专利名称：一种诊断用智能传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及智能传感器，具体涉及同时具有模拟信号输出和数字信号 输出的诊断用智能传感器。
背景技术：
在工业控制及监测系统中，传感器应用越来越多，现有的压电传感器由于 压电敏感器件本身的内阻抗很高，使得压电器件难以直接使用一般的放大器， 而必须进行前置阻抗变换，同时由于轴承加工所产生的毛刺、传感器安装以及 环境干扰等因素将会在传感器输出信号上叠加一定的高频干扰，而且原始信号 经过传输、放大、变换等处理过程，还会混入各种不同形式的噪声，从而会影 响测量精度，同时，现有传感器输出信号单一，通常是只以模拟量输出或者只 以数字量输出，给工业应用带来诸多不便。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种电路筒单、精度高、同时具 有模拟信号输出和数字信号输出的诊断用智能传感器。
为了解决上述技术问题，本实用新型的一个技术方案是，提供一种诊断用 智能传感器，包括压电传感器、处理电路、微控制器电路，其中，
压电传感器将振动信号转换成电荷信号输入到处理电路；
处理电路接收压电传感器输出的电荷信号，将电荷信号处理后输出；
在处理电路的输出端与微控制器电路的模拟量输入端之间连接模拟输出与
数字转换控制电路，并且微控制器电路的通讯接口输出端连接到通讯接口驱动 电路，微控制器电路与通讯接口驱动电路之间的信号为双向传输，当智能传感 器需要输出模拟信号时，模拟信号通过模拟输出与数字转换控制电路输出，当 智能传感器需要输出数字信号时，模拟信号通过^^莫拟输出与数字转换控制电路 输入微控制器电路，通过微控制器电路完成将模拟信号转换成数字信号输出。
根据本实用新型的一个优选方案，所述处理电路由电荷放大器、滤波电路、 归一化放大器组成，所述电荷放大器接收压电传感器输出的电荷信号，将电荷 信号转换成电压信号后输出到滤波电路，所述滤波电路对电压信号进行隔直和 滤波，输出到归一化放大器，所述归一化放大器将模拟信号通过模拟输出与数
字转换控制电路输出或者输入到凝:控制器电路。
本实用新型的一个优选方案，所述电荷放大器由电容d、 C2和电阻R!、 R2、
放大器M组成，所述压电传感器输出的电荷信号通过电容C2和电阻R2加到放大
器Ai的反相放大端，反馈电容d连接在放大器M的输出端和压电传感器的输出 端之间，电阻R!连接在放大器Ai的输出端和反相输入端之间，同时放大器Ai的 同相输入端接地。
根据本实用新型的一个优选方案，所述滤波电路是采用单个运算放大器构 成的滤波器电路，电路为正反馈的电路。
根据本实用新型的一个优选方案，所述模拟输出与数字转换控制电路由继 电器KMb KM2、停止按钮SB^ A/D转换控制按钮SB2、才莫拟输出按钮SB3组成， 其中继电器KM2的常开触点连接在归一化放大器的输出端，继电器KM!的常开触 点连接在归一化放大器的输出端和微控制器电路的输入端之间；A/D转换控制按 钮SB2的常开触点与继电器KM!的常开触点并联连接后与继电器KMi的线圈、继 电器KM2的常闭触点、模拟输出^^丑SB3的常闭触点、停止按钮SBi的常闭触点
串联连接，同时，模拟输出按钮SB3的常开触点与继电器KM2的常开触点并联连 接后与继电器KM2的线圈、继电器KMi的常闭触点、A/D转换控制按钮SB2的常闭 触点、停止按钮SB!的常闭触点串联连接，停止按钮SBi的常闭触点的一端连接 电源，继电器KM!的线圈和继电器KM2的线圈的 一 端接地。 所述微控制器电路具有存储器和A/D控制单元。
