CN211178728U - 信号调理装置、信号感测和调理装置及振动测试系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种信号调理装置、信号感测和调理装置及振动测试系统，该信号调理装置包括输入端和输出端，还包括主模块、降噪模块、低通滤波模块和放大模块，其中，降噪模块与主模块连接并且适于从输入端接收振动传感器输出的振动信号、降低振动信号中由电磁干扰造成的噪音而形成第一信号，低通滤波模块与主模块连接并且适于过滤第一信号中的高频信号而形成第二信号，放大模块与低通滤波模块连接并且适于放大第二信号而向输出端提供第三信号。本申请实施例能够有效地调理振动信号，这有利于精确评估油品对于振动的影响。

Description

信号调理装置、信号感测和调理装置及振动测试系统

技术领域

本实用新型涉及工业设备监测领域，尤其涉及信号调理装置、信号感测和调理装置及振动测试系统。

背景技术

很多工业设备(例如轴承、汽车、机器人等设备)采用旋转机械。针对旋转机械的状态监测和故障诊断，通常分为温度法、油样分析法和振动法等。温度法是通过监测设备的温度来判断设备是否处于正常状态，但其不适用于设备局部损伤和早期故障的判断。油样分析法是一种从运行设备中取出油样，通过定期收集和分析油脂的状态来间接评估设备运行状况，通常需要人为定期地去获取油样，然后进行离线测试，这种方法的局限性在于，无法实时获得设备状态的评估。振动法是通过安装在旋转设备适当方位的振动传感器来监测设备的振动信号，并对此信号进行分析和处理来判断工况和故障的方法，具备可以有效诊断出早期微小故障，信号测试与处理简单、直观，诊断结果可靠等优点。目前，国内外开发生产的各种滚动轴承监测和诊断仪器和系统大多是根据振动法的原理制成的。

在振动测试监测设备状态的现有技术中，根据时域和频域信号的分析，能够判断设备振动产生的原因为不平衡、不对中、共振和机械松动等(请参见《旋转机械故障诊断实用技术》，杨国安编著，中国石化出版社，2012年出版)。但是，目前油品对振动影响的评估不精确；并且，振动传感器通常需要固定安装，成本较高，同时对于结构较小的设备或几何结构紧凑的设备，传感器无法有效安装。

实用新型内容

本实用新型实施例解决的技术问题是油品对振动影响的评估不精确和振动传感器无法有效安装等。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种信号调理装置，包括输入端和输出端，还包括主模块；降噪模块，其与主模块连接，并且适于从输入端接收振动传感器输出的振动信号、降低振动信号中由电磁干扰造成的噪音而形成第一信号；低通滤波模块，其与主模块连接并且适于过滤第一信号中的高频信号而形成第二信号；放大模块，其与低通滤波模块连接并且适于放大第二信号而向输出端提供第三信号。

可选地，降噪模块包括第一电阻和第一电容，第一电阻的第一端连接电源电压、第二端连接输入端和主模块的第一接口，第一电容的第一端连接第一电阻的第二端、第二端连接主模块的第二接口和地。

可选地，低通滤波模块包括第二电阻、第三电阻和第二电容，第二电阻的第一端连接主模块的第三接口、第二端连接主模块的第四接口，第三电阻的第一端连接第四接口、第二端连接主模块的第五接口和输出端，第二电容的第一端连接第四接口、第二端连接第五接口。

可选地，放大模块包括可变电阻，可变电阻的第一端连接电源电压、第二端连接地、可调端连接主模块的第四接口。

可选地，放大模块包括第四电阻，其第一端连接可变电阻的可调端、第二端连接主模块的第四接口。

本实用新型实施例还提供一种信号感测和调理装置，包括壳体、振动传感器和如上所述的信号调理装置，其中，振动传感器和信号调理装置容纳于壳体内。

可选地，壳体的长、宽和高分别在25-30mm、25-30mm和5-10mm的范围内。

可选地，振动传感器为位移传感器、速度传感器或加速度传感器。

本实用新型实施例还提供一种振动测试系统，包括如上所述的信号感测和调理装置，处理和采集装置、以及分析装置，其中，处理和采集装置与信号感测和调理装置连接并且适于处理和采集第三信号而形成第四信号，分析装置与处理和采集装置连接并且适于分析第四信号而输出振动有效值。

可选地，处理和采集装置包括模数转换电路，处理和采集装置为单片微机系统，分析装置为包括振动分析软件的计算机。

与现有技术相比，本实用新型实施例的信号调理装置包括降噪模块、低通滤波模块和放大模块，其能够有效降低电磁干扰、过滤高频信号、以及放大输出信号，从而有效地调理了振动信号，这有利于精确评估油品(例如润滑油脂)对于振动的影响；本实用新型实施例的信号感测和调理装置具有一体式的微型设计，其壳体内包括振动传感器和信号调理装置，这既便于携带和安装、又避免了振动传感器与信号调理装置之间的信号传输线路对振动信号的衰减或干扰。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一种信号调理装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中一种信号调理装置的电路示意图；

