專利名稱：一種診斷用智能傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及智能傳感器，具體涉及同時具有模擬信號輸出和數字信號 輸出的診斷用智能傳感器。
背景技術：
在工業(yè)控制及監(jiān)測系統(tǒng)中，傳感器應用越來越多，現(xiàn)有的壓電傳感器由于 壓電敏感器件本身的內阻抗很高，使得壓電器件難以直接使用一般的放大器， 而必須進行前置阻抗變換，同時由于軸承加工所產生的毛刺、傳感器安裝以及 環(huán)境干擾等因素將會在傳感器輸出信號上疊加一定的高頻干擾，而且原始信號 經過傳輸、放大、變換等處理過程，還會混入各種不同形式的噪聲，從而會影 響測量精度，同時，現(xiàn)有傳感器輸出信號單一，通常是只以模擬量輸出或者只 以數字量輸出，給工業(yè)應用帶來諸多不便。

實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種電路筒單、精度高、同時具 有模擬信號輸出和數字信號輸出的診斷用智能傳感器。
為了解決上述技術問題，本實用新型的一個技術方案是，提供一種診斷用 智能傳感器，包括壓電傳感器、處理電路、微控制器電路，其中，
壓電傳感器將振動信號轉換成電荷信號輸入到處理電路；
處理電路接收壓電傳感器輸出的電荷信號，將電荷信號處理后輸出；
在處理電路的輸出端與微控制器電路的模擬量輸入端之間連接模擬輸出與
數字轉換控制電路，并且微控制器電路的通訊接口輸出端連接到通訊接口驅動 電路，微控制器電路與通訊接口驅動電路之間的信號為雙向傳輸，當智能傳感 器需要輸出模擬信號時，模擬信號通過模擬輸出與數字轉換控制電路輸出，當 智能傳感器需要輸出數字信號時，模擬信號通過^^莫擬輸出與數字轉換控制電路 輸入微控制器電路，通過微控制器電路完成將模擬信號轉換成數字信號輸出。
根據本實用新型的一個優(yōu)選方案，所述處理電路由電荷放大器、濾波電路、 歸一化放大器組成，所述電荷放大器接收壓電傳感器輸出的電荷信號，將電荷 信號轉換成電壓信號后輸出到濾波電路，所述濾波電路對電壓信號進行隔直和 濾波，輸出到歸一化放大器，所述歸一化放大器將模擬信號通過模擬輸出與數
字轉換控制電路輸出或者輸入到凝:控制器電路。
本實用新型的一個優(yōu)選方案，所述電荷放大器由電容d、 C2和電阻R!、 R2、
放大器M組成，所述壓電傳感器輸出的電荷信號通過電容C2和電阻R2加到放大
器Ai的反相放大端，反饋電容d連接在放大器M的輸出端和壓電傳感器的輸出 端之間，電阻R!連接在放大器Ai的輸出端和反相輸入端之間，同時放大器Ai的 同相輸入端接地。
根據本實用新型的一個優(yōu)選方案，所述濾波電路是采用單個運算放大器構 成的濾波器電路，電路為正反饋的電路。
根據本實用新型的一個優(yōu)選方案，所述模擬輸出與數字轉換控制電路由繼 電器KMb KM2、停止按鈕SB^ A/D轉換控制按鈕SB2、才莫擬輸出按鈕SB3組成， 其中繼電器KM2的常開觸點連接在歸一化放大器的輸出端，繼電器KM!的常開觸 點連接在歸一化放大器的輸出端和微控制器電路的輸入端之間；A/D轉換控制按 鈕SB2的常開觸點與繼電器KM!的常開觸點并聯(lián)連接后與繼電器KMi的線圈、繼 電器KM2的常閉觸點、模擬輸出^^丑SB3的常閉觸點、停止按鈕SBi的常閉觸點
串聯(lián)連接，同時，模擬輸出按鈕SB3的常開觸點與繼電器KM2的常開觸點并聯(lián)連 接后與繼電器KM2的線圈、繼電器KMi的常閉觸點、A/D轉換控制按鈕SB2的常閉 觸點、停止按鈕SB!的常閉觸點串聯(lián)連接，停止按鈕SBi的常閉觸點的一端連接 電源，繼電器KM!的線圈和繼電器KM2的線圈的 一 端接地。 所述微控制器電路具有存儲器和A/D控制單元。
