CN2881586Y - 一种轴向振动监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种轴向振动监测装置，尤其涉及一种运用数字电路控制的轴向振动监测装置。本实用新型提供一种轴向振动监测装置，与主机遥控系统相连接，其包括：位移传感器；输入装置；输入通道；输出通道；输出装置；控制存储模块，其包括：A/D转换模块；CPU；D/A转换模块；逻辑判断模块；FLASH存储单元；显示刷新模块；以及电源模块。本实用新型填补了国内在船用柴油机轴向振动监测方面的空白。同时，本实用新型具备一定的功能扩展能力，其可记录并查看近期的峰峰值(即被测物轴向振动的位移量峰峰值的大小)，并可很方便地对参数进行在线修改，通过位移传感器的选用，并对这些参数进行修改，可扩大装置的监测范围或线性范围。

Description

一种轴向振动监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种轴向振动监测装置，尤其涉及一种运用数字电路控制的轴向振动监测装置。

背景技术

虽然目前绝大多数柴油机都安装了轴向振动阻尼器，但仍然无法避免曲轴在旋转的同时产生一定的轴向振动(纵振)，而且不能排除由于种种意外而造成轴向振动阻尼器失效，使得柴油机轴向共振的振幅达到一个不可接受程度。因此，为了增加柴油机的安全性，需用轴向振动监测装置测量对应轴向共振振幅的位移量峰峰值，由此连续监测曲轴的轴向振动。

国内目前暂无此类产品，而国外同类产品的监测控制器采用模拟电路，使得硬件电路的设计和调试都比较困难，同时，装置功能的扩展、相关参数的设定都有很大的局限性，由此造成装置的适用范围不大。

实用新型内容

本实用新型提供一种轴向振动监测装置，与主机遥控系统相连接，其包括：

位移传感器；

输入装置，所述输入装置用于设定参数；

输入通道，包括由运放集成芯片和周边电路组成的多级滤波芯转换器，其连接所述传感器，用于将所述传感器中的模拟电流信号转换为模拟电压信号以及对所述信号进行滤波；

输出通道，包括运放集成芯片和电流电压转换芯片，其连接所述主机遥控系统，用于对输入其中的模拟电流信号进行滤波以及将所述信号转换成模拟电压信号，传送给所述主机遥控系统；

输出装置，所述输出装置用于现场显示；

控制存储模块，其包括：

A/D转换模块，其与所述输入通道相连，用于将输入其中的模拟信号转换为数字信号；

CPU，其与所述A/D转换模块相连，用于采集单位时间内的信号并对所述信号进行处理，计算出峰峰值，并将其转换成被测物轴向振动的位移量峰峰值；

D/A转换模块，其连接在所述CPU与所述输出通道间，用于将数字信号转换成模拟信号，并将此模拟信号传送给所述输出通道；

逻辑判断模块，其与所述D/A转换模块以及所述主机遥控系统相连；

FLASH存储单元，其连接在所述逻辑判断模块和所述输入装置之间，用于读取所述输入装置设定的参数以及对原有参数进行更新；

显示刷新模块，其与所述逻辑判断模块、所述FLASH存储单元以及所述输出装置相连，用于向所述输出装置输出显示值；

电源模块，用于向轴向振动监测装置的各部分提供电源。

在上述的轴向振动监测装置中，所述控制存储模块还包括计时器，其位于所述逻辑判断模块与所述主机遥控系统之间，且其与所述显示刷新模块相连，用于延时。

在上述的轴向振动监测装置中，所述输出装置采用LED发光数码管。

在上述的轴向振动监测装置中，所述输出装置采用5个LED发光数码管，四个作为数位显示，一个作为状态显示。

在上述的轴向振动监测装置中，所述电源模块包括直流滤波器和可变压器件。

在上述的轴向振动监测装置中，所述控制存储模块为集成A/D和D/A功能的包含嵌入式CPU芯片和FLASH存储单元的单片机。

本实用新型填补了国内在船用柴油机轴向振动监测方面的空白。同时，本实用新型具备一定的功能扩展能力，其可记录并查看近期的峰峰值(即轴向共振的振幅大小)，并可很方便地对参数进行在线修改，通过位移传感器的选用，并对这些参数进行修改，可扩大装置的监测范围或线性范围。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：

图1是本实用新型的结构示意图；

图2A是本实用新型的输入装置和输出装置的一个实施例的电路图；

图2B是本实用新型的输入通道的一个实施例的电路图；

图2C是本实用新型的输出通道的一个实施例的电路图；

图2D是本实用新型的电源模块的一个实施例的电路图；

图2E是本实用新型的控制存储模块的一个实施例的电路图；

图3是本实用新型的控制存储模块的流程图。

具体实施方式

请参见图1，图1是本实用新型的结构示意图。如图所示，本实用新型包括控制存储模块1，与控制存储模块1相连的输入装置2、输入通道3、输出通道4和输出装置6，与输入通道3连接的正对被测物体的非接触式位移传感器7以及向上述各部分元件提供电源的电源模块8。其中，输出通道4与主机遥控系统9相连，主机遥控系统9是对船舶机舱内的设备进行监测和控制的系统。

