一種船用信號(hào)處理盒的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型一種船用信號(hào)處理盒，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、主控模塊、通信傳輸模塊、電源模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊和振動(dòng)信號(hào)處理模塊。通過(guò)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊和振動(dòng)信號(hào)處理模塊實(shí)現(xiàn)了船用機(jī)電設(shè)備故障診斷過(guò)程中對(duì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理和振動(dòng)信號(hào)處理的要求。
【專利說(shuō)明】一種船用信號(hào)處理盒
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于故障檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種信號(hào)處理盒。

【背景技術(shù)】
[0002]船舶機(jī)電設(shè)備具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類繁多等特點(diǎn)，在裝備使用過(guò)程中故障多發(fā)于設(shè)備內(nèi)部不易檢測(cè)診斷。隨著船舶機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化、智能化需求的增加，對(duì)船舶機(jī)電設(shè)備故障診斷能力和故障診斷范圍提出了極高的要求。目前，常用的信號(hào)處理盒設(shè)備常用于飛機(jī)、鐵路、化工廠等較多領(lǐng)域，還不能滿足船舶領(lǐng)域進(jìn)行瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理、電荷信號(hào)處理和振動(dòng)信號(hào)處理的要求?，F(xiàn)有的信號(hào)處理盒多是靜態(tài)數(shù)據(jù)的采集硬件載體，不能實(shí)現(xiàn)多通道、同步性要求高的信號(hào)采集，也無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)采集、同步數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理和數(shù)據(jù)壓縮，往往造成數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的數(shù)據(jù)量過(guò)大，造成傳輸通道的擁堵。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種適用于船用機(jī)電設(shè)備，例如船用柴油機(jī)、齒輪箱、軸系、離心泵、空壓機(jī)等的船用信號(hào)處理盒。
[0004]本發(fā)明一種船用信號(hào)處理盒，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、主控模塊、通信傳輸模塊、電源模塊、信號(hào)調(diào)理模塊和瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊。
[0005]信號(hào)調(diào)理模塊在主控模塊的控制下，接收來(lái)自上止點(diǎn)和轉(zhuǎn)速傳感器的模擬信號(hào)，通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換和隔離把接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊需求的信號(hào)；
[0006]瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊在主控模塊的控制下，接收來(lái)自信號(hào)調(diào)理模塊的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制、上止點(diǎn)和轉(zhuǎn)速信號(hào)的高速同步采集，通過(guò)齒平均、去畸變點(diǎn)濾波、FIR濾波器濾波和周期平均，完成瞬時(shí)轉(zhuǎn)速解算工作，將解算后的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)通信模塊傳輸至上位機(jī)。
[0007]作為優(yōu)選方案，信號(hào)調(diào)理模塊將接收來(lái)自上止點(diǎn)和轉(zhuǎn)速傳感器的模擬信號(hào)，通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換和隔離把接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的TTL信號(hào)，將信號(hào)傳輸至瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊。
[0008]作為優(yōu)選方案，瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊通過(guò)FPGA芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制、上止點(diǎn)和轉(zhuǎn)速信號(hào)的高速同步采集，通過(guò)齒平均、去畸變點(diǎn)濾波、FIR濾波器濾波和周期平均，完成瞬時(shí)轉(zhuǎn)速解算工作。
[0009]作為優(yōu)選方案，還包括振動(dòng)信號(hào)處理模塊。信號(hào)調(diào)理模塊接收來(lái)自高溫振動(dòng)的電荷信號(hào)和常溫振動(dòng)的電壓信號(hào)，將信號(hào)處理成為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入范圍內(nèi)的信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接收來(lái)自主控模塊的指令，把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并傳輸至振動(dòng)處理模塊；振動(dòng)信號(hào)處理模塊在主控模塊的控制下，接收來(lái)自模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，對(duì)獲取到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域數(shù)據(jù)的周期平均，去除信號(hào)干擾噪聲，提取振動(dòng)時(shí)域特征，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，對(duì)頻譜分析和提取的時(shí)域特征進(jìn)行壓縮，通過(guò)數(shù)據(jù)通信模塊傳輸至上位機(jī)。
[0010]作為優(yōu)選方案，振動(dòng)信號(hào)處理模塊通過(guò)DSP芯片接收來(lái)自模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，對(duì)獲取到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域數(shù)據(jù)的周期平均，去除信號(hào)干擾噪聲，提取振動(dòng)時(shí)域特征，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，對(duì)頻譜分析和提取的時(shí)域特征進(jìn)行壓縮。
[0011]本發(fā)明通過(guò)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊和振動(dòng)信號(hào)處理模塊實(shí)現(xiàn)了船用機(jī)電設(shè)備故障診斷過(guò)程中的對(duì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理和振動(dòng)信號(hào)處理的要求。以FPGA芯片為主體，完成硬件的時(shí)序控制、轉(zhuǎn)角速度解算的工作，減輕DSP芯片的數(shù)據(jù)處理壓力，同時(shí)FPGA芯片數(shù)據(jù)同步的誤差只有25NS，數(shù)據(jù)同步性高。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1 一種船用信號(hào)處理盒結(jié)構(gòu)框圖；
