专利名称：振动采集分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型关于电力设备的振动检测领域，特别关于一种振动采集分析仪。
背景技术：
近年来，为缓解电力短缺，各大电力公司不断增大电力投入扩建新增大型机组。由 于受到设计、制造、安装、运行、检修等多方面的影响以及机组自身的大容量、高参数及复杂 性等特点，大机组的实际可用率不高，与国外同类机组相比存在较大差距。目前，因主、辅机 振动缺陷等因素引起的机组运行状态不稳定而造成机组非计划停运、非计划降出力的情况 仍然不断增加。采用多通道便携式振动采集分析仪器，利用振动状态检测和振动数据分析技术， 可以有效地对机组状态做出评估、进行缺陷和故障的诊断，是实现机组启动、停机、负荷变 动、振动故障及其它特殊工况下的振动状态测试与分析的主要手段。目前，国内外有了不少 多通道振动采集分析仪产品，大部分都采用了单片机、微处理器或嵌入式等技术，并广泛应 用于机组调试和振动治理的工程实际。但这些仪器系统因设计思路和技术运用不同而或多 或少存在一定缺陷或不足，主要包括(1)键相信号处理能力不足键相信号一般通过在表明开一定宽度的凹槽或焊上金属条，由涡流传感器拾取； 或者在轴上贴反光片，通过光电传感器拾取；也可能直接从现场TSI设备缓冲接口引出。键 相信号为转轴每转一圈一个脉冲的周期信号，因使用的传感器或获取方式不同、键相标记 方式不同，该信号可能为正脉冲或负脉冲；信号的电压等级也不同，可能为3.5 5V的脉冲 或5V以上的脉冲；键相标记相对转轴周长的比例不同会使该脉冲信号的占空比也不同，可 能为50%方波，也可能为0. 级别的小占空比脉冲信号。在汽轮发电机组振动监测分析中，键相信号起到了至关重要的相位参考作用，在 振动信号采样中，以键相脉冲作为CPU外部中断信号，当键相脉冲到达时，启动振动信号整 周期采样，这样，采样起点即为键相所在位置，从采样信号经FFT计算得到的高点相位，即 为相对键相位置的相位差，从而，该相位可以用于动平衡加重计算的依据。常用的键相信号 传感器有光电、涡流等类型，从TSI (turbine supervisory instruments，涡轮监测工具)系 统引出的键相信号还可能为TTL(Transistor-Transistor Logic，逻辑门电路)脉冲信号。为从背景噪声和振动信号中准确提取键相信号，键相处理电路需有一定的触发比 较电压设置和占空比适应能力，现有的大部分分析仪器的键相信号触发电压均设计为固 定，无法自动调整，难以满足不同信号等级的键相信号识别，而且现有的滤波方式对较小的 占空比(如0.01%级)的适应能力不足。因此，现有的大部分分析仪器不具备多种键相信 号接入的自适应能力；(2)振动信号的接入能力不足因机组结构和配置不同，现场安装的振动传感器类型多样，包括涡流、速度、加速 度及ICP(Integrated Circuits Piezoelectric，内置集成电路的压电传感器)等类型，传感器的灵敏度也差别较大，大部分现有分析仪器专门针对一种类型传感器信号设计，很少 能全面支持各种传感器。现有分析仪器的振动通道容量大部分设计不足，一般为单、双、4、 6、8及16通道，单台仪器无法满足大机组全面的振动监测；(3)样本采集能力不足键相同步、多通道同时、整周期采样是振动采集分析仪器的基本要求，但大部分分 析仪器仅提供常规的定长样本(如8周期1024点)采集，因较少仪器具备可定制的长样 本、细化频谱分析功能。(4)上位机接口通信能力不足振动采集分析仪采集的振动样本数据，一般需通过某种接口上传到上位计算机 (一般为笔记本电脑)，从而实现状态监视、振动分析、数据存贮与管理、历史查询等功能。 