船用设备振动信号采集系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种信号采集技术，特别涉及一种船用设备振动信号采集系统及方 法。
【背景技术】
[0002] 现有的船用设备振动信号采集方法多采用通用的数据采集装置，在现场进行供电 布线，传感器布线和数据传输布线，由人工监控数据采集装置的运行，进行一段时间的船用 设备的振动采集。这种采集方法会引入大量的供电和传输线缆的临时布设，直接影响了船 上设备和人员的正常作业，并且铺设的供电电缆容易受到周围电气设备的影响进而影响到 采集到数据的精度，再者临时的大量电缆的铺设不能够维持较长时间的采集时间，无法采 集获得长期随船用设备工况变化的振动信号。
[0003] 瑞士 Kistler公司有成套的振动信号采集系统和现成的振动信号采集解决方案， 但是对于船用设备振动信号的采集系统，尤其是长期的随船不同工况的振动信号的采集， 暂时还没有现成的产品和专利。丹麦B&K公司主要从事声学的测量，同时也有振动信号测 量产品的出现，多数主要集中在通用声学和通用振动学领域内的测试产品，对于某些行业 内的专用采集设备并没有相应的产品和专利出现。
[0004] 瑞士 R0TR0NIC公司出品过用于测量温度采集HL-NT2数据记录器，可以连续长久 采集温度数值，但是温度与振动信号的特性相差较大，对采样频率的要求也相差甚远，对于 采集系统所需电量的要求差别也较大，不能适用于船用设备的振动信号的采集。
[0005] 国内深圳华图测控系统有限公司也推出过用于长期进行温度采集的设备，如 HE173、HE174,同样由于温度数据的特性与振动数据的特性差异较大，这些设备无法移植或 应用到振动信号的采集领域上。
【发明内容】
[0006] 本发明是针对现有的信号采集装置无法长期实时采集和保存船用设备振动信号 的问题，提出了一种船用设备振动信号采集系统及方法，通过合理设计采集系统供电、采集 节奏使得采集系统能够在90?100天内对X，Y，Z三通道进行振动信号的采集，通过优化数 据存储格式使得采集到的振动数据能够存储在8G的SD卡中。
[0007] 本发明的技术方案为：一种船用设备振动信号采集系统，包括聚合物锂电池、恒流 源电路、三维振动传感器、存储用SD卡和采集主控芯片，聚合物锂电池通过恒流源电路给 三维振动传感器供电，聚合物锂电池给采集主控芯片供电，采集主控芯片根据采集时间输 出控制信号到恒流源电路，控制恒流源电路输出供电或断开供电，三维振动传感器信号送 采集主控芯片的AD模数转换口，采集主控芯片采集的数据送SD卡保存。
[0008] 所述三维振动传感器为ICP接口的三维振动传感器。
[0009] 所述聚合物锂电池为20AH的大容量聚合物锂电池。
[0010] 所述主控芯片采用具有休眠功能的低功耗STM32F103芯片，采样频率为单通道 5KHz，共3个AD通道。
[0011]所述SD存储卡为FAT32格式存储卡。
[0012] 所述采集主控芯片内设置采样周期，按周期循环采集，一个采集周期包括系统休 眠的时间和米样时间，米样时间里面包含2秒钟的传感器稳定时间和8秒的振动信号米集 时间；同步采集主控芯片控制恒流源电路在采样时间供电，在系统休眠时间断电，采集的数 据以文件形式存储，文件采用二进制格式存储，单个数据块的大小为512字节，起始标识为 2字节，本数据块数据采集时刻相对于采集启动命令的延时2字节，本数据块采集的时间标 4字节和84组3个通道的采集数据共计504字节。
[0013] 本发明的有益效果在于：本发明船用设备振动信号采集系统及方法，实现了较长 时间的船用设备振动信号采集，并且能够在一次充满电的情况下进行长达90?100天的信 号采集，并且将采集得到的数据和时间标记一起存储在SD卡上，避免了通用采集系统的复 杂的供电线，信号线的现场布置。也避免了受供电线，信号线影响不能进行长期采集的缺 点。
【附图说明】
[0014]图1为本发明船用设备振动信号采集系统的结构框图； 图2为本发明实现振动数据采集的采集策略过程图。
【具体实施方式】
