核电厂振动信号采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及振动检测技术领域，尤其涉及一种核电厂振动信号采集装置。


背景技术：

2.在某核电厂中，机械设备偶有发生因振动值而导致设备故障，可以通过在线振动监测系统对大多数故障进行提前预警，以便及时发现异常；而在线振动监测系统是基于原始的电压型振动信号来进行振动故障分析诊断的，受限于该电压型振动信号的信号类型性质，使得核电厂里其它监控系统难以直接获取该电压型振动信号；如核电厂的dcs系统，由于其工作电压相对较高，现有的振动信号采集电路无法与其直接实现信息交互，使其无法正常获取振动信号，不利于dcs系统的操作员对设备整体振动趋势实行跟踪及监控。若在被测设备上加装与dcs系统相适配的振动信号采集电路，不仅会增加成本，还会因振动信号源不一致而使在线振动监测系统与dcs系统输出的监测结果对比缺乏可信性。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种核电厂振动信号采集装置。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电厂振动信号采集装置，用于提供电压型振动信号和电流型振动信号，包括：
5.用于根据待测设备的振动量生成振动信号的振动检测单元；
6.输入端连接所述振动检测单元，并基于所述振动信号输出所述电压型振动信号的振动采集模块；
7.用于对所述振动信号进行类型转换并输出所述电流型振动信号的振动变送器；
8.以及，连接在所述振动检测单元与所述振动变送器之间起隔离作用的隔离电路。
9.优选的，所述振动检测单元包括加速度传感器、第一放大电路、隔直电路和第二放大电路；
10.所述加速度传感器依次经所述第一放大电路和所述隔直电路连接至所述第二放大电路的输入端，所述第二放大电路的输出端连接所述振动采集模块的输入端和所述隔离电路的输入端。
11.优选的，所述第一放大电路包括第二电阻r2、第一运算放大器u1、第二电容c2、第一电阻r1和第三电容c3；
12.所述加速度传感器的第一端经所述第二电阻r2连接至所述第一运算放大器u1的反相输入端，所述加速度传感器的第二端连接所述第一运算放大器u1的同相输入端和地，所述第二电阻r2的第一端经所述第二电容c2连接至地，所述第二电阻r2的第一端还经所述第一电阻r1连接至所述第一运算放大器u1的输出端，所述第一运算放大器u1的输出端作为所述第一放大电路的输出端连接所述隔直电路的输入端。
13.优选的，所述隔直电路包括第四电容c4；所述第四电容c4的第一端作为所述隔直电路的输入端连接所述第一放大电路的输出端，所述第四电容c4的第二端作为所述隔直电
路的输出端连接所述第一放大电路的输入端。
14.优选的，所述第二放大电路包括第三电阻r3、第二运算放大器u2、第四电阻r4、热敏电阻w1、第五电阻r5、第五电容c5、可调电阻w2和第六电阻r6；
15.所述隔直电路的输出端经所述第三电阻r3连接至所述第二运算放大器u2的反相输入端，所述第二运算放大器u2的反相输入端依次经所述第四电阻r4和所述热敏电阻w1连接至所述第二运算放大器u2的输出端，所述第二运算放大器u2的同相输入端经所述第五电阻r5连接至地，所述第二运算放大器u2的反相输入端还经所述第五电容c5连接至所述第二运算放大器u2的输出端，所述可调电阻w2的第一端和第二端分别连接所述第二运算放大器u2的第一偏置端和第二偏置端，所述可调电阻w2的调节端经所述第六电阻r6连接至所述第二运算放大器u2的接地端，所述第二运算放大器u2的输出端和所述可调电阻w2的调节端组成所述振动检测单元的输出端。
16.优选的，所述振动采集模块包括积分电路和比较电路；
17.所述振动检测单元依次经所述积分电路连接至所述比较电路的输入端，所述比较电路的输出端用于输出所述电压型振动信号。
18.优选的，所述积分电路包括第四十一电阻r41、第三运算放大器u3a、第三十九电阻r39、第二十一电容c21、第四十五电阻r45、第四十七电阻r47、第四十六电阻r46和第二十四电容c24；
19.所述振动检测单元的第一输出端经所述第四十一电阻r41连接至所述第三运算放大器u3a的同相输入端，所述第三运算放大器u3a的同相输入端经所述第三十九电阻r39连接至地，所述第二十一电容c21与所述第三十九电阻r39并联连接；