现有分析仪器的主要接口方式包括串行口、EPP(Enhanced Parallel Port，增强并行接口) 接口、USB接口、现场总线接口(如Controller Area Network,简称CAN总线)。串口通信速率较低，无法满足大容量样本数据的实时传送；EPP并口虽然具备一 定的数据传输带宽，但现在配置EPP并口的电脑，尤其笔记本电脑，非常难找，通用性较差； USB接口也具有较高的通信速率，且接口简单，但用于振动数据传输的USB通信，往往需安 装专门开发的数据传输驱动程序，不具备较好的软件通用性，性能不好的USB通信驱动还 直接影响了系统的可靠性；现场总线接口通信速率也较高，但其通信协议设计主要为短报 文(100B以内)，主要应用于现场智能仪器仪表少量数据传输，对多通道、特别是以样本为 单位的振动信号传输，往往需要进行大量数据包分解，甚至需扩展现有标准协议，带来通用 性的不足。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种基于嵌入式系统架构振动采集分析仪。为实现以上目的，本实用新型实施例提供一种振动采集分析仪，所述振动采集分 析仪包括振动信号调理装置，用于接收振动传感器传来的被测旋转机械的振动信号，对所 述振动信号进行处理生成对应于不同传感器类型的多路振动调理信号，根据所述振动传感 器的类型和采样需求选通一路振动调理信号输出；键相信号处理装置，用于接收被测旋转 机械的键相信号，对所述键相信号进行处理生成键相脉冲信号；锁相倍频装置，用于接收所 述键相脉冲信号，对所述键相脉冲信号进行处理生成倍频信号；振动信号采样装置，用于接 收所述倍频信号和输出的振动调理信号，采用所述倍频信号对输出的振动调理信号进行采 样生成样本数据；控制处理装置，用于接收所述键相脉冲信号，在所述键相脉冲信号的触发 下启动所述采样过程。本实用新型的振动采集分析仪克服了现有多通道振动监测分析仪的在键相信号 处理、振动通道接入、样本采集及上位机接口通信等方面的功能不足，满足了大型机组全面 的振动监测分析需要。
图1为本实用新型实施例振动采集分析仪的功能原理图；图2为本实用新型实施例振动信号调理装置10的细化原理图；[0020]图3为本实用新型实施例键相信号处理装置20的细化原理图；图4为本实用新型实施例24通道振动采集分析仪的系统原理图；图5为本实用新型实施例的振动信号调理模块的电路框图；图6为本实用新型实施例详细的振动信号调理电路；图7为本实用新型实施例的键相信号处理模块的电路框图；图8为本实用新型实施例详细的键相信号调理电路；图9为本实用新型实施例的高速AD采样模块的原理框图；图10为本实用新型实施例的转速采集模块的原理框图；图11为本实用新型实施例的键相信号使用示意图；图12为采用本实施例的振动采集分析仪进行振动采集分析的流程图；图13为振动采集分析仪和上位机的通信过程示意图。
具体实施方式
本实用新型实施例提供一种振动采集分析仪。该振动采集分析仪包含振动信号调 理装置、键相信号处理装置、锁相倍频装置、振动信号采样装置、转速采集装置和控制处理 装置，这些装置之间通过总线传输数据。本实施例的振动信号调理装置能够适应不同类型的传感器所传来的振动信号，并 根据传感器类型和实际采样需求输出相应的调理信号。本实施例的键相信号处理装置能够 对不同幅度以及占空比的键相信号进行处理，处理后的键相信号分成三路使用第一路送 至锁相倍频装置进行倍频处理，生成的倍频信号将用于对振动信号进行采样；第二路送至 控制处理装置，控制处理装置接收到该信号后即启动一次连续采样过程；第三路送至转速 采集装置，由转速采集装置生成旋转机械的转速数据。
以下结合附图对本实用新型具体实施方式
