專利名稱：一種船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機械振動測試技術，特別涉及一種船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置及方法。
背景技術：
旋轉機械是船舶、石油、化工、電力、航空航天等領域的關鍵設備，正朝著大型化、高速化、連續(xù)化、集中化、自動化的方向發(fā)展。旋轉機械長期處于高速運行狀態(tài)，由于各種隨機因素的影響，難免會出現(xiàn)一些機械故障，而旋轉機械的任何一個小小的故障，都可能引起連鎖反應，造成巨大經(jīng)濟損失甚至災難性后果。因此，對旋轉機械運行過程中狀態(tài)進行實時監(jiān)測和故障預判是避免事故發(fā)生，保證安全生產(chǎn)的有效手段。其次，配置故障診斷系統(tǒng)能減少事故停機率，減少維修費用，降低運行成本，具有很高的收益/投資比，研究和開發(fā)先進的故障診斷系統(tǒng)的具有很大的現(xiàn)實意義。 對此類關鍵設備的各項參數(shù)，如振動、溫度、速度和眾多其它運行數(shù)據(jù)和指標進行在線監(jiān)測，已廣泛應用于航空、航天、核電等尖端工業(yè)領域，且已經(jīng)被事實證明是一種能夠有效預測和防止機械設備發(fā)生故障的成功方法。隨著現(xiàn)代艦船系統(tǒng)的日趨高性能化和結構復雜化，出于安全保障和戰(zhàn)斗性能考慮，及時、準確、動態(tài)地掌握艦船設備的運行狀態(tài)、預測、診斷關鍵設備潛在和存在的故障，成為艦艇技術管理的重要內(nèi)容和追求的目標。目前，國內(nèi)在艦船上對旋轉機械設備的振動狀態(tài)在線監(jiān)測和故障診斷，大都停留于模擬儀表階段，振動監(jiān)測更加鮮有涉及。因此，研究一種可靠性強，實時性高，體積小，網(wǎng)絡傳輸性能好的狀態(tài)監(jiān)測裝置，不論對于艦船領域還是工業(yè)領域都有著非常重要的意義。若需將現(xiàn)有裝置及方法應用于艦船，現(xiàn)有技術還存在下述缺陷
(1)對于多通道振動信號、工藝信號及其它眾多信號的同時在線監(jiān)測，現(xiàn)有裝置體積過于龐大，不適用于復雜且空間有限的船艙環(huán)境；
(2)對于設備艙室的普通船員而言，現(xiàn)有技術方案，操作復雜，要求操作人員及監(jiān)測人員的技術背景深，相對于艦船而言現(xiàn)有方案不大適用；
(3)現(xiàn)有方案所測得監(jiān)測數(shù)據(jù)一般存儲于遠程服務器上的大容量存儲器上，對于現(xiàn)有艦船，均未能實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡化傳輸于監(jiān)控室甚至陸上遠程服務器，現(xiàn)有方案的數(shù)據(jù)存儲不適用于艦船。(4)現(xiàn)有方案所測得監(jiān)測數(shù)據(jù)一般需進行后續(xù)的一系列處理，而不能即使進行分析處理，現(xiàn)場生成所需要的圖形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在旋轉機械設備的振動狀態(tài)在線監(jiān)測和故障診斷體積大、實時性差、操作不便的問題，提出了一種船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置及方法，裝置體積小，操作智能化簡單，效率高。本發(fā)明的技術方案為一種船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置，包括模擬信號處理模塊、CPU模塊、外圍輸入輸出模塊及電源管理模塊，振動信號、工藝信號和轉速鍵相信號經(jīng)過模擬信號處理模塊處理轉換后，送入CPU模塊計算儲存，輸入輸出模塊與CPU模塊交換數(shù)據(jù)，電源管理模塊包含電源處理電路和電源電壓監(jiān)控與復位電路，電源處理電路為各個模塊芯片提供電源，電源電壓監(jiān)控與復位電路接收各電源信號，輸出報警和控制信號。