20.所述振动检测单元的第二输出端经所述第四十五电阻r45连接至所述第三运算放大器u3a的反相输入端，所述振动检测单元的第二输出端还经所述第四十七电阻r47连接至地，所述第三运算放大器u3a的反相输入端经所述第四十六电阻r46连接至所述第三运算放大器u3a的输出端，所述第三运算放大器u3a的输出端连接所述比较电路的输入端，所述第二十四电容c24与所述第四十六电阻r46并联连接。
21.优选的，所述比较电路包括第四十二电阻r42、第四运算放大器u3b、第四十四电阻r44、第四十电阻r40和第四十三电阻r43；
22.所述第四十二电阻r42的第一端作为所述比较电路的输入端连接所述积分电路，所述第四十二电阻r42的第二端连接所述第四运算放大器u3b的同相输入端，所述第四运算放大器u3b的同相输入端经所述第四十电阻r40连接至所述第四运算放大器u3b的输出端，所述第四运算放大器u3b的输出端连接所述第四十三电阻r43的第一端，所述第四十三电阻r43的第二端为所述振动采集模块的输出端，所述第四运算放大器u3b的反相输入端经所述第四十四电阻r44连接至地。
23.优选的，所述振动变送器包括第十三电阻r13、转换芯片u5、第十二电阻r12、pnp三极管q1、pmos管q2和第十六电阻r16；
24.所述第十三电阻r13的第二端连接所述隔离电路，所述第十三电阻r13的第一端连接所述转换芯片u5的转换信号输入端，所述转换芯片u5的输出电流设置端连接所述第十二电阻r12的第二端和所述pnp三极管q1的发射极，所述第十二电阻r12的第一端和所述pnp三极管q1的基极和所述pmos管q2的源极，所述转换芯片u5的控制输出端连接所述pnp三极管
q1的集电极和所述pmos管q2的栅极，所述pmos管q2的漏极连接所述第十六电阻r16的第一端，所述第十六电阻r16的第一端用于输出所述电流型振动信号。
25.优选的，所述隔离电路包括隔离式安全栅。
26.本实用新型至少具有以下有益效果：提供一种核电厂振动信号采集装置，包括：用于根据待测设备的振动量生成振动信号的振动检测单元、输入端连接振动检测单元的振动采集模块、用于对振动信号进行类型转换并输出电流型振动信号的振动变送器，以及用于隔离振动检测单元与振动变送器的隔离电路；实施本实用新型可以使同一个加速度传感器输出的振动信号转换为电压型振动信号和电流型振动信号，减少加速度传感器的安装数量，不仅满足了不同的监控系统对信号类型的要求，还能确保振动信号的源头一致，保证了不同监控系统输出的监测结果可比性，有助于提高设备振动趋势跟踪和状态预警的准确性和可靠性。
附图说明
27.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
28.图1是本实用新型中的核电厂振动信号采集装置的结构示意图；
29.图2是本实用新型提供的核电厂振动信号采集装置中的振动检测单元的电路图；
30.图3是本实用新型提供的核电厂振动信号采集装置中的振动采集模块的电路图；
31.图4是本实用新型提供的核电厂振动信号采集装置中的振动变送器的电路图。
具体实施方式
32.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
33.参考图1，本实用新型提供了一种核电厂振动信号采集装置，用于提供电压型振动信号和电流型振动信号，核电厂振动信号采集装置包括：振动检测单元1、振动采集模块2、振动变送器3和隔离电路4。
34.振动检测单元1用于根据待测设备的振动量生成振动信号。
35.振动采集模块2的输入端连接振动检测单元1，振动采集模块2还基于振动信号输出电压型振动信号，其输出端输出电压型振动信号。
36.振动变送器3用于对振动信号进行类型转换并输出电流型振动信号。
37.隔离电路4连接在振动检测单元1与振动变送器3之间，用于隔离振动检测单元1和振动变送器3。
38.在一些实施例中，如图2所示，振动检测单元1包括加速度传感器11、第一放大电路12、隔直电路13和第二放大电路14。具体的，加速度传感器11依次经第一放大电路12和隔直电路13连接至第二放大电路14的输入端，第二放大电路14的输出端连接振动采集模块2的输入端和隔离电路4的输入端。
39.需要说明的是，加速度传感器11可以为现有技术中常用的压电式加速度传感器，将其安装在被测设备上，以将被测设备的振动量转换为电压信号。
