CN207991687U - 振动分析仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种振动分析仪，包括用于接收传感器采集信号的模拟前端电路，还包括主芯片，模拟前端电路连接至主芯片；所述主芯片基于ZYNQ平台框架，包括处理单元和可编程逻辑单元，处理单元和可编程逻辑单元之间通过AXI4总线互连；主芯片设有外部存储器；主芯片电路连接显示屏；该振动分析仪还包括锂电池包为整机供电。本实用新型主芯片基于ZYNQ平台框架，降低了开发难度，以达到快速部署、快速实现分析目的的技术效果；处理单元和可编程逻辑单元之间采用内部高速AXI4总线交互，该总线具有极低的功耗并支持千兆级数据传输，故本实用新型振动分析仪具有高性能的硬件结构和高速数据传输性能，提高了振动分析的实时性。
Description
技术领域
本实用新型属于多通道数据采集处理装置技术领域，具体而言，为一种实现高速多通道的数据处理分析的振动分析仪。
背景技术
高端装备振动分析过程中，需要同步高速采集多通道的AD数据并对各通道数据同时进行大量的数据处理，以得到振动分析所需要的有效值、峭度和峰峰值等参数以及判断故障类型及严重程度的频谱等信息以供技术人员进一步确定故障所在。
目前常见的振动分析仪实现方式是通过FPGA和DSP/ARM软硬件协同方式，具体实现过程为，传感器将采集的信号数据通过模拟前端电路发送至FPGA，则FPGA负责同步采集、存储自模拟前端电路传输的多通道AD数据，并经过外部总线传输给DSP/ARM芯片中；AD数值浮点转换和平方值的计算、以及后续的有效值、峰峰值以及峭度等等的计算过程均在DSP/ARM中进行；由于多通道的AD数据必须同时上传，并且实时处理，而外部总线的传输速度非常有限，会严重影响整个振动分析仪故障诊断的实时性。而同时在DSP/ARM芯片中的数据处理过程由于数据量巨大，算法复杂，计算过程会比较长，也会消耗较长时间，综上所述，该传统的振动分析仪结构的实时性差，不利于技术人员对于故障的实时分析和定位。
可见传统技术中FPGA与DSP/ARM通过外部总线的数据传输时间以及基于该传统硬件结构实现的振动信号处理过程是影响整个系统实时性能的两个主要瓶颈。
有鉴于此，特提出本实用新型。
实用新型内容
本实用新型为解决上述现有技术中的不足，提供一种新的振动分析仪，提高数据处理的实时性。
为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：
一种振动分析仪，包括用于接收传感器信号的模拟前端电路，还包括主芯片，模拟前端电路连接至主芯片；所述主芯片基于ZYNQ平台框架，包括处理单元和可编程逻辑单元，处理单元和可编程逻辑单元之间通过AXI4总线互连；主芯片设有外部存储器；主芯片电路连接显示屏；该振动分析仪还包括锂电池包为整机供电。
进一步的，上述的振动分析仪中:所述主芯片还设有存储卡。
进一步的，上述的振动分析仪中:所述主芯片设有ETH接口和/或USB接口。
进一步的，上述的振动分析仪中:所述模拟前端电路包括信号调理电路和配置电路以及AD转换芯片，信号调理电路用于调理传感器的输出信号以达到AD转换的信号要求；配置电路用于配置模拟前端电路的工作参数及配置AD转换芯片的工作模式。
进一步的，上述的振动分析仪中:所述显示屏为LCD显示屏。
进一步的，上述的振动分析仪中:所述锂电池包为8芯锂电池。
采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：
本实用新型主芯片(处理系统)基于ZYNQ平台框架，降低了开发难度，以达到快速部署、快速实现分析目的的技术效果；其可编程逻辑单元部分为并行结构(六通道AD数值并行处理)，其实现了AD数值浮点转换及平方值的运算功能的同时，并未给整个系统带来耗时的增加。处理单元和可编程逻辑单元之间采用内部高速AXI4总线交互，该总线具有极低的功耗并支持千兆级数据传输，故本实用新型振动分析仪具有高性能的硬件结构和高速数据传输性能，提高了振动分析的实时性。
附图说明
图1是现有技术中振动分析仪的硬件结构框图；
图2是本实用新型提供的振动分析仪的硬件结构框图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明，以助于理解本实用新型的内容。
如图2所示，一种振动分析仪，包括用于接收加速度传感器信号的模拟前端电路，还包括主芯片，模拟前端电路连接至主芯片；所述主芯片基于ZYNQ平台框架，包括处理单元和可编程逻辑单元，处理单元和可编程逻辑单元之间通过AXI4总线互连；主芯片设有外部存储器；主芯片电路连接显示屏；该振动分析仪还包括锂电池包为整机供电。
本实用新型给出的一个具体实施例为，基于Xilinx公司的ZYNQ硬件架构，主芯片集成了ARM Cortex-A9双核处理器和FPGA的SoC芯片，分为处理单元(PS)和可编程逻辑单元(PL)两部分，由于高性能的硬件结构的支持，使得后期算法实现和优化提速得到了有力保证；并且有内部高速AXI4总线作为处理单元和可编程逻辑单元的高速数据交互总线，该总线具有极低的功耗并支持千兆级数据传输，最大限度的减少了数据传输的时间，从而能够解决系统控制、数据、I/O和存储器之间的常见性能瓶颈问题(即数据传输时间瓶颈的问题)。
加速度传感器采集的设备振动状态数据传输给模拟前端电路进行处理，所述模拟前端电路包括信号调理电路和配置电路以及AD转换芯片，信号调理电路用于调理加速度传感器的输出信号以达到AD转换的信号要求，调理后的信号至AD转换芯片进行AD转换，其中配置电路用于配置模拟前端电路的工作参数及配置AD转换芯片的工作模式。转换处理后的信号(AD数据)经六个AD传输通道发送给可编程逻辑单元(PL)，可编程逻辑单元将自AD传输通道接收的AD数值进行浮点转换和平方值计算，处理完成后将AD数值及其平方值分别利用AXI HP2、HP3两个AXI高速接口将数据传输到外部存储器(SDRAM)中，等待处理单元(PS)部分的处理。由于可编程逻辑单元为并行结构，其实现了AD数值浮点转换及平方值的运算功能的同时，并未给整个系统带来耗时的增加，所以处理过程非常高效，有效的提高了整个设备的实时性及整体性能。
