CN116124488A - 一种旋转机械设备的状态监测及显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种旋转机械设备的状态监测及显示装置。包括MCU模块以及与MCU模块电连接的电源模块、信号采集处理模块；利用两路信号采集处理电路，分别对两个安装于待测旋转机械设备不同位置的接近开关传感器采集到的脉冲输入信号，进行处理后使得脉冲输入信号满足MCU模块的处理需求，进而利用MCU模块基于两组脉冲波形的相位差，实现待测旋转机械设备的转轴转向判别，能够有效减少传感器的种类和复杂程度，成本低廉且电路结构简单，易于实施。

Description

一种旋转机械设备的状态监测及显示装置

技术领域

本申请涉及旋转机械设备领域，尤其是涉及一种旋转机械设备的状态监测及显示装置。

背景技术

目前，旋转机械设备的应用越来越广泛，所谓旋转设备是指主要功能由旋转运动来完成的机械，尤其是指主要部件作旋转运动的、转速较高的设备。尤其是在船舶上，例如艉轴、输出轴、循环泵、滑油泵等都是大型舰船上常用的旋转机械设备。这些旋转机械设备的正常运行，是船舶安全行驶运输的重要保障。

目前对于旋转机械设备的转轴转向判别，通常需要用到特殊的传感器，比如双向霍尔传感器等，电路复杂且成本较高。因此如何低成本且易于实施的实现对旋转机械设备的转轴转向判别，对于船舶旋转机械设备日常监测维护具有重要意义。

发明内容

为了低成本且易于实施的实现对旋转机械设备的转轴转向判别，本申请提供一种旋转机械设备的状态监测及显示装置。

本申请提供的旋转机械设备的状态监测及显示装置，采用如下的技术方案：

一种旋转机械设备的状态监测及显示装置，包括：MCU(Microcontroller Unit，又称单片微型计算机或者单片机)模块，以及与所述MCU模块电连接的电源模块、信号采集处理模块；所述电源模块用于为所述状态监测及显示装置的相关模块供电；

所述信号采集处理模块包括至少一转向信号采集处理子模块；所述转向信号采集处理子模块包括两路信号采集处理电路；每一路所述信号采集处理电路均包括依次连接的滤波器、迟滞比较器、第一光耦和整形器；脉冲输入信号经所述滤波器滤波后送至所述迟滞比较器进行归一化处理，然后经所述第一光耦隔离与所述整形器整形为幅值与所述MCU模块电平一致的脉冲波形；所述两路信号采集处理电路各自接收处理的所述脉冲输入信号，通过两个接近开关传感器分别安装在同一待测旋转机械设备的不同位置采集得到；

所述MCU模块用于根据经所述转向信号采集处理子模块处理后的两路所述脉冲波形的相位差，确定所述待测旋转机械设备的转轴转向。

通过采用上述技术方案：利用两路信号采集处理电路，分别对两个安装于待测旋转机械设备不同位置的接近开关传感器采集到的脉冲输入信号，进行处理后使得脉冲输入信号满足MCU模块的处理需求，进而利用MCU模块基于两组脉冲波形的相位差，实现待测旋转机械设备的转轴转向判别，能够有效减少传感器的种类和复杂程度，成本低廉且电路结构简单，易于实施。

可选的，所述MCU模块通过中断方式记录下由两路所述脉冲波形四个相邻上升沿的时间值；假设按照时间先后排序依次为T1、T2、T3、T4，其中T1和T3表示第一个所述脉冲波形的第i个上升沿和第i+1个上升沿；T2和T4表示第二个所述脉冲波形的第i个上升沿和第i+1个上升沿；

计算T2-T1与T3-T2两者之间的大小；

若判断T2-T1小于T3-T2，则判定所述待测旋转机械设备的转轴转向为正转；

否则判定所述待测旋转机械设备的转轴转向为反转；所述i为大于0的自然数。

通过采用上述技术方案，利用两路脉冲波形四个相邻上升沿的时间值，基于后一个脉冲波形的第i个上升沿的时间值T2，与前一个脉冲波形的第i个上升沿的时间值T1之间的差值(假设为ΔT1)；以及基于前一个脉冲波形的第i+1个上升沿的时间值T3，与后一个脉冲波形的第i个上升沿的时间值T2之间的差值(假设为ΔT2)；计算ΔT1与ΔT2之间的大小关系，根据该大小关系实现待测旋转机械设备的转轴转向判别，准确可靠且易于实施。

