CN201672968U - 用于振动传感器的自适应信号调整器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于振动传感器的自适应信号调整器，属于振动仪表的传感辅助装置。振动传感器与处理器相连，处理器中有AD转换器，低通滤波器连接增益可调放大电路，且高通滤波器接入第一级信号缓冲放大电路，所述的传感器自适应信号调理电路包括增益可调放大电路，增益可调放大器电路主要包括增益可调放大器，增益可调放大器安装在低通滤波器与高通滤波器之间，且分别与低通滤波器与高通滤波器相连接，并同时与处理器相连接；低通滤波器与处理器中的AD转换器通过一个加法电路连接，本实用新型的用于振动传感器的自适应信号调整器，可以直用现有的振动传感器进行改装，适于工业化生产，易于推广。

Description

用于振动传感器的自适应信号调整器

技术领域

本实用新型涉及振动仪表的传感辅助装置，更具体的说是一种用于振动传感器的自适应信号调整器。

背景技术

振动的频率是反映汽轮机、发电机、鼓风机等旋转机械运行状态的一项重要的特征，目前，对机器机壳、轴承座或底座等的振动测量大多采用振动仪表，振动仪表中传感器主要有压电式加速度传感器和电磁感应式的振动速度传感器，在工程应用上，加速度传感器多采用电荷放大电路内置式传感器(ICP)，可直接提供便于测量的电压信号；电磁式振动速度传感器结构和原理则更为简单，是用于中频振动测量最简便可靠的传感器。

上述的振动传感器在应用中都要由相应的振动仪表来处理其振动信号，得出振动大小、频率等特征数据，在机组振动监测运用中，机组正常时振动较小，若传感器灵敏度不够，得到的电压信号很微弱，很难得到准确的振动测量值；在机组出线异常时，振动量会急剧增大，这时又需要传感器量程能够满足需要，而不至发生信号饱和的现象，但是传感器种类繁多，其量程和灵敏度等参数指标各不相同，一般来说，大量程的传感器灵敏度必然偏小；而高灵敏度的传感器量程必然不大，在在线监测系统中，某一安装点不可能安装多个不同的传感器，所以要解决这个问题，必须在振动监测仪表中设计有效的电压信号处理电路，提高仪表对信号的适应能力，而现有的振动仪表中所使用的振动传感器都不具备处理电路，而普遍采用的是AD转换器都是采用的10位的AD转换器，放大器的固定增益只能保证传感器满量程时，调整到AD的电压在2.3～2.4V，根据这个增益，若传感器信号只有满量程10％的时候，调整到AD的电压只有250mV左右，此时10位的AD转换器有效利用的只有相当于7位AD的水平。AD量化误差对测量带来的误差超过了1％示值，因此导致AD转换器将模拟信号转换为数字信号时误差较大，超过了1％的水平。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述不足，提供一种具有电压信号处理电路，可对振动仪表中的振动传感器信号进行调整的一种用于振动传感器的自适应信号调整器。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型的用于振动传感器的自适应信号调整器，包括振动传感器，处理器，高通滤波器与低通滤波器，振动传感器与处理器相连，处理器中有AD转换器，AD转换器的AD转换电路接收低通滤波器的输出；低通滤波器连接增益可调放大电路，增益可调放大电路接收高通滤波器的输出，且高通滤波器接收第一级信号缓冲放大电路输出的传感器动态信号，所述的传感器自适应信号调理电路包括增益可调放大电路，增益可调放大器电路主要包括增益可调放大器，增益可调放大器安装在低通滤波器与高通滤波器之间，且分别与低通滤波器与高通滤波器相连接，并同时与处理器相连接，接受处理器的指令调节增益；低通滤波器与处理器上的AD转换器通过一个加法电路连接。

更进一步的技术方案是：所述的增益可调放大器是由DA转换器中DA芯片所组成的电阻网络。

更进一步的技术方案是：所述的增益可调放大器是反向放大器。

更进一步的技术方案是：所述的处理器是自带AD转换器的单片机。

更进一步的技术方案是：所述的AD处理器是十位AD转换器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过在振动传感器与处理器中的AD转换器之间连接自适应信号调整器，使传感器信号即使只有处理器中AD转换器满量程的10％，由于自适应信号调整器中增益可调放大电路的调整，也可以将信号放大到10位AD转换器标准的电压2.4V左右供给处理器中AD转换器，有效的利用了AD转换器的位数，减小了AD转换器的误差几率，且本实用新型的用于振动传感器的自适应信号调整器，可以直用现有的振动传感器进行改装，适于工业化生产，易于推广。