所述振動信號經(jīng)過模擬信號處理模塊的隔直電路后，振動交流信號依次經(jīng)過自動反饋放大電路、中心頻率自動可調的跟蹤濾波電路后，進入同步并行采用Α/D轉換器進行Α/D轉換后輸出CPU模塊；振動信號和工藝信號通過模擬信號處理模塊的8選I模擬開關進行通道快速切換后，輸出的振動信號經(jīng)過隔交電路轉為振動直流信號，振動直流信號和工藝信號依次經(jīng)過自動放大電路和Α/D轉換器轉換后輸出CPU模塊；轉速鍵相信號先通過模擬信號處理模塊的低通濾波器濾除轉速采集范圍以外的高頻干擾，而后經(jīng)過比較器和光耦隔離輸出標準方波信號到CPU模塊。所述輸入輸出模塊包含人機交互的電容式觸摸屏和薄膜按鍵，數(shù)據(jù)顯示的LCD顯示屏和可外擴的監(jiān)控室顯示大屏，數(shù)據(jù)交互的以太網(wǎng)接口、USB接口、串口、GPIO通用輸入輸出擴展口。 所述CPU模塊包含0MAP-138微處理器最小系統(tǒng)和FPGA現(xiàn)場可編程門陣列，OMAP最小系統(tǒng)主要包含雙核0MAP-138芯片、存儲系統(tǒng)、晶振時鐘系統(tǒng)以及觸摸屏顯示驅動電路；前端采集信號模數(shù)轉換后數(shù)據(jù)進入FPGA現(xiàn)場可編程門陣列進行預處理、邏輯控制和譯碼。所述0MAP-138包含C6747 DSP和ARM926J兩塊CPU，F(xiàn)PGA現(xiàn)場可編程門陣列輸出的采集信號送入DSP芯片進行運算，ARM芯片輸出顯示結果，與各型接口數(shù)據(jù)的通訊。一種船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測方法，包括船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置，具體包括如下步驟
1)確定監(jiān)測方案根據(jù)旋轉機械設備及軸系的類型、特點以及所需監(jiān)測參數(shù)考慮布置傳感器的類型、數(shù)量、位置；根據(jù)這個艙室環(huán)境條件確定裝置走線方式、裝置布置位置；根據(jù)全船現(xiàn)有條件確定數(shù)據(jù)通訊方式，如果不具備全船網(wǎng)絡監(jiān)控模式，即可選擇脫機黑匣子監(jiān)測模式，如可進行全船局域網(wǎng)布置，則可選擇局域網(wǎng)監(jiān)控室監(jiān)測模式，甚至整船具備海事衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)能力，系統(tǒng)可采用衛(wèi)星通信遠程監(jiān)測模式；
2)布置傳感器及布線根據(jù)確定的方案在機組軸系每個軸承附近布置振動位移傳感器，在設備關鍵部位布置振動速度或是加速度傳感器，在每個軸系下布置轉速傳感器，根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測的要求布置不同類型的油溫、油壓、氣壓、液壓工藝信號傳感器和接入開關量信號，然后根據(jù)方案布置屏蔽連接線和安放監(jiān)測裝置，并連接所有設備，將裝置設置至調試模式，調試前端所有傳感器直至確保無任何問題為止；
3)待所監(jiān)測機組開機運行后，振動位移傳感器將采集到的振動位移傳感器送入裝置，裝置模擬信號處理部分將信號分為直流與交流，通過各自的模擬信號處理電路后，將轉換后的數(shù)字信號送入后端CPU模塊；
4)首先接受轉換后的數(shù)字信號是FPGA內(nèi)核，F(xiàn)PGA將轉換后的數(shù)字信號大小端轉換、重新打包整理后發(fā)送給0MAP-138的DSP ；
5)進入DSP后，DSP先將信號作數(shù)字濾波，根據(jù)ARM指令進行算法處理，DSP對數(shù)字信號進行變換或處理后，將數(shù)據(jù)交給OMAP的ARM內(nèi)核；
6)ARM內(nèi)核的運行流程是，由外置SPIflash的引導程序啟動嵌入式操作系統(tǒng)，操作系、統(tǒng)啟動后逐步加載各種外設驅動，而后啟動裝置界面，用戶或船員通過裝置界面輸入要求參數(shù)，ARM響應后，向DSP發(fā)出請求要求DSP對數(shù)據(jù)進行小波變換，DSP響應并完成后將處理完畢的數(shù)據(jù)發(fā)送給ARM，ARM接收后通過界面程序在屏幕上繪制相應圖形；