可选的，所述信号采集处理模块还包括至少一转速信号采集处理子模块；

所述转速信号采集处理子模块包括依次电连接的采样电阻、RC滤波电路、电压跟随电路、A/D转换器、第二光耦；

电流输入信号经过所述采样电阻转换为电压信号，再经过RC滤波电路进行滤波处理，然后利用所述电压跟随电路提高信号输入阻抗，再经所述A/D转换器进行模数转换，转换出的数字信号经所述第二光耦隔离后送至所述MCU模块进行采集；所述电流输入信号通过设置在所述待测旋转机械设备上的光电编码器采集处理得到；

所述MCU模块还用于根据采集到的数字信号，计算所述待测旋转机械设备的转轴转速。

通过采用上述技术方案，状态监测及显示装置利用转速信号采集处理子模块，通过对电流输入信号的采集处理，实现了待测旋转机械设备的转速监测；使得状态监测及显示装置同时具有转速转向监测功能，更加符合实际监测需求。

可选的，所述MCU模块还用于根据所述脉冲波形，统计在所述脉冲波形的一个单位时间周期Tx内所述MCU模块标准时钟的脉冲个数Ns，计算所述脉冲个数Ns与所述单位时间周期Tx之间的比值，作为所述待测旋转机械设备的转轴转速。

通过采用上述技术方案，基于转速信号采集处理子模块对电流输入信号进行采集处理得到的数字信号，通过统计该数字信号一个单位时间周期内包含的MCU模块标准时钟的脉冲个数，实现了待测旋转机械设备的转轴转速监测，高效准确。

可选的，所述状态监测及显示装置还包括断线检测模块；所述断线检测模块包括依次电连接的分压电阻、负电平比较器、第三光耦；

首先通过所述分压电阻对所述脉冲输入信号进行分压后送至所述负电平比较器的负端，通过与所述负电平比较器正端接入的设定负电平进行比较；所述负电平比较器的输出电平通过所述第三光耦隔离后送至所述MCU模块进行采集；

所述MCU模块还用于根据所述负电平比较器的输出电平，判断所述脉冲输入信号的断线状态。

通过采用上述技术方案，利用断线检测模块对前述通过接近开关传感器采集得到的脉冲输入信号，通过电阻进行分压，然后通过负电平比较器与设定的比较电平进行比较，比较判断出的输出电平经过光耦隔离后送至MCU模块进行采集；MCU模块可根据输出电平，判断该信号通道是否存在断线故障；有利于及时发现和排查断线故障，提高对于待测旋转机械设备的维护效率。

可选的，所述MCU模块根据所述负电平比较器的输出电平，判断所述脉冲输入信号的断线状态包括：

当所述负电平比较器的输出电平为低电平时，判断所述脉冲输入信号正常连接；

当所述负电平比较器的输出电平为高电平时，判断所述脉冲输入信号存在断线故障。

通过采用上述技术方案，MCU模块根据输出电平的高低，即可实现断线故障的诊断识别，高效便捷。

可选的，所述状态监测及显示装置还包括与所述MCU模块电连接的报警及转向输出模块；所述报警及转向输出模块采用两路常开干触点继电器输出方式，具有转速报警输出和转向指示输出两种功能模式。

通过采用上述技术方案，状态监测及显示装置通过设置两路常开干触点继电器，即实现了对待测旋转机械设备的转速报警和转向指示，电路结构简单，实用性强。

可选的，所述报警及转向输出模块用于在设置为转速报警输出模式时，当所述待测旋转机械设备的转轴转速达到预报警设定转速值时，其中一路常开干触点继电器导通进行转速预报警；当所述待测旋转机械设备的转轴转速达到报警设定转速值时，另一路常开干触点继电器导通进行转速报警；所述预报警设定转速值小于所述报警设定转速值；

在设置为转向指示输出模式时，当所述待测旋转机械设备的转轴正转时，其中一路常开干触点继电器导通指示转轴正转；当所述待测旋转机械设备的转轴反转时，另一路常开干触点继电器导通指示转轴反转。