进行详细说明图1为本实用新型实施例振动采集分析仪的功能原理图。如图1所示振动采 集分析仪包括振动信号调理装置10，用于接收振动传感器传来的被测旋转机械的振动信 号，对所述振动信号进行处理生成对应于不同传感器类型的多路振动调理信号，根据所述 振动传感器的类型和采样需求选通一路振动调理信号输出；键相信号处理装置20，用于接 收被测旋转机械的键相信号，对所述键相信号进行处理生成键相脉冲信号；锁相倍频装置 30，用于接收所述键相脉冲信号，对所述键相脉冲信号进行处理生成倍频信号；振动信号采 样装置40，用于接收所述倍频信号和输出的振动调理信号，采用所述倍频信号对输出的振 动调理信号进行采样生成样本数据；控制处理装置50，用于接收所述键相脉冲信号，在所 述键相脉冲信号的触发下启动所述采样过程。该控制处理装置可以为嵌入式网络模块，如 Intel 386。在一优选实施方式中，该振动采集分析仪还包括转速采集装置60，用于接收所 述键相脉冲信号，对所述键相脉冲信号进行处理生成所述被测旋转机械的转速数据，该转 速数据是振动分析的重要参考数据。所述控制处理装置50，还用于对所述键相脉冲信号进 行处理，生成振动特征参数，并将所述样本数据、转速数据和振动特征参数发送给上位机。本实施例的振动信号调理装置10包括多路振动调理通道。每路振动调理通道用 于接收一个振动传感器传来的振动信号，对所述振动信号进行处理生成对应于不同传感器类型的多路振动调理信号，根据与该通道连接的振动传感器类型和采样需求选通一路振动 调理信号输出。对应于多路振动调理通道，本实施例的振动信号采样装置40包含多路采样 通道，用于对多路振动调理通道输出的振动调理信号同时采样。图2为本实用新型实施例振动信号调理装置10的细化原理图，如图2所示，振动 信号调理装置10包括直流信号提取单元201，用于从所述振动信号中提取直流信号；原始 信号获取单元202，用于对所述振动信号进行滤波放大获得原始交流信号；一次积分信号 获取单元203，用于对所述交流信号进行积分，获得一次积分信号；二次积分信号获取单元 204，用于对所述一次积分信号进行再次积分；获得二次积分信号；多路选择单元205，用于 根据所述振动传感器的类型和采样需求从所述直流信号、交流信号、一次积分信号和二次 积分信号中选择一路信号输出。图3为本实用新型实施例键相信号处理装置20的细化原理图，如图3所示，该键 相信号处理装置20包括双向电压比较单元301，用于根据键相信号的幅度调整触发电压 值，采用所述触发电压对所述键相信号进行峰_峰检波；脉冲信号生成单元302，用于根据 键相信号的占空比调整触发电路的参数，对经过峰_峰检波的信号进行上升沿J-κ触发生 成稳定的TTL脉冲信号。在一优选实施方式中，所述键相信号处理装置20包括至少两个键相信号处理通 道，每个键相信号处理通道用于接收被测旋转机械的键相信号，对所述键相信号进行处理 生成键相脉冲信号。图3的键相信号处理装置20还包括键相信号选择单元，用于根据所 述控制处理装置的指令，从生成的至少两路键相脉冲信号中选择一路输出。下面将以24通道振动采集分析仪来详细说明本实用新型实施例振动采集分析仪 的工作原理。图4为本实用新型实施例24通道振动采集分析仪的系统原理图。如图4所示该 24通道振动采集分析仪以嵌入式网络模块为基础，通过精简ISA总线连接高速同步AD采 样、转速采集、振动信号调理、键相信号处理等模块而组成。24通道振动采集分析仪包括3 个8通道振动信号调理模块、2路冗余键相信号处理模块、锁相倍频模块、脉宽计数转速采 集模块、2个16路高速AD采样模块以及基于Intel 386的嵌入式网络模块。该嵌入式网络 模块通过IOM以太网与上位机进行通信，各模块均挂接在嵌入式网络模块提供的精简ISA 总线之上。