CN206656796U - 一种实用的智能船用振动测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实用的智能船用振动测量装置，主要包括振动传感器、转换电路、放大电路、积分电路、A/D转换电路、控制芯片、D/A转换电路、复位电路、串口通讯电路、JTAG接口电路、数据存储电路和供电电路。本实用新型的一种实用的智能船用振动测量装置，实时、精确的反应船舶动力设备关心频段内的振动值，利用数字滤波器及相应的算法将滤波频段外数据滤除干净，不影响测量频段内的振动测量总值；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、快捷的调整滤波频段的范围，方便振动频谱分析仪器或者上位机分析软件观察频率分析曲线；体积小、具有一定的数据存储功能。

Description

一种实用的智能船用振动测量装置

技术领域

本实用新型涉及振动监测技术领域，具体地，涉及一种实用的智能船用振动测量装置。

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，如大机组轴承箱及缸体、中小型机泵等在固定频段内的振动值，常常是船舶运行时关注的重要参数，智能船用振动测量装置是用于船舶动力设备的机械故障诊断和状态监测，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。另一种是以单片机为核心技术的振动测试分析仪，这种分析仪虽然小巧、携带方便，但是它的计算能力十分有限，不能有效地进行复杂的信号处理任务，准确提取关心频段内的振动值，往往难以满足滤波器算法的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种实用的智能船用振动测量装置，以实现装置体积小、实时监测、数值精确度高、方便快捷和数据可存储的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种实用的智能船用振动测量装置，主要包括振动传感器、转换电路、放大电路、积分电路、A/D转换电路、控制芯片、D/A转换电路、复位电路、串口通讯电路、JTAG接口电路、数据存储电路和供电电路；所述振动传感器与转换电路连接，所述转换电路与放大电路连接，所述放大电路与积分电路连接，所述积分电路与A/D转换电路连接，所述控制芯片分别与所述A/D转换电路、D/A转换电路、复位电路、串口通讯电路、JTAG接口电路、数据存储电路和供电电路相连接。

进一步地，所述A/D转换电路采用高精度的A/D转换芯片AD911AARZ。

进一步地，所述D/A转换电路采用高精度的D/A转换芯片AD5421CREZ，将进行过频段提取的数字信号直接转换成工业用4-20mA电流信号输出给后端设备或仪器，精度达5%。

进一步地，所述控制芯片采用ARM芯片STM32F405RGT6。

进一步地，所述控制芯片内部采用基于Kaiser窗的FIR带通数字滤波，可以根据实船具体情况，以及所监测动力设备的振动特性来合理调整滤波频段的范围，方便振动频谱分析仪器或者上位机分析软件观察频率分析曲线。

进一步地，所述振动传感器包括压电式加速度传感器。

进一步地，所述数据存储电路存储一部分历史数据，将存储的历史数据在上位机上实现数据的回调、分析。

进一步地，所述装置工作原理为：所述振动传感器输出的电信号经过转换电路、放大电路和积分电路转换成标准的0-5V交流电压信号，交流电压信号经过所述A/D转换电路转换成数字信号，数字信号输入到控制芯片内部进行数字滤波，最后经滤波的数字信号从控制芯片内分别传输给数据存储电路和D/A转换电路。

本实用新型的一种实用的智能船用振动测量装置，实时、精确的反应船舶动力设备关心频段内的振动值，利用数字滤波器及相应的算法将滤波频段外数据滤除干净，不影响测量频段内的振动测量总值；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、快捷的调整滤波频段的范围，方便振动频谱分析仪器或者上位机分析软件观察频率分析曲线；体积小、具有一定的数据存储功能。从而实现装置体积小、实时监测、数值精确度高、方便快捷和数据可存储的优点。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型的一种实用的智能船用振动测量装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种实用的智能船用振动测量装置，主要包括振动传感器、转换电路、放大电路、积分电路、A/D转换电路、控制芯片、D/A转换电路、复位电路、串口通讯电路、JTAG接口电路、数据存储电路和供电电路；振动传感器与转换电路连接，转换电路与放大电路连接，放大电路与积分电路连接，积分电路与A/D转换电路连接，控制芯片分别与A/D转换电路、D/A转换电路、复位电路、串口通讯电路、JTAG接口电路、数据存储电路和供电电路相连接。