本實用新型所述的診斷用智能傳感器的有益效果是，通過傳感器獲取溫度、 壓力、流量、轉速、位移、速度、加速度、聲發(fā)射信號等信號，并對振動信號 放大、濾波、轉換、計算處理、有模擬量和數字量兩種輸出形式，具有按要求 濾波及輸出所需信號的智能化功能，可使數據采集環(huán)節(jié)高度集成化，提高了強 噪聲環(huán)境下提取微弱故障信號的真實性，降低數據采集環(huán)節(jié)自身故障的可能性， 大幅度縮小故障診斷前端的體積，可靈活地實現(xiàn)多點智能并行監(jiān)測。

圖l是本實用新型所述的診斷用智能傳感器的原理框圖。 圖2是本實用新型所述的診斷用智能傳感器的電路圖。 圖3是本實用新型所述的裝入單片機的主程序流程框圖。 圖4是本實用新型所述的裝入單片機的中斷程序流程框圖。
具體實施方式

參見圖l，本實用新型所述的診斷用智能傳感器由壓電傳感器1、電荷放大 器2、濾波電路3、歸一化放大器4、處理電路8、微控制器電路5、模擬輸出與 數字轉換控制電路6、通訊接口驅動電路7組成，其中所述電荷放大器2、濾波 電路3、歸一化放大器4組成處理電路8;將壓電傳感器1的輸出端連接到電荷 放大器2的輸入端，電荷放大器2的輸出端連接濾波電路3的輸入端，濾波電路3的輸出端連接歸一化放大器4的輸入端，歸一化放大器4的輸出端連接模 擬輸出與數字轉換控制電路6，模擬輸出與數字轉換控制電路6的一個輸出端連 接微控制器電路5的模擬量輸入端，微控制器電路5的串行通訊接口輸出端連 接通訊接口驅動電路7，其中，壓電傳感器l將振動信號轉換成電荷信號輸入到 電荷放大器2，所述電荷放大器2接收壓電傳感器1輸出的電荷信號，將高內阻 的電荷源轉換為低內阻的電壓源后輸出到濾波電路3,所述濾波電路3對電壓信 號進行隔直和濾波，輸出到歸一化放大器4，所述歸一化放大器4將濾波以后的 模擬信號安測量范圍的要求進行歸一化處理后，其輸出的模擬信號可以通過模 擬輸出與數字轉換控制電路6輸出或者通過模擬輸出與數字轉換控制電路6輸 入到微控制器電路5，纟效控制器電路5通過通訊接口驅動電路7實現(xiàn)UART串口 通信。
參見圖2，本實用新型所述的診斷用智能傳感器，所述電荷放大器2由電容 d、 C2和電阻IU、 R2、放大器A!組成，所述壓電傳感器l輸出的電荷信號通過電容 C2和電阻R2加到放大器At的反相放大端，反饋電容d連接在放大器Ai的輸出端與 壓電傳感器l的輸出端之間，電阻Ri連接在放大器At的輸出端與反相輸入端之間， 同時放大器Ai的同相輸入端接地。
所述濾波電路3采用單個運算放大器構成的濾波器電路，電路采用正反饋的 設計方法，具有隔離直流分量及低通濾波的作用。本實施例中濾波電路3由放大 器A2、電容C3、 C4、 C5、電阻R3、 R4、 R5組成，其中濾波電路3的輸入端與電荷放 大器2的輸出端相連，濾波電路3的輸入端通過由電容C3和電阻Rs組成的隔直電 路，然后通過電阻R3、電阻R4加到;改大器A2的同相》文大端，同時放大器As的同相
放大端與電容C5的一端相連接，電容C5的另一端直接接地，反饋電容C4的一端連
接在放大器A2的輸出端，另一端連接在電阻R3和電阻R4的連接節(jié)點上，放大器A2
的反相放大端與其輸出端相連。
所述歸一化放大器4由放大器A3、電阻R" R7、 R8、電位器W!組成，其中， 歸一化放大器的輸入端與其信號濾波電路的輸出端相連，電壓信號經輸入回路
調整電位器Wi和電阻R6加到放大器A3的反相放大端，而放大器A3的同相放大端
