CN201335736Y - 低频结构振动监测仪 - Google Patents
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Abstract
一种低频结构振动监测仪。它主要是解决现有振动测试仪价格昂贵、安装使用不方便、没有录波功能、且不能进行离线振动分析等技术问题。其技术方案要点是：在壳座上配合套装壳体，在壳座设置有三轴振动传感器、RAM芯片，三轴振动传感器与RAM芯片相联接，在壳座的两端设置有分别与RAM芯片相联接串行接口、CAN总线接口、外接传感器接口、电源及电流环接口。可在壳座的两端设置有LED电源显示器或LED显示板。它具有体积小、安全可靠、安装使用方便、灵敏度高、有记录和存储功能，且可进行全方位监测。它可广泛应用于各种低频结构振动和地震振动监测，也可对风力发电机组、钢结构塔体、各种建筑物等的振动进行实时监测及早期预报。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种振动监测装置，尤其是一种用于各种低频结构振动和地震振动监测的监测仪。
背景技术
目前，常用的振动测试仪均是采用三个独立传感器对振动进行三向监测，只是把加速度传感器的加速度值经模拟转换电路转换成4～20mA输出，需经二次仪表进行采集，如需分析还要购买或开发振动分析软件，一套设备费用昂贵，安装使用不方便，而且没有录波功能，不能进行离线振动分析。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种体积小、安装方便、灵敏度高、有记录和存储功能、且可进行全方位监测的低频结构振动监测仪。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在壳座2上配合套装壳体1，所述壳座2和壳体1采用金属材料制成，在壳座2设置有三轴振动传感器3、RAM芯片4，三轴振动传感器3与RAM芯片4相联接，在壳座2的两端设置有分别与RAM芯片4相联接串行接口6、CAN总线接口7、外接传感器接口9、电源及电流环接口8。
本实用新型可在壳座2的两端设置有LED电源显示器10或LED显示板5。也在壳座2上设置有安装孔。
本实用新型所述串行接口6采用RS232、或RS485串行通讯接口；也可配置有采用CANopen协议或用户指定的USB接口转换模块。所述三轴振动传感器3为MEMS传感器，所述三轴振动传感器3内置3个加速度传感器。在三轴振动传感器3与RAM芯片4之间设置有1个系统故障继电器和4个振动监测通道，4个振动监测通道上分别设置具有报警阀值水平、验证功能、闭锁或非闭锁功能的报警继电器。所述RAM芯片4采用设置有内存芯片的双CPU单片机。
本实用新型所述壳座2和壳体1可采用铝合金材料制成密封盒。
本实用新型所述三轴振动传感器3采集的信号经模数转换单元电路处理后经运算放大电路处理输CPU微控制器，CPU微控制器分别与各通讯接口及报警电路相联接，且输出信号经数模转换实现控制。
本实用新型的有益效果是：它具有体积小、安全可靠、安装使用方便、灵敏度高、有记录和存储功能，且可进行全方位监测。它可广泛应用于各种低频结构振动和地震振动监测，也可对风力发电机组的塔体、驱动机构、叶片边缘的振动监测，还可用于钢结构塔体、烟囱、桥梁、各种建筑物等的振动进行实时监测及早期预报。
附图说明
图1是本实用新型的外形结构示意图。
图2是本实用新型的零部件分布结构示意图。
图3是本实用新型的系统方框原理图。
图4是本实用新型的电气方框原理图。
图中：1-壳体，2-壳座，3-三轴振动传感器，4-RAM芯片，5-LED显示板，6-串行接口，7-CAN总线接口，8-电源及电流环接口，9-外接传感器接口，10-LED电源显示器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明如下：
