术方案中，模数转换单元转换后的数字信号，以SPI串行通讯方式传输至主控单元的指定寄存器等待计算。
本发明的优点和有益效果为：
1、该测试仪测量精度较高，可实现对20台旋转机械设备转速和振幅精准测量；
2、该测试仪功能齐全，功能涵盖参数显示、数据存储与查询、上下限设置、趋势图显示、最大值最小值平均值实时统计显示等功能；
3、该测试仪体积小，仅有一手提箱大小，其便携性应用便捷，手提该测试仪可对任意位置的旋转设备进行测量，尤其适用工厂的复杂工业环境中。
附图说明
图1.1-1.3为测试仪整体结构图；
图2为测试仪器件接连示意图；
图3为测试仪的线路板电路示意图；
图4为信号切换单元电路示意图；
图5为方波变换单元电路示意图；
图6为模数转换单元电路示意图；
图7为模数转换芯片菊花链结构电路示意图；
图8为通讯单元电路示意图；
图9为供电单元电路示意图。
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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
一种多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，参见附图1.1-1.3，包括手提式便携壳体1，壳体1内包含上下两层，使用隔板4将上下层分开，下层安装线路板2和电池3，上层在隔板4上安装控制线路板的开关5、平板计算机6、电池电量监测表7、信号输入端口8、电池充电孔9。
如图2所示，外部信号通过信号输入端口8进入线路板2中，线路板2中的RJ45接口通过网线与平板计算机6中的网口相连，用于命令与数据的通信；电池3具备两路线路，一路线路通过开关5控制线路板供电的通断，另一路线路为电量输入，与电池充电孔9相连；电量表7通过导线并联在电池3两端，用于显示电池3电量。
如图3所示，线路板2包括六个单元：信号切换单元10、方波变换单元11(共有相同的四路)、模数转换单元12(共有相同的四路)、主控单元13、通讯单元14、供电单元15。20路被测信号进入线路板后，首先在主控单元13的控制下通过信号切换单元10进行分路，切换后的四路信号分别进入方波变换单元11和模数转换单元12，主控单元13接收方波变换单元11的信号计算得出转速数据，主控单元13接收模数转换单元12数据计算得出振幅数据，得出的数据再通过通讯单元14以UDP协议的形式发送给平板计算机6，平板计算机6能够进行趋势图显示、最大值最小值平均值实时统计显示等功能；所述供电单元15负责整个线路板2的供电。
如图4所示，所述信号切换单元10负责在主控单元13的控制下完成20路被测信号选通其中四路信号的切换工作。信号切换单元10包括四片通道切换芯片16(型号ADG408)和信号输入端口8，四片通道切换芯片使用相同的地址线，从20路信号中每次选择其中的4路进行选通处理，处理完毕后主控单元13改变地址线的信号，切换至下一批次4个通道。信号切换单元的电路连接关系为：主控单元13(型号为DSP芯片SH7216)的1、2、3引脚分别与四片通道切换芯片的1、16、15引脚相连，信号输入端口8的1～20引脚与四片通道切换芯片16的4、5、6、7、17引脚依次分别相连，四片通道切换芯片16的8引脚分别作为四路切换完成后的输出信号AOUT。通道切换芯片ADG408芯片对应的信号通道如表1所示。
表1通道切换芯片与信号通道对应表
所述方波变换单元11主要负责完成通道切换后的四路AOUT信号从正弦波到同频率方波的转换，以满足主控单元对脉冲信号的读取要求。方波变换单元共设立了四路相同的方波变换电路，分别对应处理信号切换单元10的四路AOUT信号。参见附图5，以其中1路方波变换电路为例，方波变换电路包括运放芯片17(型号AD822)、比较器芯片18(型号LM393)、电阻R1～R8、电容C1～C3，电路连接关系为：AOUT信号(即通道切换芯片16的8引脚)通过由R1与C1组成的滤波器后与AD822的5引脚连接，AD822的4引脚接地，AD822的6引脚通过电阻R2接地，AD822的8引脚接3.3V电压源，电容C2一端接该电压源，一端接地，AD822的7引脚与3引脚直接相连，AD822的2引脚通过电阻R3接地，AD822的2引脚还通过电阻R4接AD822的1引脚，AD822的1引脚通过电阻R5连接比较器芯片LM393的3引脚，3.3V与串联的电阻R7、R8相连，并与地连接，形成电阻分压，R8的另一端与LM393的2引脚相连，LM393的4引脚接地，LM393的8引脚接3.3V电压源，电容C3一端接该电压源，一端接地，同时，LM393的8引脚通过R6与LM393的1引脚相连，LM393的1引脚输出同频率方波信号SpeedOut，进入主控单元13进行转速的检测。
