专利名称：便携式动力机械振动测量分析仪的制作方法
技术领域：
本发明属于测量仪器，具体涉及一种对动力机械振动进行测量分析的检测装置。
背景技术：
在所有涉及动力机械的领域中，因机械运动而产生的振动可降低系统的可靠性、 缩短结构寿命，有些甚至产生安全事故，为此需要对这些振动进行测量分析。为了评价动力 机械的振动情况，一般要用振动测量仪器进行测试，为了找到振动的根源，还需要对动力机 械进行振动谐次分析。目前的动力机械振动测量大都采用通用振动噪声测量仪，此类仪器 的结构和工作原理基本相同，都是由传感器、信号调理器、A/D转换、频谱分析软件、电脑等 组成。目前使用的通用振动噪声测量仪器主要存在以下问题(1)因为要满足多种振动噪 声测量要求，仪器结构较为复杂，所以价格昂贵；(2)这类仪器使用时需要设置许多测量参 数，测量完成后的数据处理工作量很大，普通技术人员难以掌握；C3)通用振动噪声测量仪 器要连接电脑、外接电源，适用于实验室测量，不适用于没有供电条件的现场测量。除了通 用振动噪声测量仪器外，传统的便携式振动计也可以用于简单的振动测试，但是这类便携 式振动计不设置转速测量通道，并且也不具备动力机械振动测量所需要的分析功能。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供低成本、可用于不供电现场、具有转速测量通 道，和分析功能的便携式振动测量装置。以下结合附图对本发明的技术原理进行说明便携式动力机械振动测量分析仪具 有振动加速度传感器、恒流源模块、A/D转换模块、转速传感器、转速计数器、数字信号处 理器、时钟模块、只读存储器、随机存储器、掉电保护存储器、USB接口模块、电池供电模块、 控制键盘和控制面板液晶屏和软件模块组成。由参数设置、测量控制、数据存取显示、振动 烈度计算、振动谐次分析和测试报告生成6个子程序组成软件模块(如图1)。振动加速度 传感器带前置放大，将振动信号转换为电信号，恒流源模块为振动加速度传感器供恒流电， 并将振动加速度传感器输出的振动信号传送给A/D转换模块。A/D转换模块内包含信号调 理器、可编程增益放大器、模拟Σ -Δ调制器、抽样器及I/O等5部分，将振动信号转变为数 字信号，并通过I/O 口输入数字信号处理器。转速传感器安装在动力机械的转轴处，将转轴 旋转产生的脉冲信号同步传送至转速计数器，转速计数器对其转速进行测量。由数字信号 处理器控制A/D转换模块对振动加速度信号和转速信号的采集。时钟模块提供时钟信号， 只读存储器存储系统程序，随机存储器用于临时保存数据，掉电保护存储器以文件的形式 存储测量数据，USB接口模块用于备份测量数据时外接计算机，电池供电模块控制锂电池对 仪器供电、控制面板键盘用于输入设置参数和人机对话，控制面板液晶屏模块用于显示数 据。本发明的特点及有益效果是和通用振动噪声测量仪器相比，所述的便携式动力 机械振动测量分析仪仅保留动力机械振动测量所必需的功能，降低了硬件成本；在软件方面针对这一使用目的对参数进行预设置，降低了仪器使用的复杂性。和传统的便携式振动 计相比，增加了转速通道，内嵌测量分析软件模块，不需要电脑配合就能独立完成动力机械 的振动烈度测量和振动谐次分析。仪器采用锂电池供电，特别适用于不具有供电条件的现 场测量。
图1是本发明硬件结构搭建示意图。图2是本发明软件模块程序流程图。图3是本发明实施例方案图。
具体实施例方式以下参照附图和实施例对本发明的原理结构作进一步的说明。便携式动力机械振 动测量分析仪，其硬件搭建组成结构是12组振动加速度传感器1-1、1_2、……1-12与12 组恒流源模块2-1、2-2、……2-12相互串接后均并联接于A/D转换模块3，A/D转换模块3 的输出接于数字信号处理器6。数字信号处理器6并联接有时钟模块7、只读存储器8、随机 存储器9、掉电保护存储器10、USB接口模块11、电池供电模块12、控制面板键盘13、控制面 板液晶屏模块14。转速计数器5串接转速传感器4后接入数字信号处理器6。由参数设置、 测量控制、数据存取显示、振动烈度计算、振动谐次分析和测试报告生成6个子程序组成的 软件模块15存储在只读存储器8中。振动加速度传感器1采用带内置集成电路的ICP型 传感器；恒流源模块2提供MVUOmA的恒流供电；转速传感器4采用光电转速传感器；计 数器5采用16位可编程定时/计数器；数字信号处理器6采用主频100M以上的专用浮点 格式DSP模块；时钟模块7采用内置锂电池的时钟芯片；只读存储器8采用并口闪存，随机 存储器9采用3 字数据的RAM，掉电保护存储器10采用数字型存储卡；USB接口模块11 采用内部封装了 USB协议的接口芯片；电池供电模块12采用双路输出低压差稳压模块；控 制面板液晶屏模块14采用单色图形点阵的液晶屏模块。便携式动力机械振动测量分析仪内嵌软件模块实施方式参照图2进行，由参数设 置、测量控制、数据存取显示、振动烈度计算、振动谐次分析和测试报告生成共6个子程序 组成软件模块15，用C语言编写程序。运行时机械振动测量分析仪执行参数设置子程序，自 动调入上次关机前保存的数据，其中包括传感器灵敏度、增益、采样频率、采样时长、自动增 益时长、液晶屏亮度、液晶屏对比度共7个参数。