7)在ARM顯示界面運行的同時，對所采集的數(shù)據(jù)以日常數(shù)據(jù)庫、啟停機數(shù)據(jù)庫、黑匣子數(shù)據(jù)庫的形式保存于裝置固態(tài)硬盤上，若裝置采用脫機黑匣子監(jiān)測模式，則可通過裝置通訊接口，將存儲于固態(tài)硬盤的歷史數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測站對數(shù)據(jù)進行詳細分析、診斷；
8)若監(jiān)測裝置采用全船網(wǎng)絡監(jiān)控模式，各個機組的監(jiān)測裝置發(fā)送數(shù)據(jù)包給監(jiān)測站，監(jiān)測站的應用軟件根據(jù)用戶的需要進行相應的數(shù)據(jù)處理、顯示、診斷，同時將所有數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫形式按不同機組存儲于監(jiān)測站服務器的大容量硬盤；
9)若采用遠程監(jiān)控模式，用戶可通過遠程計算機瀏覽器輸入監(jiān)測站服務器IP地址，并進行相應權限登錄以后，調取存儲于監(jiān)測站服務器上的數(shù)據(jù)，若用戶需通過手機訪問，可安 裝相應手機客戶端，通過客戶端訪問監(jiān)測服務器，調取數(shù)據(jù)查看機組狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置及方法，硬件電路采用先進PCB設計技術和選用低功耗小型貼片器件，更適合艦船狹小的艙室環(huán)境；對于艦船設備監(jiān)測，既可以讓船員在艙室現(xiàn)場直接了解設備軸系的運行狀態(tài)，亦可以在監(jiān)控室集中監(jiān)控，很大程度上拓展了設備的使用范圍，提高了系統(tǒng)使用的靈活性和便捷性；裝置采用多CPU技術，每個CPU負責不同功能，獨立工作互不干擾；裝置的模塊化結構，不僅提高了可靠性還提高了系統(tǒng)的可維護性；裝置采用Linux系統(tǒng)架構嵌入式實時操作系統(tǒng)，更穩(wěn)定、更可靠，可完全避免病毒干擾，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性；數(shù)據(jù)通訊采用標準的TCP/IP網(wǎng)絡通訊協(xié)議，使得數(shù)據(jù)通訊更可靠。


圖I為本發(fā)明船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置結構示意 圖2為本發(fā)明船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置網(wǎng)絡拓撲圖。
具體實施例方式如圖I中所示船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置結構示意圖，主要包括模擬信號處理模塊I、CPU模塊3、外圍輸入輸出模塊2及電源管理四大模塊4組成。如圖I中所示模擬信號處理模塊I :模擬信號處理模塊主要處理包含振動信號交流部分5、振動信號直流部分6、工藝信號7、轉速鍵相信號8四類信號。在圖所示部分振動信號交流處理部分5，振動信號經(jīng)過隔直電路后，其中直流信號被濾除僅剩下交流部分，交流信號經(jīng)自動反饋放大和中心頻率自動可調的跟蹤濾波電路后，進入同步并行采用Α/D轉換器，這樣振動信號交流部分變?yōu)閿?shù)字信號可以直接進入后續(xù)CPU模塊3作進一步處理。振動信號直流部分6和工藝信號7由于對信號的實時性較振動交流低，因此在上述兩種信號前加入了 8選I模擬開關進行通道快速切換，這樣便可以在有限的空間實現(xiàn)多通道擴展。振動信號直流部分6與工藝信號7處理的唯一區(qū)別即在電路中間并入了隔交電路。當裝置處于同步跟蹤轉速采樣模式時，轉速鍵相信號8成為整個裝置的關鍵，其擔負著Α/D采樣速率的控制，因此對它的處理十分重要。信號首先通過低通濾波器濾除轉速采集范圍以外的高頻干擾，而后經(jīng)過比較器和光耦可得到比較純凈無干擾的標準方波信號。
外圍輸入輸出模塊2主要包含可實現(xiàn)良好人機交互的電容式觸摸屏10和薄膜按鍵13，實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示輸出的配機LCD顯示屏11和可外擴的監(jiān)控室顯示大屏12，以及可實現(xiàn)于上位服務器或手機終端良好的數(shù)據(jù)交互的以太網(wǎng)接口 15、USB接口 16、串口 17、GPIO通用輸入輸出擴展口 14等數(shù)字傳輸接口。
