本发明涉及螺栓在线监测设备领域,具体来说,涉及基于超声波回波检测的智能监测采集器电路。
背景技术:
1、随着机械设备规模不断扩大,结构复杂度增加,螺栓作为关键连接部件,其松动或断裂可能导致重大事故。螺栓在线监测是指对风机结构关键部位的螺栓进行实时监测,以检查螺栓是否松动、断裂等问题。
2、螺栓监测是通过安装传感器实时检测螺栓的应力和变形情况,当达到预设的阈值时,系统会发出警报,以便工程师及时采取措施,避免事故的发生。螺栓在线监测不仅可以提高设备的安全性和可靠性,还可以进行预警和预测维护,减少不必要的停机时间,降低维护成本。
3、基于超声波技术的螺栓在线监测产品已逐渐得到市场认可,特别是风电领域,通过螺栓在线监测能较好地发现叶根或塔筒等部位的连接问题,及时对风机结构风险进行预警,提高机组的运行安全性。但目前螺栓在线监测产品成熟度不好、产品质量不稳定、成本较高,导致难以大批量推广。
4、针对相关技术中的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
1、针对相关技术中的问题,本发明提出基于超声波回波检测的智能监测采集器电路,以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
2、为此,本发明采用的具体技术方案如下:
3、基于超声波回波检测的智能监测采集器电路,包括cpu控制模块、信号采集模块及电源模块;其中,cpu控制模块与信号采集模块连接,电源模块依次与cpu控制模块及信号采集模块连接。
4、进一步的,cpu控制模块包括晶振电路、复位电路、swd插座x5、芯片u1、电容c70、电容c27、电容c28、电容c29、开始按键start、电容c30、电容c31、电容c75及电阻r52;其中,芯片u1的第五端及第六端与晶振电路连接,芯片u1的第七端与复位电路连接,复位电路与swd插座x5连接,芯片u1的第十二端接地,芯片u1的第十三端依次与电容c27的一端及电容c70的一端连接,电容c27的另一端与电容c70的另一端连接并接地;芯片u1的第十八端与电容c28的一端连接并接地,电容c28的另一端与芯片u1的第十九端连接;芯片u1的第四十一端与开始按键start连接,芯片u1的第四十七端与电容c30的一端连接并接地,电容c30的另一端与芯片u1的第四十八端连接;芯片u1的第六十端与电阻r52的一端连接,电阻r52的另一端接地,芯片u1的第六十三端依次与电容c31的一端及电容c75的一端连接并接地,电容c75的另一端依次与电容c31的另一端及芯片u1的第六十四端连接。
5、进一步的,晶振电路包括电阻r57、晶振g3、电容c1及电容c2;其中,芯片u1的第五端依次与电阻r57的一端、晶振g3的第一端及电容c1的一端连接,电容c1的另一端依次与晶振g3的第三端及电容c2的一端连接并接地,电容c2的另一端与晶振g3的第二端、电阻r57的另一端及芯片u1的第六端连接。
6、进一步的,复位电路包括电阻r53及电容c26;其中,芯片u1的第七端依次与电阻r53及电容c26连接,电容c26的另一端接地。
7、进一步的,芯片u1的第七端还与swd插座x5的引脚一连接。
8、进一步的,信号采集模块包括时钟启振校准电路、高速时钟单元校准电路、芯片u6、电容c21、电容c76、电容c77、电阻r4、电容c22及电容c25;其中,芯片u6的第一端与高速时钟单元校准电路连接,芯片u6的第十六端与时钟启振校准电路连接,芯片u6的第三端依次与电容c21的一端及vio信号端连接,电容c21的另一端依次与芯片u6的第四端及第七端连接;vio信号端还与电阻r4的一端及电容c77的一端连接,电容c77的另一端与电容c76的一端连接并接地,电容c76的另一端与电阻r4的另一端连接;芯片u6的第十四端与电容c22的一端连接,电容c22的另一端接地,芯片u6的第二十九端与电容c25的一端连接,电容c25的另一端依次与芯片u6的第二十八端及第二十七端连接。