本实用新型所述的诊断用智能传感器的有益效果是，通过传感器获取温度、 压力、流量、转速、位移、速度、加速度、声发射信号等信号，并对振动信号 放大、滤波、转换、计算处理、有模拟量和数字量两种输出形式，具有按要求 滤波及输出所需信号的智能化功能，可使数据采集环节高度集成化，提高了强 噪声环境下提取微弱故障信号的真实性，降低数据采集环节自身故障的可能性， 大幅度缩小故障诊断前端的体积，可灵活地实现多点智能并行监测。
图l是本实用新型所述的诊断用智能传感器的原理框图。 图2是本实用新型所述的诊断用智能传感器的电路图。 图3是本实用新型所述的装入单片机的主程序流程框图。 图4是本实用新型所述的装入单片机的中断程序流程框图。
具体实施方式
参见图l，本实用新型所述的诊断用智能传感器由压电传感器1、电荷放大 器2、滤波电路3、归一化放大器4、处理电路8、微控制器电路5、模拟输出与 数字转换控制电路6、通讯接口驱动电路7组成，其中所述电荷放大器2、滤波 电路3、归一化放大器4组成处理电路8;将压电传感器1的输出端连接到电荷 放大器2的输入端，电荷放大器2的输出端连接滤波电路3的输入端，滤波电路3的输出端连接归一化放大器4的输入端，归一化放大器4的输出端连接模 拟输出与数字转换控制电路6，模拟输出与数字转换控制电路6的一个输出端连 接微控制器电路5的模拟量输入端，微控制器电路5的串行通讯接口输出端连 接通讯接口驱动电路7，其中，压电传感器l将振动信号转换成电荷信号输入到 电荷放大器2，所述电荷放大器2接收压电传感器1输出的电荷信号，将高内阻 的电荷源转换为低内阻的电压源后输出到滤波电路3,所述滤波电路3对电压信 号进行隔直和滤波，输出到归一化放大器4，所述归一化放大器4将滤波以后的 模拟信号安测量范围的要求进行归一化处理后，其输出的模拟信号可以通过模 拟输出与数字转换控制电路6输出或者通过模拟输出与数字转换控制电路6输 入到微控制器电路5，纟效控制器电路5通过通讯接口驱动电路7实现UART串口 通信。
参见图2，本实用新型所述的诊断用智能传感器，所述电荷放大器2由电容 d、 C2和电阻IU、 R2、放大器A!组成，所述压电传感器l输出的电荷信号通过电容 C2和电阻R2加到放大器At的反相放大端，反馈电容d连接在放大器Ai的输出端与 压电传感器l的输出端之间，电阻Ri连接在放大器At的输出端与反相输入端之间， 同时放大器Ai的同相输入端接地。
所述滤波电路3采用单个运算放大器构成的滤波器电路，电路采用正反馈的 设计方法，具有隔离直流分量及低通滤波的作用。本实施例中滤波电路3由放大 器A2、电容C3、 C4、 C5、电阻R3、 R4、 R5组成，其中滤波电路3的输入端与电荷放 大器2的输出端相连，滤波电路3的输入端通过由电容C3和电阻Rs组成的隔直电 路，然后通过电阻R3、电阻R4加到;改大器A2的同相》文大端，同时放大器As的同相
放大端与电容C5的一端相连接，电容C5的另一端直接接地，反馈电容C4的一端连
接在放大器A2的输出端，另一端连接在电阻R3和电阻R4的连接节点上，放大器A2
的反相放大端与其输出端相连。
所述归一化放大器4由放大器A3、电阻R" R7、 R8、电位器W!组成，其中， 归一化放大器的输入端与其信号滤波电路的输出端相连，电压信号经输入回路
调整电位器Wi和电阻R6加到放大器A3的反相放大端，而放大器A3的同相放大端
