CN201421365Y - 一种便携式振动测量分析仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种便携式振动测量分析仪。包括信号调理卡、数据采集卡、数据处理机，所述数据采集卡包括有多通道开关输入和I/O口，所述信号调理卡包括至少一个转速传感器信号电路通道和一个振动传感器信号电路通道，所述数据处理机为PDA掌上电脑，所述数据采集卡插接在PDA掌上电脑的CF卡槽或PCMCIA卡槽中。本实用新型采用PDA作为便携式振动信号测量分析仪主体，减少了仪表硬件开发制造工作，结构简单，节约开发成本；采用积分电路和二次积分电路巧妙的将传感器的振动加速度、振动速度和振动位移区分开来，实现了全部振动量以及转速、相位信号的测量，具有振动波形显示、频谱分析显示、轴心轨迹显示、动平衡计算等分析功能。
Description
技术领域
本实用新型属于振动测量领域，特别涉及采用微型数据采集卡通过CF卡接口或小型数据采集卡通过PCMCIA卡接口与数据处理机连接的一种便携式振动测量分析仪。
背景技术
振动是威胁转动机械安全运行的重要原因之一，因此对机械振动的测量和分析显得尤为重要。目前，对振动进行测量的有两类仪器，一类是大型的功能复杂的振动测量分析仪，如GE Bently公司生产的ADRE 208振动数据采集仪器等，这类仪表体积庞大，成本高，操作复杂，适合专业人员使用；另一类是小型的便携式振动测量仪，这类测量仪携带方便，操作简单；但测量功能单一，振动测量包括加速度、速度和位移三个量，传统的振动测量仪大多只能测量一个振动量，并且一旦制造出来，其功能就已经固定，无法根据用户需求进行修改，例如，使用ICP加速度传感器要采用不同的测量仪器采集加速度、速度、位移信号，使用振动传感器要使用不同的测量仪器采集速度、位移信号，不能适应现场振动检测分析需要，不能适应于现场安装的各种类型振动传感器。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述两类振动测量仪的不足，提出可实现同时使用多种传感器进行测量的一种便携式振动测量分析仪技术方案；该测量分析仪采用虚拟仪器技术在嵌入式操作系统中进行软件开发，该软件应用于普通市售掌上电脑(PDA)上，以CF卡或PCMCIA卡为数据采集卡，实现对振动加速度(或/和速度、或/和位移)，转速，以及相位信号进行测量和分析。
为了实现上述目的，本实用新型技术方案是这样实现的：一种便携式振动测量分析仪，包括信号调理卡、数据采集卡、数据处理机，所述数据采集卡包括有多通道开关输入和I/O口，数据处理机含有CF卡槽或PCMCIA卡槽，所述信号调理卡包括至少一个转速传感器信号电路通道和一个振动传感器信号电路通道；所述转速传感器信号电路通道中包括转速传感器接口和转速信号放大电路，转速信号放大电路的信号输入连接转速传感器接口，所述振动传感器信号电路通道中包括振动传感器接口、振动信号放大电路和积分电路，所述振动信号放大电路的输入连接振动传感器接口，积分电路的输出连接至数据采集卡的多通道开关输入，其特征在于，所述转速传感器信号电路通道的转速信号放大电路输出连接有锁相环电路，锁相环电路输出连接至数据采集卡的多通道开关输入，所述振动传感器信号电路通道中的振动信号放大电路和积分电路之间连接抗混叠低通滤波器，所述抗混叠低通滤波器的频率选择端连接数据采集卡的I/O口，所述数据采集卡插接在数据处理机的CF卡槽或PCMCIA卡槽中。
所述数据处理机为PDA掌上电脑。
所述振动传感器信号电路通道为两个或三个。
所述积分电路包括一次积分电路和二次积分电路；振动信号放大电路的输出连接抗混叠低通滤波器的输入，抗混叠低通滤波器的输出连接至一次积分电路输入，一次积分电路输出连接至数据采集卡多通道开关输入，抗混叠低通滤波器的输出同时连接至数据采集卡多通道开关输入，一次积分电路另一路输出经二次积分电路连接至数据采集卡多通道开关输入。
所述转速信号放大电路包括有电压比较放大电路，所述电压比较放大电路的比较电压端连接数据采集卡的I/O口。
所述振动信号放大电路为共模电压比较放大电路，该电路两个放大器的共模端通过可变电阻连接。
