专利名称：基于遗传基因算法的设备故障诊断仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机器或结构部件的静或动平衡的测试技术领域，具体涉及到结构部件振动测试、冲击测试、流体力学测试以及发动机的测试。
在生产中对运转设备的故障进行诊断，几十年前国外曾研制出一种简易的诊断装置，该装置通过对被检测设备的声音、振动等信号进行处理，用有量纲参数对设备的运行状态进行诊断。该装置结构简单、测量精确度低、适应范围小，对运转变化工况设备的故障很难准确地诊断出结果。
目前在生产中对运转设备在运行中的故障进行诊断的一种仪器是在线式运转设备诊断装置，有美国本特利公司、荷兰飞利蒲公司生产的运转设备在线检测系统装置，这些装置存在结构复杂、投资大、生产成本高等缺点，而且缺乏故障的分析诊断功能。
在生产中对运转设备在运行中的故障进行诊断的另外一种仪器是离线式诊断仪，有数据采集器，故障诊断仪，采用付里叶频谱的办法进行诊断，这些仪器只能对在运转中能产生周期变化正弦信号仪器的故障进行诊断，对在运转中产生摩擦、撞击、燃爆信号的运转设备的故障无法进行诊断。
本实用新型的目的在于克服上述运行设备的故障诊断设备和仪器的缺点，提供一种测量精度高、适应范围广、自动化程度高、能准确迅速地诊断出运转设备故障的基于遗传基因算法的设备故障诊断仪。
为达到上述目的，本实用新型采用的解决方案是它包括电源电路，为整机提供工作电源。加速度传感器放大器，对所接收运转设备的振动加速度信号转换成电信号放大后输出。可编程增益控制电路，输入端接加速度传感器放大器的输出端，对所输入的电信号增益后输出。摸拟变换回路，输入端接可编程增益控制电路的输出端，该电路调整输入范围可使±5v的信号在0～5v之间变换。可编程高通滤波器，输入端接摸拟变换回路的输出端。可编程低通滤波器，输入端接可编程高通滤波器的输出端。单片机，对整机的协调运行和工作的控制，该单片机的输入端接可编程低通滤波器的输出端和键盘接口、输出端接显示器接口，通过总线与电源电路和可编程增益控制电路相连。收发两用机，该机与端口以及通过总线与单片机相连。实时时钟电路，该电路通过总线与单片机相连，为单片机提供时间控制信号。它还包括通过总线与单片机相连接用于存储程序和数据的程序存储器。
本实用新型与现有的运转设备的故障诊断仪相比，采用计算机数据处理系统，对所采集的信号进行放大、滤波，由计算机数据处理系统进行数据处理和故障特征提取，可对旋转机械、往复机械、发动机、齿轮箱、轴承等机械设备在运行过程中根据该仪器输出计算结果的范围，诊断出失衡、不对准、摩擦、撞击、剥落、裂纹、油膜涡动、油膜振荡、旋转脱离、内燃机燃爆异常、气阀损坏等多种故障，为现场工程技术人员提供可靠依据，保证设备维修的准确性和可靠性，提高了设备现代化管理水平。它具有测量精度高、适应范围广、自动化程度高等优点，能准确迅速地诊断出运转设备的故障。
图1是本实用新型的电气原理方框图。
图2是本实用新型的电源电路图。
图3本实用新型的放大滤波器电路图。
图4是本实用新型的计算机数据处理系统电路图。
图5是图4中单片机U1的滤波器电路图。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明，但本实用新型不限于这些实施例。
在图1中，加速度传感器放大器将接收到的运转设备振动的加速度信号转换成电信号进行放大后输出到可编程增益控制电路，信号通过可编程增益控制电路后输出到摸拟变换回路，摸拟变换回路将±5v的摸拟信号转换成0～5v的信号，可编程高通滤波器将输入的电信号按照设定可滤掉周波数在5HZ、1KHZ、5KHZ设定范围以下的波，再输出到可编程低通滤波器，可编程低通滤波器将输入的电信号按照设定可滤掉周波数在1KHZ、5KHZ、20KHZ范围以上的波，然后输出到单片机，单片机将输入的电信号经A/D转换成数字信号进行数据处理通过显示器接口输出，实时时钟电路为单片机提供时间控制信号，单片机为实时时钟电路的时间控制信号进行核对，收发两用机可实现外界与单片机数据的交换，程序存储器为单片机存储程序及数据，键盘的信号通过键盘接口输入到单片机。
在图2中，本实用新型的电源电路由升压直流/直流变压器、噪声滤波器、电压逆变器连接构成。
