一种应用于隔膜泵单向阀故障检测的声发射信号采集装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种应用于隔膜泵单向阀故障检测的声发射信号采集装置，属于声发射检测技术领域。
【背景技术】
[0002]往复式高压活塞隔膜泵是管道输送的核心执行机构，需要重点监测维护，考察隔膜泵的结构和工作状况发现:其吸入阀和排除阀均为单向阀，由于隔膜泵的构造，隔膜泵泵体的损坏往往是在单向阀损坏之后才发生的；在实际工作过程中表明单向阀的磨损率、故障率和更换率都是较高的，因此，如果可以监测单向阀故障并对其信号进行实时采集，就可以大大减少隔膜泵的故障，也在很大程度上保证了管道运输的安全和稳定。
[0003]针对隔膜泵的特点，可以利用声发射技术监测结构相对简单的单向阀，从而间接监测隔膜泵。由于单向阀是在不断运行中的，为了实现在线采集，需要使用一种无损检测手段。利用声发射手段进行检测，是一种适合机械设备的动态无损监测方法，不同于与其它无损检测方法的是:在外部条件的作用下，产生声发射信号，对因设备故障产生的变化比较敏感，而且由于绝大多数材料都具有声发射特性，因此声发射检测不会受到材料的限制。但是大多数声发射信号属于高频信号，在背景嘈杂的工作环境中显得极为微弱，需要借助于灵敏的声发射采集监测设备才能将其检测出来。但是基于单片机的声发射信号的采集处理系统，主要运用不同种类不同型号的单片机作为声发射信号的数据采集单元，利用电脑的其它程序对信号进行处理监测和特征提取。这类系统设计简单、实现容易，但是主控芯片处理能力弱，运算速度慢，不适合大量数据的采集。因此需要设计一种更理想的信号采集装置对故障?目号进行米集。
【发明内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是:本实用新型提供一种应用于隔膜泵单向阀故障检测的声发射信号采集装置，用于解决现有应用于隔膜泵单向阀故障检测的采集装置主控芯片处理能力弱，运算速度慢，不适合大量数据的采集的问题，针对单向阀的声发射信号进行多通道、并行采集，实现实时快速传输。
[0005]本实用新型技术方案是:一种应用于隔膜泵单向阀故障检测的声发射信号采集装置，包括三路采集通道、核心控制模块7，三路采集通道并行采集数据，三路采集通道的结构完全相同，只是在进入核心控制模块7时使用了 3组不同的GP1 口，每路采集通道包括声发射传感器1、模拟信号采集模块2、A/D转换模块9、数据接收传输模块14 ;所述声发射传感器I连接模拟信号采集模块2的输入端，模拟信号采集模块2的输出端连接A/D转换模块9的输入端，A/D转换模块9的输出端与数据接收传输模块14的输入端相连，数据接收传输模块14将数据输出；核心控制模块7通过引脚与模拟信号采集模块2相连，核心控制模块7通过PWM为外部A/D转换电路和高速FIFO单元12提供时钟，并经数据接收传输模块14的USB模拟串口 13将数据传出，针对单向阀的声发射信号，对其进行多通道、并行采集，实现实时快速传输。
[0006]所述模拟信号采集模块2包括VREF电压基准电路3、前置放大电路4、D/A转换器5、增益控制电路6 ;所述增益控制电路6由核心控制模块7的STM32F103ZET主控芯片8控制，增益控制电路6与核心控制模块7连接，STM32F103ZET主控芯片8发出的数字信号经由D/A转换器5转换为模拟信号，然后再传给增益控制电路6，所述的VREF电压基准电路3为D/A转换器5提供基准电压，由TL431和0P07构成的电压跟随器组成；D/A转换器5采用 TLC5615。
[0007]所述核心控制模块7以Cortex-M3内核的32位微处理器STM32F103ZET主控芯片8为核心控制器，还包括AC/DC供电电源15，AC/DC供电电源15将外部交流转换为直流向STM32F103ZET主控芯片8供电。
[0008]所述A/D转换模块9包括A/D转换电路11、A/D驱动电路10 ;所述A/D转换电路11采用AD9225，A/D驱动电路10采用AD8138单端至差分转换驱动AD9225的差分输入电路，该模块的设计是为了保证采样速度。
[0009]所述数据接收传输模块14包括高速FIFO单元12、USB模拟串口 13，高速FIFO单元12的设计是为了保证高速传输:由于数据量大，传输速度快，所以采用A/D转换电路11处理完成以后，核心控制芯片STM32F103ZET主控芯片8的处理能力不能满足实时传输采样数据的要求，因此在核心控制模块7的输入接口部分，需要设计数据缓存单元即高速FIFO单元12。
[0010]本实用新型所述的部件均为市面上能买到的普通部件。
[0011]本实用新型的工作原理是:
[0012]如图1所示，核心控制模块7以Cortex-M3内核的32位微处理器STM32F103ZET主控芯片8为核心展开设计；主要包括STM32F103ZET主控芯片8对模拟信号采集模块2的增益控制，A/D转换电路11和高速FIFO单元12时钟的控制，采集数据的控制以及输出数据的控制，还包括，通过CS1、SCK和MOSI引脚；CS2、SCK和MOSI引脚；CS3、SCK和MOSI引脚为公用引脚，与D/A转换器5中的SPI串行总线相连接；通过43脚PWM引脚为外部A/D转换电路11和高速FIFO单元12提供时钟，42脚USB_EN为数据传输端口。分别用PE、PF和PG三组GP1端口作为三路数据接收端口，其中，核心控制模块7对于模拟信号采集模块2的增益控制，A/D转换电路11和高速FIFO单元12时钟的控制，采集数据的控制以及输出数据的控制均为自动化领域、计算机领域常用技术手段的应用。
[0013]如图2所示，模拟信号采集模块2是用于接收来自声发射传感器I采集的声发射模拟信号；该模块包括前置放大电路4、增益控制电路6、D/A转换器5及其VREF电压基准电路3 ;其中所述增益控制电路6由主控芯片STM32F103ZET主控芯片8控制，但STM32F103ZET主控芯片8所提供的控制信号为数字信号，而增益控制电路6所需的信号为模拟信号，所以采用D/A转换器5进行数模转换，所用的D/A转换器5为TLC5615 ;所述的VREF电压基准电路3为D/A转换器5提供基准电压，由TL431和0P07构成的电压跟随器组成。
[0014]图2为本实用新型的分模块设计思路图，从虚线框围成的四部分可以看出采集单元包括:核心控制模块7、模拟信号采集模块2、A/D转换模块9以及数据接收传输模块14 ;数据来自最左端的声发射传感器1，由最右端的USB模拟串口 13将采样数据传送出去；
[0015]图3为本实用新型的整体结构框图:声发射信号采集是3路通道并行采集数据的，3路通道的结构完全相同，只是在进入核心控制模块7时使用了 3组不同的GP1 口，所以这里仅针对一路通道的设计进行分析介绍，其余两路的设计思路和设计过程与介绍的这一路是完全一样的。每路采集单元包括:模拟信号采集模块2、A/D转换模块9以及数据接收传输模块14。
[0016]本实用新型的有益效果是:
[0017]1、本实用新型针对单向阀的声发射信号，实现信号的多通道，并行、实时采集以及高速传输；对声发射信号进行以故障识别为目的的采集传输，核心工作为信号采集的设计实现。
[0018]2、能够针对单向阀故障的声发射频带进行有效的数据采集，提取出具有单向阀正常和故障特征的声发射信号，并且有很高的准确性，针对性强；实现了多路通道并行数据采集，保证系统采集单元实时性的同时确保了系统的准确性，通过对声发射信号的准确采集，进而掌握过程数据的显著变化趋势，最终提高检测和识别故障的效率。
【附图说明】
[0019]图1本实用新型的主控芯片的电路图；
[0020]图2本实用新型的分模块设计框图；
[0021]图3本实用新型的整体结构框图。
[0022]图1-3中各标号:1_声发射传感器、2-模拟信号采集模块、3-VREF电压基准电路、4-前置放大电路、5- D/A转换器、6-增益控制电路、7-核心控制模块、8- STM32F103ZET主控芯片、9-A/D转换模块、10-A/D驱动电路、11-A/D转换电路、12-高速FIFO单元、13-USB模拟串口、14-数据接收传输模块、15-AC/DC供电电源。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
[0024]实施例1:如图1-3所示，一种应用于隔膜泵单向阀故障检测的声发射信号采集装置，包括三路采集通道、核心控制模块7，三路采集通道并行采集数据，三路采集通道的结构完全相同，每路采集通道包括声发射传感器1、模拟信号采集模块2、A/D转换模块9、数据接收传输模块14 ;所述声发射传感器I连接模拟信号采集模块2的输入端，模拟信号采集模块2的输出端连接A/D转换模块9的输入端，A/D转换模块9的输出端与数据接收传输模块14的输入端相连，数据接收传输模块14将数据输出；核心控制模块7通过引脚与模拟信号采集模块2相连，核心控制模块7通过PWM为外部A/D转换电路和高速FIFO单元12提供时钟，并经数据接收传输模块14的USB模拟串口 13将数据传出。
[0025]实施例2:如图1-3所示，一种应用于隔膜泵单向阀故障检测的声发射信号采集装置，包括三路采集通道、核心控制模块7，三路采集通道并行采集数据，三路采集通道的结构完全相同，每路采集通道包括声发射传感器1、模拟信号采集模块2、A/D转换模块9、数据接收传输模块14 ;所述声发射传感器I连接模拟信号采集模块2的输入端，模拟信号采集模块2的输出端连接A/D转换模块9的输入端，A/D转换模块9的输出端与数据接收传输模块14的输入端相连，数据接收传输模块14将数据输出；核心控制模块7通过引脚与模拟信号采集模块2相连，核心控制模块7通过PWM为外部A/D转换电路和高速FIFO单元12提供时钟，并经数据接收传输模块14的USB模