图3是本实用新型实施例中一种信号感测和调理装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例中一种振动测试系统的结构示意图；

图5是本实用新型实施例中对某齿轮箱使用不同油品进行评估的曲线图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。

图1是本实用新型实施例中一种信号调理装置的结构示意图。信号调理装置100具有输入端和输出端，并且包括主模块110、降噪模块120、低通滤波模块130和放大模块140。

主模块110连接降噪模块120和低通滤波模块130。降噪模块120与主模块110连接，并且适于从输入端接收振动传感器输出的振动信号、降低振动信号中由电磁干扰造成的噪音而形成第一信号。低通滤波模块130与主模块110连接并且适于过滤第一信号中的高频信号而形成第二信号，被过滤的高频信号例如为频率高于8000Hz的信号，使得过滤后的信号在0-8000Hz频率范围内，以满足单片机的采样频率要求。放大模块140，其与低通滤波模块130连接并且适于放大第二信号而向输出端提供第三信号。

放大模块140直接连接至低通滤波模块130，而不是经主模块100的接口间接连接至低通滤波模块130，这可以避免第二信号的衰减或失真。

图2是本实用新型实施例中一种信号调理装置的电路示意图，该电路200为图1所示信号调理装置100的具体电路结构，包括了主模块、降噪模块、低通滤波模块和放大模块的具体构造。

具体而言，主模块210可以通过接口连接降噪模块和低通滤波模块，接口包括第一接口、第二接口、第三接口、第四接口和第五接口，其中，第一接口包括物理接口1和2，第二接口包括物理接口3和4，第三接口包括物理接口5，第四接口包括物理接口6，第五接口包括物理接口7，请参见图2中标记的物理接口1-7。

降噪模块220包括第一电阻R1和第一电容C1，第一电阻R1的第一端连接电源电压Vcc(如5V)、第二端连接信号调理装置的输入端(其接收振动传感器输出的振动信号)和主模块210的第一接口，第一电容C1的第一端连接第一电阻R1的第二端、第二端连接主模块210的第二接口和地；第一电阻R1和第一电容C1通过电压耦合起到抗高频电磁干扰的作用。

在一个实施例中，第一电阻R1和第一电容C1采用贴片式，以使信号调理装置200微型化。

低通滤波模块230包括第二电阻R2、第三电阻R3和第二电容C2，其和主模块210的第三接口、第四接口和第五接口共同构成RC电路，第二电阻R2的第一端连接主模块210的第三接口、第二端连接主模块210的第四接口，第三电阻R3的第一端连接主模块210的第四接口、第二端连接主模块210的第五接口和信号调理装置的输出端(其输出经放大电路240放大的信号)，第二电容C2的第一端连接第四接口、第二端连接第五接口；该RC电路可以使得通过的带宽控制在0-8000Hz频率范围内，以满足单片机的采样频率要求，保证采集到的信号频率不失真。

放大模块240包括可变电阻R5，可变电阻R5的第一端连接电源电压Vcc、第二端连接地、可调端连接主模块210的第四接口；可变电阻R5可以调节电路的增益系数，从而放大低通滤波模块230形成的第二信号。

在一个实施例中，放大模块240还包括第四电阻R4，其中，第四电阻R4的第一端连接可变电阻R5的可调端，第二端连接主模块210的第四接口。

图3是本实用新型实施例中一种信号感测和调理装置的结构示意图。信号感测和调理装置300包括壳体310、振动传感器320和信号调理装置330，其中，信号调理装置330具有与结合图1和2所述信号调理装置100、200相同或类似的构造；振动传感器320和信号调理装置330一体设计，都容纳于壳体310内，这避免了在振动传感器与信号调理装置非一体设计的情形中连接于这二者之间的传输线路对振动信号的衰减或干扰。

信号感测和调理装置300具有微型尺寸，其壳体310内容纳振动传感器320和信号调理装置330；例如，壳体310的长、宽和高分别在25-30mm、25-30mm和5-10mm的范围内。这使得信号感测和调理装置300具有便携性，方便了测试人员的携带和安装，例如，测试人员仅需携带一个信号感测和调理装置，就可以在现场先后将该信号感测和调理装置既稳固又可拆卸地安装于多台旋转机械中，从而可以对这些旋转机械的状态都进行监测和故障诊断。

振动传感器320包括位移传感器、速度传感器或加速度传感器。振动传感器的尺寸可以为10×8×3mm；加速度传感器的带宽可以为10kHz。振动传感器320通过感传被测设备上激发的振动而产生振动信号，并且将该振动信号输出到信号调理装置330以进行降噪、滤波和放大等。