通过补偿电阻R7接地,反馈电阻R8连接在放大器A3的输出端和反相输入端之间。 所述微控制器电路5中包括单片机IC1和复位集成电路芯片IC3,其中单片机
IC1采用的型号可以选用AD^C812，复位集成电路芯片IC3可以釆用ADM810，系统
通信可以使用RS-485总线，也可以采用RS-232实现UART串口通信。
所述通讯接口驱动电路7主要由通讯接口驱动芯片IC2组成，利用通讯接口
驱动电路7以实现UART串口通信，并获取较远的通信距离和较好的抗干扰特性，
驱动芯片IC2可以釆用7MAX485。
在单片机中装入图3、图4所示的程序，其中主程序的工作流程是
系统开始运作时，先对单片机IC1的相关定时器，寄存器与中断等进行初 始化，然后判断单片机IC1端口 ADCO是否为高电平，若是高电平则说明有信号 输入，则进行数据的采集，低电平则继续判断等待；当数据开始采集后，同时 判断定时器TO的TFO位是否为1，当为1则说明到达设定的采集时间，停止采 集，再用采集到的数据与存放在单片机IC1中的振动量限定值即电压信号转换 后的最大值进行比较，如果采集到的数据超过振动量限定值则点亮LED灯报警， 同时利用定时器Tl产生中断；如果采集到的数据没有超过振动量限定值则把数 据存储到外部数据存储区，接着再进行下次采集。
中断服务程序的工作流程是产生中断后，关闭定时器中断，把超过振动 量限定值的数据进行传送，然后打开中断，进行中断返回。
本实用新型所述的诊断用智能传感器的工作原理是压电传感器1输出的高内阻的电荷源经过电荷放大器2转换成低内阻的电压源，以实现阻抗匹配， 并使电荷放大器2的输出电压与输入电荷成正比，输出的电压信号再经过滤波 电路3、归一化放大器4的处理，通过模拟输出与数字转换控制电路6实现对信 号的模拟输出，以及通过与微控制器电路5相连，完成对模拟信号的数字化转 换的自动控制，同时微控制器电路5通过通讯接口驱动电路7实现UART串口通
在模拟输出与数字转换控制电路6中，按下A/D转换控制按钮SB2，继电器KNh 的线圏"得电"，其常开触点闭合，使信号传入ADpC812芯片，进行A/D转换。按 下停止按钮SBi,继电器KM,的线圈"失电"，信号的传输中断。当按下信号模拟 输出按钮SB3时，继电器KM2的线圈"得电"，其常开触点闭合，信号不再传入 ADpC812芯片而直接以模拟状态输出。将继电器KM!和KM2的常闭触点分别与对方 的线圈串联，可以保证继电器KMi和KM2的线圈不会同时"得电"，这种安全措施 在继电器电路中被称为"互锁"。除此之外，为了方便操作，还设置了 "按钮联 锁"，即将继电器KMi的线圈与信号模拟输出按钮SB3的常闭触点串联，将继电器 KM2的线圏与A/D转换控制按钮SB2的常闭触点串联。当信号处在A/D转换的过程中 时，如果想转换成模拟信号输出状态，可以不按停止按钮SB:而直接按下模拟输 出按钮SB3，继电器KM2的线圈"得电"，同时模拟输出按钮SB3的常闭触点断开， 继电器KN^的线圈"失电"，进入^t拟信号输出状态。信号vM^莫拟信号输出状态到 A/D转换状态的转换可通过A/D转换控制按钮SB2直接完成。
权利要求1、一种诊断用智能传感器，包括压电传感器(1)、处理电路(8)、微控制器电路(5)，其中压电传感器(1)将振动信号转换成电荷信号输入到处理电路(8)；处理电路(8)接收压电传感器(1)输出的电荷信号，将电荷信号处理后输出；其特征在于在处理电路(8)的输出端与微控制器电路(5)的模拟量输入端之间连接模拟输出与数字转换控制电路(6)，并且微控制器电路(5)的通讯接口输出端连接到通讯接口驱动电路(7)，微控制器电路(5)与通讯接口驱动电路(7)之间的信号为双向传输，当智能传感器需要输出模拟信号时，模拟信号通过模拟输出与数字转换控制电路(6)输出，当智能传感器需要输出数字信号时，模拟信号通过模拟输出与数字转换控制电路(6)输入微控制器电路(5)，通过微控制器电路(5)完成将模拟信号转换成数字信号输出。
