一種利用壓電效應測量旋轉機械往復振動的筆試裝置的製作方法
2023-05-20 19:56:01
專利名稱：一種利用壓電效應測量旋轉機械往復振動的筆試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量旋轉機械的往復振動的設備，尤其涉及利用壓電陶瓷的壓電效應測量旋轉機械的往復振動的速度值的裝置。
背景技術：
在旋轉機械的振動保護中，評價機械振動的參考主要有振動加速度、振動速度、振動位移。振動速度反映振動的快慢，其中經常需要測量振動速度的有效值(RMS表示)。現有的測量振動速度的可攜式設備中，有以下三大缺點I、只單獨把測量的值顯示出來，對測量結果沒有評價，對機器沒有保護動作指導。
到底測量結果怎麼樣，需要用戶記下測量值後，要麼憑經驗感覺進行判斷，要麼就是比對《機器振動評級標準》。目前測量振動速度的可攜式設備基本上都是在設備表面印刷一個評價標準或者只在說明書中給出評價標準。要在評價標準中找出評判結果雖然說不是很困難，但難免會出錯，也不是很方便，而且對剛接觸的機器振動的人就更容易出錯了。這樣對操作機器的員工要求就很高了，如果沒有迅速反應，可能立即造成機器的損壞，後果無法估量。2、顯示暗淡。目前大多數都是用液晶顯示，可是由於體積和功耗的原因，沒有做背光，因此比較暗淡，在光線不好或視角不好時就難看清顯示數據了。
3、測量精度低。現有的測量振動速度的可攜式設備的量程採用200mm/s的量程，而解析度只有
O.lmm/s，相對於一般的機械振動速度在20mm/s就已經很大的情況下，量程較大但精度太低。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種利用壓電效應測量旋轉機械往復振動的筆試裝置，解決現有設備只有測量值顯示，沒有評價和保護動作指導，測量值精度不夠，設備顯示暗淡的缺陷。技術方案一種利用壓電效應測量旋轉機械往復振動的筆試裝置，包括內置式壓電加速度傳感器和升壓電源電路，其特徵在於所述壓電加速度傳感器連接信號預處理電路，將壓電加速度傳感器的信號傳送至信號預處理電路進行信號過濾，過濾後傳送至A/D轉換電路將模擬信號轉換為數位訊號，所述A/D轉換電路連接單片機處理電路，所述單片機處理電路包括判斷模塊、數據處理模塊、測量數據保存模塊和評判比較模塊，及顯示輸出模塊，所述顯示輸出模塊連接顯示電路，所述升壓電源電路的輸入部分連接電池，輸出分別與壓電加速度傳感器、信號預處理電路、單片機處理電路和顯示電路連接。所述信號預處理電路包括信號放大低通濾波電路，積分放大電路和真有效值檢波電路，將壓電加速度傳感器傳送來的信號進行放大、濾波、積分和真有效值檢波後變成直流電壓信號傳送至a/d轉換電路。所述單片機處理電路還包括測量類型選擇模塊、量程選擇模塊和定時關機模塊，所述量程選擇模塊與數據處理模塊連接。裝置還包括開關按鍵，所述開關按鍵與所述單片機處理電路的定時關機模塊連接，所述定時關機模塊還分別與單片機處理電路的判斷模塊和升壓電源電路相連接，包括設定時間關機子模塊和振動檢測關機子模塊。所述顯示電路採用OLED顯示電路。有益效果本發明通過採用信號預處理電路對壓電加速度傳感器傳送的信號進行放大、高低 通濾波、積分、有效值檢波處理提高了測量精度，採用單片機處理電路除了能通過設置判斷及比較模塊進行振動評判，直接輸出保護動作指導之外，還能通過設置量程選擇更好的提高測量精度，以及通過設置定時關機降低功耗，延長裝置和電池使用壽命。
圖I為本裝置外觀示意圖。 圖2為本裝置內部組成示意框圖。圖3為本裝置內單片機處理電路組成示意框圖。圖4為本裝置工作流程示意框圖。其中1_壓電加速度傳感器，2-0LED顯示屏，3-電池，4_開關按鍵，5-電池蓋。