附图说明

图1为本实用新型的元件电路连接方式框图；

图2为本实用新型实施例1的DA芯片数控放大器的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

如图1、图2所示，本实用新型的用于振动传感器的自适应信号调整器，包括振动传感器，处理器，高通滤波器与低通滤波器，振动传感器与处理器相连，处理器采用自带AD转换器的单片机，其中AD处理器优先采用十位AD转换器，AD转换器的AD转换电路接收低通滤波器的输出；低通滤波器连接增益可调放大电路，增益可调放大电路接收高通滤波器的输出，且高通滤波器接收第一级信号缓冲放大电路输出的传感器动态信号，所述的传感器自适应信号调理电路包括增益可调放大电路，增益可调放大器电路中的主要部件是采用增益可调放大器，增益可调放大器采用反向放大器，由DA转换器中DA芯片所组成的电阻网络，将增益可调放大器安装在低通滤波器与高通滤波器之间，且分别与低通滤波器与高通滤波器相连接，并同时与处理器相连接，接受处理器的指令调节增益；低通滤波器与处理器上的AD转换器通过一个加法电路连接。

本实用新型的用于振动传感器的自适应信号调整器的第一级放大电路起到缓冲隔离的作用，避免后续电路对传感器信号本身造成影响。然后通过一高通滤波器，除去信号中直流和超低频成分，保留与振动相关的交流频率成分。接下来是增益可调放大器电路，通过它对信号进行不同增益的放大，保证信号大小适合AD转换。放大后的信号通过一个低通滤波器，除去信号中可能耦合的高频噪声，最后再通过一个加法电路给信号叠加一个直流偏置，送入AD转换器进行数据采集。增益可调放大器是本实用新型的关键，因为增益控制的准确度直接影响到对信号的测量精度。处理AD转换数据的处理器必须准确掌控放大器当前的增益值，才能将AD采样的数据准确的还原为实际的振动值。在本设计中，以高精度DA转换器为核心部件来实现增益可调放大器。DA转换器是用于将数字量转换为模拟电压或电流的器件。目前常见的DA转换器其核心是一个由精密电阻和电子开关组成的电阻网络，电子开关的开闭状态受数字指令控制。通过开关状态的不同组合，使电阻网络呈现不同等效电阻值。DA转换器将电阻网络构成电压分压器来使用，当DA转换器输入恒定的参考电压时，分压器的输出电压与电阻网络等效电阻对应，也就与电子开关的组合状况(也就是数字指令的具体数值)一一对应，从而完成DA转换的功能。

本实用新型中程序控制增益可调放大器利用了DA芯片电阻网络的可控性。将DA芯片按照图2中的方式组合，即组成了一个标准的反向放大器，反馈电阻部分即是DA芯片的电阻网络。当处理器给DA芯片发送数字指令后，DA芯片电阻网络呈现相应的等效电阻值，根据反向放大器的特性，放大器的增益与反馈电阻成正比，也就和DA电阻网络的等效电阻值成正比。图2中采用了DA的电阻网络，CODE指处理器发送给DA芯片的具体数值。输出与输入的关系为：

Vout＝-Vin(4096/CODE)。

在运行中，每次AD采样后，处理器会判断信号电压是否低于AD参考电压的60％或超出参考电压。若信号电压过低或过大，处理器会计算出放大器增益调整的幅度，并将指令送达放大器的DA芯片，然后再次AD转换，以此次采样的数值进行处理，即可保证AD转换的精度。

Claims (5)

1.一种用于振动传感器的自适应信号调整器，包括振动传感器、处理器，高通滤波器与低通滤波器，振动传感器与处理器相连，处理器中有AD转换器，AD转换器的AD转换电路接收低通滤波器的输出；低通滤波器连接增益可调放大电路，增益可调放大电路接收高通滤波器的输出，且高通滤波器接入第一级信号缓冲放大电路，其特征在于：所述的传感器自适应信号调理电路包括增益可调放大电路，增益可调放大器电路主要包括增益可调放大器，增益可调放大器安装在低通滤波器与高通滤波器之间，且分别与低通滤波器与高通滤波器相连接，并同时与处理器相连接；低通滤波器与处理器中的AD转换器通过一个加法电路连接。

2.根据权利要求1所述的用于振动传感器的自适应信号调整器，其特征在于：所述的增益可调放大器是由DA转换器中DA芯片所组成的电阻网络。

3.根据权利要求2所述的用于振动传感器的自适应信号调整器，其特征在于：所述的增益可调放大器是反向放大器。

4.根据权利要求1所述的用于振动传感器的自适应信号调整器，其特征在于：所述的处理器是自带AD转换器的单片机。

5.根据权利要求1或4所述的用于振动传感器的自适应信号调整器，其特征在于：所述的AD处理器是十位AD转换器。