具有內(nèi)置振動傳感器的網(wǎng)絡(luò)一體化數(shù)據(jù)采集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集裝置，尤其涉及一種具有內(nèi)置振動傳感器的網(wǎng)絡(luò)一體化 數(shù)據(jù)采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前市場上的振動和溫度監(jiān)測系統(tǒng)均是多個產(chǎn)品部件組合的架構(gòu)，即振動、溫度 傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置是三個或兩個單獨的產(chǎn)品，通過信號線纜連接組合后使用，基本可 以歸納為分布式和集中式兩種拓撲架構(gòu)，其中分布式拓撲架構(gòu)如圖1所示，集中式拓撲架構(gòu) 如圖2所示。這兩種拓撲架構(gòu)之前長期存在，是順應(yīng)專業(yè)技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展規(guī)律，在不同的 工業(yè)自動化技術(shù)發(fā)展時期出現(xiàn)的，各自都有一定的適用性，能夠滿足一部分現(xiàn)場應(yīng)用的要 求。但是，隨著工業(yè)生產(chǎn)管理需求在日新月異的變化和越來越激烈的市場競爭影響，半導體 技術(shù)和自動化技術(shù)發(fā)展到越來越趨向于適應(yīng)大數(shù)據(jù)監(jiān)控分析需求時，這種傳統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu) 形態(tài)越來越制約了工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的自我拓展，使得振動、溫度監(jiān)測裝置的投入不能達到良 好的投入產(chǎn)出比，無法支撐多種應(yīng)用場合的振動、溫度監(jiān)測系統(tǒng)的標準化復制應(yīng)用，這兩種 系統(tǒng)拓撲架構(gòu)的缺點也是越來越明顯，集中表現(xiàn)為如下幾點：
[0003] 1、長距離的模擬信號鏈路不能長期可靠的運行于各種干擾越來越密集的工業(yè)現(xiàn) 場，信號線纜本身的可靠性以及外界破壞的因素以及現(xiàn)場部署越來越多的各種系統(tǒng)產(chǎn)生的 電磁波干擾因素，使得無論是在首次實施部署還是后續(xù)維護中為了保證信號質(zhì)量為目標的 工作日益加重，不但增加了用戶的經(jīng)濟負擔，而且增加了用戶的工作量，從這個角度來看， 不能持續(xù)可靠獲得有效數(shù)據(jù)的終端是無法支持大數(shù)據(jù)分析長期應(yīng)用的。
[0004] 2、數(shù)據(jù)采集裝置和傳感器性能失配，無法很好的在系統(tǒng)層面上配合起來去滿足設(shè) 備監(jiān)測的要求。這是由于兩者在各自領(lǐng)域發(fā)展，面對不同的應(yīng)用需求，形成了技術(shù)不平衡的 狀態(tài)。例如:對于信號響應(yīng)的指標，對于監(jiān)測精度的指標，特別是在干擾較大的工業(yè)現(xiàn)場，經(jīng) 常出現(xiàn)失配，不僅僅是數(shù)字上的差別，甚至于在物理概念的定義上都會有差別，使得整個系 統(tǒng)起不到監(jiān)測設(shè)備的效果。
[0005] 3、數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)吞吐能力，即便在集中式架構(gòu)的系統(tǒng)中采用了以太網(wǎng)和數(shù) 據(jù)服務(wù)器連接，也無法實質(zhì)性的改善源頭數(shù)據(jù)的連續(xù)推送能力，使得大數(shù)據(jù)系統(tǒng)所能得到 的數(shù)據(jù)支撐有效性越來越低下。
[0006] 4、數(shù)據(jù)采集裝置的通道利用率不高，致使用戶投資會超出需求。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集 裝置往往會設(shè)計為一個固定的傳感器接入數(shù)量，通常是4或8或16。在實際現(xiàn)場部署時，往往 會由于需要監(jiān)測的點數(shù)超過數(shù)據(jù)采集裝置的可接入傳感器數(shù)少許，而必須通過增加數(shù)據(jù)采 集裝置的數(shù)量來解決，即便增加一個監(jiān)測點也需要增加一臺數(shù)據(jù)采集裝置。同樣的情況在 新上系統(tǒng)和原系統(tǒng)擴容時均會發(fā)生，用戶就需要增加額外投資或者重復投資，這種情況使 得系統(tǒng)供應(yīng)商和用戶在設(shè)備管理要求越來越高和產(chǎn)品競爭日益激烈的市場環(huán)境下無法雙 贏。