本实用新型在壳座2上配合套装壳体1，所述壳座2和壳体1采用金属材料制成，如采用铝合金材料制成密封盒，可达到IP67防护等级的金属外壳可以防尘、防水、防盐雾、防高强度冲击，能在不同复杂的环境中稳定运行。也在壳座2上设置有安装孔以便于安装使用。在壳座2设置有三轴振动传感器3、RAM芯片4，三轴振动传感器3与RAM芯片4相联接，在壳座2的两端设置有分别与RAM芯片4相联接串行接口6、CAN总线接口7、外接传感器接口9、电源及电流环接口8。它也可在壳座2的两端设置有LED电源显示器10或LED显示板5。所述串行接口6可采用RS232、或RS485串行通讯接口，也可采用RS232和RS485的组合通讯接口；也可配置有采用CANopen协议或用户指定的USB接口转换模块。所述三轴振动传感器3为MEMS传感器，所述三轴振动传感器3内置3个加速度传感器。在三轴振动传感器3与RAM芯片4之间设置有1个系统故障继电器和4个振动监测通道，4个振动监测通道上分别设置具有报警阀值水平、验证功能、闭锁或非闭锁功能的报警继电器，它可独立编程及设定报警延时，以避免误报警。所述RAM芯片4采用设置有内存芯片的双CPU单片机，一组CPU负责数据的采集、储存、传输，另一组CPU负责分析运算、通讯，从而保障运行安全可靠。传感器采集的信号经模数转换单元电路处理后经运算放大电路处理输CPU微控制器，CPU微控制器分别与各通讯接口及报警电路相联接，且输出信号经数模转换实现控制。参阅图1至图4。
本实用新型可用于工业场合测量设备的低频振动状况并实时报警，达到测量和保护的作用，它的技术原理是：设备振动时可能产生3个方向的振动向量，把监控设备牢固安装在设备上，通过精密传感器测量获取振动模拟量，经过一系列数学运算将振动基波的频率、幅值、加速度等计算出来，根据警报的不同设置值进行警告、危险的报警动作以保证设备的安全。
本实用新型涉及的关键技术及原理如下：
1、机械振动时会产生加速度，这个加速度将使加速度传感器内部晶体发生形变，改变晶体的极化现象，在晶体内部产生电场，现象为电容两极距离发生改变使两端的电荷发生变化，通过精密转化电路将电荷转化成电压输出，这个电压值与加速度值是一个正比关系，例如10mv/g等。
2、通过低通滤波电路、高通滤波电路将采集信号进行滤波，限制其宽带范围，隔离不需要的信号，只通过测试对象的频率范围。
3、对滤波后的电压信号进行信号放大，运算放大部分增益可调，利用软件控制其放大倍数，保证最大的采集精度。
4、通过高速模拟采集单元对模拟处理后的电压信号进行采集，采样频率在20k/s以上，保证对模拟信号采集的实时性和尽可能高的还原性。
本实用新型通过利用一系列数学计算变换得到振动的加速度、频率、速率等，并根据加速度等进行振动分析，给出设备的振动状况，并根据用户的设备对象给出恰当的合理建议。
| 振动测量参数 | 以mm/s为单位的速率测量可另选以m/s2为单位的加速度测量 |
| 以m/s2为单位的测量范围 | 加速度：7m/s2，14m/s2，29m/s2，58m/s2 |
| 频率范围依照ISO2954-1975(E)的滤波器 | 1-200Hz◎-1dB，＞-18dB/八阶 |
| 遇险与危险警报触发级别 | 默认设置：遇险警报：测量范围最大值的50％危险警报：测量范围最大值的80％可通过调节开关调节为1％-100％之间的任意数值 |
| 警报延迟时间 | 默认设置：遇险警报＝10秒；危险警报＝5秒可通过监控软件为0-100秒之间的任意数值 |
| 警报持续时间 | 1秒 |
| 整体精确度加速度传感器：非线性温度灵敏度横轴灵敏度滤波器：非线性4-20毫安模拟输出：灵敏度 | 频率范围10-200Hz±1.5％全标度的±0.2％(标准规格)±0.45％(在-20～65℃的温度范围内)±2％(最大值)±2.3％＝0.2dB(标准规格，具体视滤波器型号而定)±0.3％(标准规格) |
| 直流输出电流 | 4-20毫安，最大负荷电阻为400欧姆 |
| 警报输出 | 监测仪带有具备断开功能的遇险和危险两个继电器。两个继电器都为锁定状态。(最大电压30伏特，最大电流100毫安) |
| 自测功能 | 自测功能可以远程启动。只有在自测运行时的模拟输出超出警报触发级别，并达到相应的劲爆延迟时间时，遇险和危险警报才会分别启动。 |
| 传感器电子狗 | 加速度传感器装备有内置的电子狗，可以不间断检查传感器的运行状况。一旦出现传感器故障则启动系统故障继电器。 |
| 电源故障 | 如果电源被切断，所有继电器将被启动，即：断开，则自动防故障。 |
| 测量方向 | 测量方向与仪器圆柱状外壳的长轴方向平行。参见3.20章节附图。 |
| 录波时间 | ＞＝8秒 |
| 电源 | +24伏特直流±10％标准0.9瓦消耗功率最大值为1.3瓦 |
| 缆线 | 防油型，聚氨酯，屏蔽，开口端12×0.25平方毫米标准缆线长度：2米(可根据用户配置) |
| 外壳材质及尺寸 | 材质：不锈钢编号1.4305另外可选：不锈钢编号1.4404尺寸：长150毫米，宽80毫米，高80毫米 |
| 装配 | 内置M8线；线深度最大值10毫米安装扭矩大约为6.8牛米。 |
| 进入防护 | IP65 |
| 运行温度范围 | 环境温度＝-20℃≤温度≤+65℃ |