9、进一步的,时钟启振校准电路包括晶振g1及电容c23;其中,芯片u6的第十六端与晶振g1的第八端连接,晶振g1的第十四端与电容c23的一端连接,电容c23的另一端接地。
10、进一步的,高速时钟单元校准电路包括高速时钟单元g2及电容c32;其中,芯片u6的第一端与高速时钟单元g2的第八端连接,高速时钟单元g2的第十四端与电容c32的一端连接,电容c32的另一端接地。
11、进一步的,信号采集模块还包括温度传感器x6、电阻r28、电阻r81、电容c24及电容c78;其中,芯片u6的第二十四端与温度传感器x6的第二端连接,温度传感器x6的第一端依次与电阻r28的一端、电阻r81的一端、电容c78的一端、芯片u6的第十七端及芯片u6的第十八端连接,电阻r28的另一端与芯片u6的第二十三端连接,电容c78的另一端接地,电阻r81的另一端依次与芯片u6的第十九端及芯片u6的第二十端连接,芯片u6的第二十二端与vio信号端及电容c24的一端连接,电容c24的另一端与芯片u6的第二十一端连接并接地。
12、进一步的,电源模块外接12v的直流电源。
13、本发明的有益效果为:
14、(1)本发明集成度高,监测预紧力变化精度高且可靠,采用全新的电路设计,包含核心的cpu控制模块和信号采集模块,结构紧凑,功能齐全,采集精度达到纳秒级。同时可以将两大电路集中于一块电路板上,方便制造,无飞线、无多余插件、可靠性得到保证,成本较低,适合大批量推广应用。
15、(2)本发明通过信号采集模块检测超声波回波,根据发送超声波与回波的飞跃时间,也就是声时来计算螺栓预紧力变化情况。使用超声波检测螺栓预紧力相比传统方案更简洁,同时对螺栓本身的影响可忽略不计,适用性广,安装也更简单。同时信号采集电路使用的tdc-gp22芯片超声波采集精度高达22-90皮秒,测量范围在3.5纳秒-2.5微妙,测量频率可达百兆次每秒,工作温度可在-40℃至+125℃,可以保证超声波检测的精度与可靠性。本发明的方案监测螺栓预紧力变化时,更简洁、精度高,同时可靠性强,安装方便,能够有效且实时的监测螺栓预紧力的变化。
1.基于超声波回波检测的智能监测采集器电路,其特征在于,包括cpu控制模块(1)、信号采集模块(2)及电源模块(3);
2.根据权利要求1所述的基于超声波回波检测的智能监测采集器电路,其特征在于,所述cpu控制模块(1)包括晶振电路、复位电路、swd插座x5、芯片u1、电容c70、电容c27、电容c28、电容c29、开始按键start、电容c30、电容c31、电容c75及电阻r52;
3.根据权利要求2所述的基于超声波回波检测的智能监测采集器电路,其特征在于,所述晶振电路包括电阻r57、晶振g3、电容c1及电容c2;
4.根据权利要求3所述的基于超声波回波检测的智能监测采集器电路,其特征在于,所述复位电路包括电阻r53及电容c26;
5.根据权利要求4所述的基于超声波回波检测的智能监测采集器电路,其特征在于,所述芯片u1的第七端还与所述swd插座x5的引脚一连接。
6.根据权利要求5所述的基于超声波回波检测的智能监测采集器电路,其特征在于,所述信号采集模块(2)包括时钟启振校准电路、高速时钟单元校准电路、芯片u6、电容c21、电容c76、电容c77、电阻r4、电容c22及电容c25;
7.根据权利要求6所述的基于超声波回波检测的智能监测采集器电路,其特征在于,所述时钟启振校准电路包括晶振g1及电容c23;
8.根据权利要求7所述的基于超声波回波检测的智能监测采集器电路,其特征在于,所述高速时钟单元校准电路包括高速时钟单元g2及电容c32;
9.根据权利要求1所述的基于超声波回波检测的智能监测采集器电路,其特征在于,所述信号采集模块还包括温度传感器x6、电阻r28、电阻r81、电容c24及电容c78;
10.根据权利要求1所述的基于超声波回波检测的智能监测采集器电路,其特征在于,所述电源模块(3)外接12v的直流电源。