[發明專利]一種振動信號采集處理模塊及處理方法

無效

• 申請號: 201310629438.1
• 申請日: 2013-11-28
• 公開（公告）號: CN103644963A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 徐彤;劉磊;宋恒
• 申請（專利權）人: 陜西千山航空電子有限責任公司
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

技術領域

本發明屬于航空電子技術領域，涉及一種直升機轉動部件的振動信號采集處理模塊及處理方法。

背景技術：

直升機旋翼、尾槳、傳動系統等動部件的故障直接影響直升機的飛行安全，因此對直升機的動部件進行監測及診斷成為裝備保障的重要內容之一。由于直升機結構特殊，一些關鍵部件很難實現冗余設計，一旦發生故障將造成嚴重后果，因此需要對直升機的動部件進行實時監測，對可能發生的故障提前預測，避免事故的發生。

HUMS是直升機狀態監視和故障診斷系統（Health?and?Usage?Monitoring?System）的縮寫（直譯為健康和使用監視系統），通過監測直升機動部件的運行狀況，為系統維護和使用提供合理信息，提高直升機的可靠性、維修性和保障性。

早在二十世紀八十年代英國已經開始應用直升機故障診斷系統。目前，國內直升機故障診斷系統的研究基礎比較薄弱，僅有一些大學和研究所在不同領域開展了一些初步研究，直升機故障診斷技術還處在探索階段，不能滿足直升機維護的需要。

在直升機故障診斷系統中，常用的狀態監視和故障診斷方法包括：發動機功率監測、金屬屑監測、傳動系統振動信號監測和發動機部件壽命監測等。目前，應用于直升機轉動部件的故障診斷方法主要是振動信號分析法，振動信號分析法通過安裝在適當位置的振動傳感器監測發動機和傳動系統產生的振動信號，并對此信號進行分析和處理來判斷部件的工作狀況。振動信號分析方法是實現故障診斷的有效方法之一，通過對振動信號實時分析，并依據適當的故障模型判斷部件當前的工作狀態，為系統使用和維護提供合理信息。

發明內容

發明目的：為了對直升機轉動部件的振動信號進行處理和分析，以實現直升機狀態監測和故障診斷功能，一種振動信號采集處理模塊及處理方法。

技術方案：一種振動信號采集處理模塊，該模塊包括順次連接的傳感器接口電路、可編程放大器、抗混疊濾波器、A/D轉換電路以及FPGA，所述FPGA控制可編程放大器和A/D轉換電路，FPGA還連接有自檢電路，為其提供測試的基準電壓，用于BIT檢測，DSP從FPGA中讀取采樣數據，提取振動信號的特征值，對數據進行處理和分析，將分析結果存放在FPGA內部的RAM中供主控板讀取。

所述傳感器接口電路為振動傳感器提供匹配接口，使用恒流源二極管CR220形成恒流源驅動電路，+24VDC供電，CR220輸出額定電流為2.2mA，在+24VDC和地極之間設置有保護二極管V1和V2，IOUT+和IOUT-為傳感器驅動輸入和信號輸出復用端，振動傳感器輸出電壓信號經過隔直電容C1，濾除信號中的直流分量，電阻R2和電容C1構成RC高通濾波電路，RC高通濾波電路與LM124電壓跟隨器的同相輸入端連接，LM124電壓跟隨器連接到單刀雙擲開關的常閉端，經過自檢電路輸出到可編程放大器的同相輸入端。

一種振動信號采集處理方法，利用到振動信號采集處理模塊，包括以下步驟：

振動傳感器將振動信號輸入到傳感器接口電路轉換為電壓信號，電壓信號經過傳感器接口電路內的高通濾波器，濾除信號中的直流分量，輸出到可編程放大器，可編程放大器接收FPGA的命令，調節信號的放大倍數，確保被采信號處于合適的電壓區間，放大后的信號輸出到抗混疊濾波電路，抗混疊濾波電路內的集成連續時間濾波器濾除信號中的高頻干擾信號，輸出到A/D轉換電路，A/D轉換電路對輸入的信號進行16位同步采集，FPGA產生A/D轉換電路控制時序，讀取A/D轉換電路產生的數據并將數據存放在FPGA內部的RAM中，DSP從FPGA內部的RAM中讀取采樣數據，提取振動信號的特征值，對數據進行FFT處理，將處理結果存放在FPGA內部的RAM中。

優選地，可同時對多路信號進行處理，每路信號都設置有獨立的可編程放大器。

有益效果：本發明通過FPGA對A/D轉換進行控制，相比CPU控制A/D轉換方式，提高了采樣頻率和實時性；通過采用抗混疊濾波技術，可靈活設置濾波器的階數和截止頻率，提高了濾波器的阻帶下降斜率，增強了信號抗干擾能力；通過DSP提取振動信號的特征值，進行實時分析，減小了產生的數據量，減輕了對后端記錄設備的壓力，提高了故障維護的時效性；當直升機轉動部件出現故障時，通過考察振動信號的頻率成分、振幅和相位變化，即振動信號的頻譜中出現異常分量，根據異常分量的特征值比對進行故障判斷和定位。

附圖說明

圖1??是振動信號采集處理模塊原理框圖

圖2??是振動傳感器接口電路示意圖