通常的振动测试仪只是把加速度传感器的加速度值经模拟转换电路转换成4～20mA输出，需经二次仪表进行采集，如需分析还要购买或开发振动分析软件，一套设备费用昂贵，安装使用不方便，而且没有录波功能，不能进行离线振动分析。而本实用新型通过设置RS485等接口，可在PC机上进行实时监控，采用4M内存录波数据可以断电保持，数据下载后进行离线振动分析，如果使用CAN通信最长距离可以达到10Km，本实用新型通过采用配套振动监控软件，可以通过软件进行参数设置、实时数据显示、振动波形显示、振动分析结果等，软件使用方便，整套设备性价比高、安装方便、不易损坏。
本实用新型在理论上有创新：它通过利用MEMS技术，将传统的三个独立传感器，由一个三轴传感器替代，并利用了空间矢量算法和一体化的设计理念，保证数据采集的准确度，抗干扰能力强，采用最先进的振动算法，快速准确的进行计算分析，为使用者提出合理化建议。
本实用新型在应用上也有创新：该一体化传感器使用时不需要第三方仪器设备，通过RS485等接口进行通信可实时监控测试对象，它通过采用MEMS技术，将传感、滤波、运算、监测及分析集中在一块电路板上。
本实用新型在技术上也有创新：一是利用ARM技术对模拟量进行采样和计算，采样频率可达到20khz，其保证了采样的实时性，而高达100Mhz的CPU主频保证了数学运算的快速性；二是通过采用16位的模拟采集保证采集精度达到0.001g，不仅可以满足警告保护的要求，还可以为第三方提供振动分析需要的数据。三是通过采用RS232、RS485、CAN总线接口与第三方通讯，当用CAN通信时最高波特率可达1M，而5k的波特率时通信距离可达10000m，可做到远程实时监控。
本实用新型在工艺结构上也有创新：整个振动监控器装在防水铸铝金属盒里，其耐腐蚀、防水性都很好。本实用新型的所有元器件可采用贴片原件，可实现全自动化生产，以保证产品生产质量的一致性、高性能。
Claims (9)
1、一种低频结构振动监测仪，其特征是：在壳座(2)上配合套装壳体(1)，所述壳座(2)和壳体(1)采用金属材料制成，在壳座(2)设置有三轴振动传感器(3)、RAM芯片(4)，三轴振动传感器(3)与RAM芯片(4)相联接，在壳座(2)的两端设置有分别与RAM芯片(4)相联接串行接口(6)、CAN总线接口(7)、外接传感器接口(9)、电源及电流环接口(8)。
2、根据权利要求1所述的低频结构振动监测仪，其特征是：在壳座(2)的两端设置有LED电源显示器(10)或LED显示板(5)。
3、根据权利要求1所述的低频结构振动监测仪，其特征是：在壳座(2)上设置有安装孔。
4、根据权利要求1所述的低频结构振动监测仪，其特征是：所述串行接口(6)采用RS232、或RS485串行通讯接口；或配置有采用CANopen协议或用户指定的USB接口转换模块。
5、根据权利要求1所述的低频结构振动监测仪，其特征是：所述三轴振动传感器(3)为MEMS传感器，所述三轴振动传感器(3)内置3个加速度传感器。
6、根据权利要求1所述的低频结构振动监测仪，其特征是：在三轴振动传感器(3)与RAM芯片(4)之间设置有1个系统故障继电器和4个振动监测通道，4个振动监测通道上分别设置具有报警阀值水平、验证功能、闭锁或非闭锁功能的报警继电器。
7、根据权利要求1所述的低频结构振动监测仪，其特征是：所述RAM芯片(4)采用设置有内存芯片的双CPU单片机。
8、根据权利要求1所述的低频结构振动监测仪，其特征是：所述壳座(2)和壳体(1)采用铝合金材料制成密封盒。
9、根据权利要求1所述的低频结构振动监测仪，其特征是：所述三轴振动传感器(3)采集的信号经模数转换单元电路处理后经运算放大电路处理输CPU微控制器，CPU微控制器分别与各通讯接口及报警电路相联接，且输出信号经数模转换实现控制。
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|---|---|---|---|---|
| CN111238631A (zh) * | 2020-02-10 | 2020-06-05 | 天津大学 | 一种三轴微振实时在线测量系统及方法 |
| CN112197856A (zh) * | 2020-08-25 | 2021-01-08 | 河海大学 | 一种复杂地形铁路桥墩结构健康检测装置 |
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2008
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