通过采用上述技术方案，状态监测及显示装置通过模式切换，可以实现转速预报警、转速报警、转轴正转指示、转轴反转指示等功能。

可选的，所述状态监测及显示装置还包括与所述MCU模块电连接的数显模块；

所述数显模块包括若干按键、数码管以及至少两颗信号指示灯；

所述若干按键用于实现参数设置；

所述数码管通过驱动芯片进行驱动，用于显示所述待测旋转机械设备的转轴转速或断线状态；所述信号指示灯由发光二极管构成，用于指示所述数码管当前显示信息对应的待测旋转机械设备。

通过采用上述技术方案，状态监测及显示装置可根据实际需求进行参数设置，以及实现了对待测旋转机械设备的转轴转速或断线状态显示，同时利用多颗发光二极管分别对多路待测旋转机械设备的输入信号进行指示，可更好地满足实际监测需求。

可选的，所述状态监测及显示装置还包括与所述MCU模块电连接的电源模块；

所述电源模块的输入为220V交流电源，经过电源保护与滤波电路后由隔离AC/DC模块变换为24VDC电压，再经过一级非隔离DC/DC模块转换为±5V模拟电源；同时24VDC电压经隔离DC/DC模块转换为+5V数字电源，再经过LDO(low-dropout regulator，低压差线性稳压)模块转换为+3.3V数字电源。

通过采用上述技术方案，采用该电源模块可实现对状态监测及显示装置的相关模块供电。

综上所述，本申请包括以下至少有益技术效果：

1.利用两路信号采集处理电路，分别对两个安装于待测旋转机械设备不同位置的接近开关传感器采集到的脉冲输入信号，进行处理后使得脉冲输入信号满足MCU模块的处理需求，进而利用MCU模块基于两组脉冲波形的相位差，实现待测旋转机械设备的转轴转向判别，能够有效减少传感器的种类和复杂程度，成本低廉且电路结构简单，易于实施。

2.状态监测及显示装置利用转速信号采集处理子模块，通过电流输入信号的采集处理，实现了待测旋转机械设备的转速监测；使得状态监测及显示装置同时具有转速转向监测功能，更加符合实际监测需求。

附图说明

图1是本申请实施例中状态监测及显示装置结构框图；

图2是本申请实施例中电源模块电路结构框图；

图3是本申请实施例中信号采集处理模块和断线检测模块电路结构框图；

图4是本申请实施例中转向判断示意图；

图5是本申请实施例中转速计算示意图；

图6是本申请实施例中转速信号采集处理子模块电路结构框图；

图7是本申请实施例中信号采集处理模块和断线检测模块电路图；

图8是本申请实施例中报警及转向输出模块电路原理框图；

图9是本申请实施例中数显模块电路原理框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例公开一种旋转机械设备的状态监测及显示装置。

参考图1，一种旋转机械设备的状态监测及显示装置，包括：

MCU模块，以及与之电连接的电源模块、信号采集处理模块、断线检测模块、报警及转向输出模块、数显模块。

本申请实施例选用一颗MCU作为主控芯片，该MCU主要用来实现转速转向信号采集、断线检测、通讯控制、DO(Digital Output数字输出)输出控制、显示面板与按键控制等功能。

电源模块用于为状态监测及显示装置的相关模块供电。

参考图2，电源模块的输入为220V交流电源，经过电源保护与滤波电路后，由隔离AC/DC(交流/直流)模块变换为24VDC电压，再经过一级非隔离DC/DC模块转换为±5V模拟电源；同时24VDC电压经隔离DC/DC模块转换为+5V数字电源，再经过LDO模块转换为+3.3V数字电源，给MCU和数显模块等数字部分供电。

参考图3，信号采集处理模块包括至少一转向信号采集处理子模块。其中，转向信号采集处理子模块包括两路信号采集处理电路；每一路信号采集处理电路均包括依次连接的滤波器、迟滞比较器、第一光耦和整形器。脉冲输入信号经滤波器滤波后，送至迟滞比较器进行归一化处理，变成幅值为5V的脉冲，然后经第一光耦隔离与整形器整形为幅值与MCU模块电平一致的脉冲波形。由MCU定时器完成信号采集。

其中，整形器可采用施密特触发反相器，整形后得到幅值为3.3V的脉冲波形，使得脉冲输入信号满足MCU模块的处理需求。

应当理解的是，滤波器、迟滞比较器、第一光耦可采用现有已知电路结构实现。

其中，两路信号采集处理电路各自接收处理的脉冲输入信号，是通过两个接近开关传感器分别安装在同一待测旋转机械设备的不同位置采集得到的，使得两路脉冲输入信号具有一定的相位差。进而利用MCU模块基于两组脉冲波形的相位差，实现待测旋转机械设备的转轴转向判别，该电路结构简单且成本低廉、易于实施。