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是压电式加速度传感器。压电式加速度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荷，从而实现非电量测量。压电式加速度传感器属于惯性式传感器，重量轻、体积小、耐高温，适合在船舶动力设备上使用，通常在大机组轴承箱及缸体、中小型机泵等机器壳体上安装压电式加速度传感器来测量的。压电加速度传感器产生的是电荷信号，而且很小，同时针对不同的动力设备的振动特性，必须提取相应频段内的信号，因此必须采用特殊的调理电路及滤波算法来转换成标准信号进行处理和测量。

本实用新型采用带有电容反馈的差分运算电路配合电压并联负反馈电路将振动传感器输出的电荷信号转换成一个稳定的电压信号，并对其进行放大，再通过机械故障诊断和状态检测中位移、速度和加速度三种振动参量的对应关系，将加速度振动传感器测得的对应加速度量的电信号转换为对应振动速度的有效值的电信号来描述。加速度振动传感器输出的电荷信号经过转换电路、放大电路和积分电路之后转换成标准的0-5V的交流电压信号，输入到16位高性能的AD转换芯片AD977AARZ中转换为数字型号，再输入到以ARM芯片STM32F405RGT6为核心的控制系统内进行数字滤波。控制系统内部采用基于Kaiser窗的FIR带通数字滤波，计算速度快，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。经过滤波的数字信号从控制系统内分别输出给存储用的SD卡和D/A转换芯片。SD卡中的数据便于以后进行回调和分析，D/A转换芯片AD5421CREZ是ADI公司的高性能串行16位DAC，将进行过频段提取的数字信号直接转换成工业用4-20mA电流信号输出给后端设备或仪表，精度可达5%，符合现场使用要求。

控制芯片内部采用基于Kaiser窗的FIR带通数字滤波，可以根据实船具体情况，以及所监测动力设备的振动特性来合理调整滤波频段的范围，方便振动频谱分析仪器或者上位机分析软件观察频率分析曲线。

至少可以达到以下有益效果：

本实用新型的一种实用的智能船用振动测量装置，实时、精确的反应船舶动力设备关心频段内的振动值，利用数字滤波器及相应的算法将滤波频段外数据滤除干净，不影响测量频段内的振动测量总值；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、快捷的调整滤波频段的范围，方便振动频谱分析仪器或者上位机分析软件观察频率分析曲线；体积小、具有一定的数据存储功能。从而实现装置体积小、实时监测、数值精确度高、方便快捷和数据可存储的优点。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种实用的智能船用振动测量装置，其特征在于，所述装置主要包括振动传感器、转换电路、放大电路、积分电路、A/D转换电路、控制芯片、D/A转换电路、复位电路、串口通讯电路、JTAG接口电路、数据存储电路和供电电路；

所述振动传感器与转换电路连接，所述转换电路与放大电路连接，所述放大电路与积分电路连接，所述积分电路与A/D转换电路连接，所述控制芯片分别与所述A/D转换电路、D/A转换电路、复位电路、串口通讯电路、JTAG接口电路、数据存储电路和供电电路相连接。

2.根据权利要求1所述的一种实用的智能船用振动测量装置，其特征在于，所述A/D转换电路采用高精度的A/D转换芯片AD911AARZ。

3.根据权利要求1所述的一种实用的智能船用振动测量装置，其特征在于，所述D/A转换电路采用高精度的D/A转换芯片AD5421CREZ，将进行过频段提取的数字信号直接转换成工业用4-20mA电流信号输出给后端设备或仪器，精度达5%。

4.根据权利要求1所述的一种实用的智能船用振动测量装置，其特征在于，所述控制芯片采用ARM芯片STM32F405RGT6。

5.根据权利要求4所述的一种实用的智能船用振动测量装置，其特征在于，所述控制芯片内部采用基于Kaiser窗的FIR带通数字滤波，可以根据实船具体情况，以及所监测动力设备的振动特性来合理调整滤波频段的范围，方便振动频谱分析仪器或者上位机分析软件观察频率分析曲线。

6.根据权利要求1所述的一种实用的智能船用振动测量装置，其特征在于，所述振动传感器包括压电式加速度传感器。

7.根据权利要求1所述的一种实用的智能船用振动测量装置，其特征在于，所述数据存储电路存储一部分历史数据，将存储的历史数据在上位机上实现数据的回调、分析。

8.根据权利要求1所述的一种实用的智能船用振动测量装置，其特征在于，所述装置工作原理为：所述振动传感器输出的电信号经过转换电路、放大电路和积分电路转换成标准的

0-5V交流电压信号，交流电压信号经过所述A/D转换电路转换成数字信号，数字信号输入到控制芯片内部进行数字滤波，最后经滤波的数字信号从控制芯片内分别传输给数据存储电路和D/A转换电路。