[0015] 如图1所示船用设备振动信号采集系统的结构框图，采集系统包括：聚合物锂电 池、恒流源电路、三维振动传感器、存储用SD卡和采集主控芯片。聚合物锂电池采用电池容 量为20 A H大容量电池，提供采集系统连续90?100天的电力供应。恒流源电路为ICP 接口的三维振动传感器提供电源，同时受控于主控芯片。在采集系统处于休眠阶段时，恒流 源电路被完全断开以节省电能。三维振动传感器为市面上流行的ICP接口传感器。上位机 设置接口主要用于对采集系统进行时钟同步。SD卡存储以文件形式采集到的数据。采集系 统的时钟采用相对时钟的计时方式，模/数转换模块采用主控芯片内置的模块。主控芯片 采用具有休眠功能的低功耗STM32F103芯片，采样频率为单通道5KHz，共3个振动信号采集 通道。
[0016] 如图2所示实现振动数据采集的采集策略过程图，本实施例提供一种船用设备振 动信号采集系统及方法采用的为非连续性的振动信号采集方式。船舶的惯性较大，行驶状 态的变化缓慢；船用振动设备的启动、工作和停止也具有较长的工作周期；此外振动设备 的老化、磨损和故障的出现都是一个逐渐的过程。所以设计采集系统的一个采集周期为610 秒，其中600秒（10分钟）为系统休眠的时间，10秒钟里面包含2秒钟的传感器稳定时间和 8秒的振动信号采集时间。这样可以获得船舶及其振动设备的工作状态，同时能够满足采集 系统系统长期的供电要求。如表1所示，本实施例提供一种船用设备振动信号采集系统采 用的数据存储格式为文件存储，单个数据文件的大小为2Gbit，文件采用二进制格式存储， 文件中每个数据块的大小为512字节，其中依次为：数据块起始标识为2字节，本数据块数 据采集时刻相对于起始命令的延时2字节，本数据块采集的时间标4字节和84组3个通道 的采集数据共计504字节。
[0017]表1
【主权项】
1. 一种船用设备振动信号采集系统，其特征在于，包括聚合物裡电池、恒流源电路、H 维振动传感器、存储用SD卡和采集主控芯片，聚合物裡电池通过恒流源电路给H维振动传 感器供电，聚合物裡电池给采集主控芯片供电，采集主控芯片根据采集时间输出控制信号 到恒流源电路，控制恒流源电路输出供电或断开供电，H维振动传感器信号送采集主控芯 片的AD模数转换口，采集主控芯片采集的数据送SD卡保存。
2. 根据权利要求1所述船用设备振动信号采集系统，其特征在于，所述H维振动传感 器为ICP接口的H维振动传感器。
3. 根据权利要求1所述船用设备振动信号采集系统，其特征在于，所述聚合物裡电池 为20AH的大容量聚合物裡电池。
4. 根据权利要求1所述船用设备振动信号采集系统，其特征在于，所述主控芯片采用 具有休眠功能的低功耗STM32F103芯片，采样频率为单通道5KHZ，共3个AD通道。
5. 根据权利要求1所述船用设备振动信号采集系统，其特征在于，所述SD存储卡为 FAT32格式存储卡。
6. 根据权利要求1所述系统的采集方法，其特征在于，所述采集主控芯片内设置采样 周期，按周期循环采集，一个采集周期包括系统休眠的时间和采样时间，采样时间里面包含 2砂钟的传感器稳定时间和8砂的振动信号采集时间；同步采集主控芯片控制恒流源电路 在采样时间供电，在系统休眠时间断电，采集的数据W文件形式存储，文件采用二进制格式 存储，单个数据块的大小为512字节，起始标识为2字节，本数据块数据采集时刻相对于采 集启动命令的延时2字节，本数据块采集的时间标4字节和84组3个通道的采集数据共计 504字节。
【专利摘要】本发明涉及一种船用设备振动信号采集系统，包括聚合物锂电池、恒流源电路、三维振动传感器、存储用SD卡和采集主控芯片，聚合物锂电池通过恒流源电路给三维振动传感器供电，聚合物锂电池给采集主控芯片供电，采集主控芯片输出控制信号到恒流源电路，控制恒流源电路输出供电关和开，三维振动传感器信号送采集主控芯片的AD模数转换口，采集主控芯片采集的数据送SD卡保存。实现了较长时间的船用设备振动信号采集，并且能够在一次充满电的情况下进行长达90～100天的信号采集，并且将采集得到的数据和时间标记一起存储在SD卡上，避免了通用采集系统的复杂的供电线，信号线的现场布置。也避免了受供电线，信号线影响不能进行长期采集的缺点。
【IPC分类】G01H11-06
【公开号】CN104535173
【申请号】CN201510023605
【发明人】赵鼎鼎, 刘山尖, 欧阳昕, 孙伟星, 陈荣
【申请人】中国船舶重工集团公司第七0四研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月16日