[實(shí)用新型]一種基于Cortex-M4的多路振動(dòng)信號(hào)采集系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420638830.2
• 申請(qǐng)日: 2014-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN204177480U
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 榮鋒;宋雅琪;龔楚云;杜克奎;魯勇;聶海;劉曉勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津?yàn)I海新區(qū)三格電子科技有限公司;天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H11/06
• 分類號(hào): G01H11/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于電子檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于Cortex-M4的多路振動(dòng)信號(hào)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械廣泛用于電力、化工、機(jī)械以及一些軍事工業(yè)部門。例如，電力系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)組，化工系統(tǒng)的壓縮機(jī)以及齒輪箱、鼓風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備。機(jī)器的振動(dòng)總是伴隨著機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)而存在的。即使是機(jī)器在最佳的運(yùn)行狀態(tài)，由于微小的缺陷，也將產(chǎn)生某些振動(dòng)。因此，對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測和故障診斷對(duì)安全生產(chǎn)來說意義特別重大。而旋轉(zhuǎn)機(jī)械大部分故障的征兆都包含在機(jī)械振動(dòng)信號(hào)中，對(duì)設(shè)備振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測和分析，為判斷設(shè)備是否正常運(yùn)行、是否存在潛在故障以及預(yù)測故障發(fā)展趨勢等提供了十分有效的手段。

國內(nèi)在故障監(jiān)測診斷技術(shù)方面的研究起步較晚，主要是在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行消化吸收發(fā)展起來的。經(jīng)過多年的研究探索，我國已經(jīng)從剛開始對(duì)各種機(jī)械設(shè)備的故障機(jī)理和診斷方法的研究以及簡便的監(jiān)測與診斷儀器的應(yīng)用發(fā)展到如今監(jiān)測診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程通訊化。目前國內(nèi)很多企業(yè)工廠都為大型轉(zhuǎn)子配備了故障監(jiān)測診斷系統(tǒng)，由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益也十分可觀。

但是，目前我國簡易的狀態(tài)監(jiān)測產(chǎn)品，其分析和診斷功能較弱，振動(dòng)信號(hào)采集系統(tǒng)其輸入模式比較單一，不能同時(shí)兼容AC(交流)、DC(直流)和ICP(壓電加速度傳感器)多種接口的傳感器輸入。而采用DSP+FPGA的振動(dòng)信號(hào)采集系統(tǒng)等分析功能強(qiáng)的產(chǎn)品通常系統(tǒng)比較復(fù)雜，成本較高。因此，現(xiàn)在非常需要一種能支持多種輸入模式且簡單適用的狀態(tài)監(jiān)測產(chǎn)品，以便進(jìn)行精密故障診斷。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有振動(dòng)信號(hào)采集系統(tǒng)的不足，設(shè)計(jì)了一種基于Cortex-M4的多路振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)，用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)的監(jiān)測和分析。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案包括：設(shè)計(jì)了一種基于Cortex-M4的多路振動(dòng)信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于：所述的系統(tǒng)由8路通道傳感器接口電路、可編程放大器、差分電壓基準(zhǔn)調(diào)整電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，以及嵌入式子系統(tǒng)組成；該嵌入式子系統(tǒng)包括FPGA和ARM處理器；所述的FPGA控制傳感器接口電路中的繼電器的工作模式、可編程放大器和A/D，在FPGA內(nèi)部進(jìn)行數(shù)字濾波后以一定的數(shù)據(jù)格式傳輸至ARM，再由ARM模塊將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)，并可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的本地存儲(chǔ)。

所述系統(tǒng)中傳感器接口電路由共模濾波電感、ESD保護(hù)、恒流源激勵(lì)、接口切換和差分放大電路組成。接口切換電路由PLY1、PLY2和C29組成，其中，PLY1和PLY2為G6K-2F型信號(hào)繼電器，由FPGA確定其工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)不同輸入模式。當(dāng)PLY1和PLY2均為常態(tài)時(shí)，該通道處于非工作模式，傳感器與后級(jí)差分放大電路正負(fù)輸入端接地，有效保護(hù)傳感器，并?且避免輸入噪聲對(duì)系統(tǒng)工作的影響；當(dāng)PLY1為常態(tài)且PLY2為吸合態(tài)時(shí)，該通道處于差分輸入模式，傳感器與后級(jí)差分放大電路正負(fù)輸入端直接連接；當(dāng)PLY1為吸合態(tài)且PLY2為常態(tài)時(shí)，該通道處于ICP模式，為傳感器提供恒定的電流源激勵(lì)，且用C29去除輸入信號(hào)中的直流成分，交流成分接入后級(jí)差分放大電路。

本實(shí)用新型的另一技術(shù)方案為：嵌入式子系統(tǒng)采用FPGA+ARM結(jié)構(gòu)，采用FPGA與ARM相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的采集，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行本地存儲(chǔ)。FPGA能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)8路振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，并能單獨(dú)改變?nèi)魏我粋€(gè)通道中繼電器的工作模式、可編程放大器和A/D，在FPGA內(nèi)部進(jìn)行數(shù)字濾波后以一定的數(shù)據(jù)格式傳輸至ARM，ARM處理器采用基于Cortex-M4的STM320F407IG微處理器，其有豐富的外圍接口，方便進(jìn)行擴(kuò)展，從其上面擴(kuò)展出了主要應(yīng)用DM9000以太網(wǎng)接口，并有備用的串口，USB接口，且擴(kuò)展出了SD卡，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和本地存儲(chǔ)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果為：本系統(tǒng)通過控制繼電器能夠?qū)崿F(xiàn)差分信號(hào)輸入、單端信號(hào)輸入、接地保護(hù)和電容耦合四種工作模式，有效降低信號(hào)干擾，提高處理準(zhǔn)確度，同時(shí)能夠兼容AC(交流)、DC(直流)和ICP(壓電加速度傳感器)多種接口的傳感器輸入，提高系統(tǒng)靈活性。且與采用DSP+FPGA的振動(dòng)信號(hào)采集系統(tǒng)相比，使用Cortex-M4微處理器能降低系統(tǒng)復(fù)雜度，方便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和本地存儲(chǔ)，性價(jià)比高，因此具有很好的實(shí)用性。

附圖說明

圖1是振動(dòng)信號(hào)采集系統(tǒng)整體原理框圖；

圖2是振動(dòng)傳感器接口電路原理圖；

圖3是差分電壓基準(zhǔn)調(diào)整電路原理圖；

圖4是A/D芯片原理圖；

圖5是嵌入式子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；