电流型振动温度传感器及其多参量接口模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种电流型振动温度传感器及其多参量接口模块，包括ICP传感器、恒流恒压源、信号分离电路、减法器电路、全波整流电路、包络解调电路、低通滤波电路和2个一次积分电路，多参量信号提取电路经由连接器JK1、屏蔽双绞线、连接器JK2组成的信号连接组件与到安装于被监测对象之上的ICP传感器连接；其有益效果是：传感器采用量线制恒流源工作方式，信号提取电路采用恒压源工作方式，可提取被监测对象运行中的振动加速度、振动速度、振动位移、冲击、温度等5个参量，解决了机电设备运行状态监测中被监测对象安装空间受限的问题，有效抑制机电设备运行工况下的复杂电磁干扰，进而优化监测系统结构以提高稳定性和可靠性。化监测系统结构以提高稳定性和可靠性。化监测系统结构以提高稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
电流型振动温度传感器及其多参量接口模块


[0001]本技术涉及一种大型机电设备运行状态监测的传感器和检测电路，尤其涉及一种电流型振动温度传感器及其多参量接口模块。

技术介绍

[0002]传感器技术作为信息技术的三大基础之一，是当前各发达国家竞相发展的高技术。传感器类似于人类为了获取外界信息所必须借助的感觉器官，是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，是实现自动检测和自动控制的首要环节。一般来说一个传感器只能测量一个物理量，为了能准确全面的认识对象和环境，以进一步进行监测或控制，往往需要多个传感器来同时测量多个物理量，使得系统结构庞大而复杂，降低其可靠性和稳定性。
[0003]ICP(Integrated Circuits Piezoelectric)传感器就是指内置的压电传感器。它采用现代集成电路技术将传统的电荷放大器置于传感器中，所有高阻抗电路都密封在传感器内，并以低阻抗电压方式输出，输出电压幅值与加速度成正比。ICP传感器是一种新型的加速度传感器，它的输出信号不能直接被AD采集电路获取，必须经恒流源电路为其供电，并将其信号调理为监测系统所需的形式。ICP传感器具有以下优点：（1）不需要连接电荷放大器，使用方便、灵活、特别适用于现场测试及在线监测；（2）精度高，不易受现场干扰，由于ICP传感器输出的是放大后的信号，所以干扰对其影响小，信噪比高。即使在恶劣的工厂环境下，ICP加速度传感器也可以利用普通的同轴电缆对电压信号进行远距离的传输；这就是ICP加速度传感器被广泛应用的原因，但其需要恒流源为其供电。
[0004]压电加速度在振动与冲击中应用最为广泛，但由于压电传感器的压敏元件具有很高阻抗，需要一个前置将传感器的高阻抗输出信号转换为低阻抗信号。外置的前置放大器可分为电压放大器与电荷放大器两种，电压放大器虽然结构简单、线性度和稳定性好，但它的灵敏度受分布电容的影响，当连接电缆长度发生变化时，电压灵敏度也会随之发生变化。电荷放大器的灵敏度虽然受电缆分布电容的影响很小，但电缆受到振动和弯曲时，电缆芯线和绝缘体之间、绝缘体和金属屏蔽层之间由于相对摩擦产生静电荷，会造成电缆噪声；这些都给测试工作带来了麻烦。ICP传感器与外置前置放大器的压电传感器相比，它可以克服以上缺点。
[0005]大型机电设备运行工况复杂、工作环境恶劣、干扰因素繁多，常易受到冲击、摩擦等外部作用，这是状态监测传感器的设计与制作中难以解决的问题。在大型机电设备运行状态监测中，每一关键零部件的运行参量都需要进行监测，如果采用单参量传感器，则传感器数量过多，会导致安装困难、监测系统结构复杂、信息采集分散、信号传输过程易受干扰，这就给大型机电设备的状态监测和故障诊断带来了一定的困难。现有大型机电设备状态监测方法主要有：温度监测、振动冲击监测、温度与振动综合监测三种方法。基于温度升高是某些部件出现故障后并临近引起事故的一种外在特征表现，如我国旅客列车大都采用了列
车轴温监测报警装置；但并不是所有的故障都必然导致温度升高（如齿轮故障、踏面故障和部分的轴承工作面损伤），因此，对于大型机电设备通常采用温度与振动综合监测的方法。实践表明，单独的温度监测报警是不全面的、也是不完备的，虽然通过温度与振动综合监测的方法使监测效果得到一定的改善，但还存在一些问题：振动冲击监测传感器会因强烈电磁干扰影响而导致误诊误判，同时避免不了因敏感元件失效而造成的误诊或漏诊。为此，希望尽可能把几种敏感元器件制作在一起，使一个多参量传感器能同时测量几个参数、具有多种功能，不但便于大型机电设备状态监测系统的安装与维护，同时也提高了监测系统的稳定性和可靠性。
[0006]典型的ICP传感器通常采用恒流源供电，供电电缆同时作为信号输出线，输出低阻抗信号。整个系统包括ICP传感器、普通的双芯电缆和一个不间断电源，所有的ICP系统都需要一个不间断电源为ICP传感器提供恒定的电流。为适应大型机电设备在线状态监测，在典型ICP传感器的基础之上增加温度敏感元件以形成一种多参量ICP传感器，再研究用于该多参量ICP传感器的多参量信号提取电路模块，优化了监测系统结构，提高了系统的稳定性和可靠性；一定程度上减少了大型机电设备监测系统的安装成本、人力资源、财力资源，可为监测系统提供大量而且全面的监测数据，使大型机电设备的故障诊断更加准确可靠，对保证大型机电设备运行安全具有重要意义。因此，开发一种电流型振动温度传感器及其多参量接口模块非常必要。