[0013]圖2 —種船用信號(hào)處理盒的工作流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明一種船用信號(hào)處理盒，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、主控模塊、通信傳輸模塊、電源模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊和振動(dòng)信號(hào)處理模塊。
[0016]1.信號(hào)調(diào)理模塊
[0017]信號(hào)調(diào)理模塊在主控模塊的控制下，接收來(lái)自上止點(diǎn)和轉(zhuǎn)速傳感器的模擬信號(hào)，通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換和隔離把接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊要求的信號(hào)，并傳輸至瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊。例如，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的TTL信號(hào)，將信號(hào)傳輸至瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊。
[0018]信號(hào)調(diào)理模塊通過(guò)濾波、隔離、放大、轉(zhuǎn)換等功能，去除噪聲信號(hào)、混頻信號(hào)對(duì)傳感器信號(hào)的影響，同時(shí)將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換到瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊所要求的范圍內(nèi)，以便適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境條件，并可對(duì)信號(hào)進(jìn)行深入操作。
[0019]信號(hào)調(diào)理電路以集成運(yùn)算放大器為核心，圍繞放大器搭建濾波、隔離電路，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理功能。集成運(yùn)算放大器具有放大倍數(shù)高、波形失真度小、輸入阻抗高、輸出阻抗低、共模抑制比高、輸入失調(diào)和熱漂移低、充裕的寬帶、很低的噪聲、很低的線性誤差和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，滿足信號(hào)調(diào)理的要求。
[0020]2.模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊
[0021]模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的作用是將高溫振動(dòng)傳感器、常溫振動(dòng)傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊可以選用AD7606實(shí)現(xiàn)。
[0022]3.通信傳輸模塊
[0023]通信傳輸模塊將模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊、振動(dòng)信號(hào)處理模塊的數(shù)據(jù)處理結(jié)果上傳至上位機(jī)。例如，上位機(jī)約束信號(hào)處理盒采用CAN總線接口，通信協(xié)議為CAN2.0。
[0024]4.電源模塊
[0025]電源模塊為信號(hào)處理盒和傳感器供電，它將輸入的24V電源轉(zhuǎn)換為各個(gè)硬件模塊和傳感器所需的工作、參考電源。
[0026]5.瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊
[0027]瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊在主控模塊的控制下，接收來(lái)自信號(hào)調(diào)理模塊的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制、上止點(diǎn)和轉(zhuǎn)速信號(hào)的高速同步采集，通過(guò)齒平均、去畸變點(diǎn)濾波、FIR濾波器濾波和周期平均，完成瞬時(shí)轉(zhuǎn)速解算工作，將解算后的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)通信模塊傳輸至上位機(jī)。
[0028]完成上述功能，瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊可以通過(guò)FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。FPGA，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片可以完成硬件的時(shí)序控制、轉(zhuǎn)角速度解算的工作。FPGA芯片數(shù)據(jù)同步的誤差只有25NS，數(shù)據(jù)同步性高。
[0029]6.振動(dòng)信號(hào)處理模塊
[0030]振動(dòng)信號(hào)處理模塊在主控模塊的控制下，接收來(lái)自模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，對(duì)獲取到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域數(shù)據(jù)的周期平均，去除信號(hào)干擾噪聲，提取振動(dòng)時(shí)域特征，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，對(duì)頻譜分析和提取的時(shí)域特征進(jìn)行壓縮，通過(guò)數(shù)據(jù)通信模塊傳輸至上位機(jī)。
[0031]完成上述功能，振動(dòng)信號(hào)處理模塊可以通過(guò)DSP芯片實(shí)現(xiàn)。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊同步接收4路高溫振動(dòng)信號(hào)、2路常溫振動(dòng)信號(hào)，并發(fā)送至DSP芯片，由DSP芯片對(duì)獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征值提取、頻譜分析操作，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的壓縮。
[0032]如圖2所示的一種船用信號(hào)處理盒的工作流如下:
[0033]信號(hào)調(diào)理模塊接受來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)信息，針對(duì)霍爾傳感器和曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，通過(guò)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波處理、電平轉(zhuǎn)換與隔離處理，把信號(hào)處理成標(biāo)準(zhǔn)的TTL信號(hào)，傳輸至瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊；瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊接收來(lái)自信號(hào)調(diào)理模塊的TTL信號(hào)，通過(guò)FPGA芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制、上止點(diǎn)和轉(zhuǎn)速信號(hào)的高速同步采集，通過(guò)齒平均、去畸變點(diǎn)濾波、FIR濾波器濾波和周期平均，完成瞬時(shí)轉(zhuǎn)速解算的工作，將解算后的數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)。