40.为了使加速度传感器11可以适应核电厂区内的高强度工作环境，因此对于加速度传感器11的性能有一定的要求，在一些实施例中，加速度传感器11的响应频率为0.5-15,
000hz、抗冲击峰值需达到5000g、工作温度范围为-50℃～121℃、防护等级为ip68。
41.在一些实施例中，如图2所示，第一放大电路12包括第二电阻r2、第一运算放大器u1、第二电容c2、第一电阻r1和第三电容c3。具体的，加速度传感器11的第一端经第二电阻r2连接至第一运算放大器u1的反相输入端，加速度传感器11的第二端连接第一运算放大器u1的同相输入端和地，第二电阻r2的第一端经第二电容c2连接至地，第二电阻r2的第一端还经第一电阻r1连接至第一运算放大器u1的输出端，第一运算放大器u1的输出端作为第一放大电路12的输出端连接隔直电路13的输入端。
42.在一些实施例中，如图2所示，隔直电路13包括第四电容c4。具体的，第四电容c4的第一端作为隔直电路13的输入端连接第一放大电路12的输出端，第四电容c4的第二端作为隔直电路13的输出端连接第一放大电路12的输入端。
43.在一些实施例中，如图2所示，第二放大电路14包括第三电阻r3、第二运算放大器u2、第四电阻r4、热敏电阻w1、第五电阻r5、第五电容c5、可调电阻w2和第六电阻r6。其中，第二运算放大器u2的型号可以为ua776，ua776的1引脚对应为第一偏置端，ua776的5引脚对应为第二偏置端，ua776的4引脚对应为接地端。
44.具体的，隔直电路13的输出端经第三电阻r3连接至第二运算放大器u2的反相输入端，第二运算放大器u2的反相输入端依次经第四电阻r4和热敏电阻w1连接至第二运算放大器u2的输出端，第二运算放大器u2的同相输入端经第五电阻r5连接至地，第二运算放大器u2的反相输入端还经第五电容c5连接至第二运算放大器u2的输出端，可调电阻w2的第一端和第二端分别连接第二运算放大器u2的第一偏置端和第二偏置端，可调电阻w2的调节端经第六电阻r6连接至第二运算放大器u2的接地端，第二运算放大器u2的输出端和可调电阻w2的调节端组成振动检测单元1的输出端以输出振动信号。
45.参考图2，振动检测单元1的工作原理如下：加速度传感器11将被测设备的振动量转换为的电压信号，该电压信号经过第一放大器电路12进行第一次放大后；然后，隔直电路13滤除该电压信号中的直流分量；接着，滤除直流分量后的电压信号通过第二放大器电路14进行第二次放大后，作为振动信号输出。其中，可以通过调节第一电阻r1和第二电阻r2的阻值比例来调节第一放大器电路12的增益系数；通过第四电阻r4和热敏电阻w1的和与第三电阻r3的阻值比例来调节第二放大器电路14的增益系数。
46.在一些实施例中，如图3所示，振动采集模块2包括积分电路21和比较电路22。具体的，振动检测单元1依次经积分电路21连接至比较电路22的输入端，比较电路22的输出端用于输出电压型振动信号。
47.在一些实施例中，如图3所示，积分电路21包括第四十一电阻r41、第三运算放大器u3a、第三十九电阻r39、第二十一电容c21、第四十五电阻r45、第四十七电阻r47、第四十六电阻r46和第二十四电容c24。
48.具体的，振动检测单元1的第一输出端经第四十一电阻r41连接至第三运算放大器u3a的同相输入端，第三运算放大器u3a的同相输入端经第三十九电阻r39连接至地，第二十一电容c21与第三十九电阻r39并联连接，振动检测单元1的第二输出端经第四十五电阻r45连接至第三运算放大器u3a的反相输入端，振动检测单元1的第二输出端还经第四十七电阻r47连接至地，第三运算放大器u3a的反相输入端经第四十六电阻r46连接至第三运算放大器u3a的输出端，第三运算放大器u3a的输出端连接比较电路22的输入端，第二十四电容c24
与第四十六电阻r46并联连接。
49.需要说明的是，结合图2和图3的实施例，振动检测单元1的第一输出端对应为第二运算放大器u2的输出端，振动检测单元1的第二输出端对应为可调电阻w2的调节端。
50.为了提高积分电路21抗干扰能力和稳定性，在一些实施例中，如图3所示，积分电路21还包括保护管vd3、第一稳压管vd2、第二稳压管vd4、第二十二电容c22和第二十三电容c23。其中，保护管vd3可以为esd管。