電源管理模塊4主要包含AC/DC轉換、各型電壓轉換以及電源管理與復位電路。AD/DC轉換的主要工作是將交流電220V轉換為24V直流電壓，然后各型電壓轉換部分將24V直流電壓變換為系統(tǒng)各個模塊芯片所需的各型直流電。電源管理與復位電路負責整個系統(tǒng)各型電壓的監(jiān)控及異常報警，以及提供系統(tǒng)上電復位和手動復位控制。CPU模塊3 =CPU模塊3是整個裝置的核心，其主要包含0MAP-138最小系統(tǒng)18和FPGA19兩個核心電路部分。其實CPU模塊3的主控芯片屬于三核，0MAP-138包含兩塊CPU,即C6747 DSP和ARM926J，DSP芯片主要負責采集信號接收和負擔整個裝置的大部分算法運算部分，ARM芯片主管整個嵌入式操作系統(tǒng)，主要負責整個裝置的界面效果顯示，各型接口數(shù)據(jù)的通訊，黑匣子數(shù)據(jù)庫的管理等主要功能，F(xiàn)PGA19主要負責整個裝置的前端采集信號模數(shù)轉換后的預處理、裝置大部分芯片的邏輯控制和譯碼。OMAP最小系統(tǒng)主要包含雙核0MAP-138芯片、存儲系統(tǒng)、晶振時鐘系統(tǒng)以及觸摸屏顯示驅動電路。其中存儲系統(tǒng)主要由可進行數(shù)據(jù)交換和緩存的DDR內(nèi)存、負責以黑匣子模式存放大容量數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的固體硬盤、作為相應數(shù)據(jù)備份的大容量SD卡、負責類似PC機BIOS的UBOOT嵌入式操作系統(tǒng)引導程序存放的SPI flash以及用來掛載嵌入式操作系統(tǒng)的板上存儲Nandflash。船用旋轉機械設備軸系振動狀態(tài)監(jiān)測方法的實現(xiàn)步驟如下
I.確定監(jiān)測方案。根據(jù)旋轉機械設備及軸系的類型、特點以及所需監(jiān)測參數(shù)考慮布置傳感器的類型、數(shù)量、位置；根據(jù)這個艙室環(huán)境條件確定裝置走線方式、裝置布置位置等；根據(jù)全船現(xiàn)有條件確定數(shù)據(jù)通訊方式，如果不具備全船網(wǎng)絡監(jiān)控模式，即可選擇脫機黑匣子監(jiān)測模式，如可進行全船局域網(wǎng)布置，則可選擇局域網(wǎng)監(jiān)控室監(jiān)測模式21，甚至整船具備海事衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)能力20，這樣系統(tǒng)可采用衛(wèi)星通信遠程監(jiān)測模式，如圖2所示網(wǎng)絡拓撲圖。2.布置傳感器及布線。根據(jù)事先確定的方案在機組軸系每個軸承附近布置振動位移傳感器，在設備關鍵部位布置振動速度或是加速度傳感器，在每個軸系下布置轉速傳感器，根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測的要求布置不同類型的工藝信號傳感器(如油溫、油壓、氣壓、液壓等)和接入開關量信號(如各個閥門的輸入輸出信號、現(xiàn)場報警出入輸出信號等)然后根據(jù)方案布置屏蔽連接線和安放監(jiān)測裝置，并連接所有設備，將裝置設置至調試模式，調試前端所有傳感器直至確保無任何問題為止。3.待所監(jiān)測機組開機運行后，振動位移傳感器將采集到的振動位移傳感器送入裝置，裝置模擬信號處理部分將信號分為直流與交流，通過各自的模擬信號處理電路后，將轉換后的數(shù)字信號送入后端CPU模塊。4.首先接受轉換后的數(shù)字信號是FPGA內(nèi)核，F(xiàn)PGA將轉換后的數(shù)字信號大小端轉換、重新打包整理后發(fā)送給0MAP-138的DSP。5.進入DSP后，DSP先將信號作數(shù)字濾波，根據(jù)ARM指令的需要進行一定的算法處理，比如系統(tǒng)需要查看頻譜圖，DSP就將數(shù)字信號做FFT變換，如需查看基頻軸心軌跡圖，則DSP將對信號進行基頻帶通濾波處理后將數(shù)據(jù)交給OMAP的ARM內(nèi)核。