本实施例的升压直流/直流变压器由集成电路U5、三极管Q2、稳压二极管D1、二极管D3、光电耦合器PC1、R43～R45、C20、C26、C27、C49、C51、线圈L1连接构成，集成电路U5的型号是MAX756，集成电路U5的1脚、5脚接3.6v直流电、5脚与8脚之间接线圈L1、8脚接稳压二极管D1的正极、6脚接稳压二极管D1的负极、2脚和7脚接地、1脚与2脚之间接C26、6脚与地之间接C27和C51以及C49、3脚与地之间接C20，线圈L1将经C26滤波后的3.6v直流电升压，经稳压二极管D1稳压、再经C27、C51、C49滤波后变为5v直流电为整机提供电源，同时分两路输出，一路输出到噪声滤波器，另一路输出到电压逆变器。光电耦合器PC1通过R45、二极管D3接计算机数据处理系统电路，该电路输入的3.6v直流电经光电耦合器PC1、R47、三极管Q2为键盘接口提供电源。
本实施例的噪声滤波器由线圈L4、线圈L5、C46、C50连接构成，线圈L4的一端接5v直流电源正极，线圈L5的一端接地，线圈L4的另一端与线圈L5的另一端之间连接有滤波电容C46、C50，噪声滤波电路为放大滤波电路提供+5v电源。
本实施例的电压逆变器由集成电路U6、C22、C29、C30、C55、C56、线圈L6连接构成，集成电路U6的型号是MAX828，集成电路U6的输入端2脚接5v电源正极、3脚与5脚之间接C29、输出1脚与地之间接C30并通过线圈L6接C55和C56的一端、2脚与4脚之间接C22、4脚接地，C55和C56的另一端接地，电压逆变器为放大滤波电路提供-5v电源。
在图3中，本实用新型的放大滤波电路由加速度传感器放大器、可编程增益控制电路、摸拟变换回路、可编程高通滤波器、可编程低通滤波器连接构成。
本实施例的加速度传感器放大器的型号是CAMP，加速度传感器放大器接收到运转设备振动的加速度信号转换成电信号进行放大后输出到可编程增益控制电路。
本实施例的可编程增益控制电路由集成电路U10A、集成电路U12、R8、R13、R14、R15、R20、R21、R22、R23、R24、C6、C7、C24、C25、C36连接构成，集成电路U10A的型号是0P262，集成电路U12的型号是4051。集成电路U10A的同相输入端3脚接加速度传感器放大器的输出端2脚、反相输入端2脚接C36的一端和集成电路U12的3脚、8脚接+5v电源、4脚接-5v电源，C24、C25为+5v、-5v电源的滤波电容，集成电路U10A的输出端1脚接C36的另一端并分别通过并联接的R8、R13、R14、R15、R20、R21、R22、R23、R24接集成电路U12的13、14、15、12、1、5、2、4脚，集成电路U12的16脚接+5v电源、7脚接-5v电源、6脚和8脚接地、9脚和10脚以及11脚通过总线接计算机数据处理系统电路，C6和C7为电源滤波电容。选择不同的电阻工作可将增益控制在不同值，本实用新型可使增益为×1、×2、×5、×10、×20、×50、×100、×200。集成电路U10A的输出端1脚接摸拟变换回路。
本实施例的摸拟变换回路由集成电路U11、集成电路U10B、二极管D2、R6、R7、R25～R28、C14、C35、C37、C38、连接构成，集成电路U11的型号是AD1582，集成电路U10B的型号是OP262。C37的一端接集成电路U10A的输出端1脚、另一端通过R27接地并通过R26接R25和C35以及集成电路U10B的反相输入端6脚，集成电路U10B的同相输入端5脚通过R6接地并通过R7接集成电路U11的6脚和C38的一端，集成电路U11的2脚接+5v电源、4脚接地，C14为电源的滤波电容，集成电路U10B的输出端7脚通过R28接R25的另一端和C35的另一端、二极管D2的负极以及可编程高通滤波器，二极管D2的正极和C38的另一端接地。
