CN112903086A - 全国产化分布式振动测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及全国产化分布式振动测量系统，用于船舶动力设备的机械振动监测。系统主要包括传感器、单点全国产化分布式振动测量装置(电荷型/电压型)、振动诊断面板等，单点全国产化分布式振动测量装置基于ARM处理芯片研制，主要包括积分电路、放大电路、A/D转换电路、控制系统、D/A转换电路、直流电流输出端口、交流电压输出端口等部分电路。本发明能实时、精确反应船舶动力设备关心频段内的振动值，精度为全量程2％；能够根据实船运行情况以及所监测动力设备的振动特性方便、快捷调整滤波频段；能够适配不同类型、不同灵敏度振动传感器，灵敏度标定方便快捷。
Description
技术领域
本发明涉及一种全国产化分布式振动测量系统，属于振动监测技术领域。
背景技术
随着现代化工业的发展，船舶动力设备越来越大型、高速和复杂，由此产生的振动与噪声问题也越来越突出。机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。
为了提高船舶动力设备的使用寿命和可靠性，振动测量已经成为船舶工程测试中一项重要课题。船舶动力设备的振动监测通常测点较多、较分散，振动监测所用的传感器为微弱的电信号，监测点过多，信号采集电缆过长通常会带来测量不便和容易引入低频噪声干扰的问题，信号测量的准确性得不到保证。
除此之外，国际形势变幻莫测，全国产化要求逐步提高，振动监测采集设备内部的电路大多采用进口电子元器件，后期供货、维护、保障始终存在一定的缺陷。
全国产化分布式振动测量系统可以用于船舶动力设备的机械故障诊断和状态监测，就地采集，具备交流电压输出端口和直流电流输出端口，可以实现100％全国产化，自主可控，为振动测量提供了可靠、准确的手段。
国内外的振动测试分析仪器或系统总体归纳起来主要分为以下两种类别。一种是把机械设备振动信号用专用的数据采集卡传入像工控机等微机设备中，在微机中编写驱动程序和分析软件，这种测试分析系统的优点是能实现大批量数据的采集并进行快速的数据分析，不足之处是系统结构复杂、体积大、携带不方便，测点布线复杂，电缆及电缆铺设工艺要求高。另一种是以单片机为核心技术的手持振动测试分析仪，这种分析仪虽然小巧、携带方便，但是它只具备交流电压输出端口，仅适合临时数据分析使用，不具备直流电流输出端口，无法直接接入数据采集系统或控制器，实现长时间的振动监测。同时，国内外的振动测试分析仪器或系统内部使用的电子元器件大多为进口器件，自主可控能力低。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种全国产化分布式振动测量系统，以实现全国产化，分布式，精确测量振动信号，具备交、直流输出端口的优点。
为实现上述目的，本发明专利采用的技术方案是：提供一种全国产化分布式振动测量系统，主要包括传感器、单点全国产化分布式振动测量装置(电荷型/电压型)、振动诊断面板，单点全国产化分布式振动测量装置主要包括积分电路、放大电路、A/D转换电路、控制系统、D/A转换电路、直流电流输出端口、交流电压输出端口、振动诊断面板等部分电路。
所述系统的单点振动监测装置体积小巧，配有减震装置，可以用螺栓就地安装在测点传感器旁，尽可能的缩短振动信号采集电缆的长度。
进一步的，所述系统的振动监测装置将采集到的振动信号转换为4-20mA 直流电流信号输出,直接接入数据采集系统或控制器，实现实时监测的目的。
进一步的，所述系统的振动监测装置将采集到的振动信号转换为0-5V 交流电压信号输出,并接入振动诊断面板，实现实时分析振动谱的目的。
进一步的，所述振动监测装置系统全国产化程度高，可以实现100％国产化，即国产电子元器件种类占比100％，数量占比100％，金额占比100％，完全实现自主可控。