通過補償電阻R7接地,反饋電阻R8連接在放大器A3的輸出端和反相輸入端之間。 所述微控制器電路5中包括單片機IC1和復位集成電路芯片IC3,其中單片機
IC1采用的型號可以選用AD^C812，復位集成電路芯片IC3可以釆用ADM810，系統(tǒng)
通信可以使用RS-485總線，也可以采用RS-232實現(xiàn)UART串口通信。
所述通訊接口驅動電路7主要由通訊接口驅動芯片IC2組成，利用通訊接口
驅動電路7以實現(xiàn)UART串口通信，并獲取較遠的通信距離和較好的抗干擾特性，
驅動芯片IC2可以釆用7MAX485。
在單片機中裝入圖3、圖4所示的程序，其中主程序的工作流程是
系統(tǒng)開始運作時，先對單片機IC1的相關定時器，寄存器與中斷等進行初 始化，然后判斷單片機IC1端口 ADCO是否為高電平，若是高電平則說明有信號 輸入，則進行數據的采集，低電平則繼續(xù)判斷等待；當數據開始采集后，同時 判斷定時器TO的TFO位是否為1，當為1則說明到達設定的采集時間，停止采 集，再用采集到的數據與存放在單片機IC1中的振動量限定值即電壓信號轉換 后的最大值進行比較，如果采集到的數據超過振動量限定值則點亮LED燈報警， 同時利用定時器Tl產生中斷；如果采集到的數據沒有超過振動量限定值則把數 據存儲到外部數據存儲區(qū)，接著再進行下次采集。
中斷服務程序的工作流程是產生中斷后，關閉定時器中斷，把超過振動 量限定值的數據進行傳送，然后打開中斷，進行中斷返回。
本實用新型所述的診斷用智能傳感器的工作原理是壓電傳感器1輸出的高內阻的電荷源經過電荷放大器2轉換成低內阻的電壓源，以實現(xiàn)阻抗匹配， 并使電荷放大器2的輸出電壓與輸入電荷成正比，輸出的電壓信號再經過濾波 電路3、歸一化放大器4的處理，通過模擬輸出與數字轉換控制電路6實現(xiàn)對信 號的模擬輸出，以及通過與微控制器電路5相連，完成對模擬信號的數字化轉 換的自動控制，同時微控制器電路5通過通訊接口驅動電路7實現(xiàn)UART串口通
在模擬輸出與數字轉換控制電路6中，按下A/D轉換控制按鈕SB2，繼電器KNh 的線圏"得電"，其常開觸點閉合，使信號傳入ADpC812芯片，進行A/D轉換。按 下停止按鈕SBi,繼電器KM,的線圈"失電"，信號的傳輸中斷。當按下信號模擬 輸出按鈕SB3時，繼電器KM2的線圈"得電"，其常開觸點閉合，信號不再傳入 ADpC812芯片而直接以模擬狀態(tài)輸出。將繼電器KM!和KM2的常閉觸點分別與對方 的線圈串聯(lián)，可以保證繼電器KMi和KM2的線圈不會同時"得電"，這種安全措施 在繼電器電路中被稱為"互鎖"。除此之外，為了方便操作，還設置了 "按鈕聯(lián) 鎖"，即將繼電器KMi的線圈與信號模擬輸出按鈕SB3的常閉觸點串聯(lián)，將繼電器 KM2的線圏與A/D轉換控制按鈕SB2的常閉觸點串聯(lián)。當信號處在A/D轉換的過程中 時，如果想轉換成模擬信號輸出狀態(tài)，可以不按停止按鈕SB:而直接按下模擬輸 出按鈕SB3，繼電器KM2的線圈"得電"，同時模擬輸出按鈕SB3的常閉觸點斷開， 繼電器KN^的線圈"失電"，進入^t擬信號輸出狀態(tài)。信號vM^莫擬信號輸出狀態(tài)到 A/D轉換狀態(tài)的轉換可通過A/D轉換控制按鈕SB2直接完成。
