CN212275059U - 一种六维振动信号采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种六维振动信号采集系统。该一种六维振动信号采集系统包括：数据采集模块和数据收发模块，所述数据采集模块和数据收发模块由数据线连接，所述数据采集模块以MPU9250传感器芯片为核心，可同时检测测点在X、Y、Z三个方向上的加速度和绕三个方向轴的角速度，所述数据收发模块负责接收数据采集模块输出的数据。本实用新型提供的一种六维振动信号采集系统，可显著降低制作成本，降低测试产品价格和振动测试服务费用，可丰富测试信息，对于提高振动信号分析的准确性和扩展振动测试技术的应用领域都具有很好的实际意义，抗干扰能力明显高于已有技术，也更便于与各种测控系统衔接。

Description

一种六维振动信号采集系统

技术领域

本实用新型涉及振动信号采集领域，尤其涉及一种六维振动信号采集系统。

背景技术

目前，使用压电式传感器测试振动，传感器输出的是模拟电荷信号或电流信号之后，电荷放大器或恒流源装置将传感器输出转换为电压信号，最后经AD转换器输出为数字信号。传感器测试的是测点在X、Y、Z三个相互垂直的直线方向上的振动，或其中某个方向上振动。

上述方法存在的缺陷在于：1.压电式传感器不能测试到测点绕X、Y、Z三个方向轴的旋转信息，基于这种传感器构建的测试系统无法获得扭转振动信息；2.由于压电式传感器输出的是模拟信号，所以，每个方向的信号均需要两条信号线，在采集设备上也会对应一个连接端口，当测点数较多时，信号线路和采集设备的复杂性都会增加；3.由于压电式传感器输出的是模拟信号，所以，信号在传输过程中易被干扰。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型提供的一种六维振动信号采集系统，解决了上述技术问题，提供一种六维振动信号采集系统

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种六维振动信号采集系统包括：数据采集模块和数据收发模块，所述数据采集模块和数据收发模块由数据线连接；

数据采集模块为以MPU9250传感器芯片为核心，MPU9250传感器芯片的外围为SPI模式下的匹配电路，MPU9250芯片的输出为数字信号，同时检测测点在X、Y、Z三个方向上的加速度和绕三个方向轴的角速度；

数据收发模块用于接收数据采集模块输出的数据，所述数据收发模块。

其中，所述数据采集模块，为保证信号的原始性，屏蔽DMP功能。

其中，所述数据收发模块集成了电源电路、串口通信电路、USB Slave电路、程序下载电路、SD卡存储电路、差分与单端信号转换电路和三个数据采集接口电路。

其中，所述三个数据采集接口电路分别连接一个数据采集模块，所述数据采集模块的数据通信总线为SPI，三个数据采集模块共用一个时钟信号SCLK，实现数据的同步采集和接收，所述数据采集模块的数据接收采用中断方式，处理器从各SPI salve上依次读取数据，所述数据采集模块的偏选信号nCs相互独立，数据收发模块可通过程序独立控制不同数据采集模块。

其中，所述差分与单端信号转换电路用于数据采集模块端转换电路和数据收发模块转换电路，提高由数据采集模块至接收模块间的数据传输稳定性和抗干扰能力以及数据线长度。

其中，所述数据收发模块输出的差分信号转换为单端信号，数据采集模块输出的单端信号转换为差分信号。

其中，所述数据收发端模块的转换电路将SPI输出的单端信号转换为差分信号，数据采集端转换电路输出的差分信号转换为单端信号。

其中，所述数据收发模块中，使用了SDIO驱动方式读写SD卡。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种六维振动信号采集系统，

为了能更进一步了解本实用新型的特征以及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

下面结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式详细描述，将使本实用新型的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1是本实用新型一种六维振动信号采集系统的原理示意图。