进一步的，所述振动监测装置系统的采集精度高，可以实现全量程2％。
进一步的，所述振动监测装置系统内振动监测装置基于ARM处理芯片研制。
进一步的，所述振动监测装置系统内振动监测装置滤波电路采用硬件抗混叠滤波和软件IIR带通数字滤波相结合的滤波方式，可以根据具体情况结合所监测动力设备的振动特性来合理调整滤波频段的范围。
进一步的，所述振动监测装置系统内振动监测装置分为适配电荷型振动传感器和适配电压型振动传感器两种类型，可根据实船具体情况选择测点类型、增减测点数量。
进一步的，所述振动监测装置系统内振动监测装置可适配不同灵敏度的电荷型或电压型振动传感器，使用前根据传感器的灵敏度进行标定即可。
本发明的全国产化分布式振动测量系统，能在传感器旁就地安装，完成信号的采集转换，体积小巧，就地安装方便，配有减震设备；能实时、精确的反应船舶动力设备的振动情况；能够根据实船具体情况选择电压型或电荷型振动监测装置类型和数量；能够根据所监测动力设备的振动特性快速调整滤波频段的范围，滤波曲线陡峭；具有0-5V交流电流输出端口可以直接接入振动分析设备；具有4-20mA直流电压输出端口可以直接接入数据采集系统或控制器。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式进行进一步说明：
图1是本发明的全国产化分布式振动测量系统整体结构示意图；
图2是本发明的单点全国产化分布式振动测量装置整体结构示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，全国产化分布式振动测量系统，主要包括：传感器、单点全国产化分布式振动测量装置(电荷型/电压型)、振动诊断面板。
如图2所示，单点全国产化分布式振动测量装置，其内部电路使用的电子元器件为100％国产芯片，主要包括：传感器、转换电路、放大电路、积分电路、抗混叠滤波电路、A/D转换电路、隔离电路、电源电路、隔离电路防击穿保护电路、ARM控制系统电路、D/A转换电路、复位电路、串口通讯、JTAG电路。
所述单点全国产化分布式振动测量装置内部电路按图2从左到右依次连接，全国产化分布式振动测量系统按图1按需布置。
振动传感器是把被测的机械量转变为电量的一种传感器，最常用的振动传感器分为电压型压电式加速度传感器和电荷型压电式加速度传感器两种。振动传感器是以压电效应为转换原理制成的，当传感器受振时，压电材料所受的力也随之变化，同时在其表面产生电信号，从而实现非电量测量。压电加速度传感器产生的是微弱的电信号，根据动力设备的振动特性、使用环境、成本等选择适合的传感器类型，提取关注频段内的振动信号，并转换成标准信号的电压信号或者电流信号来进行处理和测量。
根据船舶振动测量的具体测点布置情况，在测点处就近安装单点全国产化分布式振动测量装置，输出的标准直流电流信号直接接入数采系统或者控制柜中，输出的交流诊断信号可直接在测点处接信号分析仪，或集成接入诊断信号面板，后续振动异常时再接振动分析仪。
全国产化分布式振动测量系统可适配不同灵敏度振动传感器，内部设有调节旋钮，更换不同灵敏度振动传感器仅需进行标定即可，调整方便快捷，满足实际现场测量需求。
全国产化分布式振动测量系统可根据所监测动力设备振动特性调整滤波频段，并精确提取关注频段内部的振动信号，能同时保证幅频特性和相频特性，频段调整方便快捷，满足实船现场监测要求。
全国产化分布式振动测量系统内部所有的元器件、附件等均实现100％全国产化，超80％器件选用军用级、七专级等高性能电子元器件，可靠性高，环境适应性好，完全符合自主可控的需求。
至少可以达到以下有益效果：