在本申请可选实施例中，信号采集处理模块包括两个转向信号采集处理子模块，每个转向信号采集处理子模块分别包括两路信号采集处理电路，也即可利用两个转向信号采集处理子模块，同时实现对两个待测旋转机械设备的转向监测。

在本申请可选实施例中，MCU模块具体通过如下方式实现转向判别：

参考图4，MCU模块通过中断方式记录下由两路脉冲波形四个相邻上升沿的时间值；假设按照时间先后排序依次为T1、T2、T3、T4，其中T1和T3表示前一个脉冲波形的第i个上升沿和第i+1个上升沿；T2和T4表示后一个脉冲波形的第i个上升沿和第i+1个上升沿；计算T2-T1与T3-T2两者之间的大小；若判断T2-T1小于T3-T2，则判定待测旋转机械设备的转轴转向为正转；否则判定待测旋转机械设备的转轴转向为反转。其中i为大于0的自然数。应当理解的是，i的取值应当保证在脉冲波形的个数范围内。

在本申请可选实施例中，还可根据连续多次判断结果，确定次数较多的转向作为实际转向。例如，以最近5次判断结果的方向中，选择次数较多的转向，作为实际转向输出转向信号。

例如，如果5次判断结果分别是“正正反反正”，则输出转向为“正”；如果5次判断结果分别是“正反反正反”，则输出转向为“反”。从而提高转向判别精度。

在本申请可选实施例中，参考图5，MCU模块根据采集到的脉冲信号，统计在脉冲信号的一个单位时间周期Tx内，MCU模块标准时钟的脉冲个数Ns，计算脉冲个数Ns与单位时间周期Tx之间的比值，作为待测旋转机械设备的转轴转速f_s：

在本申请可选实施例中，信号采集处理模块还包括至少一转速信号采集处理子模块，利用转速信号采集处理子模块，通过对电流输入信号的采集处理，实现了待测旋转机械设备的转速监测；使得状态监测及显示装置同时具有转速、转向监测功能，可更加符合实际监测需求。

参考图6，转速信号采集处理子模块包括依次电连接的采样电阻、RC滤波电路、电压跟随电路、A/D转换器、第二光耦。

电流输入信号经过采样电阻转换为电压信号，再经过RC滤波电路进行滤波处理，然后利用电压跟随电路提高信号输入阻抗，再经A/D转换器进行模数转换，转换出的数字信号经第二光耦隔离后，经IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)通讯总线送至MCU模块进行采集。

为了实现转速信号在大型舰船上的远距离传输，通过设置在待测旋转机械设备上的光电编码器进行采集处理，光电编码器OC门输出差分转速信号经过前级电路处理后得到4～20mA工业标准电流信号，也即电流输入信号。

在本申请可选实施例中，A/D转换器可采用16位Σ-△型模数转换器，采样电阻、RC滤波电路、电压跟随电路、第二光耦等可采用现有已知电路实现。

MCU模块根据采集到的数字信号，计算待测旋转机械设备的转轴转速。

MCU模块根据采集到的数字信号，MCU将采集到的数字信号，根据预设比例系数换算为转速值，然后通过数码管进行显示，采集到的电流与实际转速显示值对应关系为：

转速显示值＝(采集电流值-4)/(20-4)*15000；

其中，15000为预设值，根据实际使用场景及传感器规格灵活设置，可通过按键个性化设置在[0,15000]区间自由调整该预设值。转速通过数码管显示，根据脉冲输入信号和电流输入信号对应计算得到的转速值不同时显示，可通过按键选择输入信号类型。

在本申请可选实施例中，状态监测及显示装置还包括断线检测模块。

继续参考图3，断线检测模块包括依次电连接的分压电阻、负电平比较器、第三光耦。首先通过分压电阻对脉冲输入信号进行分压后，送至负电平比较器的负端，通过与负电平比较器正端接入的设定负电平进行比较；当输入正常连接，无断线故障时，负电平比较器负端输入电压≥0V，与比较器正端设定的负比较电平-3V比较后，输出低电平；当输入断线时，负电平比较器负端被上拉至负电平-5V，低于负电平比较器正端设定的负比较电平-3V，此时负电平比较器输出为高电平。