所述可变电阻由可控开关和多个电阻组成，电阻由可控开关连接组合，可控开关的控制端连接至数据采集卡的I/O口。
所述锁相环电路型号为4046。
所述数据处理机是型号为HP-iPAQ-hx2400的PDA掌上电脑，所述数据采集卡型号为CF-6004。
所述数据处理机是型号为PA962的PDA掌上电脑，所述数据采集卡型号为6062E。
本实用新型的有益效果是：
1.采用通用市售PDA作为便携式振动信号测量分析仪的主体，减少了仪表硬件开发制造工作，可以大大缩短仪表的开发周期，结构简单，节约开发成本；
2.采用CF卡接口微型数据采集卡或PCMCIA卡接口小型数据采集卡，不受普通PDA尺寸小的限制；
3.利用PDA自带的嵌入式操作系统，采用虚拟仪器开发技术进行开发，仪表功能可以根据用户要求进行定制；
4.具有数据存储和数据传输功能；
5.适用于加速度、速度和位移等各类振动传感器；
6.采用积分电路和二次积分电路巧妙的将传感器的振动加速度、振动速度和振动位移区分开来，仪表功能强大，实现了全部振动量以及转速、相位信号的测量，具有振动波形显示、频谱分析显示、轴心轨迹显示、动平衡计算等分析功能。
下面结合附图和实施例对本实用新型做一详细描述。
附图说明
图1为本实用新型电路结构框图；
图2为本实用新型转速传感器信号电路通道逻辑框图；
图3为本实用新型振动传感器信号电路通道逻辑框图；
图4为本实用新型转速信号放大电路电逻辑图；
图5为本实用新型振动传感器信号电路通道逻辑框图。
具体实施方式
实施例1
一种便携式振动测量分析仪实施例1，参见图1、图2、图3、图4和图5，一种便携式振动测量分析仪，包括信号调理卡、数据采集卡1、数据处理机2，数据处理机含有CF卡槽或PCMCIA卡槽，数据采集卡为市售标准数据采集卡，该卡如图1所示包括有多通道开关输入1-1、放大器1-2、A/D转换器1-3、中央处理器1-4和I/O口1-5；所述信号调理卡包括至少一个转速传感器信号电路通道3和一个振动传感器信号电路通道4；所述转速传感器信号电路通道包括转速传感器接口3-1、转速信号放大电路3-2和锁相环电路3-3；转速信号放大电路的信号输入连接转速传感器接口，转速信号放大电路输出连接锁相环电路输入，锁相环电路输出连接至数据采集卡多通道开关输入；所述振动传感器信号电路通道包括振动传感器接口4-1、振动信号放大电路4-2、抗混叠低通滤波器4-3、积分电路，所述积分电路包括一次积分电路4-4和二次积分电路4-5；所述振动信号放大电路的输入连接振动传感器接口，振动信号放大电路的输出连接抗混叠低通滤波器的输入，抗混叠低通滤波器的输出连接至一次积分电路输入，一次积分电路一路输出连接至数据采集卡多通道开关输入，抗混叠低通滤波器的输出同时连接至数据采集卡多通道开关输入，一次积分电路另一路输出经二次积分电路连接至数据采集卡多通道开关输入；所述数据处理机为PDA掌上电脑，所述数据采集卡插接在PDA掌上电脑的CF卡槽或PCMCIA卡槽中。
其中振动传感器接口通过屏蔽电缆可以连接ICP加速度或振动速度或者振动位移传感器，转速传感器接口通过屏蔽电缆可以连接光电速度传感器或者涡流速度传感器；为了同时采集多种信息，所述电路通道可以为三个，一个为转速传感器信号电路通道另外两个为振动传感器信号电路通道；或者所述电路通道可以为四个，一个为转速传感器信号电路通道另外三个为振动传感器信号电路通道；本实施例所述数据调理卡为四通道信号调理卡，这样就可以同步采集多个振动以及相关信息，进而同步对振动量以及转速、相位信号进行分析，实现振动波形显示、频谱分析显示、轴心轨迹显示、动平衡计算等分析功能。
本实施例所述转速信号放大电路如图4所示，该放大电路包括有一个通用放大电路U1和一个电压比较放大电路U2，通用放大电路将转速信号放大后进入电压比较放大电路，所述电压比较放大电路电压比较器的比较电压端连接数据采集卡的I/O口，采用电压比较器将双向脉动转速波转换成单向脉冲进行放大。
所述振动信号放大电路如图5所示，该放大电路为共模电压比较放大电路，该电路两个放大器U3和U4的共模端通过可变电阻连接；所述可变电阻由可控开关4-2-1和多个电阻组成，电阻由可控开关连接组合至两个放大器的共模端，可控开关的控制端连接至数据采集卡的I/O口，数据处理机通过数据采集卡的I/O口控制共模电压比较放大电路的放大增益。本实施例可控开关是型号为NL7WB66的类比开关。