以下分别对每个组成部分的工作原理进行说明(1)振动信号调理模块3个8通道振动信号调理模块接收外部引入的24路振动信号，每个振动信号调理 通道均包括高/低通滤波、信号放大、直流/交流分离、一级积分、二级积分电路，按调理电 路先后阶段提取直流分量、原始波形、一次积分波形或二次积分波形等信号，接入多路选择 电路，根据传感器类型和采集需要选通需要的信号，送高速同步AD采样模块采集，对ICP类 型传感器，振动信号调理模块可提供恒流源供电。每个模块集成8路振动信号调理，最终提 供24路、多种不同类型传感器振动信号的处理与输出。用于测量旋转机械振动的传感器类型一般为涡流传感器、速度传感器、加速度传 感器或ICP加速度传感器，其中ICP传感器需为之提供恒流源供电。振动测量最关心的是 振动的位移值，对涡流传感器，需通过隔直处理去除间隙电压来获取振动位移交流信号；对 速度传感器，则需经过一次积分之后，才能得到位移信号；对加速度或ICP传感器，则需经过两次积分才可以得到位移信号。另外，不同类型传感器输出的电压等级也不同，涡流传感 器为V级信号，而速度传感器为mV级，加速度信号更小。图5为振动信号调理模块的电路框图。如图5所示外部接入的振动信号经高、低 通滤波处理后，逐次进入一次积分电路和二次积分电路。对涡流传感器信号，直流提取电路 用于提取原始信号中的间隙电压直流信号，根据供电指令，直流提取电路为ICP加速度传 感器接入提供相应的恒流供电。直流信号、滤波后的原始波形信号、一次积分、二次积分等 信号根据CPU通道类型选择指令，由多路选择电路选通其中一路，送高速AD采样。图6为详细的振动信号调理电路，包括恒流供电电路601、间隙电压处理电路 602、二阶高通滤波和二阶低通滤波电路603、原始信号获取电路604、一次积分电路605、二 次积分电路606以及振动类型选择电路607。如图6所示，振动信号Sim经二阶高通、二阶低通滤波、隔直处理后得到去除干扰 和直流偏置后的交流波形信号BSirn ；BSINl经放大处理得到可用于采样的原始波形信号 Vffi0原始波形信号VWl对于涡流传感器即为原始振动位移信号，对于速度传感器即为原始 振动速度信号，对于加速度传感器即为原始的加速度信号。交流信号BSirn再顺序经过一次积分电路得到交流信号Vl，交流信号Vl对于速度 传感器即为振动位移信号，对于加速度传感器即为振动速度信号。交流信号Vi经过二次积 分电路得到交流信号VVl，交流信号VVl对加速度传感器即为振动位移信号。每一级电路设 置不同的放大倍数，保证最后输出到AD采样模块的信号为标准信号(-10V 10V)。间隙电 压处理电路602可提取涡流传感器信号中的直流偏置即间隙电压GAP1。针对ICP类型传感 器，电路中设计有根据CPU指令选通输入通道恒流源供电电路601。在电路不同阶段针对不同的传感器输入引出直流信号GAP1、原始的交流信号 VW1、一次积分信号Vl和二次积分信号VV1。每个通道4路信号，接入振动类型选择电路 607 (如，模拟多路选择开关)，软件系统通过配置的传感器类型选通不同的信号送高速AD 采样模块采集。如，需采集涡流信号间隙时，选通直流信号GAPl ；需采集涡流传感器原始位 移波形或速度传感器原始速度波形或加速度传感器原始加速度波形时，则选通原始波形信 号VWl ；需采集速度传感器的位移波形或加速度传感器的速度波形，则选题一次积分信号 Vl ；需采集加速度传感器的位移波形则选通二次积分信号VV1。(2)键相信号处理模块因被测旋转机械的瞬时转速随时在变化，尤其在启动、停机过程中，若通过定时器 按转速频率的倍数产生触发信号，采集的转速并不一定就是采样当时的转速，得到的倍频 触发信号远没有锁相环硬件跟踪精确，可能每周期多或少若干点，最后的信号频谱分析可 能产生泄漏、尤其影响振动相位测量的精确。因此本实施例采用键相信号来同步采样。