本实施例的可编程高通滤波器由集成电路U13A、集成电路U14A、集成电路U14B、R9、R10、R16、R17、R29、R30、R33、R34、C34、C39、C40、C41、C47、C48连接构成，集成电路U13A的型号是UPC832G，集成电路U14A和集成电路U14B的型号是ADG409，集成电路U14A的4、5、6、7脚分别通过R30、R10、R34、R17接摸拟变换电路R28的另一端，集成电路U14A的8脚接集成电路U14B的9脚和C34的一端以及C41的一端，集成电路U14B的10～13脚分别通过R16、R33、R9、R29接集成电路U13A的同相输入端3脚和C39的一端以及C40的一端，C39和C40的另一端接地，集成电路U13A反相输入端2脚接C34的另一端和C41的另一端以及集成电路U13A的输出端1脚，集成电路U13A的4脚接-5V电源和C48的一端、8脚接+5v电源和C47的一端，C47和C48的另一端接地，集成电路U13A的输出端1脚接可编程低通滤波器。该电路将输入的电信号按照设定可滤掉周波数在5HZ、1KHZ、5KHZ设定范围以下的波。
本实施例的可编程低通滤波器由集成电路U13B、集成电路U15A、集成电路U15B、R11、R12、R18、R19、R31、R32、R35、R36、C42、C43、C44、C45连接构成，集成电路U13B的型号是UPC832G，集成电路U15A和集成电路U15B的型号是ADG409。集成电路U15A的输入端4～7脚分别依次通过R32、R12、R36、R19接集成电路U13A的输出端1脚，集成电路U15A的输出端8脚接集成电路U15B的输入端9脚和C44的一端以及C45的一端，集成电路U15B的输出端10～13脚分别依次通过R18、R35、R11、R31接集成电路U13B的同相输入端5脚和C42的一端以及C43的一端，C44的另一端和C45的另一端接集成电路U13B的反相输入端6脚和输出端7脚，C42和C43的另一端接地，集成电路U13B的输出端7脚接计算机数据处理系统电路。该电路将输入的电信号按照设定可滤掉周波数在1KHZ、5KHZ、20KHZ范围以上的波。
在图4、5中，本实用新型的计算机数据处理系统电路由单片机U1以及外围件、实时时钟电路、收发两用机、程序存储器联接构成。单片机U1的型号为SH7044F。该单片机U1内设有256KB闪速ROM、RS232C通信用收/发两用串行接口、10bitA/D转换器、多功能时钟脉冲单元，外部设置的16位总线分别与实时时钟电路、收发两用机、程序存储器、键盘接口、显示器接口相连接。
单片机U1的4～19、20、22、29、30脚为地址线，与总线连接，4脚悬空，单片机U1的70～66、64～62、60～56、54～52脚为数据线，与总线连接。单片机U1的地址线和数据线通过总线接实时时钟电路、程序存储器。单片机U1的105、104、102、89～85、24、26、91脚为输入线，与总线连接，91脚通过R37接放大滤波电路的集成电路U13B的输出端7脚，经放大滤波后的电信号送入单片机U1经A/D转换后进行数据处理，105、104、102、89～85、24、26脚通过总线接键盘接口CN3，由键盘输入的信号经键盘接口CN3输入单片机。单片机U1的2、1、112～110、108～106、25、28、31、32、84脚为输出线，与总线连接，2、1、112～110、108～106、28、31、32、84脚通过总线接显示器接口CN1，单片机U1的25脚通过三极管Q1接显示器接口CN1，单片机U1通过显示器接口CN1将与液晶显示器连接。单片机U1的44、45、46脚通过总线接可编程增益控制电路，控制可编程增益控制电路的增益。单片机U1的84脚为复位信号输入脚，由复位电路提供复位信号，本实施例的复位电路由集成电路U2、R3、R4、电池BT1连接成常规的复位电路，集成电路U2的型号为MAX690。单片机U1的81、74、72脚接由晶体振荡器X1、R1、C1、C9、C10连接构成的常规振荡电路。单片机U1的RD、WR、CS、GAIN、FILT、TXD分别为34、36、38、40～51脚，与总线连接，42、43脚接由集成电路U14C、集成电路U15C、C8、C11连接成的有源滤波器，集成电路U14C和集成电路U15C的型号是ADG409。单片机U1的100、92、97脚，接由线圈L2、线圈L3、C21、C23、C31、C32连接的电感电容滤波器。单片机U1的49脚接电源电路的二极管D3的正极，控制三极管Q2的通断以控制键盘的电源。单片机U1的77、73、75、78、79、80脚分别通过R38～R42以及R2接5v电源正极。单片机U1的21、37、65、103脚接5v电源正极。单片机U1的3、23、27、33、39、55、61、71、90、101、109、82脚接地。C2、C3、C12、C28、C52、C53、C54为5v电源的滤波电容。