图2是本实用新型一种六维振动信号采集系统的数据采集模块电路设计原理图。

图3是本实用新型一种六维振动信号采集系统的STM32F429IGT6与MPU9250通信方式示意图。

图4是本实用新型一种六维振动信号采集系统的数据采集模块单端与差分转换电路示意图。

图5是本实用新型一种六维振动信号采集系统的数据收发模块单端与差分转换电路示意图。

图6是本实用新型一种六维振动信号采集系统的SD卡电路原理图示意图。

图7是本实用新型一种六维振动信号采集系统的USB Slave电路示意图。

图8是本实用新型一种六维振动信号采集系统的直流电源供电电路示意图。

图9是本实用新型一种六维振动信号采集系统的程序下载电路示意图。

图10是本实用新型一种六维振动信号采集系统的STM32F429IGT6处理器外围电路原理图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型所采取的技术手段及其效果，以下结合本实用新型的优选实施例及其附图进行详细描述。

请参阅图1和图2，一种六维振动信号采集系统包括：数据采集模块和数据收发模块，所述数据采集模块和数据收发模块由数据线连接；

数据采集模块为以MPU9250传感器芯片为核心，MPU9250传感器芯片的外围为SPI模式下的匹配电路，MPU9250芯片的输出为数字信号，同时检测测点在X、Y、Z三个方向上的加速度和绕三个方向轴的角速度；

数据收发模块用于接收数据采集模块输出的数据，所述数据收发模块。

进一步，所述数据采集模块，为保证信号的原始性，屏蔽DMP功能。

请参阅图7至图10，进一步，所述数据收发模块集成了直流电源供电电路、串口通信电路、USB Slave电路、程序下载电路、SD卡存储电路、差分与单端信号转换电路和三个数据采集接口电路，数据收发模块以STM32F429IGT6微处理为核心。

请参阅图3，进一步，所述三个数据采集接口电路分别连接一个数据采集模块，所述数据采集模块的数据通信总线为SPI，三个数据采集模块共用一个时钟信号SCLK，实现数据的同步采集和接收，所述数据采集模块的数据接收采用中断方式，处理器从各SPI salve上依次读取数据，所述数据采集模块的偏选信号nCs相互独立，数据收发模块可通过程序独立控制不同数据采集模块。

进一步，所述差分与单端信号转换电路用于数据采集模块端转换电路和数据收发模块转换电路，提高由数据采集模块至接收模块间的数据传输稳定性和抗干扰能力以及数据线长度。

进一步，所述数据收发模块输出的差分信号转换为单端信号，数据采集模块输出的单端信号转换为差分信号。

进一步，所述数据收发端模块的转换电路将SPI输出的单端信号转换为差分信号，数据采集端转换电路输出的差分信号转换为单端信号。

请参阅图6，进一步，所述数据收发模块中，使用了SDIO驱动方式读写SD卡。

工作原理：

在数据采集模块中，以MPU9250传感器芯片为核心，芯片外围为SPI模式下的匹配电路，为保证信号的原始性，屏蔽了DMP功能。MPU9250芯片的输出为数字信号，可同时检测测点在X、Y、Z三个方向上的加速度和绕三个方向轴的角速度。

数据收发模块负责接收数据采集模块输出的数据。该模块以STM32微处理为核心，包括电源电路、串口通信电路、USB Slave电路、程序下载电路、SD卡存储电路、差分与单端信号转换电路和三个数据采集接口电路。

一个数据收发模块可同时连接三个数据采集模块，数据通信总线为SPI。三个数据采集模块共用一个时钟信号SCLK，能够实现数据的同步采集和接收。数据接收采用中断方式，处理器从各SPI salve上依次读取数据，由于数据采集模块的最高采样频率为12000Hz，远低于接收模块处理器的工作频率，所以，不会造成数据丢失。同时，三个数据采集模块的片选信号nCs相互独立，从而数据收发模块可通过程序独立控制不同数据采集模块，可对每个数据采集模块进行不同的参数设置(除采样频率)，可控制指定的数据采集模块启动工作，可查看数据采集模块是否连接。

请参阅图4和图5，为提高由数据采集模块至接收模块间的数据传输稳定性和抗干扰能力，并大幅度提高数据线长度，针对数据传输特点，设计了两部分单端与差分信号间的转换电路，分别为数据采集端转换电路和数据收发端转换电路。其中，数据采集端转换电路与数据采集模块通过长度小于1米的数据线连接，该电路将数据收发模块端输出的差分信号转换为单端信号(SCLK、nCs、SDI)，将数据采集模块输出的单端信号(SDO、INT)转换为差分信号。数据收发模块端的转换电路则是将SPI输出的单端信号(SCLK、nCs、SDI)转换为差分信号，将数据采集模块端转换电路输出的差分信号转换为单端信号(SDO、INT)。经实测，上述两个差分与单端转换电路间的数据线长度最大值不小于6米。