该实施例的键相信号处理模块提供冗余的双路键相信号处理电路，通过冗余处 理，提高键相信号处理的可靠性，冗余键相通道可根据嵌入式网络模块的指令来选择。实 际应用中还可以提供两路以上的冗余处理电路。外部接入的键相信号经滤波处理、隔直、放 大、双向电压比较电路和触发电路后生成稳定的TTL键相脉冲。图7为键相信号处理模块的电路框图。如图7所示，键相信号首先经滤波、隔直、 放大等预处理，然后经过双向比较、峰_峰检波电路以及上升沿J-K触发后得到稳定的TTL 键相脉冲信号。该稳定的TTL键相脉冲信号将分为三路输出一路送锁相倍频电路，生成稳定、精确的转速频率的η倍频信号，作为样本同步AD采样触发信号；一路送脉宽计数转速采 集电路，采集轴转速；一路作为精简ISA总线的外部中断信号，送至CPU，用于触发启动一次 连续样本采集。图8为一个实际的、有效的键相信号处理电路原理图，包括滤波预处理电路801、 双向比较电路802、上升沿J-K触发电路803、锁相倍频电路804、发光指示电路805。需要说 明的是边沿J-K触发器只是触发器的一种普通形式，本实施例还可以采用其他的触发器， 在此选用边沿J-K触发器主要考虑健相信号处理电路主要检验信号的边沿跳变。如图8所示，滤波预处理电路801中实际的键相信号RPM可能为一定幅度的正脉 冲或负脉冲，在经过滤波、隔直、放大后进入双向比较电路802 (也称为峰-峰检波电路)。 其中正向比较电路提供2V左右的触发电压与键相脉冲比较，仅超过该电压的正脉冲可以 通过；反向比较电路提供-2V左右的触发电压与键相脉冲比较，仅低于该电压的负脉冲可 以通过。两路检波信号合成为有效的键相脉冲信号RPM2。其中的触发电压可根据实际需 要适当调整，如，可根据需要调整电路中电阻电容参数，调整为其他阈值，如2. 5V，3V，1. 5V 等。本实施例双向比较电路802的触发电压阈值选用在2V左右，是考虑实际接入的健相信 号的幅度一般为3. 5V以上的脉冲信号。键相脉冲信号RPM2经上升沿J-K触发电路803后，可得到稳定的TTL脉冲信号 RPMl，供CPU和后续的锁相倍频电路804使用。同时，键相TTL脉冲信号和锁相倍频的稳定 信号将送至发光指示电路805进行外部状态指示。双向比较电路802可以适应实际信号的 极性，只要信号达到一定幅度(如2V 20V范围，该电压范围是根据实际健相信号的最大 可能范围，即涡流传感器健相信号，而定的)，均能准确提取正脉冲或负脉冲。同时，双向比 较电路802与上升沿J-K触发电路803配合使用，调整其中的电路参数(如电阻、电容的数 值)，可以识别占空比非常小(0.1%以上)的键相信号。(3)锁相倍频在旋转机械的振动信号处理中，为避免频谱泄漏和混叠现象的出现，影响振动信 号分析，一般需对振动信号实现整周期采样，即以转速周期为基准，采样周期为转速周期的 倍频，样本长度为多个整周期。经键相信号处理模块提取的TTL电平键相信号，一路送至锁 相倍频电路，产生可调的键相信号的倍频信号(PPL)，为同步AD采样模块提供外部采样触 发信号。转速是通过健相脉冲采用脉冲计数方式采集的，健相信号为机组每旋转一周产生 一个脉冲，代表转速周期。通过锁相倍频产生的信号，为每旋转一周生产η个(如128个) 脉冲，通过该倍频信号触发样本采集，若采集的样本长度为η的倍数，即为采集整数转速周 期的样本。这也是锁相倍频电路的作用(跟踪转速周期，保证生成的AD采集触发信号为稳 定的原脉冲的η倍频)。转速数据的作用，一方面是用于数据存贮、工况记录和显示；另一 方面，也能决定是否采用硬件倍频电路生成AD采集触发信号。关于软件采集流程，详见下 文描述。该锁相倍频电路的核心为4046芯片，4046锁相环的VCO压控振荡器是一个线性度 很高的多谐振荡器，它能产生很好的对称方波输出。