[0007] 為了使得設(shè)備監(jiān)控裝置真正的和大數(shù)據(jù)分析軟件系統(tǒng)進行銜接，成為可靠的連續(xù) 監(jiān)測數(shù)據(jù)源，從而有效展示大數(shù)據(jù)分析的作用，讓自動化設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)為生產(chǎn)服務(wù)。因 此，有必要對現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集裝置進行集成化、小型化和網(wǎng)絡(luò)化改進，不但克服了傳統(tǒng)系統(tǒng)中 模擬信號鏈路長抗干擾能力弱和數(shù)據(jù)收集傳輸?shù)耐掏履芰Φ偷牟蛔阒?，而且降低了傳統(tǒng) 系統(tǒng)中多個產(chǎn)品部件帶來的部署和維護的復雜性，既降低了產(chǎn)品化的成本，又便于用戶快 速實現(xiàn)應(yīng)用部署以及后續(xù)的系統(tǒng)維護。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有內(nèi)置振動傳感器的網(wǎng)絡(luò)一體化數(shù)據(jù) 采集裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集裝置的集成化、小型化和網(wǎng)絡(luò)化，大大簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，降低產(chǎn) 品成本，并能有效解決傳統(tǒng)系統(tǒng)中模擬信號鏈路長抗干擾能力弱和數(shù)據(jù)收集傳輸?shù)耐掏履?力低的不足之處。
[0009] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種具有內(nèi)置振動傳感器 的網(wǎng)絡(luò)一體化數(shù)據(jù)采集裝置，包括以太網(wǎng)電路單元、數(shù)據(jù)采集處理芯片和內(nèi)置振動傳感器， 其中，所述以太網(wǎng)電路單元包括以太網(wǎng)通訊電路單元和以太網(wǎng)供電電路單元，所述數(shù)據(jù)采 集處理芯片的一個輸入端通過模擬信號調(diào)理電路單元和內(nèi)置振動傳感器相連，所述數(shù)據(jù)采 集處理芯片的輸出端和以太網(wǎng)通訊電路單元相連，所述以太網(wǎng)供電電路單元分別與數(shù)據(jù)采 集處理芯片和內(nèi)置振動傳感器的電源端相連;所述模擬信號調(diào)理電路單元包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯 片，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸入端通過振動加速度信號采集處理電路、振動速度信號采集處 理電路、振動位移信號采集處理電路和內(nèi)置振動傳感器相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸出端 通過SPI通訊鏈路和數(shù)據(jù)采集處理芯片相連。
[0010] 上述的具有內(nèi)置振動傳感器的網(wǎng)絡(luò)一體化數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述以太網(wǎng)電路 單元和數(shù)據(jù)采集處理芯片設(shè)置在殼體內(nèi)，所述殼體上設(shè)有軸承座，所述內(nèi)置振動傳感器安 裝在軸承座上。
[0011] 上述的具有內(nèi)置振動傳感器的網(wǎng)絡(luò)一體化數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述內(nèi)置振動傳 感為運用三角剪切形成的在X、Y、Z方向上均對振動力有一定頻率響應(yīng)寬度的壓電陶瓷元 件。
[0012] 上述的具有內(nèi)置振動傳感器的網(wǎng)絡(luò)一體化數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述以太網(wǎng)供電 電路單元包括隔離變壓器，所述隔離變壓器的一側(cè)次輸入端和橋式整流電路相連，輸入36V ~57V直流電壓，所述隔離變壓器的二側(cè)次輸出端和電容濾波穩(wěn)壓電路相連，輸出5V直流電 壓。
[0013] 上述的具有內(nèi)置振動傳感器的網(wǎng)絡(luò)一體化數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述以太網(wǎng)通訊 電路單元包括物理層收發(fā)芯片，所述物理層收發(fā)芯片的輸入端連接有阻抗匹配電路和網(wǎng)絡(luò) 變壓器，所述物理層收發(fā)芯片的輸出端和數(shù)據(jù)采集處理芯片相連。