51.具体的，振动检测单元1的第一输出端经保护管vd3连接至振动检测单元1的第二输出端，第三运算放大器u3a的同相输入端连接第一稳压管vd2的阴极，第一稳压管vd2的阳极连接第二稳压管vd4的阳极，第二稳压管vd4的阴极连接第三运算放大器u3a的反相输入端，第三运算放大器u3a的供电端经第二十二电容c22连接至地，第三运算放大器u3a的接地端经第二十三电容c23连接至地。
52.在一些实施例中，如图3所示，比较电路22包括第四十二电阻r42、第四运算放大器u3b、第四十四电阻r44、第四十电阻r40和第四十三电阻r43。
53.具体的，第四十二电阻r42的第一端作为比较电路22的输入端连接积分电路21，第四十二电阻r42的第二端连接第四运算放大器u3b的同相输入端，第四运算放大器u3b的同相输入端经第四十电阻r40连接至第四运算放大器u3b的输出端，第四运算放大器u3b的输出端连接第四十三电阻r43的第一端，第四十三电阻r43的第二端为振动采集模块2的输出端以输出电压型振动信号，第四运算放大器u3b的反相输入端经第四十四电阻r44连接至地。
54.参考图3，振动采集模块2的工作原理如下：由于加速度传感器输出的振动信号是用于表征振动加速度峰值的)，因此振动信号通过积分电路21进行积分后，可得到振动速度有效值；该振动速度有效值经过通过比较电路22处理后，输出用于表征振动速度有效值的电压型振动信号。进一步地，电压型振动信号为数字信号，可以为某些核电厂的在线振动监测系统提供诊断依据。
55.在一些实施例中，如图4所示，振动变送器3包括第十三电阻r13、转换芯片u5、第十一电阻r11、第十一电容c11、第十二电阻r12、pnp三极管q1、pmos管q2、二极管d1、第十六电阻r16、第十四电阻r14和第十五电阻r15。其中，转换芯片u5的型号可以为xtr111，xtr111的6引脚对应为转换信号输入端，xtr111的7引脚对应为跨导设置端，xtr111的2引脚对应为输出电流设置端，xtr111的3引脚对应为控制输出端，xtr111的5引脚对应为第一校准端，xtr111的4引脚对应为第二校准端；pnp三极管q1的型号可以为ss8550；pmos管q2的型号可以为si2309。
56.具体的，第十三电阻r13的第二端连接隔离电路4，第十三电阻r13的第一端连接转换芯片u5的转换信号输入端，转换芯片u5的跨导设置端经第十一电阻r11连接至地，转换芯片u5的电源输入端经第十一电容c11连接至地，转换芯片u5的输出电流设置端连接第十二电阻r12的第二端和pnp三极管q1的发射极，第十二电阻r12的第一端和pnp三极管q1的基极和pmos管q2的源极，转换芯片u5的控制输出端连接pnp三极管q1的集电极和pmos管q2的栅极，pmos管q2的漏极连接二极管d1的阳极和第十六电阻r16的第一端，二极管d1的阴极连接第一直流电压，第十六电阻r16的第一端用于输出电流型振动信号，转换芯片u5的第一校准端经第十四电阻r14连接至第十五电阻r15的第一端，第十五电阻r15的第一端还连接转换
芯片u5的第二校准端，第十五电阻r15的第二端接地。
57.在一些实施例中，隔离电路4包括隔离式安全栅。可选的，隔离式安全栅的型号为kfd2-vr4-ex1.26。隔离式安全栅用于隔离所述振动采集模块2和所述振动变送器3，表面两者互相影响，从而各电路的信号传送稳定、可靠，并起到保护振动变送器的作用。
58.参考图4，振动变送器3的工作原理为：振动信号经过隔离电路4输入至转换芯片u5，转换芯片u5根据振动信号的有效值，通过输出电流设置端控制电流型振动信号的电流值，并通过控制输出端控制pmos管q2的开闭，从而控制是否输出电流型振动信号。另外，在该实施例中，电流型振动信号为4～20ma的电流信号，其电流信号大小与被测设备的振动量大小成正比，因此可以通过电流型振动信号的电流值大小来表征振动量大小。进一步地，电流型振动信号可以为某些核电厂的dcs系统提供监测依据。
59.可以理解的，实施本实用新型可以使同一个加速度传感器输出的振动信号转换为电压型振动信号和电流型振动信号，减少加速度传感器的安装数量，不仅满足了不同的监控系统对信号类型的要求，还能确保振动信号的源头一致，保证了不同监控系统输出的监测结果可比性，有助于提高设备振动趋势跟踪和状态预警的准确性和可靠性。
60.可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。