本实施例的实时时钟电路由集成电路U7、C13连接构成，集成电路U7的型号为RTC63423。集成电路U7的5、7、9、10脚为地址线，7、9、10脚分别通过总线接单片机U1的5、6、7脚。集成电路U7的18、16、15、14脚为数据线，分别通过总线接单片机U1的70～67脚。集成电路U7的CS1、CS0、RD、WR分别为19、2、11、13脚，2、11、13脚分别通过总线接单片机U1的40、34、38脚，19脚通过总线接复位电路的集成电路U2的5脚。集成电路U7的20、6、8、12脚接地，24脚和4脚与地之间接C13并接电路中的电源Bkup。集成电路U7可产生实时脉冲，并具有日历时钟的功能。该电路为单片机U1提供时间控制信号，单片机U1对实时时钟电路的时间控制信号进行核对。
本实施例的程序存储器由集成电路U3、集成电路U4、C16、C32连接构成，集成电路U3和集成电路U4的型号是628512。集成电路U3和集成电路U4的13～15、17～21脚为数据线，集成电路U3的13～15、17～21脚分别通过总线接单片机U1的70～66脚、64～62脚，集成电路U4的13～15、17～21脚分别通过总线接单片机U1的60～56脚、54～52脚。集成电路U3和集成电路U4的12～5、27、26、23、25、4、28、3、31、2、30、1脚为地址线，分别通过总线依次接单片机U1的5～20、22、29、30脚，集成电路U3和集成电路U4的CS、WE、0E分别为22、29、24脚，集成电路U3和集成电路U4的24、22脚分别通过总线接单片机U1的34、41脚，集成电路U3的29脚通过总线接单片机U1的38脚，集成电路U4的29脚通过总线接单片机U1的36脚，集成电路U3和集成电路U4的32脚接电路中的电源Bkup、32脚与地之间分别接C16、C15。程序存储器用于存储程序和数据。
本实施例的收发两用机由集成电路U8、C4、C5、C17～C19连接构成，集成电路U8的型号是MAX3223。集成电路U8的13、15脚分别通过总线接单片机U1的50、51脚，12、10脚分别通过总线接单片机U1的47、48脚，集成电路U8的17、16、8、9脚接端口CN2，集成电路U8的3脚与地之间接C17、7脚与地之间接C18、2脚与4脚之间接C4、5脚与6脚之间接C19、19和20脚接5v电源正极、18脚接地、19脚与地之间接C5。收发两用机可实现外界与单片机U1数据的输入输出。
根据上述原理，还可设计出另外一种具体结构的基于遗传基因算法的设备故障诊断仪。
权利要求1.一种基于遗传基因算法的故障诊断仪，其特征在于它包括电源电路，为整机提供工作电源；加速度传感器放大器，对所接收运转设备的振动加速度信号转换成电信号放大后输出；可编程增益控制电路，输入端接加速度传感器放大器的输出端，对所输入的电信号增益后输出；摸拟变换回路，输入端接可编程增益控制电路的输出端，该电路调整输入范围可使±5v的信号在0～5v之间变换；可编程高通滤波器，输入端接摸拟变换回路的输出端；可编程低通滤波器，输入端接可编程高通滤波器的输出端；单片机，对整机的协调运行和工作的控制，该单片机的输入端接可编程低通滤波器的输出端和键盘接口、输出端接显示器接口，通过总线与电源电路和可编程增益控制电路相连；收发两用机，该机与端口以及通过总线与单片机相连；实时时钟电路，该电路通过总线与单片机相连，为单片机提供时间控制信号；它还包括通过总线与单片机相连接用于存储程序和数据的程序存储器。
专利摘要一种基于遗传基因算法的故障诊断仪,包括电源电路、加速度传感器放大器、可编程增益控制电路、摸拟变换回路、可编程高通滤波器、可编程低通滤波器、单片机、收发两用机、实时时钟电路、程序存储器,具有测量精度高、适应范围广、自动化程度高等优点,可诊断出旋转机械、往复机械、发动机、齿轮箱、轴承等机械设备在运行中的失衡、不对准、摩擦、撞击、剥落、裂纹、油膜涡动、油膜振荡、旋转脱离、内燃机燃爆异常、气阀损坏等故障。
文档编号G01M1/14GK2494506SQ0124054
公开日2002年6月5日 申请日期2001年6月26日 优先权日2001年6月26日
发明者陈山鹏, 丰田利夫, 西村一乔, 骆志高, 何正嘉, 宋京伟, 李明义, 陈琪 申请人:镇江现代诊断工程技术开发有限公司