电路中通过两个计时计数器与4046锁 相环电路配合，Timer4(804中的Τ)和Timer7 (804中的PLL)均以4046的输出作为的Clock 信号，而Gate则接高电平，Timer4模式设置为3、初值512，Timer7模式设置为2、初值4， 通过改变Timer4的初值，可以得到频率可调的锁相倍频脉冲信号，倍频数即Timer4初值/Timer7 初值。(4)高速同步AD采样模块高速AD采样模块的原理框图如图9所示，该模块基于精简ISA总线，由放大器、多 路采样保持切换器、高速A/D转换器、256K缓冲存贮器、内部计时计数器、地址译码器、门控 电路、DMA/中断控制器等组成。由振动信号调理模块输出的交流振动波形信号，经放大后， 通过采样保持和多路切换，由4片4通道A/D芯片顺序采集。A/D芯片速率300KHz，AD芯 片采样结果通过FIFO电路控制，顺序进入256K缓冲存贮器，实现自主采样。嵌入式系统软 件只需设置采样方式、样本长度等参数，启动采样后，通过DMA方式或查询采样结束标志， 即可实现一次样本采集。高速AD采样模块工作方式包括内部定时间隔触发、外部信号触发和软件触发等。 在有键相信号接入的情况下，键相信号处理电路和锁相倍频电路，可为AD采样模块提供外 部键相跟随的倍频触发信号；若未接入键相信号，软件系统可设置AD采样模块工作在内部 定时间隔采样方式下，保证振动信号的采集。高速同步AD采样模块由两个16通道高速AD 采样模块组成，软件系统可根据实际接入的振动通道数量，调整AD采样模块的工作参数， 256K的大容量缓冲存贮器可实现长样本、细化分析样本数据采集。(5)转速采集转速采集模块由多个16位计时计数器组成。接入的键相信号处理模块提取的键 相脉冲信号经2分频后转换为方波信号，再在IOOk时钟频率下通过级联16位计时计数器 进行脉冲宽度计数，从而实现被测旋转机械的转速采集与计算。转速是旋转机械重要的工 况参数，尤其在启动、停机过程中，分析振动情况随转速变化的曲线对故障分析和振动治理 的重要依据。本实施例中，经键相信号处理模块提取的TTL电平键相信号的一路送至转速采集 电路，该电路包括两个级联的计时计数器，通过脉宽计数的方式实现转速采集，其原理框图 如图10所示。键相信号作为Clock (时钟)信号接入计时计数器TimerLTimerl模式设置为3、 初值为2、Gate接VCC高电平，即将Timerl作为分频器，将TTL键相脉冲转换为频率减半的 方波信号。Timerl输出的方波信号作为Timer2的Gate信号，Timer2模式设置为2、初值 设置为OxFFFF，Timer2的Clock接入80KHz时钟信号。图11给出了键相信号、倍频信号、键相2分频方波信号和时钟脉宽计数信号的比 较图。如图11所示，在方波信号的高电平，使用80K时钟对其倒计数，当方波信号为低电平 时，计数停止，软件系统读出其计数值，通过简单计算即可得到转速值。因采用16位计数器 进行脉宽计数，根据一般汽轮机组工作转速为3000转/分(50Hz)，为避免误差过大或计数 溢出，Clock的频率不可太高也不可太低。本实施方案使用的时钟频率为80KHz，保证3000 转/分的转速下，计数值接近16位计数器的最大值。脉宽计数与转速的计算关系为f = 80000/(65536-N)rpm = f*60其中N为计数器读出值，65536为16位计数器初值(计数器为递减计数方式)， 即(65535-N)为脉宽计数值；f为转速频率；rpm为转速，单位转/分。(6)嵌入式网络模块[0072]嵌入式网络模块是振动采集分析仪的核心，本实施例的嵌入式网络模块采用 Intel 386微处理器和512K用户Flash磁盘空间、运行DOS系统、提供精简ISA总线驱动接 口并集成10/100M快速以太网络接口。