图4是本实用新型实施例中一种振动测试系统的结构示意图。振动测试系统400包括信号感测和调理装置410，处理和采集装置420和分析装置430，其中，信号感测和调理装置410具有与结合图3所述信号感测和调理装置300相同或类似的构造；处理和采集装置420与信号感测和调理装置410连接并且适于从信号感测和调理装置410采集第三信号而形成第四信号；分析装置430与处理和采集装置420连接，并且适于从处理和采集装置420接收和分析第四信号而输出振动有效值。

在一个实施例中，处理和采集装置420包括模数转换电路(也称为“ADC转换电路”)，例如为10通道的模数转换电路，其将模拟形式的振动信号转换成数字形式的振动信号。

在另一个实施例中，处理和采集装置420为单片微机系统(例如为基于ARM的单片微机系统)，其可以通过串口(例如USB串口)或者并口等通信方式采集模数转换电路输出的、数字形式的振动信号；并且将处理和采集的信号输出到分析装置430。

在又一个实施例中，分析装置430为包括振动分析软件的计算机，该振动分析软件可用于数据存储、波形绘制、信号分析和定量评估等。

不同于常规旋转机械中的振动监测，本实用新型基于油品(例如用于齿轮箱的润滑油脂)对振动影响，而设置了特定的降噪模块、低通滤波模块和放大模块，使得能够较精确地获得振动与油品以及工况的关联。

图5是本实用新型实施例中对某齿轮箱使用不同油品进行评估的曲线图。该齿轮箱使用不同油品进行降噪，并通过振动测试系统进行评估。在图5中，横坐标为减速齿轮箱不同的速度档位，其中，b档表示齿轮箱不运动时的环境振动值，档位1至6以及max分别表示转速为2000r/min、4000r/min、6000r/min、8000r/min、10,000r/min、12,000r/min、14,000r/min，“r/min”表示每分钟所旋转的圈数；纵坐标为分析出的振动有效值，其范围在0-90之间。

由于振动测试系统采用了本实用新型针对油品状态评估而提供的特定降噪模块、低通滤波模块和放大模块，使得无论在速度档位维度(包括b、1-6和max档位)还是在油品维度(包括油品#1-3)，通过信号分析和定量评估获得的振动有效值都能够区分不同转速中不同油品的噪声或振动。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种信号调理装置，包括输入端和输出端，其特征在于，还包括：

主模块；

降噪模块，其与所述主模块连接，并且适于从所述输入端接收振动传感器输出的振动信号、降低所述振动信号中由电磁干扰造成的噪音而形成第一信号；

低通滤波模块，其与所述主模块连接并且适于过滤所述第一信号中的高频信号而形成第二信号；

放大模块，其与所述低通滤波模块连接并且适于放大所述第二信号而向所述输出端提供第三信号。

2.根据权利要求1所述的信号调理装置，其特征在于，所述降噪模块包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的第一端连接电源电压、第二端连接所述输入端和主模块的第一接口，所述第一电容的第一端连接所述第一电阻的第二端、第二端连接所述主模块的第二接口和地。

3.根据权利要求1所述的信号调理装置，其特征在于，所述低通滤波模块包括第二电阻、第三电阻和第二电容，所述第二电阻的第一端连接所述主模块的第三接口、第二端连接所述主模块的第四接口，所述第三电阻的第一端连接所述第四接口、第二端连接所述主模块的第五接口和所述输出端，所述第二电容的第一端连接所述第四接口、第二端连接所述第五接口。

4.根据权利要求1所述的信号调理装置，其特征在于，所述放大模块包括可变电阻，所述可变电阻的第一端连接电源电压、第二端连接地、可调端连接所述主模块的第四接口。

5.根据权利要求4所述的信号调理装置，其特征在于，所述放大模块包括第四电阻，其第一端连接所述可变电阻的可调端、第二端连接所述主模块的所述第四接口。

6.一种信号感测和调理装置，其特征在于，包括壳体、振动传感器和如权利要求1-5中任一项所述的信号调理装置，其中，所述振动传感器和所述信号调理装置容纳于所述壳体内。

7.根据权利要求6所述的信号感测和调理装置，其特征在于，所述壳体的长、宽和高分别在25-30mm、25-30mm和5-10mm的范围内。

8.根据权利要求6所述的信号感测和调理装置，其特征在于，所述振动传感器为位移传感器、速度传感器或加速度传感器。

9.一种振动测试系统，其特征在于，包括如权利要求6-8中任一项所述的信号感测和调理装置，处理和采集装置、以及分析装置，其中，所述处理和采集装置与所述信号感测和调理装置连接并且适于处理和采集所述第三信号而形成第四信号，所述分析装置与所述处理和采集装置连接并且适于分析所述第四信号而输出振动有效值。

10.根据权利要求9所述的振动测试系统，其特征在于，所述处理和采集装置包括模数转换电路，所述处理和采集装置为单片微机系统，所述分析装置为包括振动分析软件的计算机。

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