所述模数转换单元12主要负责将切换后的四路AOUT信号进行模数转换，模数转换单元12共设立了四路相同的模数转换电路，分别对应处理信号切换单元10的四路AOUT信号。如图6所示，以其中1路模数转换电路为例，模数转换电路包括差分芯片19(型号AD8131)、数模转换芯片20(型号AD7767)和电阻R11、R12，其连接关系为：AOUT信号(即通道切换芯片16的8引脚)通过电阻R12和AD8131的8引脚相连，AD8131的1引脚通过R11接地，AD8131的3、6引脚分别接+5V、-5V，AD8131的4、5引脚分别和AD7767的4、5引脚相连，AD7767的6、11、15、16引脚接地，8、9引脚接3.3V，1引脚接2.5V，2引脚接4V，7、12、13、14引脚分别和主控单元(型号为DSP芯片SH7216)的172、77、162、165相连。进一步的，如图7所示，模数转换单元12转换后的数字信号，以SPI串行通讯方式传输至主控单元的指定寄存器等待计算。四个数模转换芯片AD7767首尾相连构成菊花链结构，进行数据传输。其中，第一片AD7767芯片20(1)的15引脚接地，第一片AD7767芯片的10引脚接第二片AD7767芯片20(2)的15引脚，第二片AD7767芯片20(2)的10引脚接第三片AD7767芯片20(3)的15引脚，第三片AD7767芯片20(3)的10引脚接第四片AD7767芯片20(4)的15引脚，第四片AD7767芯片20(4)的10引脚接主控单元13的DSP芯片SH7216的160引脚，完成数据传输。
如图8所示，所述通讯单元14主要负责将主控单元运算所得的转速和振幅数据通过以太网接口传输出去，通讯协议为UDP协议。通讯单元包括以太网PHY芯片21(型号为RTL8201)和RJ45接口，其连接关系为：主控单元13的DSP芯片SH7216的79、80、81、84、87、88、89、90、91、92、93、94、97、98、99、100、101、102引脚分别与RTL8201的26、9、25、1、23、16、21、20、19、18、24、22、7、2、6、5、4、3引脚相连，RTL8201的8、32、28、37、38、39、40、41、42、43、44引脚接地，RTL8201的30、31、33、34引脚与RJ45接口的4、3、2、1引脚相连。
如图9所示，所述供电单元15主要负责为整个系统的各单元供电，包括±12V、±5V、+5V、4V、3.3V、2.5V，供电单元15包括电源芯片22-28，型号分别为：电源芯片WRA2412YMD-3W、电源芯片WRA2405YMD-3W、电源芯片LM7805、电源芯片LM7905、电源芯片REF3140、电源芯片REG1117-2.5V、电源芯片REG1117-3.3V；其连接关系为WRA2412YMD-3W和WRA2405YMD-3W的1、2引脚分别接地和24V外部供电，WRA2412YMD-3W的3引脚与LM7805的1引脚相连，3引脚与LM7905的1引脚相连，4引脚与LM7805的2引脚、LM7905的2引脚、REF3140的2引脚、REG1117-2.5V的2引脚相连。LM7805的3引脚与REF3140的1引脚、REG1117-2.5V的1引脚相连。WRA2405YMD-3W的3、5引脚分别与REG1117-3.3V的1、2引脚相连。WRA2412YMD-3W的3、5引脚提供±12V电源，LM7805的3引脚和LM7905的3引脚提供±5V电源，REG1117-2.5V的3引脚提供2.5V电源，WRA2405YMD-3W的3引脚提供+5V供电，REF3140的3引脚提供4V供电，REG1117-3.3V的3引脚提供3.3V供电。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，其特征在于，包括：
信号切换单元，负责在主控单元的控制下完成N路被测信号选通其中M路信号的切换工作，N为M的整数倍；
方波变换单元，负责将信号切换单元切换后的M路输出信号从正弦波到同频率方波的转换，以满足主控单元对脉冲信号的读取要求；