该网络模块运行专门的数据采集、计算、数据传输程 序，精简ISA总线驱动接口连接系统其它模块，其以太网络接口用于与上位机的高速、实时 数据通信。图12为采用本实施例的振动采集分析仪进行振动采集分析的流程图。如图所示 在完成必要的系统总线初始化、看门狗设置、网络与硬件初始化后，软件进入数据采集主循 环，即按一定的间隔设置看门狗，保证系统可靠运行；周期读取和处理上位机下发的网络 命令，如采样参数设置和状态报告等；定间隔采集转速；通过采集的转速，确定键相信号是 否接入(根据前述的转速采集原理可知，在有健相信号接入时，经调理后的健相脉冲进入 脉宽计数的计数器电路，才能有计数值，因此，根据采集到的转速值是否为0即可判断是否 有健相信号接入)；在有键相情况下设置AD采样模块工作在外部触发模式下，并打开键相 中断；在键相中断处理程序中启动AD采样过程，同时关闭键相中断，保证键相中断的采样 起点作用；在没有键相接入情况下，按设置的采样频率设置AD采样模块内部时钟参数，使 其工作在内部定时间隔采样模式下，同时软件启动AD采样；AD采样按设置的模式和采样参 数自主采样，采集数据在时序电路的控制下顺序进入FIFO缓冲存贮器；软件系统周期读取 AD采样结束标志，若一次样本采样结束，软件顺序读出FIFO缓冲存贮器内容，若在一定时 间内AD采样超时，则软件系统重新启动新的采样过程；样本数据经DFT计算得到振动幅值、 相位等特征参数；转速、样本数据、特征参数，均通过网络接口上传上位机系统，做进一步的 处理、分析和存贮。图13为振动采集分析仪和上位机的通信过程。采集分析仪通过10/100M以太网 络接口为上位机系统提供采样数据传输，上网机系统也通过该接口对采集分析仪实现采集 参数设置、工作方式调整、运行状态监视等。在与上位机的网络通信中，采集仪的角色为网 络服务器，随时监听上位机的网络连接，而上位机则为网络客户端，连接上采集分析仪后， 上位机通过网络命令设置和控制采集分析仪的工作。如图13所示采集分析仪随时监听网络连接请求，上位机请求连接完成后下发 SetAcqParam命令，设置采集分析仪参数，如通道数、各通道类型、样本长度、采样频率等， 同时，上位机下发SetDataRefresh命令，设置采集分析仪主动上传采集数据；采集分析仪 以设置的采样配置工作，采集获得的转速数据、样本数据、特征数据随时上传；上位机可 通过设置SetlnfoReport标志，打开或关闭采集分析仪的工作状态报告；上位机可通过 SetAddress重新设置采集分析仪的IP地址参数；也可通过Restart命令重置采集分析仪； 在上位机不需要连接采集分析仪时，可主动关闭网络连接，采集分析仪再次进入网络监听 状态。本实用新型实施例的振动采集分析仪能提供以下有益效果1、通过提供多达24通道的振动信号接入，可满足大机组8个瓦、每瓦3路振动信 号的全面的振动监测分析需要；2、振动信号调理电路提供直流、原始振动波形、一次积分波形和二次积分波形等 信号的多路选择及恒流源供电能力，保证对涡流、速度、加速度及ICP等不同类型传感器信 号的适应性；[0079]3.双路冗余的键相处理电路，保证了至关重要的键相信号处理的可靠性；4.采用双向触发电压比较技术，能准确提取键相信号，适应光电、涡流、TTL等不 同类型、较低占空比的键相传感器信号接入；5.大缓冲区、可配置、高速同步AD采样模块保证了长样本、细化频谱分析需要；6.采样10M/100M高速以太网上位机通信接口，具有很好的通用性。以上具体实施方式
仅用于说明本实用新型，而非用于限定本实用新型。