6. ARM內(nèi)核的運行流程是，由外置SPI flash的引導程序啟動嵌入式操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)啟動后逐步加載各種外設驅動(包含IXD、網(wǎng)口、硬盤等等)，而后啟動裝置界面。用戶或船員通過裝置界面22選擇向ARM提出不同的要求，比如用戶需要查看某個測點的小波圖，用戶觸及界面，ARM響應，向DSP發(fā)出請求要求DSP對數(shù)據(jù)進行小波變換，DSP響應并完成后將處理完畢的數(shù)據(jù)發(fā)送給ARM，ARM接收后通過界面程序在屏幕上繪制相應圖形。7.在ARM顯示界面運行的同時，對所采集的數(shù)據(jù)以日常數(shù)據(jù)庫、啟停機數(shù)據(jù)庫、黑匣子數(shù)據(jù)庫的形式保存于裝置固態(tài)硬盤上。若裝置采用脫機黑匣子監(jiān)測模式，則可通過裝置通訊接口，將存儲于固態(tài)硬盤的歷史數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測站對數(shù)據(jù)進行詳細分析、診斷。8.若監(jiān)測裝置采用全船網(wǎng)絡監(jiān)控模式，各個機組的監(jiān)測裝置發(fā)送數(shù)據(jù)包給監(jiān)測站，監(jiān)測站的應用軟件根據(jù)用戶的需要進行相應的數(shù)據(jù)處理、顯示、診斷，同時將所有數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫形式按不同機組存儲于監(jiān)測站服務器的大容量硬盤。9.若采用遠程監(jiān)控模式，用戶可通過遠程計算機瀏覽器輸入監(jiān)測站服務器IP地 址，并進行相應權限登錄以后，調取存儲于監(jiān)測站服務器上的數(shù)據(jù)。若用戶需通過手機訪問，可安裝相應手機客戶端，通過客戶端訪問監(jiān)測服務器，調取數(shù)據(jù)查看機組狀態(tài)。硬件電路采用先進PCB設計技術，并且所有芯片均采用低功耗小型貼片器件，在有限的體積空間內(nèi)，一臺裝置可同步監(jiān)測32路振動信號、96路工藝信號，128路開關量信號，更適合艦船狹小的艙室環(huán)境。對于艦船設備監(jiān)測，既可以讓船員在艙室現(xiàn)場直接了解設備軸系的運行狀態(tài)，亦可以在監(jiān)控室集中監(jiān)控，通過外置設備拓展，甚至可以通過海事衛(wèi)星于基地遠程監(jiān)控。對于陸用設備，本監(jiān)測方法不僅可通過PC機于局域網(wǎng)內(nèi)或因特網(wǎng)了解軸系運行狀態(tài)，還可以通過于手機終端安裝相應客戶端，于現(xiàn)場或遠程通過手機直接查看機組狀態(tài)。很大程度上拓展了設備的使用范圍，提高了系統(tǒng)使用的靈活性和便捷性。外圍輸入輸出模塊主要包含可實現(xiàn)良好人機交互的電容式觸摸屏和薄膜按鍵，實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示輸出的配機LCD顯示屏和可外擴的監(jiān)控室顯示大屏，以及可實現(xiàn)于上位服務器或手機終端良好的數(shù)據(jù)交互的以太網(wǎng)接口、USB接口、串口等數(shù)字傳輸接口。裝置采用無鍵盤、無鼠標、無常規(guī)硬盤硬件，這樣減少現(xiàn)場易損部件；
裝置采用多CPU技術，每個CPU負責不同功能，獨立工作互不干擾；裝置的模塊化結構，各種功能分屬不同硬件模塊，不僅提高了可靠性還提高了系統(tǒng)的可維護性；裝置采用Linux系統(tǒng)架構嵌入式實時操作系統(tǒng)，更穩(wěn)定、更可靠，可完全避免病毒干擾，且所有軟件編寫亦嚴格遵守LINUX系統(tǒng)架構，經(jīng)過嚴格無故障測試，這樣提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性；數(shù)據(jù)通訊采用標準的TCP/IP網(wǎng)絡通訊協(xié)議，使得數(shù)據(jù)通訊更可靠。裝置的以上功能和結構上的特點，使得裝置可適應較之陸用更為復雜的船用環(huán)境，可保證裝置在船用環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性。