所述全国产化分布式振动测量系统是100％全国产化自主研制，能够完全实现自主可控；单点全国产化分布式振动测量装置体积小巧，在测点处就近安装，具有减震装置，安装方便，环境适应性强；能够根据具体情况设计全国产化分布式振动测量系统内测点的类型、数量；能够适配不同类型、不同灵敏度振动传感器，灵敏度标定方便快捷；同时具有两种标准电信号输出，既有0-5V交流电压信号输出，可以外接振动分析设备，又有4-20mA直流电流信号输出，可以直接接入数采设备或控制系统，方便实时监控动力设备振动数据；内部器件超80％使用军用级、七专级等高性能电子元器件，可靠性高，环境适应性好；能实时、精确反应船舶动力设备关心频段内的振动值，精度为全量程2％；能够根据实船运行情况以及所监测动力设备的振动特性方便、快捷调整滤波频段。
本发明涉及全国产化分布式振动测量系统，用于船舶动力设备的机械振动监测。系统主要包括传感器、单点全国产化分布式振动测量装置(电荷型 /电压型)、振动诊断面板等，单点全国产化分布式振动测量装置基于ARM处理芯片研制，主要包括积分电路、放大电路、A/D转换电路、控制系统、D/A 转换电路、直流电流输出端口、交流电压输出端口等部分电路。能够根据具体情况设计全国产化分布式振动测量系统内测点的类型、数量；单点全国产化分布式振动测量装置体积小巧，具有减震装置，安装方便，环境适应性强；全国产化分布式振动测量系统是100％全国产化自主研制，能够完全实现自主可控；内部器件超80％使用军用级、七专级等高性能电子元器件，可靠性高，环境适应性好；能实时、精确反应船舶动力设备关心频段内的振动值，精度为全量程2％；能够根据实船运行情况以及所监测动力设备的振动特性方便、快捷调整滤波频段；能够适配不同类型、不同灵敏度振动传感器，灵敏度标定方便快捷；同时具有两种标准电信号输出，既有0-5V交流电压信号输出，可以直接外接振动分析仪，或接入诊断面板集成后再接振动分析仪，又有 4-20mA直流电流信号输出，可以直接接入数采设备或控制系统，方便实时监控动力设备振动数据。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.全国产化分布式振动测量系统，用于船舶动力设备的机械振动监测，其特征在于，主要包括传感器、单点全国产化分布式振动测量装置(电荷型/电压型)、振动诊断面板；
所述单点全国产化分布式振动测量装置，包括依次相连的传感器、转换电路、放大电路、积分电路、抗混叠滤波电路、A/D转换电路、隔离电路Ⅰ、ARM控制系统电路、隔离电路Ⅱ和D/A转换电路，电源电路、隔离电路防击穿保护电路、复位电路、串口通讯、JTAG电路分别连接ARM控制系统电路。
2.根据权利要求1所述的全国产化分布式振动测量系统，其特征在于，D/A转换电路输出4-20mA直流电流信号，抗混叠滤波电路输出0-5V交流电压信号。
3.根据权利要求1所述的全国产化分布式振动测量系统，其特征在于，可适配不同类型振动传感器。
4.根据权利要求1所述的全国产化分布式振动测量系统，其特征在于，可适配不同灵敏度振动传感器。
5.根据权利要求1所述的全国产化分布式振动测量系统，其特征在于，基于ARM处理芯片研制，实现全国产化芯片种类占比100％，数量占比100％，金额占比100％，完全实现自主可控。
6.根据权利要求1所述的全国产化分布式振动测量系统，其特征在于，实时、精确的反应船舶动力设备的振动情况。
7.根据权利要求1所述的全国产化分布式振动测量系统，其特征在于，具有0-5V交流电流输出端口可以直接接入振动分析设备；具有4-20mA直流电压输出端口可以直接接入数据采集系统或控制器。
8.根据权利要求1所述的全国产化分布式振动测量系统，其特征在于，所述振动监测装置系统的采集精度高，可以实现全量程2％。
9.根据权利要求1所述的全国产化分布式振动测量系统，其特征在于，所述振动监测装置系统可以根据具体情况结合所监测动力设备的振动特性来合理调整滤波频段的范围。
10.根据权利要求1所述的全国产化分布式振动测量系统，其特征在于，所述振动监测装置系统内的单点全国产化分布式振动测量装置体积小巧，就地安装方便，配有减震设备。
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