用户可以修改这些设置，根据动力机械振 动测量要求，默认采样频率为2560Hz，默认自动增益，根据测量前5秒内振动数据和峰值因 子自动设置增益，避免因量程设置不当出现过载。用户确认开始测量后，开始执行测量控制 子程序，采集12个振动加速度传感器的数据和转速传感器4的转速数据，然后调用数据存 取显示子程序，将采集的数据实时显示在控制面板液晶屏模块14，同时以文件的形式保存 在掉电保护存储器10上。到此完成一次测量，依次类推，直到完成所有测量。然后开始分 析。数据存取显示子程序调入储存的测量文件，由振动烈度计算子程序做振动烈度计算，同 时振动谐次分析子程序对各谐次振动进行计算。最后由测试报告生成子程序将计算分析结 果写入报告文件，依次类推，直到处理完所有的测量文件。仪器可以通过USB 口连接电脑， 备份测量数据和测试报告。
实施例对某四缸柴油机进行现场振动测量(如图3)。本实施例采用了 12组振 动加速度传感器和12组恒流源模块。第一至第三振动加速度传感器为一组，第4至第6为 一组，第七至第九为一组，第十至第十二为一组，四组分别安装在柴油机16的顶部A点、中 部B点和悬架安装处C、D点。每组的三个加速度传感器分别测量对应点的χ、y、ζ轴3个 方向的振动，转速传感器4安装于柴油机曲轴17测量转速。测试目的是通过测量不同转速下该发动机的振动大小，比较各谐次振动的数值， 分析柴油机振动和其1、2级往复惯性力和惯性力矩的关系来找到振动增加的根源。因此需 要测量柴油机转速、不同转速下柴油机振动的大小，并对测量的振动数据做谐次分析。开机后，用户输入各加速度传感器的灵敏度，仪器自动设置采样频率2560Hz，自动 增益，自动增益时长5秒，采样时间30秒，然后仪器进入等待用户指令状态。柴油机状态达 到测量工况要求后，开始测量，30秒后该工况测量结束，改变柴油机工况，开始测量下一工 况，如此反复，直到所有工况测量完毕。然后开始分析，选择刚完成的测量文件，计算出柴油 机各点振动大小、各工况下的整机振动烈度和振动谐次分析结果，并在控制面板液晶屏模 块上显示出来，用户据此判断柴油机的振动情况。
权利要求
1.便携式动力机械振动测量分析仪，具有振动加速度传感器(1)、恒流源模块⑵、k/ D转换模块(3)、转速传感器G)、转速计数器(5)、数字信号处理器(6)、时钟模块(7)、只 读存储器(8)、随机存储器(9)、掉电保护存储器(10)、USB接口模块(11)、电池供电模块 (12)、控制键盘(1 和控制面板液晶屏(14)组成，其特征是N组振动加速度传感器(1-1、 1-2、……1-n)与N组恒流源模块0-1、2-2、……2_n)相互串接后均并联接于A/D转换 模块(3)，A/D转换模块(3)的输出接于数字信号处理器(6)，数字信号处理器(6)并联接 有时钟模块(7)、只读存储器(8)、随机存储器⑴)(9)、掉电保护存储器(10)、USB接口模块 (11)、电池供电模块(12)、控制面板键盘(13)、控制面板液晶屏模块(14)，转速计数器(5) 串接转速传感器(4)后接入数字信号处理器(6)，由参数设置、测量控制、数据存取显示、振 动烈度计算、振动谐次分析和测试报告生成6个子程序组成的软件模块(1 存储在只读存 储器(8)中。
2.按照权利要求1所述的便携式动力机械振动测量分析仪，其特征是所述振动加速度 传感器(1)采用带内置集成电路的ICP型传感器；所述恒流源模块( 提供MVUOmA的恒 流供电；所述转速传感器(4)采用光电转速传感器；所述计数器( 采用16位可编程定时 /计数器；所述数字信号处理器(6)采用主频100M以上的专用浮点格式DSP模块；所述时钟 模块(7)采用内置锂电池的时钟芯片；所述只读存储器(8)采用并口闪存；所述随机存储 器(9)采用3 字数据的RAM ；所述掉电保护存储器(9) (10)采用数字型存储卡；所述USB 接口模块(11)采用内部封装了 USB协议的接口芯片；所述电池供电模块(1 采用双路输 出低压差稳压模块；所述控制面板液晶屏模块(14)采用单色图形点阵的液晶屏模块。
全文摘要
本发明提供了一种便携式动力机械振动测量分析仪，其硬件搭建组成结构是12组振动加速度传感器与12组恒流源模块相互串接后均并联接于A/D转换模块输入端，输出端接于数字信号处理器。数字信号处理器并联接有时钟模块、只读存储器、随机存储器、掉电保护存储器、USB接口、电池供电、控制面板键盘、控制面板液晶屏等模块。转速计数器串接转速传感器后接入数字信号处理器。由参数设置、测量控制、数据存取显示、振动烈度计算、振动谐次分析和测试报告生成6个子程序组成的软件模块存储在只读存储器中。本发明内嵌振动测量分析软件模块，不需要电脑配合独立完成动力机械振动烈度计算和振动谐次分析。仪器采用锂电池供电，适用于现场测量。
文档编号H02J7/00GK102135444SQ20101060199
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者刘月辉, 张俊红 申请人:天津大学