權利要求
1.一種船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在干，包括模擬信號處理模塊、(PU模塊、外圍輸入輸出模塊及電源管理模塊，振動信號、エ藝信號和轉速鍵相信號經(jīng)過模擬信號處理模塊處理轉換后，送入CPU模塊計算儲存，輸入輸出模塊與CPU模塊交換數(shù)據(jù)，電源管理模塊包含電源處理電路和電源電壓監(jiān)控與復位電路，電源處理電路為各個模塊芯片提供電源，電源電壓監(jiān)控與復位電路接收各電源信號，輸出報警和控制信號。
2.根據(jù)權利要求I所述船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述振動信號經(jīng)過模擬信號處理模塊的隔直電路后，振動交流信號依次經(jīng)過自動反饋放大電路、中心頻率自動可調的跟蹤濾波電路后，進入同步并行采用A/D轉換器進行A/D轉換后輸出CPU模塊；振動信號和エ藝信號通過模擬信號處理模塊的8選I模擬開關進行通道快速切換后，輸出的振動信號經(jīng)過隔交電路轉為振動直流信號，振動直流信號和エ藝信號依次經(jīng)過自動放大電路和A/D轉換器轉換后輸出CPU模塊；轉速鍵相信號先通過模擬信號處理模塊的低 通濾波器濾除轉速采集范圍以外的高頻干擾，而后經(jīng)過比較器和光耦隔離輸出標準方波信號到CPU模塊。
3.根據(jù)權利要求I所述船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述輸入輸出模塊包含人機交互的電容式觸摸屏和薄膜按鍵，數(shù)據(jù)顯示的LCD顯示屏和可外擴的監(jiān)控室顯示大屏，數(shù)據(jù)交互的以太網(wǎng)接ロ、USB接ロ、串ロ、GPIO通用輸入輸出擴展ロ。
4.根據(jù)權利要求I所述船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述CPU模塊包含0MAP-138微處理器最小系統(tǒng)和FPGA現(xiàn)場可編程門陣列，OMAP最小系統(tǒng)主要包含雙核0MAP-138芯片、存儲系統(tǒng)、晶振時鐘系統(tǒng)以及觸摸屏顯示驅動電路；前端采集信號模數(shù)轉換后數(shù)據(jù)進入FPGA現(xiàn)場可編程門陣列進行預處理、邏輯控制和譯碼。
5.根據(jù)權利要求4所述船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述OMAP-138包含C6747 DSP和ARM926J兩塊CPU，F(xiàn)PGA現(xiàn)場可編程門陣列輸出的采集信號送入DSP芯片進行運算，ARM芯片輸出顯示結果，與各型接口數(shù)據(jù)的通訊。
6.一種船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測方法，包括船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于，具體包括如下步驟 1)確定監(jiān)測方案根據(jù)旋轉機械設備及軸系的類型、特點以及所需監(jiān)測參數(shù)考慮布置傳感器的類型、數(shù)量、位置；根據(jù)這個艙室環(huán)境條件確定裝置走線方式、裝置布置位置；根據(jù)全船現(xiàn)有條件確定數(shù)據(jù)通訊方式，如果不具備全船網(wǎng)絡監(jiān)控模式，即可選擇脫機黑匣子監(jiān)測模式，如可進行全船局域網(wǎng)布置，則可選擇局域網(wǎng)監(jiān)控室監(jiān)測模式，甚至整船具備海事衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)能力，系統(tǒng)可采用衛(wèi)星通信遠程監(jiān)測模式； 2)布置傳感器及布線根據(jù)確定的方案在機組軸系每個軸承附近布置振動位移傳感器，在設備關鍵部位布置振動速度或是加速度傳感器，在每個軸系下布置轉速傳感器，根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測的要求布置不同類型的油溫、油壓、氣壓、液壓エ藝信號傳感器和接入開關量信號，然后根據(jù)方案布置屏蔽連接線和安放監(jiān)測裝置，并連接所有設備，將裝置設置至調試模式，調試前端所有傳感器直至確保無任何問題為止； 