具體實施例方式下面結合具體實施例和附圖，進一步闡述本發明。針對現在的測振儀的缺點，現重新設計新的利用壓電效應測量旋轉機械的往復振動的裝置。本裝置主要包括內置式壓電加速度傳感器I、升壓電源電路、信號預處理電路、A/D轉換電路、單片機處理電路，OLED顯示電路等組成。由於是可攜式設備，因此必須考慮功耗，要儘可能選用低功耗的元器件。升壓電源電路電源採用3. 6V的鋰電池供電，需要的各路電源通過專門的電源升壓晶片對電源進行調整。電路中傳感器至少需要IOV的電源電壓、信號預處理電路需要±5V的電源電壓，OLED顯示電路需要7. 2V電源電壓。分析後發現傳感器的電源和信號預處理的電源可以用同一電源，以減化電源。通過LT1944電源升壓晶片就可以將3. 6V的電池電源轉換為±5V，7. 2V的電源電壓。內置式壓電加速度傳感器主要功能是將機械振動反映成電壓信號。根據壓電效應，將壓電陶瓷產生的電荷信號進行處理，轉換為電壓信號，靈敏度為10mV/mm/s2。為了後面預處理電路的簡化，本設計去掉了普通壓電式加速度傳感器的偏置電壓，採用±5V電源給傳感器供電。內置式壓電加速度傳感器除了考慮電學參數外，還要考慮機械尺寸和屏蔽，機械尺寸越小越好。具體外觀形狀如附圖I所示。
信號預處理電路由於機械振動是有一定的頻率範圍，因此通過濾波電路能濾掉部分幹擾信號。內置式壓電加速度傳感器輸出的是加速度信號，靈敏度為10mV/mm/s2，信號需要放大，濾波，積分、真有效值檢波後變成直流電壓進A/D轉換電路。A/D轉換電路採用單片機內部的10位A/D，將模擬信號轉換為數位訊號。單片機處理電路將模擬信號轉換為數位訊號進行分析處理，根據評價標準給出評判結果，並顯示測量值、顯示評判結果和後步保護動作指導。為減小電路板的體積，儘量減少元器件，單片機就不用外部晶振，用內部晶振，燒程序的JTAG接口電路也去掉，只是要先將單片機的程序燒入單片機後再焊接單片機，減少了很大的電路板面積，也少布了很多線。面板的按鍵通過單片機控制來實現開關機、類型選擇，測量數據保持的功能。由於使用了單片機，將振動的評判標準內置於模塊和程序中，通過單片機處理電 路的判斷模塊、數據處理模塊、測量數據保存模塊和評判比較模塊及顯示輸出模塊，自動實現振動速度值的測量、振動值的評價、輸出顯示功能，通過測量類型選擇模塊、量程選擇模塊和定時關機模塊實現測量類型選擇、量程選擇、測量數據保持、定時關機等功能，而且簡化了很多電路。一般的機械振動速度在20mm/s就很大了，沒有必要像現在的設備設置200mm/s的量程，在相同的解析度下，量程越大精度越低，因此設計增加了量程選擇模塊進行量程的設定。顯示電路本設計採樣非常節能的O. 84寸的OLED顯示屏，亮度高，即使在黑暗的地方也能清楚地看到顯示。OLED顯示屏2尺寸為38. 10X9. 20X1. 60mm，解析度為96X16點，外接電路簡
單，通過I2C與單片機通訊。亮度可以通過外界的供電電源電壓的高低來控制。
具體工作情況是當裝上電池後，單片機上電，程序初始化，給顯示和傳感器供電的電源選通，升壓電源電路開始工作，升壓電源電路產生的電源電壓給壓電加速度傳感器I供電，壓電加速度傳感器I產生信號，經過信號預處理電路後進單片機的A/D，單片機處理電路處理好數據後通過兩線串行接口輸出給OLED顯示屏。如果長時間沒有振動，單片機處理電路輸出電源控制信號，關閉升壓電源電路，使壓電加速度傳感器不工作，OLED不顯示，單片機處理電路進入睡眠模式；要喚醒單片機處理電路，按一下裝置上開關按鍵4 「HOLD鍵」，單片機處理電路重新開始工作，輸出電源控制信號，壓電加速度傳感器I開始工作，OLED顯示屏2顯示。