[0014] 上述的具有內(nèi)置振動傳感器的網(wǎng)絡(luò)一體化數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述振動加速度 信號采集處理電路包括依次相連的第一高通濾波電路、第一程控放大電路和第一程控低通 濾波電路;所述振動速度信號采集處理電路包括依次相連的一次積分電路、第二高通濾波 電路、第二程控放大電路和第二程控低通濾波電路;所述振動位移信號采集處理電路包括 依次相連的二次積分電路、第三程控放大電路和第三程控低通濾波電路，所述二次積分電 路的輸入端和第二高通濾波電路的輸出端相連，所述第一高通濾波電路、一次積分電路的 輸入端通過隔直電路、初級放大電路和內(nèi)置振動傳感器相連。
[0015] 上述的具有內(nèi)置振動傳感器的網(wǎng)絡(luò)一體化數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述第一程控放 大電路和第二程控放大電路的放大倍數(shù)為1、2、4或8，所述第三程控放大電路的放大倍數(shù)為 1、2、5或10，所述第一程控低通濾波電路的可選頻點為lOKHz、5KHz、3.2KHz、2KHz或ΙΚΗζ，所 述第二程控低通濾波電路的可選頻點為3.2KHz、2KHz或ΙΚΗζ，所述第三程控低通濾波電路 的可選頻點為500Hz、200Hz或100Hz。
[0016] 上述的具有內(nèi)置振動傳感器的網(wǎng)絡(luò)一體化數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述隔直電路的 工作頻率為〇. 15Hz，所述初級放大電路的放大倍數(shù)為2。
[0017] 上述的具有內(nèi)置振動傳感器的網(wǎng)絡(luò)一體化數(shù)據(jù)采集裝置，其中，還包括內(nèi)置溫度 傳感器，所述內(nèi)置溫度傳感器通過SPI通訊鏈路和數(shù)據(jù)采集處理芯片相連，所述內(nèi)置溫度傳 感器的溫度監(jiān)測范圍為-40~85°C，分辨率小于0.1°C，精度為+/-0.5Γ，信號采集刷新時間 為85ms〇
[0018] 本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果:本發(fā)明提供的具有內(nèi)置振動傳感器的網(wǎng) 絡(luò)一體化數(shù)據(jù)采集裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集裝置的集成化、小型化和網(wǎng)絡(luò)化，大大簡化產(chǎn)品 結(jié)構(gòu)，降低產(chǎn)品成本，并有效解決傳統(tǒng)系統(tǒng)中模擬信號鏈路長抗干擾能力弱和數(shù)據(jù)收集傳 輸吞吐能力低的不足之處。
【附圖說明】
[0019] 圖1為現(xiàn)有的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖；
[0020] 圖2為現(xiàn)有的集中式數(shù)據(jù)采集裝置系統(tǒng)示意圖；
[0021] 圖3為采用本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)一體化數(shù)據(jù)采集裝置的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明具有內(nèi)置振動傳感器的網(wǎng)絡(luò)一體化數(shù)據(jù)采集裝置電路方框示意圖；
[0023] 圖5為本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集裝置的以太網(wǎng)供電電路單元的電路方框示意圖；
[0024] 圖6為本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)通訊電路單元的電路方框示意圖；
[0025] 圖7為本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集裝置的模擬信號調(diào)理電路單元的電路方框示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[0027] 本發(fā)明是將傳感器與數(shù)據(jù)采集裝置進行高度集成并小型化、網(wǎng)絡(luò)化的一種電子裝 置，主要用于旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的振動和溫度監(jiān)測，也適用于一些靜態(tài)振動監(jiān)測的應(yīng)用（例如： 橋梁、鋼結(jié)構(gòu)）。本發(fā)明裝置集成了 1個振動傳感器和1個溫度傳感器，形成了 7種不同配置的 產(chǎn)