负电平比较器的输出电平通过第三光耦隔离后，送至MCU模块进行采集。MCU模块根据输出电平的高低，即可实现断线故障的诊断识别，高效便捷。

具体的，MCU模块用于当负电平比较器的输出电平为低电平时，判断脉冲输入信号正常连接；当负电平比较器的输出电平为高电平时，判断脉冲输入信号存在断线故障。有利于及时发现和排查断线故障，提高对于待测旋转机械设备的维护效率。

在本申请可选实施例中，如图7所示，提供一种信号采集处理模块和断线检测模块的具体电路结构。其中，转向信号采集处理子模块包括电容C1，电阻R1，R2，R3，R4，R5，比较器D1，光耦E1，反相器D2。接近开关传感器脉冲输入信号首先经过共模扼流线圈M1与电容C1滤除共模干扰及高频干扰，然后经过电阻R1与R2分压，分压后的信号输入至双门限迟滞比较器D1的负端，通过电阻R3，R4与R5设置了双门限迟滞比较器D1的比较电平，两个门限比较电平分别为：

上门限电平：Vtr＝R4/(R3//R5+R4)*5；

下门限电平：Vtf＝R4//R5/(R5//R4+R3)*5；

其中，“//”表示并联。

输入信号经过与双门限电平进行比较后，输出电平归一化的脉冲波形，而后经光耦E1隔离后，通过反相器D2输入至MCU模块的引脚进行采集。本实施例中，R1选择12kΩ，R2选择3kΩ，R3选择2kΩ，R4选择1.5kΩ，R5选择20kΩ，VCC选择+5V，迟滞比较器D1的上下门限电平分别为2.2V与0.3V，当输入的脉冲高电平大于2.2V，低电平小于0.3V时，经过迟滞比较器D1，即可整形成幅值为VCC的标准脉冲信号，而后由光耦E1隔离后输入至MCU模块引脚进行采样，MCU模块通过内部定时器采集脉冲转速，采样周期设为1s。

断线检测模块，包括电阻R6，R7，R8，R9，比较器D3，光耦E2等，断路检测模块的输入信号来自于接近开关传感器输入经过共模扼流圈M1后的脉冲信号(A点)，在本实施例中，R6选择2kΩ，R7选择3kΩ，R8选择2kΩ，R9选择3kΩ，VSS选择-5V，VCC选择+5V。当发生断线时，C点电压为VSS电压经过电阻R1+R2与R6+R7分压后的电压，即-3.75V，而D点电压为VSS电压经过电阻R8与电阻R9分压后的电压，即-3V，C点电平高于D点电平，比较器输出高电平VCC；当输入正常时，C点电平跟随接近开关传感器输入信号变化，由于接近开关传感器输入始终为正电平，因此C点电平始终高于D点电平，比较器输出为低电平。比较判断出的断线状态经过光耦E2隔离后送至MCU模块进行采集，MCU模块根据采集到的逻辑电平状态判断出输入断线状态，然后通过数码管显示，ERROR代表当前输入断线状态。

在本申请可选实施例中，状态监测及显示装置还包括与MCU模块电连接的报警及转向输出模块。

参考图8，报警及转向输出模块采用两路常开干触点继电器输出方式，具有转速报警输出和转向指示输出两种功能模式。

报警及转向输出模块在设置为转速报警输出模式时，当待测旋转机械设备的转轴转速达到预报警设定转速值时，其中一路常开干触点继电器导通进行转速预报警，为舰船控制系统如DCS(DIstributed Control System，分散控制系统)等提供即将超速的预警信息；当待测旋转机械设备的转轴转速达到报警设定转速值时，另一路常开干触点继电器导通进行转速报警；预报警设定转速值小于报警设定转速值。

预报警设定转速值与报警设定转速值，可根据实际需求灵活设置。例如，预报警设定转速值设置为标准转速值的110％，报警设定转速值设置为标准转速值的120％。

报警及转向输出模块通过按键设置为转向指示输出模式时，当待测旋转机械设备的转轴正转时，其中一路常开干触点继电器导通指示转轴正转；当待测旋转机械设备的转轴反转时，另一路常开干触点继电器导通指示转轴反转。