若在測量過程中按住「HOLD」鍵，顯示保持鬆開的那一瞬間的振動值不變,15S後自動關機進入睡眠狀態。設計中，考慮到裝置是可攜式設備，體積越小越好，功耗越小越好。因此晶片全部選擇微功耗的晶片，信號預處理電路直接將交流信號變成直流信號，減少單片機處理電路的數據處理，從而降低單片機的頻率，減少單片機的功耗。本裝置通過採用信號預處理電路對壓電加速度傳感器傳送的信號進行放大、高低通濾波、積分、有效值檢波處理提高了測量精度，採用單片機處理電路除了能通過設置判斷及比較模塊進行振動評判，直接輸出保護動作指導之外，還能通過設置量程選擇更好的提高測量精度，以及通過設置定時關機降低功耗，延長裝置和電池使用壽命等。本裝置的有益效果還體現在I、有自動評判測量結果的功能，評判結果快速、準確、可靠；
2、OLED顯示，亮度高，在昏暗的環境中也能清楚顯示；3、測量結果精度高； 4、體積小、重量輕、測量方便，體積小巧便於在狹小的地方測量；5、低功耗，電池使用時間長、待機時間長。
權利要求
1.一種利用壓電效應測量旋轉機械往復振動的筆試裝置，包括內置式壓電加速度傳感器和升壓電源電路，其特徵在於所述壓電加速度傳感器連接信號預處理電路，將壓電加速度傳感器的信號傳送至信號預處理電路進行信號過濾，過濾後傳送至A/D轉換電路將模擬信號轉換為數位訊號，所述A/D轉換電路連接單片機處理電路，所述單片機處理電路包括判斷模塊、數據處理模塊、測量數據保存模塊和評判比較模塊，及顯示輸出模塊，所述顯示輸出模塊連接顯示電路，所述升壓電源電路的輸入部分連接電池，輸出分別與壓電加速度傳感器、信號預處理電路、單片機處理電路和顯示電路連接。
2.如權利要求I所述的利用壓電效應測量旋轉機械往復振動的筆試裝置，其特徵在於所述信號預處理電路包括信號放大低通濾波電路，積分放大電路和真有效值檢波電路，將壓電加速度傳感器傳送來的信號進行放大、濾波、積分和真有效值檢波後變成直流電壓信號傳送至A/D轉換電路。
3.如權利要求I所述的利用壓電效應測量旋轉機械的往復振動的裝置，其特徵在於所述單片機處理電路還包括測量類型選擇模塊、量程選擇模塊和定時關機模塊，所述量程選擇模塊與數據處理模塊連接。
4.如權利要求3所述的利用壓電效應測量旋轉機械往復振動的筆試裝置，其特徵在於裝置還包括開關按鍵，所述開關按鍵與所述單片機處理電路的定時關機模塊連接，所述定時關機模塊還分別與單片機處理電路的判斷模塊和升壓電源電路相連接，包括設定時間關機子模塊和振動檢測關機子模塊。
5.如權利要求I所述的利用壓電效應測量旋轉機械往復振動的筆試裝置，其特徵在於所述顯示電路採用OLED顯示電路。
全文摘要
本發明涉及一種測量旋轉機械的往復振動的設備，屬於工業檢測設備領域。一種利用壓電效應測量旋轉機械往復振動的筆試裝置，包括內置的壓電加速度傳感器和升壓電源電路，其特徵在於所述壓電加速度傳感器連接信號預處理電路，將壓電加速度傳感器的信號傳送至信號預處理電路進行信號過濾，過濾後傳送至A/D轉換電路將模擬信號轉換為數位訊號，所述A/D轉換電路連接單片機處理電路，所述單片機處理電路包括判斷模塊、數據處理模塊、測量數據保存模塊和評判比較模塊，及顯示輸出模塊，所述顯示輸出模塊連接顯示電路，所述升壓電源電路的輸入部分連接電池，輸出分別與壓電加速度傳感器、信號預處理電路、單片機處理電路和顯示電路連接。
文檔編號G01H11/08GK102721463SQ20111040438
公開日2012年10月10日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者徐健 申請人:上海瑞視儀表電子有限公司