同时，在数据收发模块中，使用了SDIO驱动方式读写SD卡，可实现数据的高速读写。

另外，考虑到振动信号中往往存在高频干扰和无用的低频分量，在数据收发模块的执行程序中，嵌入了低通滤波和高通滤波程序，可根据给定的滤波类型和截止频率对采集到的信号进行滤波处理。

本发明在工作之前，需通过程序下载电路将编写好的程序下载至微处理器。在工作时，将本发明与计算机连接，通过计算机上的软件设置数据采集参数，如采样频率、测试方向、量程、数据采集模块选择、数据存储或发送目标等，所设置的参数会输出给数据收发模块，并由数据收发模块发送相应指令给数据采集模块。

在软件中启动本系统工作后，数据采集模块便开始采集数据，数据经数据线传至数据收发模块，该模块根据事先设定好的数据存储或发送目标，将数据写入SD卡，或发送给串口，或发送给USB端口，对于发送出去的数据，由计算机接收。

综上所述，本实用新型提供的一种六维振动信号采集系统，数据采集模块和数据收发模块，所述数据采集模块和数据收发模块由数据线连接；数据采集模块为以MPU9250传感器芯片为核心，MPU9250传感器芯片的外围为SPI模式下的匹配电路，MPU9250芯片的输出为数字信号，同时检测测点在X、Y、Z三个方向上的加速度和绕三个方向轴的角速度；数据收发模块用于接收数据采集模块输出的数据，所述数据收发模块，相对于已有振动测试技术，本系统可显著降低制作成本，降低测试产品价格和振动测试服务费用，可丰富测试信息，对于提高振动信号分析的准确性和扩展振动测试技术的应用领域都具有很好的实际意义。同时，由于本系统中传输的信号均为数字信号，抗干扰能力明显高于已有技术，也更便于与各种测控系统衔接。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种六维振动信号采集系统，其特征在于，包括：数据采集模块和数据收发模块；所述数据采集模块和数据收发模块由数据线连接；

数据采集模块为以MPU9250传感器芯片为核心，MPU9250传感器芯片的外围为SPI模式下的匹配电路，MPU9250芯片的输出为数字信号，同时检测测点在X、Y、Z三个方向上的加速度和绕三个方向轴的角速度；

数据收发模块用于接收数据采集模块输出的数据。

2.根据权利要求1所述的一种六维振动信号采集系统，其特征在于，所述数据采集模块，为保证信号的原始性，屏蔽DMP功能。

3.根据权利要求1所述的一种六维振动信号采集系统，其特征在于，所述数据收发模块集成了电源电路、串口通信电路、USB Slave电路、程序下载电路、SD卡存储电路、差分与单端信号转换电路和三个数据采集接口电路。

4.根据权利要求3所述的一种六维振动信号采集系统，其特征在于，所述三个数据采集接口电路分别连接一个数据采集模块，所述数据采集模块的数据通信总线为SPI，三个数据采集模块共用一个时钟信号SCLK，实现数据的同步采集和接收，所述数据采集模块的数据接收采用中断方式，处理器从各SPI salve上依次读取数据，所述数据采集模块的偏选信号nCs相互独立，数据收发模块可通过程序独立控制不同数据采集模块。

5.根据权利要求3所述的一种六维振动信号采集系统，其特征在于，所述差分与单端信号转换电路用于数据采集模块端转换电路和数据收发模块转换电路，提高由数据采集模块至接收模块间的数据传输稳定性和抗干扰能力以及数据线长度。

6.根据权利要求5所述的一种六维振动信号采集系统，其特征在于，所述数据收发模块输出的差分信号转换为单端信号，数据采集模块输出的单端信号转换为差分信号。

7.根据权利要求5所述的一种六维振动信号采集系统，其特征在于，所述数据收发端模块的转换电路将SPI输出的单端信号转换为差分信号，数据采集端转换电路输出的差分信号转换为单端信号。

8.根据权利要求1所述的一种六维振动信号采集系统，其特征在于，所述数据收发模块中，使用了SDIO驱动方式读写SD卡。

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