本安型振动加速度转换为电流信号的设备及方法技术

本申请揭示了一种本安型振动加速度转换为电流信号的设备及方法，该设备包括陶瓷压电元件、金属质量块、金属板和电流转换电路，金属质量块通过金属板安装于机电设备的待测位置上，陶瓷压电元件安装于金属质量块上，金属质量块在产生振动时，陶瓷压电元件产生电荷量；电流转换电路包括一级电荷放大电路、二级积分放大电路、三极放大电路和电流转换电路，陶瓷压电元件产生的电荷经一级电荷放大电路、二级积分放大电路进行和三极放大电路进行放大，最后经过电流转换电路进行电流转换后输出电流信号。本申请对电荷量进行多次放大后转换为电流输出，使得对比较小的振动的测量更为准确，提高了对振动加速度比较小的故障的识别。

【技术实现步骤摘要】
本安型振动加速度转换为电流信号的设备及方法
本专利技术属于电路设计
，涉及一种本安型振动加速度转换为电流信号的设备及方法。
技术介绍
目前煤矿的机电设备运行状态主要依靠人工目测、敲击、触摸，或通过点温计、铁谱分析仪、振动点检仪等进行离线检测，上述检测方式可靠性较差、无故障分析、无法实现机电设备潜在故障的早期预警。机电设备运行状态监测系统通过矿用本安型振动加速度传感器实时采集机电设备关键易损部件振动信号，诊断出被监测部件可能存在的不对中、不平衡、配合松动、装配不当以及轴承齿轮磨损疲劳损伤等潜在故障，对设备安全可靠运行提供有效的保障，对设备的故障预知和按需维修提供科学的解决方案。目前直接获取矿用本安型振动加速度传感器实时的加速度时，由于有些被检测部件位置处的振动加速度比较小，得到的加速度的误差比较大，导致有些振动加速度比较小的故障无法被成功识别。
技术实现思路
为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种本安型振动加速度转换为电流信号的设备及方法，技术方案如下：第一方面，本申请提供了一种本安型振动加速度转换为电流信号的设备，所述设备包括：陶瓷压电元件、金属质量块、金属板和电流转换电路，所述金属质量块通过所述金属板安装于机电设备的待测位置上，所述陶瓷压电元件安装于所述金属质量块上，所述金属质量块在产生振动时，所述陶瓷压电元件产生电荷量；所述电流转换电路包括一级电荷放大电路、二级积分放大电路、三极放大电路和电流转换电路，所述陶瓷压电元件产生的电荷量输入至所述一级电荷放大电路进行一级电荷放大，再经过所述二级积分放大电路进行二级积分放大，再经过所述三极放大电路进行三极放大，最后经过所述电流转换电路进行电流转换后输出电流信号。可选的，所述一级电荷放大电路包括：第一电阻、第一放大器、反馈电阻、第二电阻和第三电阻，其中：所述陶瓷压电元件的输出端通过所述第一电阻接入至所述第一放大器的第一引脚，所述第一放大器的第一引脚通过所述反馈电阻与所述第一放大器的第二引脚连接，所述第一放大器的第一引脚通过所述第二电阻接入参考电压Vreg上，所述第一放大器的第三引脚通过所述第三电阻接入参考电压Vreg上。可选的，所述第一电阻的阻值为100KΩ、所述反馈电阻的阻值为10KΩ，所述第二电阻的阻值为5.1KΩ，所述第三电阻的阻值为477MΩ，所述第一放大器为TLC2262轨到轨算放大器。可选的，所述二级积分放大电路包括：第四电阻、第一电容、第二电容、第一放大器、第五电阻、第六电阻，其中：所述一级电荷放大电路的输出端依次通过所述第四电阻、所述第一电容串接后与所述第一放大器的第四引脚连接，与所述第四电阻连接的所述第一电容的第一端还通过所述第二电容与所述第一放大器的第五引脚连接，所述第一电容的第二端还通过所述第五电阻与所述第一放大器的第五引脚连接，所述第一放大器的第六引脚通过所述第六电阻接入参考电压Vreg上。可选的，所述第四电阻的阻值为100KΩ，所述第一电容为2.2uf电容，所述第二电容为3.3nf电容，所述第五电阻的阻值为10MΩ，所述第六电阻的阻值为100KΩ，所述第一放大器为TLC2262轨到轨算放大器。可选的，所述三极放大电路包括：第三电容、第二放大器、第七电阻、第八电阻、运算放大器、第九电阻和第十电阻，其中：所述二级积分放大电路的输出端通过所述第三电容接入至所述第二放大器的第一引脚，所述第二放大器的第一引脚通过所述第七电阻接入参考电压Vreg上，所述第二放大器对所述第一引脚输入的信号进行RMS-TO-DC数据处理，并通过第五引脚输出电压信号；所述第五引脚通过所述第八电阻接入至所述运算放大器的第一引脚，所述运算放大器的第三引脚通过所述第九电阻接入电源VCC1，同时通过所述第十电阻接入所述运算放大器的第四引脚，实现信号三级放大的目的。可选的，所述第三电容为1nf电容，所述第二放大器和为LTC1967芯片，所述第七电阻的阻值为51MΩ，所述第八电阻的阻值为100KΩ，所述运算放大器TLV2231芯片，所述第九电阻的阻值为230KΩ，所述第十电阻的阻值为24KΩ。可选的，所述电流转换电路包括：第十一电阻、集成电流变送器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、三极管，其中：所述三极放大电路的输出端通过所述第十一电阻接入至所述集成电流变送器的第二引脚，所述集成电流变送器的第八引脚和第一引脚分别为所述一级电荷放大电路、所述二级积分放大电路和三极放大电路中的放大器提供电源VCC1和参考电压Vreg，所述集成电流变送器的第三引脚为所述陶瓷压电元件、所述一级电荷放大电路、所述二级积分放大电路和三极放大电路中的放大器的信号地；所述电流转换电路的供电电源通过所述第一二极管和所述第二二极管接入所述集成电流变送器的第七引脚，所述集成电流变送器的第七引脚、第六引脚、第五引脚接入所述三极管；所述集成电流变送器的第四引脚通过所述第三二极管输出的电流信号。可选的，所述第十一电阻的阻值为20K，所述集成电流变送器的型号为XTR115，所述第一二极管、第二二极管以及第三二极管均为ISS100二极管，所述三极管为NPN三极管9014，所述电流信号为4-20mA。第二方面，本申请还提供了一种本安型振动加速度转换为电流信号的方法，采用如第一方面以及第一方面各种可选方式中提供的本安型振动加速度转换为电流信号的设备，所述方法包括：在金属质量块产生振动时，所述陶瓷压电元件产生电荷量；所述电荷量输入至一级电荷放大电路进行一级电荷放大，再经过二级积分放大电路进行二级积分放大，再经过三极放大电路进行三极放大，最后经过电流转换电路进行电流转换后输出电流信号。根据上述技术方案，本申请至少可以实现如下有益效果：通过将安装于机电设备待测位置处的金属质量块的振动转换为电荷量，然后对电荷量进行多次放大后转换为电流输出，使得对比较小的振动的测量更为准确，提高了对振动加速度比较小的故障的识别。进一步的，本申请提供的本安型振动加速度转换为电流信号的设备配合煤矿机电设备运行状态监测系统对矿井主要机电设备的故障进行预测、预判，进行机电设备全生命周期管理，以减少非计划性停机次数、降低机电设备维护保养费用、防止安全生产事故的发生意义重大。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本专利技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。图1是本申请一个实施例中提供的本安型振动加速度转换为电流信号的设备中陶瓷压电元件、金属质量块和金属板的安装示意图；图2是本申请一个实施例中提供的本安型振动加速度转换为电流信号的设备中电流转换电路的电路图。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种本安型振动加速度转换为电流信号的设备，其特征在于，所述设备包括：陶瓷压电元件、金属质量块、金属板和电流转换电路，所述金属质量块通过所述金属板安装于机电设备的待测位置上，所述陶瓷压电元件安装于所述金属质量块上，所述金属质量块在产生振动时，所述陶瓷压电元件产生电荷量；/n所述电流转换电路包括一级电荷放大电路、二级积分放大电路、三极放大电路和电流转换电路，所述陶瓷压电元件产生的电荷量输入至所述一级电荷放大电路进行一级电荷放大，再经过所述二级积分放大电路进行二级积分放大，再经过所述三极放大电路进行三极放大，最后经过所述电流转换电路进行电流转换后输出电流信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种本安型振动加速度转换为电流信号的设备，其特征在于，所述设备包括：陶瓷压电元件、金属质量块、金属板和电流转换电路，所述金属质量块通过所述金属板安装于机电设备的待测位置上，所述陶瓷压电元件安装于所述金属质量块上，所述金属质量块在产生振动时，所述陶瓷压电元件产生电荷量；
所述电流转换电路包括一级电荷放大电路、二级积分放大电路、三极放大电路和电流转换电路，所述陶瓷压电元件产生的电荷量输入至所述一级电荷放大电路进行一级电荷放大，再经过所述二级积分放大电路进行二级积分放大，再经过所述三极放大电路进行三极放大，最后经过所述电流转换电路进行电流转换后输出电流信号。