处理单元(PS)进行参数有效值、峭度和峰峰值等参数的计算以及频谱等信息的计算，在需要AD数值及其平方值时直接从外部存储器(SDRAM)中读取出来使用即可。
采集的原始AD数值保存在存储卡(SD卡)中，可通过网络接口(EHT接口)或USB接口将数据快速导出到服务器中进行更详细的分析。
同时，信号时域、频谱、计算结果等可通过LCD显示屏实时显示。
主芯片可根据系统实际情况通过AXI GP1这一AXI接口反馈出一个AD采样信息并传输至模拟前端电路，控制和改变六个AD传输通道输出信号的采样频率，大大提高了系统的灵活性。
本实用新型处理系统基于ZYNQ平台框架，降低了开发难度，以达到快速部署、快速实现分析目的的技术效果。整机满负荷工作状态下功耗仅为10W，采用8芯锂电池包可持续工作超过9小时，对于现场数据采集提供了可靠的时间保证。
我国某高端装备中介主轴承故障突出，影响设备安全，急需发展可靠、实时的健康管理设备，能在远远提前于故障发生时间点就报警，避免重大故障事故的发生。这种设备的振动故障分析不仅需要对多通道的数据进行高速的同步采集，并且采集到的多通道的数据需要同时进行处理分析，如此大量的数据处理分析过程很大程度上影响着振动分析的实时性及连续性，从而直接影响故障报警的实时性、连续性。相对于传统振动分析仪来说，本实用新型可以很好的解决这一问题，本实用新型整个系统建立在ZYNQ的硬件架构基础上，主芯片的处理单元和可编程逻辑单元有内部高速AXI4总线实现高速数据交互，加速度传感器采集的所述高端设备中介主轴承振动状态信号经模拟前端电路处理后，自6个AD传输通道传输至主芯片的可编程逻辑单元(PL)并行处理，进行浮点转换后使用FIFO(First InputFirst Output)进行缓存，同时将浮点数据计算平方值后也进行FIFO缓存；通过AXI4总线将原始数据以及计算得出的平方值上传至处理系统(PS)，存储在外部存储器(SDRAM)里；处理系统(PS)从外部存储器中读取原始数据以及平方值，经过振动信号处理算法计算(如加入NE10及FFTW等数学运算库，进行计算加速及优化处理)得出故障诊断所需要的有效值、峭度和峰峰值等参数以及判断故障类型及严重程度的频谱等数据，最终在显示屏上得以显示，便于技术人员进一步准确的确定故障所在及严重程度。本实用新型的硬件结构以及良好的高速数据传输性能保证了振动分析的实时性、连续性。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种振动分析仪，包括用于接收传感器信号的模拟前端电路，其特征在于：还包括主芯片，模拟前端电路连接至主芯片；所述主芯片基于ZYNQ平台框架，包括处理单元和可编程逻辑单元，处理单元和可编程逻辑单元之间通过AXI4总线互连；主芯片设有外部存储器；主芯片电路连接显示屏；该振动分析仪还包括锂电池包为整机供电。
2.根据权利要求1所述的振动分析仪，其特征在于:所述主芯片还设有存储卡。
3.根据权利要求2所述的振动分析仪，其特征在于:所述主芯片设有ETH接口和/或USB接口。
4.根据权利要求1-3任一项所述的振动分析仪，其特征在于：所述模拟前端电路包括信号调理电路和配置电路以及AD转换芯片，信号调理电路用于调理传感器的输出信号以达到AD转换的信号要求；配置电路用于配置模拟前端电路的工作参数及配置AD转换芯片的工作模式。
5.根据权利要求4所述的振动分析仪，其特征在于：所述显示屏为LCD显示屏。
6.根据权利要求5所述的振动分析仪，其特征在于：所述锂电池包为8芯锂电池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201820406091.2U CN207991687U (zh) | 2018-03-23 | 2018-03-23 | 振动分析仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201820406091.2U CN207991687U (zh) | 2018-03-23 | 2018-03-23 | 振动分析仪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207991687U true CN207991687U (zh) | 2018-10-19 |
Family
ID=63829912
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201820406091.2U Active CN207991687U (zh) | 2018-03-23 | 2018-03-23 | 振动分析仪 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN207991687U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111190369A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-05-22 | 浙江大学 | 一种基于zynq的振动控制器 |
| CN112540947A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-23 | 北京融智世纪节能技术服务有限公司 | 一种基于Zynq UltraScale+ MPSoC平台的高采样率振动分析装置 |
-
2018
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| CN112540947A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-23 | 北京融智世纪节能技术服务有限公司 | 一种基于Zynq UltraScale+ MPSoC平台的高采样率振动分析装置 |
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