2、 根据权利要求1所述的诊断用智能传感器，其特征在于所述 处理电路(8)由电荷放大器(2)、滤波电路(3)、归一化放大器(4) 组成，所述电荷放大器(2 )的输入为压电传感器(1)的输出电荷信号， 电荷放大器(2)将电荷信号转换成电压信号后输出到滤波电路(3); 滤波电路(3 )对电压信号进行隔直和滤波，输出到归一化放大器(4 ); 所述归一化放大器(4)将隔直和滤波后的信号按测量范围的要求进行 归一化放大，其输出的模拟信号通过模拟输出与数字转换控制电路(6 ) 输出或者输入到微控制器电路(5 )。
3、 根据权利要求2所述的诊断用智能传感器，其特征在于所述电荷放大器(2)由电容d、 C2和电阻Rb R2、放大器Ai组成，所述压电传感器(1 )输出的电荷信号通过电容C2和电阻R2加到^L大器M的反 相放大端，反馈电容d连接在放大器A!的输出端和压电传感器(1)的输出端之间，电阻R!连接在放大器M的输出端和反相输入端之间，同时 放大器A！的同相输入端接地。
4、 根据权利要求3所述的诊断用智能传感器，其特征在于滤波 电路采用单个运算放大器构成，电路为具有隔离直流作用的有源二阶低 通滤波电^各。
5、 根据权利要求1或2或3或4所述的诊断用智能传感器，其特 征在于模拟输出与数字转换控制电路(6)由继电器KNh、 KM2、停止按 钮SBh A/D转换控制按钮SB2、模拟输出按钮SB3组成，其中继电器KM2 的常开触点连接在归一化放大器(4)的输出端，继电器KM!的常开触点 连接在归一化放大器(4 )的输出端和微控制器电路(5 )的输入端之间； A/D转换控制按钮SB2的常开触点与继电器KN^的常开触点并联连接后与 继电器KMi的线圏、继电器KM2的常闭触点、模拟输出按钮SB3的常闭触 点、停止按钮SBi的常闭触点串联连接，同时，模拟输出^4丑SB3的常开 触点与继电器KM2的常开触点并联连接后与继电器KM2的线圈、继电器 KMt的常闭触点、A/D转换控制按钮SBz的常闭触点、停止按4丑SBi的常 闭触点串联连接，停止按钮SBi的常闭触点的一端连接电源，继电器KMi 的线圈和继电器KM2的线圈的一端接地。
6、 根据权利要求5所述的诊断用智能传感器，其特征在于所述 微控制器电路(5 )是具有存储和A/D变换及串行通讯接口的控制单元。
专利摘要本实用新型公开了一种诊断用智能传感器，包括压电传感器、处理电路、微控制器电路，其特征在于在处理电路的输出端与微控制器电路的模拟量输入端之间连接模拟输出与数字转换控制电路，并且微控制器电路的通讯接口输出端连接到通讯接口驱动电路，微控制器电路与通讯接口驱动电路之间的信号为双向传输，当智能传感器需要输出模拟信号时，模拟信号通过模拟输出与数字转换控制电路输出，当智能传感器需要输出数字信号时，模拟信号通过模拟输出与数字转换控制电路输入微控制器电路，通过微控制器电路完成将模拟信号转换成数字信号输出。本实用新型具有按要求滤波及输出所需信号的智能化功能。
文档编号G01H11/08GK201072358SQ20072012513
公开日2008年6月11日 申请日期2007年9月5日 优先权日2007年9月5日
发明者邵毅敏, 马祥华 申请人:重庆大学