模数转换单元，负责将将信号切换单元切换后的M路输出信号进行模数转换；
主控单元，负责接收方波变换单元的信号计算得出转速数据，以及接收模数转换单元的数据计算得出振幅数据。
2.根据权利要求1所述的多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，其特征在于：主控单元还通过通讯单元与上位机连接，主控单元将计算得到的转速数据和振幅数据通过通讯单元发送给上位机，由上位机进行显示。
3.根据权利要求2所述的多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，其特征在于：通讯单元包括以太网PHY芯片和RJ45接口。
4.根据权利要求1所述的多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，其特征在于：信号切换单元包括M片通道切换芯片和信号输入端口，M片通道切换芯片使用相同的地址线与主控单元连接，从N路信号中每次选择其中的M路进行选通处理，处理完毕后主控单元改变地址线的信号，切换至下一批次M路通道。
5.根据权利要求4所述的多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，其特征在于：通道切换芯片采用ADG408。
6.根据权利要求1所述的多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，其特征在于：方波变换单元包括M路相同的方波变换电路，分别对应处理信号切换单元的M路输出信号。
7.根据权利要求1所述的多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，其特征在于：模数转换单元包括M路相同的模数转换电路，分别对应处理信号切换单元的M路输出信号。
8.根据权利要求1所述的多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，其特征在于：所述多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪包括手提式壳体，壳体内包含上下两层，使用隔板将上下层分开，下层安装线路板和电池，上层在隔板上安装控制线路板的开关、平板计算机、电池电量监测表、信号输入端口、电池充电孔；被测信号通过信号输入端口进入线路板中，线路板中的RJ45接口通过网线与平板计算机中的网口相连，用于命令与数据的通信；电池具备两路线路，一路线路通过开关控制线路板供电的通断，另一路线路为电量输入，与电池充电孔相连；电量表通过导线并联在电池两端，用于显示电池电量。
9.根据权利要求1所述的多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，其特征在于：主控单元采用DSP芯片。
10.根据权利要求9所述的多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，其特征在于：主控单元型号为SH7216。
11.根据权利要求7所述的多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，其特征在于：模数转换电路包括差分芯片AD8131、数模转换芯片AD7767和电阻R11、R12，其连接关系为：电阻R12和AD8131的8引脚相连，AD8131的1引脚通过R11接地，AD8131的3、6引脚分别接+5V、-5V，AD8131的4、5引脚分别和AD7767的4、5引脚相连，AD7767的6、11、15、16引脚接地，8、9引脚接3.3V，1引脚接2.5V，2引脚接4V，7、12、13、14引脚分别和主控单元SH7216的172、77、162、165相连。
12.根据权利要求1所述的多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，其特征在于：模数转换单元转换后的数字信号，以SPI串行通讯方式传输至主控单元的指定寄存器等待计算。
13.根据权利要求1所述的多路同步测量旋转机械设备转速及振幅的便携式测试仪，其特征在于：N为20，M为4。
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