权利要求一种振动采集分析仪，其特征在于，所述振动采集分析仪包括振动信号调理装置，用于接收振动传感器传来的被测旋转机械的振动信号，对所述振动信号进行处理生成对应于不同传感器类型的多路振动调理信号，根据所述振动传感器的类型和采样需求选通一路振动调理信号输出；键相信号处理装置，用于接收被测旋转机械的键相信号，对所述键相信号进行处理生成键相脉冲信号；锁相倍频装置，用于接收所述键相脉冲信号，对所述键相脉冲信号进行处理生成倍频信号；振动信号采样装置，用于接收所述倍频信号和输出的振动调理信号，采用所述倍频信号对输出的振动调理信号进行采样生成样本数据；控制处理装置，用于接收所述键相脉冲信号，在所述键相脉冲信号的触发下启动所述采样过程。
2.根据权利要求1所述的振动采集分析仪，其特征在于，所述振动采集分析仪还包括 转速采集装置，用于接收所述键相脉冲信号，对所述键相脉冲信号进行处理生成所述被测旋转机械的转速数据。
3.根据权利要求2所述的振动采集分析仪，其特征在于，所述控制处理装置，还用于对所述键相脉冲信号进行处理，生成振动特征参数，并将所 述样本数据、转速数据和振动特征参数发送给上位机。
4.根据权利要求1所述的振动采集分析仪，其特征在于，所述振动信号调理装置包括 多路振动调理通道；每路振动调理通道，用于接收一个振动传感器传来的振动信号，对所述振动信号进行 处理生成对应于不同传感器类型的多路振动调理信号，根据与该通道连接的振动传感器类 型和采样需求选通一路振动调理信号输出。
5.根据权利要求1所述的振动采集分析仪，其特征在于，所述振动信号调理装置包括 直流信号提取单元，用于从所述振动信号中提取直流信号；原始信号获取单元，用于对所述振动信号进行滤波放大获得原始交流信号； 一次积分信号获取单元，用于对所述交流信号进行积分，获得一次积分信号； 二次积分信号获取单元，用于对所述一次积分信号进行再次积分；获得二次积分信号；多路选择单元，用于根据所述振动传感器的类型和采样需求从所述直流信号、交流信 号、一次积分信号和二次积分信号中选择一路信号输出。
6.根据权利要求4所述的振动采集分析仪，其特征在于，所述振动信号采样装置包含多路采样通道，用于对多路振动调理通道输出的振动调理 信号同时采样。
7.根据权利要求1所述的振动采集分析仪，其特征在于，所述键相信号处理装置包括 至少两个键相信号处理通道，每个键相信号处理通道用于接收被测旋转机械的键相信号，对所述键相信号进行处理生成键相脉冲信号；键相信号选择单元，用于根据所述控制处理装置的指令，从生成的至少两路键相脉冲 信号中选择一路输出。
8.根据权利要求1所述的振动采集分析仪，其特征在于，所述键相信号处理装置包括 双向电压比较单元，用于根据键相信号的幅度调整触发电压值，采用所述触发电压对所述键相信号进行峰_峰检波；稳定脉冲信号生成单元，用于根据键相信号的占空比调整触发电路的参数，对经过 峰_峰检波的信号进行上升沿J-K触发生成稳定的TTL脉冲信号。
9.根据权利要求1所述的振动采集分析仪，其特征在于，所述控制处理装置为嵌入式 网络模块。
专利摘要本实用新型提供一种振动采集分析仪，所述振动采集分析仪包括振动信号调理装置，接收振动传感器传来的被测旋转机械的振动信号，对振动信号进行处理生成对应于不同传感器类型的多路振动调理信号，根据振动传感器的类型和采样需求选通一路振动调理信号输出；键相信号处理装置，接收被测旋转机械的键相信号，对所述键相信号进行处理生成键相脉冲信号；锁相倍频装置，接收键相脉冲信号，对键相脉冲信号进行处理生成倍频信号；振动信号采样装置，接收倍频信号和输出的振动调理信号，采用倍频信号对输出的振动调理信号进行采样生成样本数据；控制处理装置，用于接收键相脉冲信号，在键相脉冲信号的触发下启动所述采样过程。
文档编号G01H11/00GK201653537SQ20102000150
公开日2010年11月24日 申请日期2010年1月5日 优先权日2010年1月5日
发明者刘振祥, 黄葆华 申请人:华北电力科学研究院有限责任公司