状态监测及显示装置通过设置两路常开干触点继电器，即实现了对待测旋转机械设备的转速报警和转向指示，电路结构简单，实用性强。报警及转向输出模块的继电器，可以根据系统设定，分别在转速达到预报警设定转速值和报警设定转速值时迅速作出反应，进而保证设备安全。

在本申请可选实施例中，状态监测及显示装置还包括与MCU模块电连接的数显模块。

参考图9，数显模块包括若干按键、数码管以及至少两颗信号指示灯。其中，若干按键用于实现参数设置。数码管通过驱动芯片进行驱动，用于显示待测旋转机械设备的转轴转速或断线状态。信号指示灯由发光二极管构成，用于指示数码管当前显示信息对应的待测旋转机械设备。

按键部分包括功能切换按键“Fn”、按键“+”、按键“-”、脉冲输入地点显示切换按键“S”，通过按键的组合可实现参数的个性化设置。其中相关设置步骤如下：

1)进入参数设置：长按Fn键

2)在设置页面：

①放弃当前设置：短按Fn键；

②左移位选择功能：长按Fn键；

③设置完成/退出设置：同时长按Fn键和+键；

3)参数设置界面共实现三种参数设置：

①继电器输出信号含义设置，转速报警输出模式下，继电器输出代表转速预报警与转速报警；转向指示输出模式下，继电器输出代表正/反转输出；

②输入信号为电流输入信号时，数码管显示范围设置，显示区间为[0,15000]；

③输入信号类型选择，可在输入信号类型1(也即脉冲输入信号)与输入信号类型2(也即电流输入信号)之间选择。

同时通过按键还可以进行数码管调光，在默认调光参数设置界面，按下“+”键时，数码管亮度增加；按下“-”键时，数码管亮度降低。数码管亮度由MCU模块通过程序控制数码管驱动芯片，进而驱动数码管完成调节。通过按键“S”可以选择数码管显示来自舰船不同待测旋转机械设备的转速及转向。

数码管显示部分由五位0.5寸数码管组成，数码管可采用共阴极数码管，带一位小数点，通过驱动芯片进行驱动。

本申请实施例可选用具有Cortex-M3内核的GD32F103RCT6作为主控芯片，通过内部定时器采集脉冲波形，同时软件内部再次针对采集的(转速)数字信号进行滤波处理，进一步提高采样的精度。该状态监测及显示装置的使用，可以全面的监测舰船旋转机械设备的转速及转向数据，同时在超速与断线故障发生时，及时提供报警信息，从而提高舰船旋转机械设备运行可靠性，减少生产事故的发生，对于维护旋转机械设备及舰船运行安全具有极其重要的意义，为大型舰船提供了一种安全可靠的状态监测及显示方案。

以上所述，以上实施例仅用以对本申请的技术方案进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想，不应理解为对本申请的限制。本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转机械设备的状态监测及显示装置，其特征在于，所述状态监测及显示装置包括MCU模块，以及与所述MCU模块电连接的电源模块、信号采集处理模块；

所述电源模块用于为所述状态监测及显示装置的相关模块供电；

所述信号采集处理模块包括至少一转向信号采集处理子模块；所述转向信号采集处理子模块包括两路信号采集处理电路；每一路所述信号采集处理电路均包括依次连接的滤波器、迟滞比较器、第一光耦和整形器；脉冲输入信号经所述滤波器滤波后送至所述迟滞比较器进行归一化处理，然后经所述第一光耦隔离与所述整形器整形为幅值与所述MCU模块电平一致的脉冲波形；所述两路信号采集处理电路各自接收处理的所述脉冲输入信号，通过两个接近开关传感器分别安装在同一待测旋转机械设备的不同位置采集得到；

所述MCU模块用于根据经所述转向信号采集处理子模块处理后的两路所述脉冲波形的相位差，确定所述待测旋转机械设备的转轴转向。

2.根据权利要求1所述的状态监测及显示装置，其特征在于，所述MCU模块通过中断方式记录下由两路所述脉冲波形四个相邻上升沿的时间值；假设按照时间先后排序依次为T1、T2、T3、T4，其中T1和T3表示第一个所述脉冲波形的第i个上升沿和第i+1个上升沿；T2和T4表示第二个所述脉冲波形的第i个上升沿和第i+1个上升沿；