權利要求1、一種診斷用智能傳感器，包括壓電傳感器(1)、處理電路(8)、微控制器電路(5)，其中壓電傳感器(1)將振動信號轉換成電荷信號輸入到處理電路(8)；處理電路(8)接收壓電傳感器(1)輸出的電荷信號，將電荷信號處理后輸出；其特征在于在處理電路(8)的輸出端與微控制器電路(5)的模擬量輸入端之間連接模擬輸出與數字轉換控制電路(6)，并且微控制器電路(5)的通訊接口輸出端連接到通訊接口驅動電路(7)，微控制器電路(5)與通訊接口驅動電路(7)之間的信號為雙向傳輸，當智能傳感器需要輸出模擬信號時，模擬信號通過模擬輸出與數字轉換控制電路(6)輸出，當智能傳感器需要輸出數字信號時，模擬信號通過模擬輸出與數字轉換控制電路(6)輸入微控制器電路(5)，通過微控制器電路(5)完成將模擬信號轉換成數字信號輸出。
2、 根據權利要求1所述的診斷用智能傳感器，其特征在于所述 處理電路(8)由電荷放大器(2)、濾波電路(3)、歸一化放大器(4) 組成，所述電荷放大器(2 )的輸入為壓電傳感器(1)的輸出電荷信號， 電荷放大器(2)將電荷信號轉換成電壓信號后輸出到濾波電路(3); 濾波電路(3 )對電壓信號進行隔直和濾波，輸出到歸一化放大器(4 ); 所述歸一化放大器(4)將隔直和濾波后的信號按測量范圍的要求進行 歸一化放大，其輸出的模擬信號通過模擬輸出與數字轉換控制電路(6 ) 輸出或者輸入到微控制器電路(5 )。
3、 根據權利要求2所述的診斷用智能傳感器，其特征在于所述電荷放大器(2)由電容d、 C2和電阻Rb R2、放大器Ai組成，所述壓電傳感器(1 )輸出的電荷信號通過電容C2和電阻R2加到^L大器M的反 相放大端，反饋電容d連接在放大器A!的輸出端和壓電傳感器(1)的輸出端之間，電阻R!連接在放大器M的輸出端和反相輸入端之間，同時 放大器A！的同相輸入端接地。
4、 根據權利要求3所述的診斷用智能傳感器，其特征在于濾波 電路采用單個運算放大器構成，電路為具有隔離直流作用的有源二階低 通濾波電^各。
5、 根據權利要求1或2或3或4所述的診斷用智能傳感器，其特 征在于模擬輸出與數字轉換控制電路(6)由繼電器KNh、 KM2、停止按 鈕SBh A/D轉換控制按鈕SB2、模擬輸出按鈕SB3組成，其中繼電器KM2 的常開觸點連接在歸一化放大器(4)的輸出端，繼電器KM!的常開觸點 連接在歸一化放大器(4 )的輸出端和微控制器電路(5 )的輸入端之間； A/D轉換控制按鈕SB2的常開觸點與繼電器KN^的常開觸點并聯(lián)連接后與 繼電器KMi的線圏、繼電器KM2的常閉觸點、模擬輸出按鈕SB3的常閉觸 點、停止按鈕SBi的常閉觸點串聯(lián)連接，同時，模擬輸出^4丑SB3的常開 觸點與繼電器KM2的常開觸點并聯(lián)連接后與繼電器KM2的線圈、繼電器 KMt的常閉觸點、A/D轉換控制按鈕SBz的常閉觸點、停止按4丑SBi的常 閉觸點串聯(lián)連接，停止按鈕SBi的常閉觸點的一端連接電源，繼電器KMi 的線圈和繼電器KM2的線圈的一端接地。
6、 根據權利要求5所述的診斷用智能傳感器，其特征在于所述 微控制器電路(5 )是具有存儲和A/D變換及串行通訊接口的控制單元。
專利摘要本實用新型公開了一種診斷用智能傳感器，包括壓電傳感器、處理電路、微控制器電路，其特征在于在處理電路的輸出端與微控制器電路的模擬量輸入端之間連接模擬輸出與數字轉換控制電路，并且微控制器電路的通訊接口輸出端連接到通訊接口驅動電路，微控制器電路與通訊接口驅動電路之間的信號為雙向傳輸，當智能傳感器需要輸出模擬信號時，模擬信號通過模擬輸出與數字轉換控制電路輸出，當智能傳感器需要輸出數字信號時，模擬信號通過模擬輸出與數字轉換控制電路輸入微控制器電路，通過微控制器電路完成將模擬信號轉換成數字信號輸出。本實用新型具有按要求濾波及輸出所需信號的智能化功能。
文檔編號G01H11/08GK201072358SQ20072012513
公開日2008年6月11日 申請日期2007年9月5日 優(yōu)先權日2007年9月5日
發(fā)明者邵毅敏, 馬祥華 申請人:重慶大學