专利名称：一种利用压电效应测量旋转机械往复振动的笔试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量旋转机械的往复振动的设备，尤其涉及利用压电陶瓷的压电效应测量旋转机械的往复振动的速度值的装置。
背景技术：
在旋转机械的振动保护中，评价机械振动的参考主要有振动加速度、振动速度、振动位移。振动速度反映振动的快慢，其中经常需要测量振动速度的有效值(RMS表示)。现有的测量振动速度的便携式设备中，有以下三大缺点I、只单独把测量的值显示出来，对测量结果没有评价，对机器没有保护动作指导。
到底测量结果怎么样，需要用户记下测量值后，要么凭经验感觉进行判断，要么就是比对《机器振动评级标准》。目前测量振动速度的便携式设备基本上都是在设备表面印刷一个评价标准或者只在说明书中给出评价标准。要在评价标准中找出评判结果虽然说不是很困难，但难免会出错，也不是很方便，而且对刚接触的机器振动的人就更容易出错了。这样对操作机器的员工要求就很高了，如果没有迅速反应，可能立即造成机器的损坏，后果无法估量。2、显示暗淡。目前大多数都是用液晶显示，可是由于体积和功耗的原因，没有做背光，因此比较暗淡，在光线不好或视角不好时就难看清显示数据了。
3、测量精度低。现有的测量振动速度的便携式设备的量程采用200mm/s的量程，而分辨率只有
O.lmm/s，相对于一般的机械振动速度在20mm/s就已经很大的情况下，量程较大但精度太低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用压电效应测量旋转机械往复振动的笔试装置，解决现有设备只有测量值显示，没有评价和保护动作指导，测量值精度不够，设备显示暗淡的缺陷。技术方案一种利用压电效应测量旋转机械往复振动的笔试装置，包括内置式压电加速度传感器和升压电源电路，其特征在于所述压电加速度传感器连接信号预处理电路，将压电加速度传感器的信号传送至信号预处理电路进行信号过滤，过滤后传送至A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，所述A/D转换电路连接单片机处理电路，所述单片机处理电路包括判断模块、数据处理模块、测量数据保存模块和评判比较模块，及显示输出模块，所述显示输出模块连接显示电路，所述升压电源电路的输入部分连接电池，输出分别与压电加速度传感器、信号预处理电路、单片机处理电路和显示电路连接。所述信号预处理电路包括信号放大低通滤波电路，积分放大电路和真有效值检波电路，将压电加速度传感器传送来的信号进行放大、滤波、积分和真有效值检波后变成直流电压信号传送至a/d转换电路。所述单片机处理电路还包括测量类型选择模块、量程选择模块和定时关机模块，所述量程选择模块与数据处理模块连接。装置还包括开关按键，所述开关按键与所述单片机处理电路的定时关机模块连接，所述定时关机模块还分别与单片机处理电路的判断模块和升压电源电路相连接，包括设定时间关机子模块和振动检测关机子模块。所述显示电路采用OLED显示电路。有益效果本发明通过采用信号预处理电路对压电加速度传感器传送的信号进行放大、高低 通滤波、积分、有效值检波处理提高了测量精度，采用单片机处理电路除了能通过设置判断及比较模块进行振动评判，直接输出保护动作指导之外，还能通过设置量程选择更好的提高测量精度，以及通过设置定时关机降低功耗，延长装置和电池使用寿命。
图I为本装置外观示意图。 图2为本装置内部组成示意框图。图3为本装置内单片机处理电路组成示意框图。图4为本装置工作流程示意框图。其中1_压电加速度传感器，2-0LED显示屏，3-电池，4_开关按键，5-电池盖。
具体实施例方式下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。针对现在的测振仪的缺点，现重新设计新的利用压电效应测量旋转机械的往复振动的装置。本装置主要包括内置式压电加速度传感器I、升压电源电路、信号预处理电路、A/D转换电路、单片机处理电路，OLED显示电路等组成。由于是便携式设备，因此必须考虑功耗，要尽可能选用低功耗的元器件。升压电源电路电源采用3. 6V的锂电池供电，需要的各路电源通过专门的电源升压芯片对电源进行调整。电路中传感器至少需要IOV的电源电压、信号预处理电路需要±5V的电源电压，OLED显示电路需要7. 2V电源电压。分析后发现传感器的电源和信号预处理的电源可以用同一电源，以减化电源。通过LT1944电源升压芯片就可以将3. 6V的电池电源转换为±5V，7. 2V的电源电压。内置式压电加速度传感器主要功能是将机械振动反映成电压信号。根据压电效应，将压电陶瓷产生的电荷信号进行处理，转换为电压信号，灵敏度为10mV/mm/s2。为了后面预处理电路的简化，本设计去掉了普通压电式加速度传感器的偏置电压，采用±5V电源给传感器供电。内置式压电加速度传感器除了考虑电学参数外，还要考虑机械尺寸和屏蔽，机械尺寸越小越好。具体外观形状如附图I所示。
