[發(fā)明專利]一種基于Zynq UltraScale+ MPSoC平臺的高采樣率振動分析裝置

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• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112540947A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯建良;安瑪麗;陳陽
• 申請（專利權(quán)）人: 北京融智世紀節(jié)能技術(shù)服務(wù)有限公司
• 主分類號: G06F15/17
• 分類號: G06F15/17;G06F13/40;G06F13/16;G01M7/02
• 代理公司: 北京同輝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11357
• 代理人: 苗苗

一種基于Zynq UltraScale+MPSoC平臺的高采樣率振動分析裝置，包括前段模擬電路、Zynq UltraScale+MPSoC平臺和外設(shè)設(shè)備；所述前段模擬電路，用于調(diào)理加速度傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的信號；所述Zynq UltraScale+MPSoC平臺用于處理信號；所述外設(shè)設(shè)備包括LCD顯示屏，用于顯示頻域算法和時域算法的處理結(jié)果。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中實時性差，不利于技術(shù)人員對于旋轉(zhuǎn)機械各個部位工作狀態(tài)的實時分析和定位的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字信號采集處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于Zynq UltraScale+ MPSoC平臺的高采樣率振動分析裝置。

背景技術(shù)

Zynq UltraScale+ MPSoC是Xilinx推出的第二代多處理SoC系統(tǒng)，在第一代Zynq-7000的基礎(chǔ)上做了全面升級,在單芯片上融合了功能強大的處理器系統(tǒng)(PS)和用戶可編程邏輯(PL)。

Zynq UltraScale+ MPSoC架構(gòu)更智能的系統(tǒng)需要更多的通信和更高的計算帶寬。更智能的手機、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、工廠、汽車和能源系統(tǒng)等層出不窮。從消費者到企業(yè)、工廠和基礎(chǔ)設(shè)施，隨著知識的增加以及對視覺和位置數(shù)據(jù)的更多使用，人們對于服務(wù)質(zhì)量保證、安全服務(wù)和其它資源的需求也在提升。“大數(shù)據(jù)”(和小數(shù)據(jù))應(yīng)用需要越來越多的分析功能來實現(xiàn)控制處理、預(yù)配置、配置和整體系統(tǒng)管理的自動化。

Xilinx Zynq UltraScale MPSoC架構(gòu)基于TSMC 16FinFET+處理技術(shù)，實現(xiàn)下一代UltraScale+ MPSoC。在Zynq-7000 SoC系列成功的基礎(chǔ)上，全新的UltraScale+MPSoC架構(gòu)進一步擴大了Xilinx SoC，支持真正的異構(gòu)多處理功能，可為更智能系統(tǒng)的“適當任務(wù)提供適當引擎”。

在振動分析過程中，需要高采樣率同步采集多個通道的加速度傳感器的AD數(shù)據(jù)以及多個通道的轉(zhuǎn)速傳感器數(shù)據(jù)，并且對各個通道的數(shù)據(jù)同時進行時域及頻域的分析處理，得到振動分析所需要的有效值、峰值、峰峰值、峰值個數(shù)以及峭度等時域參數(shù)和頻譜及包絡(luò)譜等頻譜參數(shù)，最終將這些時域參數(shù)及頻譜、包絡(luò)譜信息直觀的顯示在LCD顯示屏上，使得現(xiàn)場分析人員可以直觀的看到所有時域頻域參數(shù)，對旋轉(zhuǎn)機械各個部件的工作狀態(tài)進行進一步的分析判斷。目前常見的硬件實現(xiàn)方案為FPGA+DSP/ARM，具體實現(xiàn)過程為，F(xiàn)PGA負責(zé)同時采集、存儲多通道AD數(shù)據(jù)，并經(jīng)過外部總線傳輸給DSP/ARM，具體的數(shù)據(jù)處理過程均在DSP/ARM中進行實現(xiàn)。由于多通道的AD數(shù)據(jù)必須同時上傳，并且實時處理，而外部總線的傳輸速度非常有限，會嚴重影響整個振動分析裝置故障診斷的實時性。而同時在DSP/ARM中的數(shù)據(jù)處理過程由于數(shù)據(jù)量巨大，算法復(fù)雜，計算過程會比較長，也會消耗較長時間，綜上所述，該傳統(tǒng)的振動分析裝置硬件實現(xiàn)方案實時性差，不利于技術(shù)人員對于旋轉(zhuǎn)機械各個部位工作狀態(tài)的實時分析和定位。

現(xiàn)有技術(shù)信號處理方法如圖1所示，整個設(shè)備基于FPGA+DSP/ARM的軟硬件協(xié)同方式實現(xiàn)，由FPGA實現(xiàn)AD數(shù)值的采集功能，再由外部總線接口將AD數(shù)值上傳到DSP/ARM中，AD數(shù)值浮點轉(zhuǎn)換和平方值的計算，以及后續(xù)的有效值、峰峰值以及峭度的計算過程均由DSP/ARM實現(xiàn)。FPGA與DSP/ARM通過外部總線的數(shù)據(jù)傳輸時間以及振動信號處理算法是影響整個系統(tǒng)實時性能的兩個主要瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于Zynq UltraScale+ MPSoC平臺的高采樣率振動分析裝置，它能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中實時性差，不利于技術(shù)人員對于旋轉(zhuǎn)機械各個部位工作狀態(tài)的實時分析和定位的問題。

為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方法：

一種基于Zynq UltraScale+ MPSoC平臺的高采樣率振動分析裝置，包括前段模擬電路、Zynq UltraScale+ MPSoC平臺和外設(shè)設(shè)備；

所述前段模擬電路，用于調(diào)理加速度傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的信號，并將調(diào)理后的信號發(fā)送到Zynq UltraScale+ MPSoC平臺；