现请参见图2A，图2A是本实用新型的输入装置和输出装置的一个实施例的电路图。如图所示，输入装置2和输出装置6，其分别用于参数设定和现场显示。在本实施例中，输入装置2由四个按键KEY1，KEY2，KEY3，KEY4构成，可对延时时间、报警上限以及线性参数k(斜率)和b(截距)四个参数进行调整，调整的方法可通过编程灵活设置。考虑到工作环境的影响，输出装置22放弃现在较为流行的液晶显示器件，仍然采用传统的LED发光数码管，在本实施例中，输出装置22由5个LED发光数码管L4-L8构成，其中四个作为数位显示，一个作为状态显示。

接下来请参见图2B，图2B是本实用新型的输入通道的一个实施例的电路图。如图所示，输入通道3包括由LMC660芯片31(集成四个运算放大器)和周边电路组成的多级滤波转换器。输入通道3将传感器输入其中的模拟电流信号转换为模拟电压信号并对该信号进行滤波，进而传给控制存储模块1。

现请参见图2C，其为本实用新型的输出通道的一个实施例的电路图。如图所示，输出通道4路包括LMC660运放集成芯片41和AD694电流电压转换芯片42。LMC660运放集成芯片41对控制存储模块1处理得到的电压信号进行滤波，AD694将控制存储模块1处理得到的0-5V电压信号转换为4-20mA电流环信号，进而传送给主机遥控系统9。

再请参见图2D，其为本实用新型的电源模块的一个实施例的电路图。如图所述，电源模块8包括电压保护电路、用于滤除电源的噪声信号，保证电源稳定的直流滤波器51、以及将船用24V电源转化成12V、5V、3.3V不同电压，供给相应模块使用的三个LM317调变压器件52-54。

现请再参见图1，控制存储模块1包括A/D转换模块12，与A/D转换模块12相连的CPU13，连接在CPU13与输出通道4间的D/A转换模块14，与所述D/A转换模块14相连的逻辑判断模块15，连接在逻辑判断模块15和输入装置2之间的FLASH存储单元16，连接在逻辑判断模块15和主机遥控系统9间的计时器17以及与逻辑判断模块15、FLASH存储单元16、计时器17和输出装置5相连的显示刷新模块18。请参见图2E，图2E是本实用新型的控制存储模块的一个实施例的电路图。如图所示，控制存储模块1为集成A/D和D/A功能的包含嵌入式CPU芯片和FLASH存储单元的16位芯片msp430系列单片机。

最后请参见图3，图3是本实用新型的控制存储模块的流程图。现根据图3，介绍怎样实现控制存储模块1的各种功能。

控制存储模块1开始工作时，需先初始化各种参数(步骤310)，参数包括延时时间、报警上限以及线性参数k(斜率)和b(截距)等。然后由A/D转换模块12执行A/D转换步骤312：将输入通道3输入控制存储模块1的模拟电压信号转换为数字电压信号。接下来由CPU13执行采样计算步骤313：因电压信号与传感器所在的位置成线性关系，即y＝kx+b(x为被测物位移偏移量，y为传感器在x位置对应的电压信号，k为斜率，b为截距)，因此电压信号的峰峰值(波峰和波谷的差值)与轴向共振的位移量峰峰值成正比，比例系数即为k，在此步骤中，CPU13每秒钟采集200个数字电压信号，选出其中最大和最小的两个信号，它们之间的差值即对应模拟电压信号的峰峰值，然后根据已知系数k，将电压信号的峰峰值转换为被测物轴向振动的位移量峰峰值。随后由D/A转换模块14执行D/A转换步骤314：将数字电压信号转换成模拟电压信号，输送到主机遥控系统中。接着由逻辑判断模块15进行逻辑判断315，判断位移量峰峰值大小是否超过报警上限(以mm为单位)，如没有超过，就清除报警信号(步骤316)；如超过报警上限，则先由计时器17开始计时，当计时器17所记录的时间超过延时时间时，位移量峰峰值仍然超过报警上限，则完成了延时步骤317，此时向主机遥控系统9发出无源触点信号。然后由显示刷新模块18执行显示刷新步骤319，向输出装置6输出被测物轴向振动的位移量峰峰值的大小。随后再次由逻辑判断模块15进行判断，判断是否有按键输入(步骤320)，如有，进入FLASH存储单元16，读取输入装置21的四个按键对应的参数：延时时间、报警上限以及线性参数k(斜率)和b(截距)，并对原有参数进行更新，然后由显示刷新模块18执行显示刷新步骤319，向输出装置6输出更新以后的各参数值。最后再由逻辑判断模块15进行判断，判断是否结束控制存储模块1的工作(步骤311)，如没有接收到结束信号，则回到A/D转换模块12，执行A/D转换步骤312，进行下一循环；如接收到信号，则控制存储模块1停止工作。