[0034]信號(hào)調(diào)理模塊接收來(lái)自高溫振動(dòng)的電荷信號(hào)，通過(guò)對(duì)電荷信號(hào)進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)換、濾波和放大處理，把信號(hào)處理成為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入范圍內(nèi)的信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接收來(lái)自主控模塊的指令，把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并傳輸至振動(dòng)處理模塊；振動(dòng)處理模塊通過(guò)DSP芯片接收來(lái)自模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，對(duì)獲取到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域數(shù)據(jù)的周期平均，進(jìn)行去除信號(hào)干擾噪聲，提取振動(dòng)時(shí)域特征，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，對(duì)頻譜分析和提取的特征進(jìn)行壓縮通過(guò)數(shù)據(jù)通信模塊傳輸至上位機(jī)。
[0035]信號(hào)調(diào)理模塊接收來(lái)自常溫振動(dòng)的電壓信號(hào)，通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和放大處理，把信號(hào)處理成為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入范圍內(nèi)的信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接收來(lái)自主控模塊的指令，把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并傳輸至振動(dòng)處理模塊；振動(dòng)處理模塊通過(guò)DSP芯片接收來(lái)自模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，對(duì)獲取到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域數(shù)據(jù)的周期平均，進(jìn)行去除信號(hào)干擾噪聲，提取振動(dòng)時(shí)域特征，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，對(duì)頻譜分析和提取的特征進(jìn)行壓縮通過(guò)數(shù)據(jù)通信模塊傳輸至上位機(jī)。
【權(quán)利要求】
1.一種船用信號(hào)處理盒，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、主控模塊、通信傳輸模塊、電源模塊，其特征在于還包括信號(hào)調(diào)理模塊和瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊； 信號(hào)調(diào)理模塊在主控模塊的控制下，接收來(lái)自上止點(diǎn)和轉(zhuǎn)速傳感器的模擬信號(hào)，通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換和隔離把接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊需求的信號(hào)； 瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊在主控模塊的控制下，接收來(lái)自信號(hào)調(diào)理模塊的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制、上止點(diǎn)和轉(zhuǎn)速信號(hào)的高速同步采集，通過(guò)齒平均、去畸變點(diǎn)濾波、FIR濾波器濾波和周期平均，完成瞬時(shí)轉(zhuǎn)速解算工作，將解算后的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)通信模塊傳輸至上位機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種船用信號(hào)處理盒，其特征在于信號(hào)調(diào)理模塊將接收來(lái)自上止點(diǎn)和轉(zhuǎn)速傳感器的模擬信號(hào)，通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換和隔離把接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的TTL信號(hào)，將信號(hào)傳輸至瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種船用信號(hào)處理盒，其特征在于瞬時(shí)轉(zhuǎn)速處理模塊通過(guò)FPGA芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制、上止點(diǎn)和轉(zhuǎn)速信號(hào)的高速同步采集，通過(guò)齒平均、去畸變點(diǎn)濾波、FIR濾波器濾波和周期平均，完成瞬時(shí)轉(zhuǎn)速解算工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種船用信號(hào)處理盒，其特征在于還包括振動(dòng)信號(hào)處理模塊； 信號(hào)調(diào)理模塊接收來(lái)自高溫振動(dòng)的電荷信號(hào)和常溫振動(dòng)的電壓信號(hào)，將信號(hào)處理成為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入范圍內(nèi)的信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接收來(lái)自主控模塊的指令，把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并傳輸至振動(dòng)處理模塊； 振動(dòng)信號(hào)處理模塊在主控模塊的控制下，接收來(lái)自模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，對(duì)獲取到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域數(shù)據(jù)的周期平均，去除信號(hào)干擾噪聲，提取振動(dòng)時(shí)域特征，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，對(duì)頻譜分析和提取的時(shí)域特征進(jìn)行壓縮，通過(guò)數(shù)據(jù)通信模塊傳輸至上位機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種船用信號(hào)處理盒，其特征在于振動(dòng)信號(hào)處理模塊通過(guò)DSP芯片接收來(lái)自模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，對(duì)獲取到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域數(shù)據(jù)的周期平均，去除信號(hào)干擾噪聲，提取振動(dòng)時(shí)域特征，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，對(duì)頻譜分析和提取的時(shí)域特征進(jìn)行壓縮。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK203930423SQ201420347729
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】邱伯華, 黃雅琳, 張成偉, 何曉, 崔萌 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院