振动信号采集装置及信号处理方法与流程

本发明涉及电学领域，尤其涉及振动信号采集技术，特别是一种振动信号采集装置及信号处理方法。

背景技术：

通过设备运行时产生的振动信号，可以获知设备工况，设备振动信号的采集都是通过振动传感器（加速度传感器）实现的，振动传感器所采集的振动信号需要经过一次积分获得速度信号，二次积分获得位移信号，还需要通过滤波电路进行滤波处理。但是加速度、速度、位移信号的有效频段随着设备转速或者工况的不同而存在不同的频率响应要求。例如加速度信号通常有效频段为3Hz～5kHz，速度为3Hz～1kHz，位移为3Hz～500Hz。而现有振动信号采集装置中，滤波电路中的高通滤波器、低通滤波器、抗混叠滤波器都是由硬件电路实现，当存在多个频率段需求的时候，硬件电路变得非常复杂，其实现成本较高。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种硬件电路简单，实现成本低的振动信号采集装置及信号处理方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种振动信号采集装置，其特征在于：包括振动传感器、量程切换电路、抗混叠滤波器、模数转换器、微处理器；

所述振动传感器的感应信号输出端接到量程切换电路的源信号输入端，量程切换电路的信号输出端接到抗混叠滤波器的源信号输入端，抗混叠滤波器的信号输出端接到模数转换器的模拟信号输入端，模数转换器的数字信号输出端口接到微处理器的数据端口。

本发明所提供的振动信号采集装置的信号处理方法，其特征在于：利用振动传感器将目标对象的机械振动信号转换为电信号S1，并将该电信号S1先由量程切换电路按设定的量程进行放大，再由抗混叠滤波器进行低通滤波，然后再由模数转换器转换为数字信号S2后送入微处理器；再由微处理器对该数字信号S2实施软件滤波后输出；

微处理器对模数转换器送入的数字信号S2的处理步骤如下：

1）对信号S2实施软件高通滤波，得到加速度信号S31；

2）对加速度信号S31进行一次积分得到速度信号S32；

3）对速度信号S32进行二次积分得到位移信号S33；

4）对加速度信号S31、速度信号S32、位移信号S33实施软件低通滤波，得到加速度高频滤波信号S411、加速度低频滤波信号S412、速度滤波信号S42、位移滤波信号S43；

5）对加速度高频滤波信号S411、加速度低频滤波信号S412、速度滤波信号S42、位移滤波信号S43实施重采样，得到加速度重采样高频信号S511、加速度重采样低频信号S512、速度重采样信号S52、位移重采样信号S53；

其中，对加速度高频滤波信号S411的重采样频率为51.2kHz，对加速度低频滤波信号S412的重采样频率为12.8KHz，对速度滤波信号S42的重采样频率为2.56Khz，对位移滤波信号S43的重采样频率为1.28kHz；

6）将加速度重采样高频信号S511解调为0～1kHz的低频加速度包络信号后，连同加速度重采样低频信号S512、速度重采样信号S52、位移重采样信号S53，一并实施FFT变换后输出。

本发明提供的振动信号采集装置及信号处理方法，采用软件滤波方法来实现高通滤波、低通滤波，从而有效减少了滤波电路所需器件，降低了滤波电路的复杂性，具有硬件电路简单，实现成本低的特点；而且滤波电路简化后减少了器件引入的电气噪声干扰，有效提高了微弱信号的精度和分辨率。

附图说明

图1是本发明实施例的振动信号采集装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的振动信号采集装置中，微处理器实施软件滤波的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明中的顿号均表示和的关系。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种振动信号采集装置，其特征在于：包括振动传感器、量程切换电路、抗混叠滤波器、模数转换器、微处理器；

所述振动传感器的感应信号输出端接到量程切换电路的源信号输入端，量程切换电路的信号输出端接到抗混叠滤波器的源信号输入端，抗混叠滤波器的信号输出端接到模数转换器的模拟信号输入端，模数转换器的数字信号输出端口接到微处理器的数据端口。

本发明实施例中，所述量程切换电路、抗混叠滤波器均为现有技术。

本发明实施例的振动信号采集装置的信号处理方法，其特征在于：利用振动传感器将目标对象的机械振动信号转换为电信号S1，并将该电信号S1先由量程切换电路按设定的量程进行放大，再由抗混叠滤波器进行低通滤波，然后再由模数转换器转换为数字信号S2后送入微处理器；再由微处理器对该数字信号S2实施软件滤波后输出；

如图2所示，微处理器对模数转换器送入的数字信号S2的处理步骤如下：

1）对信号S2实施软件高通滤波，得到加速度信号S31；

2）对加速度信号S31进行一次积分得到速度信号S32；

3）对速度信号S32进行二次积分得到位移信号S33；

4）对加速度信号S31、速度信号S32、位移信号S33实施软件低通滤波，得到加速度高频滤波信号S411、加速度低频滤波信号S412、速度滤波信号S42、位移滤波信号S43；

5）对加速度高频滤波信号S411、加速度低频滤波信号S412、速度滤波信号S42、位移滤波信号S43实施重采样，得到加速度重采样高频信号S511、加速度重采样低频信号S512、速度重采样信号S52、位移重采样信号S53；

其中，对加速度高频滤波信号S411的重采样频率为51.2kHz，对加速度低频滤波信号S412的重采样频率为12.8KHz，对速度滤波信号S42的重采样频率为2.56Khz，对位移滤波信号S43的重采样频率为1.28kHz；

6）将加速度重采样高频信号S511解调为0～1kHz的低频加速度包络信号后，连同加速度重采样低频信号S512、速度重采样信号S52、位移重采样信号S53，一并实施FFT（快速傅里叶）变换后输出。