最后，总结一下本实用新型的工作原理：位移传感器7根据被测物体的位移量，产生与被测物之间距离对应的电流信号，输入通道3将此电流信号转换成电压信号并进行过滤，然后传送给控制存储模块1；同时，如用户需要修订相关参数(延时时间、报警上限以及线性参数k和b)，则可通过显示设定模块2输入参数，这些参数随后也被送往控制存储模块1，控制存储模块1将输入通道3送入其中的模拟电压信号转换为数字电压信号，同时将原有的参数更新为输入装置2中输入的参数，然后计算出单位时间的峰峰值并将其转换为被测物轴向振动的位移量峰峰值，最后将数字电压信号转换为0-5V的模拟电压信号，再经过输出通道4，转换成4-20mA电流环信号，进而传送给主机遥控系统5；同时将计算得到的位移量峰峰值与用户设定的报警上限比较，当其超过报警上限时，向主机遥控系统9发出无源触点信号，并通过主机遥控系统9遂向外部发送报警信号，最终，计算得到的位移量峰峰值通过显示刷新模块18显示在输出装置6上。

应理解，控制存储模块1中的计时器17并不是必需的，当被测物振动的位移量峰峰值超过用户设定的报警上限时，无需延迟，可直接向主机遥控系统9发出无源触点信号。此外，输出装置并不局限于LED发光数码管，有显示功能的显示器均可用作输出装置。同时，电源模块5也可为三个分别供电的独立模块，无需可变压器件进行变压。最后，值得一提的是，图2A-E是本实用新型的一个实施例，本领域普通技术人员可根据需要对各功能块作出调整。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，并不是对本实用新型的范围的限制。对于本技术领域的一般人员来说，可以在不脱离本实用新型的精神的情况下，做出种种变化。因此，本实用新型所主张的范围应以权利要求书中的权利要求所述的为准。

Claims (6)

1.一种轴向振动监测装置，与主机遥控系统相连接，其特征在于包括：

位移传感器；

输入装置，所述输入装置用于设定参数；

输入通道，包括由运放集成芯片和周边电路组成的多级滤波芯转换器，其连接所述传感器，用于将所述传感器中的模拟电流信号转换为模拟电压信号以及对所述信号进行滤波；

输出通道，包括运放集成芯片和电流电压转换芯片，其连接所述主机遥控系统，用于对输入其中的模拟电流信号进行滤波以及将所述信号转换成模拟电压信号，传送给所述主机遥控系统；

输出装置，所述输出装置用于现场显示；

控制存储模块，其包括：

A/D转换模块，其与所述输入通道相连，用于将输入其中的模拟信号转换为数字信号；

CPU，其与所述A/D转换模块相连，用于采集单位时间内的信号并对所述信号进行处理，计算出峰峰值，并将其转换成被测物轴向振动的位移量峰峰值；

D/A转换模块，其连接在所述CPU与所述输出通道间，用于将数字信号转换成模拟信号，并将此模拟信号传送给所述输出通道；

逻辑判断模块，其与所述D/A转换模块以及所述主机遥控系统相连；

FLASH存储单元，其连接在所述逻辑判断模块和所述输入装置之间，用于读取所述输入装置设定的参数以及对原有参数进行更新；

显示刷新模块，其与所述逻辑判断模块、所述FLASH存储单元以及所述输出装置相连，用于向所述输出装置输出显示值；以及

电源模块，用于向轴向振动监测装置的各部分提供电源。

2.如权利要求1所述的轴向振动监测装置，其特征在于，所述控制存储模块还包括计时器，其位于所述逻辑判断模块与所述主机遥控系统之间，且其与所述显示刷新模块相连，用于延时。

3.如权利要求1所述的轴向振动监测装置，其特征在于，所述输出装置采用LED发光数码管。

4.如权利要求5所述的轴向振动监测装置，其特征在于，所述输出装置采用5个LED发光数码管，四个作为数位显示，一个作为状态显示。

5.如权利要求1所述的轴向振动监测装置，其特征在于，所述电源模块包括直流滤波器和可变压器件。

6.如权利要求1所述的轴向振动监测装置，其特征在于，所述控制存储模块为集成A/D和D/A功能的包含嵌入式CPU芯片和FLASH存储单元的单片机。

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