3)待所監(jiān)測機組開機運行后，振動位移傳感器將采集到的振動位移傳感器送入裝置，裝置模擬信號處理部分將信號分為直流與交流，通過各自的模擬信號處理電路后，將轉換后的數(shù)字信號送入后端CPU模塊； 4)首先接受轉換后的數(shù)字信號是FPGA內(nèi)核，F(xiàn)PGA將轉換后的數(shù)字信號大小端轉換、重新打包整理后發(fā)送給0MAP-138的DSP ； 5)進入DSP后，DSP先將信號作數(shù)字濾波，根據(jù)ARM指令進行算法處理，DSP對數(shù)字信號進行變換或處理后，將數(shù)據(jù)交給OMAP的ARM內(nèi)核； 6)ARM內(nèi)核的運行流程是，由外置SPIflash的引導程序啟動嵌入式操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)啟動后逐步加載各種外設驅動，而后啟動裝置界面，用戶或船員通過裝置界面輸入要求參數(shù)，ARM響應后，向DSP發(fā)出請求要求DSP對數(shù)據(jù)進行小波變換，DSP響應并完成后將處理完畢的數(shù)據(jù)發(fā)送給ARM，ARM接收后通過界面程序在屏幕上繪制相應圖形； 7)在ARM顯示界面運行的同吋，對所采集的數(shù)據(jù)以日常數(shù)據(jù)庫、啟停機數(shù)據(jù)庫、黑匣子數(shù)據(jù)庫的形式保存于裝置固態(tài)硬盤上，若裝置采用脫機黑匣子監(jiān)測模式，則可通過裝置通訊接ロ，將存儲于固態(tài)硬盤的歷史數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測站對數(shù)據(jù)進行詳細分析、診斷； 8)若監(jiān)測裝置采用全船網(wǎng)絡監(jiān)控模式，各個機組的監(jiān)測裝置發(fā)送數(shù)據(jù)包給監(jiān)測站，監(jiān)測站的應用軟件根據(jù)用戶的需要進行相應的數(shù)據(jù)處理、顯示、診斷，同時將所有數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫形式按不同機組存儲于監(jiān)測站服務器的大容量硬盤； 9)若采用遠程監(jiān)控模式，用戶可通過遠程計算機瀏覽器輸入監(jiān)測站服務器IP地址，并進行相應權限登錄以后，調取存儲于監(jiān)測站服務器上的數(shù)據(jù)，若用戶需通過手機訪問，可安裝相應手機客戶端，通過客戶端訪問監(jiān)測服務器，調取數(shù)據(jù)查看機組狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種船用旋轉機械軸系振動狀態(tài)監(jiān)測裝置及方法，振動信號、工藝信號和轉速鍵相信號經(jīng)過模擬信號處理模塊處理轉換后，送入CPU模塊計算儲存，輸入輸出模塊與CPU模塊交換數(shù)據(jù)，電源管理模塊包含電源處理電路和電源電壓監(jiān)控與復位電路，電源處理電路提供電源同時對電源進行電壓監(jiān)控與復位。裝置體積小更適合艦船狹小的艙室環(huán)境；可以讓船員在艙室現(xiàn)場直接了解設備軸系的運行狀態(tài)，亦可以在監(jiān)控室集中監(jiān)控，提高了系統(tǒng)使用的靈活性和便捷性；裝置采用多CPU技術，每個CPU負責不同功能，獨立工作互不干擾；裝置的模塊化結構，不僅提高了可靠性還提高了系統(tǒng)的可維護性，數(shù)據(jù)通訊采用標準的TCP/IP網(wǎng)絡通訊協(xié)議，使得數(shù)據(jù)通訊更可靠。
文檔編號G01H17/00GK102735329SQ20121019298
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月13日 優(yōu)先權日2012年6月13日
發(fā)明者周璞, 張亮, 彭勇晟, 章藝, 符棟梁, 高驥超 申請人:中國船舶重工集團公司第七0四研究所