所述抗混叠低通滤波器是一个可选择低通滤波频率的抗混叠低通滤波器，本实施例抗混叠低通滤波器是Linear公司生产的型号为LTC1063的5阶Butterworth抗混叠低通滤波器，低通滤波器的控制端连接至数据采集卡的I/O口，数据处理机通过数据采集卡的I/O口控制抗混叠低通滤波器的通过频率。
本实用新型的应用：
转速传感器信号电路通道：转速信号经过放大器电路放大后，与软件可控的电平进行比较翻转，经由一级单稳输出，经过锁相环进入数据采集卡，转速量由采集卡上的计数器直接测量，或者对转速信号进行快速傅立叶变换后，由转速信号频率取倒数间接获得，本实施例锁相环电路型号为4046。
振动传感器信号电路通道：
使用ICP加速度传感器，振动信号经抗混叠低通滤波器滤除高频干扰信号和无用的频率成份后，进入到数据采集卡通道输入，并同时进入一次积分电路，一次积分电路输出一路连接至数据采集卡多通道开关输入，一次积分电路另一路输出经二次积分电路连接至数据采集卡多通道开关输入；用户可以根据需要通过控制数据采集卡的多通道开关输入进行选择振动加速度(选择振动信号经抗混叠低通滤波器滤进入到数据采集卡通道输入)、振动速度(选择一次积分电路输出连接至数据采集卡多通道开关输入)、振动位移信号(选择二次积分电路连接至数据采集卡多通道开关输入)。
使用振动速度传感器，用户可以根据需要通过控制数据采集卡的多通道开关输入进行选择振动速度信号(选择一次积分电路输出连接至数据采集卡多通道开关输入)和振动位移信号(选择二次积分电路连接至数据采集卡多通道开关输入)。
本实用新型采用CF接口数据采集卡，该卡只有16平方厘米大小，可以方便地插入PDA掌上电脑的CF卡槽中；PDA掌上电脑无需专门定制，采用普通的市售的PDA掌上电脑，减少了仪表开发中的硬件设计和制造，缩短了仪器开发流程并且降低了开发成本。通过PDA掌上电脑接口可以很方便的与笔记本电脑以及普通PC机连接，对用户制定振动数据采集任务和回收采集数据以及对数据进行管理和分析处理；由通道卡输出的信号经数据采集卡的多通道开关输入(多路开关MUX)输入到数据采集卡的放大电路进行进一步增益放大处理，然后进入数模A/D转换器转换为数字信号。
本实用新型进行相位信号采用脉冲法测量：通过同步采集转速和振动信号，计算转速脉冲信号上升沿与振动信号高点的距离来计算振动相位。
本实用新型利用PDA自带的嵌入式操作系统，采用虚拟仪器编程技术进行软件编程，对数据采集过程进行控制，采集得到的数据保存在PDA的ROM存储器中。除了实现上述振动、转速、相位信号测量外，还具有强大的信号分析处理能力，包括信号波形显示、相位显示、频谱分析、轴心轨迹显示和转子动平衡计算等功能；本实用新型通过掌上电脑获取采集任务，按照预定的采集参数进行数据采集(也可以在仪表中进行修改)，采集完成后，通过USB、蓝牙或者无线网络接口，将保存在仪表上的数据传输至更高一级计算机进行集中管理和进一步分析。此外，不同于其它振动测量仪表一旦制造出来功能也就固定下来，本实用新型提出的便携式振动测量分析仪功能可以根据用户需要任意进行修改。
本实施例中PDA掌上电脑选用型号为HP-iPAQ-hx2400 PocketPC，处理器为Marvell PXA270 520MHz处理器，64M RAM，576M FLAH ROM，可供用户使用的内存为512M。操作系统为Windows Mobile 2003 Second Edition，支持CF II型插槽，内置无线网卡，蓝牙接口。数据采集卡选用美国NI公司生产的型号为CF-6004的CF卡数据采集卡，该数据采集卡大小仅16平方厘米，是一款外形小巧而功能强大的掌上型数据采集卡。CF-6004能以200kS/s单通道速度，或4通道132kS/s总采样速度进行14位分辨率的数据采集。振动传感器和光电传感器选用任一通用传感器，本实施例中振动传感器选用Bently 9200型速度传感器，该传感器灵敏度为19.7mv/mm/s，频响范围为5-1000Hz；转速传感器选用SZGB-7型光电传感器；低通滤波器采用Linear公司生产的型号为LTC1063的5阶Butterworth抗混叠低通滤波器；所述积分电路是通用积分电路。