计算T2-T1与T3-T2两者之间的大小；

若判断T2-T1小于T3-T2，则判定所述待测旋转机械设备的转轴转向为正转；

否则判定所述待测旋转机械设备的转轴转向为反转；所述i为大于0的自然数。

3.根据权利要求1所述的状态监测及显示装置，其特征在于，所述信号采集处理模块还包括至少一转速信号采集处理子模块；

所述转速信号采集处理子模块包括依次电连接的采样电阻、RC滤波电路、电压跟随电路、A/D转换器、第二光耦；

电流输入信号经过所述采样电阻转换为电压信号，再经过RC滤波电路进行滤波处理，然后利用所述电压跟随电路提高信号输入阻抗，再经所述A/D转换器进行模数转换，转换出的数字信号经所述第二光耦隔离后送至所述MCU模块进行采集；所述电流输入信号通过设置在所述待测旋转机械设备上的光电编码器采集处理得到；

所述MCU模块还用于根据采集到的数字信号，计算所述待测旋转机械设备的转轴转速。

4.根据权利要求1所述的状态监测及显示装置，其特征在于，所述MCU模块还用于根据所述脉冲波形，统计在所述脉冲波形的一个单位时间周期Tx内所述MCU模块标准时钟的脉冲个数Ns，计算所述脉冲个数Ns与所述单位时间周期Tx之间的比值，作为所述待测旋转机械设备的转轴转速。

5.根据权利要求1所述的状态监测及显示装置，其特征在于，所述状态监测及显示装置还包括断线检测模块；所述断线检测模块包括依次电连接的分压电阻、负电平比较器、第三光耦；

首先通过所述分压电阻对所述脉冲输入信号进行分压后送至所述负电平比较器的负端，通过与所述负电平比较器正端接入的设定负电平进行比较；所述负电平比较器的输出电平通过所述第三光耦隔离后送至所述MCU模块进行采集；

所述MCU模块还用于根据所述负电平比较器的输出电平，判断所述脉冲输入信号的断线状态。

6.根据权利要求5所述的状态监测及显示装置，其特征在于，所述MCU模块根据所述负电平比较器的输出电平，判断所述脉冲输入信号的断线状态包括：

当所述负电平比较器的输出电平为低电平时，判断所述脉冲输入信号正常连接；

当所述负电平比较器的输出电平为高电平时，判断所述脉冲输入信号存在断线故障。

7.根据权利要求3所述的状态监测及显示装置，其特征在于，所述状态监测及显示装置还包括与所述MCU模块电连接的报警及转向输出模块；所述报警及转向输出模块采用两路常开干触点继电器输出方式，具有转速报警输出和转向指示输出两种功能模式。

8.根据权利要求7所述的状态监测及显示装置，其特征在于，所述报警及转向输出模块用于在设置为转速报警输出模式时，当所述待测旋转机械设备的转轴转速达到预报警设定转速值时，其中一路常开干触点继电器导通进行转速预报警；当所述待测旋转机械设备的转轴转速达到报警设定转速值时，另一路常开干触点继电器导通进行转速报警；所述预报警设定转速值小于所述报警设定转速值；

在设置为转向指示输出模式时，当所述待测旋转机械设备的转轴正转时，其中一路常开干触点继电器导通指示转轴正转；当所述待测旋转机械设备的转轴反转时，另一路常开干触点继电器导通指示转轴反转。

9.根据权利要求5所述的状态监测及显示装置，其特征在于，所述状态监测及显示装置还包括与所述MCU模块电连接的数显模块；

所述数显模块包括若干按键、数码管以及至少两颗信号指示灯；

所述若干按键用于实现参数设置；

所述数码管通过驱动芯片进行驱动，用于显示所述待测旋转机械设备的转轴转速或断线状态；

所述信号指示灯由发光二极管构成，用于指示所述数码管当前显示信息对应的待测旋转机械设备。

10.根据权利要求1所述的状态监测及显示装置，其特征在于，所述状态监测及显示装置还包括与所述MCU模块电连接的电源模块；

所述电源模块的输入为220V交流电源，经过电源保护与滤波电路后由隔离AC/DC模块变换为24VDC电压，再经过一级非隔离DC/DC模块转换为±5VDC模拟电源；同时24VDC电压经隔离DC/DC模块转换为+5V数字电源，再经过LDO模块转换为+3.3V数字电源。

Images