2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述一级电荷放大电路包括：第一电阻、第一放大器、反馈电阻、第二电阻和第三电阻，其中：
所述陶瓷压电元件的输出端通过所述第一电阻接入至所述第一放大器的第一引脚，所述第一放大器的第一引脚通过所述反馈电阻与所述第一放大器的第二引脚连接，所述第一放大器的第一引脚通过所述第二电阻接入参考电压Vreg上，所述第一放大器的第三引脚通过所述第三电阻接入参考电压Vreg上。


3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第一电阻的阻值为100KΩ、所述反馈电阻的阻值为10KΩ，所述第二电阻的阻值为5.1KΩ，所述第三电阻的阻值为477MΩ，所述第一放大器为TLC2262轨到轨算放大器。


4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述二级积分放大电路包括：第四电阻、第一电容、第二电容、第一放大器、第五电阻、第六电阻，其中：
所述一级电荷放大电路的输出端依次通过所述第四电阻、所述第一电容串接后与所述第一放大器的第四引脚连接，与所述第四电阻连接的所述第一电容的第一端还通过所述第二电容与所述第一放大器的第五引脚连接，所述第一电容的第二端还通过所述第五电阻与所述第一放大器的第五引脚连接，所述第一放大器的第六引脚通过所述第六电阻接入参考电压Vreg上。


5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第四电阻的阻值为100KΩ，所述第一电容为2.2uf电容，所述第二电容为3.3nf电容，所述第五电阻的阻值为10MΩ，所述第六电阻的阻值为100KΩ，所述第一放大器为TLC2262轨到轨算放大器。


6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述三极放大电路包括：第三电容、第二放大器、第七电阻、第八电阻、运算放大器、第九电阻和第十电阻，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王展，周李兵，贾文琪，赵建军，
申请(专利权)人：天地常州自动化股份有限公司，中煤科工集团常州研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32