实施例2
一种便携式振动测量分析仪实施例2，参见实施例1，本实施例中PDA选用Unitech公司生产的PA962型PDA，处理器为400MHz的Intel处理器，拥有64M SDRAM和64M FLASH ROM，操作系统为Microsoft WinCE.NET5.0Professional Plus，支持RS232、USB、Infrared、PCMCIA、CF等接口。数据采集卡选用美国NI公司生产的型号为6062E的PCMCIA卡型数据采集卡。6062E是一块16通道数据采集卡，12位分辨率，最大采样速度为500kS/s。振动传感器和光电传感器选用任一通用传感器，本例中振动传感器选用江苏联能生产的CA-YD-182型加速度传感器，该传感器灵敏度为20mV/g，频响范围为1Hz-10KHz。转速传感器选用SZGB-7型光电传感器。数据调理卡采用自行设计的4通道信号调理卡，低通滤波器采用Linear公司生产的型号为LTC1063的5阶Butterworth抗混叠低通滤波器。
Claims (10)
1.一种便携式振动测量分析仪，包括信号调理卡、数据采集卡、数据处理机，所述数据采集卡包括有多通道开关输入和I/O口，数据处理机含有CF卡槽或PCMCIA卡槽，所述信号调理卡包括至少一个转速传感器信号电路通道和一个振动传感器信号电路通道；所述转速传感器信号电路通道中包括转速传感器接口和转速信号放大电路，转速信号放大电路的信号输入连接转速传感器接口，所述振动传感器信号电路通道中包括振动传感器接口、振动信号放大电路和积分电路，所述振动信号放大电路的输入连接振动传感器接口，积分电路的输出连接至数据采集卡的多通道开关输入，其特征在于，所述转速传感器信号电路通道的转速信号放大电路输出连接有锁相环电路，锁相环电路输出连接至数据采集卡的多通道开关输入，所述振动传感器信号电路通道中的振动信号放大电路和积分电路之间连接抗混叠低通滤波器，所述抗混叠低通滤波器的频率选择端连接数据采集卡的I/O口，所述数据采集卡插接在数据处理机的CF卡槽或PCMCIA卡槽中。
2.根据权利要求1所述的一种便携式振动测量分析仪，其特征在于，所述数据处理机为PDA掌上电脑。
3.根据权利要求1所述的一种便携式振动测量分析仪，其特征在于，所述振动传感器信号电路通道为两个或三个。
4.根据权利要求1所述的一种便携式振动测量分析仪，其特征在于，所述积分电路包括一次积分电路和二次积分电路；振动信号放大电路的输出连接抗混叠低通滤波器的输入，抗混叠低通滤波器的输出连接至一次积分电路输入，一次积分电路输出连接至数据采集卡多通道开关输入，抗混叠低通滤波器的输出同时连接至数据采集卡多通道开关输入，一次积分电路另一路输出经二次积分电路连接至数据采集卡多通道开关输入。
5.根据权利要求1所述的一种便携式振动测量分析仪，其特征在于，所述转速信号放大电路包括有电压比较放大电路，所述电压比较放大电路的比较电压端连接数据采集卡的I/O口。
6.根据权利要求1所述的一种便携式振动测量分析仪，其特征在于，所述振动信号放大电路为共模电压比较放大电路，该电路两个放大器的共模端通过可变电阻连接。
7.根据权利要求6所述的一种便携式振动测量分析仪，其特征在于，所述可变电阻由可控开关和多个电阻组成，电阻由可控开关连接组合，可控开关的控制端连接至数据采集卡的I/O口。
8.根据权利要求1所述的一种便携式振动测量分析仪，其特征在于，所述锁相环电路型号为4046。
9.根据权利要求1所述的一种便携式振动测量分析仪，其特征在于，所述数据处理机是型号为HP-iPAQ-hx2400的PDA掌上电脑，所述数据采集卡型号为CF-6004。
10.根据权利要求1所述的一种便携式振动测量分析仪，其特征在于，所述数据处理机是型号为PA962的PDA掌上电脑，所述数据采集卡型号为6062E。
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