信号预处理电路由于机械振动是有一定的频率范围，因此通过滤波电路能滤掉部分干扰信号。内置式压电加速度传感器输出的是加速度信号，灵敏度为10mV/mm/s2，信号需要放大，滤波，积分、真有效值检波后变成直流电压进A/D转换电路。A/D转换电路采用单片机内部的10位A/D，将模拟信号转换为数字信号。单片机处理电路将模拟信号转换为数字信号进行分析处理，根据评价标准给出评判结果，并显示测量值、显示评判结果和后步保护动作指导。为减小电路板的体积，尽量减少元器件，单片机就不用外部晶振，用内部晶振，烧程序的JTAG接口电路也去掉，只是要先将单片机的程序烧入单片机后再焊接单片机，减少了很大的电路板面积，也少布了很多线。面板的按键通过单片机控制来实现开关机、类型选择，测量数据保持的功能。由于使用了单片机，将振动的评判标准内置于模块和程序中，通过单片机处理电 路的判断模块、数据处理模块、测量数据保存模块和评判比较模块及显示输出模块，自动实现振动速度值的测量、振动值的评价、输出显示功能，通过测量类型选择模块、量程选择模块和定时关机模块实现测量类型选择、量程选择、测量数据保持、定时关机等功能，而且简化了很多电路。一般的机械振动速度在20mm/s就很大了，没有必要像现在的设备设置200mm/s的量程，在相同的分辨率下，量程越大精度越低，因此设计增加了量程选择模块进行量程的设定。显示电路本设计采样非常节能的O. 84寸的OLED显示屏，亮度高，即使在黑暗的地方也能清楚地看到显示。OLED显示屏2尺寸为38. 10X9. 20X1. 60mm，分辨率为96X16点，外接电路简
单，通过I2C与单片机通讯。亮度可以通过外界的供电电源电压的高低来控制。
具体工作情况是当装上电池后，单片机上电，程序初始化，给显示和传感器供电的电源选通，升压电源电路开始工作，升压电源电路产生的电源电压给压电加速度传感器I供电，压电加速度传感器I产生信号，经过信号预处理电路后进单片机的A/D，单片机处理电路处理好数据后通过两线串行接口输出给OLED显示屏。如果长时间没有振动，单片机处理电路输出电源控制信号，关闭升压电源电路，使压电加速度传感器不工作，OLED不显示，单片机处理电路进入睡眠模式；要唤醒单片机处理电路，按一下装置上开关按键4 “HOLD键”，单片机处理电路重新开始工作，输出电源控制信号，压电加速度传感器I开始工作，OLED显示屏2显示。若在测量过程中按住“HOLD”键，显示保持松开的那一瞬间的振动值不变,15S后自动关机进入睡眠状态。设计中，考虑到装置是便携式设备，体积越小越好，功耗越小越好。因此芯片全部选择微功耗的芯片，信号预处理电路直接将交流信号变成直流信号，减少单片机处理电路的数据处理，从而降低单片机的频率，减少单片机的功耗。本装置通过采用信号预处理电路对压电加速度传感器传送的信号进行放大、高低通滤波、积分、有效值检波处理提高了测量精度，采用单片机处理电路除了能通过设置判断及比较模块进行振动评判，直接输出保护动作指导之外，还能通过设置量程选择更好的提高测量精度，以及通过设置定时关机降低功耗，延长装置和电池使用寿命等。本装置的有益效果还体现在I、有自动评判测量结果的功能，评判结果快速、准确、可靠；
2、OLED显示，亮度高，在昏暗的环境中也能清楚显示；3、测量结果精度高； 4、体积小、重量轻、测量方便，体积小巧便于在狭小的地方测量；5、低功耗，电池使用时间长、待机时间长。
权利要求
1.一种利用压电效应测量旋转机械往复振动的笔试装置，包括内置式压电加速度传感器和升压电源电路，其特征在于所述压电加速度传感器连接信号预处理电路，将压电加速度传感器的信号传送至信号预处理电路进行信号过滤，过滤后传送至A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，所述A/D转换电路连接单片机处理电路，所述单片机处理电路包括判断模块、数据处理模块、测量数据保存模块和评判比较模块，及显示输出模块，所述显示输出模块连接显示电路，所述升压电源电路的输入部分连接电池，输出分别与压电加速度传感器、信号预处理电路、单片机处理电路和显示电路连接。
2.如权利要求I所述的利用压电效应测量旋转机械往复振动的笔试装置，其特征在于所述信号预处理电路包括信号放大低通滤波电路，积分放大电路和真有效值检波电路，将压电加速度传感器传送来的信号进行放大、滤波、积分和真有效值检波后变成直流电压信号传送至A/D转换电路。
3.如权利要求I所述的利用压电效应测量旋转机械的往复振动的装置，其特征在于所述单片机处理电路还包括测量类型选择模块、量程选择模块和定时关机模块，所述量程选择模块与数据处理模块连接。
4.如权利要求3所述的利用压电效应测量旋转机械往复振动的笔试装置，其特征在于装置还包括开关按键，所述开关按键与所述单片机处理电路的定时关机模块连接，所述定时关机模块还分别与单片机处理电路的判断模块和升压电源电路相连接，包括设定时间关机子模块和振动检测关机子模块。
5.如权利要求I所述的利用压电效应测量旋转机械往复振动的笔试装置，其特征在于所述显示电路采用OLED显示电路。
全文摘要
本发明涉及一种测量旋转机械的往复振动的设备，属于工业检测设备领域。一种利用压电效应测量旋转机械往复振动的笔试装置，包括内置的压电加速度传感器和升压电源电路，其特征在于所述压电加速度传感器连接信号预处理电路，将压电加速度传感器的信号传送至信号预处理电路进行信号过滤，过滤后传送至A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，所述A/D转换电路连接单片机处理电路，所述单片机处理电路包括判断模块、数据处理模块、测量数据保存模块和评判比较模块，及显示输出模块，所述显示输出模块连接显示电路，所述升压电源电路的输入部分连接电池，输出分别与压电加速度传感器、信号预处理电路、单片机处理电路和显示电路连接。
文档编号G01H11/08GK102721463SQ20111040438
公开日2012年10月10日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者徐健 申请人:上海瑞视仪表电子有限公司