技术实现思路

[0007]针对目前ICP传感器、传感信号提取方面存在的不足，本技术公开了一种电流型振动温度传感器及其多参量接口模块。
[0008]本技术采用的技术方案是：一种电流型振动温度传感器及其多参量接口模块， 包括ICP传感器、恒流恒压源、信号分离电路、减法器电路、全波整流电路、包络解调电路、低通滤波电路和两个一次积分电路，多参量信号提取电路经由连接器JK1、屏蔽双绞线、连接器JK2组成的信号连接组件与到安装于被监测对象之上的ICP传感器连接；其特征是：所述的ICP传感器由温度敏感元件、振动冲击敏感元件、检测电路组成，多参量信号提取电路包括恒流恒压源与信号分离电路、低通滤波与积分电路、包络解调电路、全波整流与减法器电路，恒流源用作ICP传感器的工作电源，恒压源用作多参量信号提取电路的工作电源，信号分离电路用于从ICP传感器的电源上分离出去除ICP传感器静态工作电流的直流分量信号V
DC
、交流分量信号V
AC1
和V
AC2
并为后续电路提供信号直流参考电平VREF，交流分量信号V
AC2
经低通滤波后得到监测信号中的振动加速度信号V
out1
、振动加速度信号V
out1
经一次积分后得到振动速度信号V
out2
、振动速度信号V
out2
再经一次积分后得到振动位移信号V
out3
，交流分量信号V
AC2
经包络解调后监测信号中的冲击信号V
out4
，直流分量信号V
DC
经减法器减去交流分量信号V
AC1
经全波整流电路后的振动冲击直流分量而得到被监测对象的温度信号V
out5
，解决了机电设备运行状态监测中被监测对象安装空间受限的问题，有效抑制机电设备运行工况下的复杂电磁干扰，进而优化监测系统结构以提高稳定性和可靠性。
[0009]在本技术中，所述的ICP传感器内置有温度敏感元件Rt、振动冲击敏感元件YDP和检测电路，温度敏感元件Rt为Pt系列铂热电阻，振动冲击敏感元件YDP为压电陶瓷晶体，测电路由双运放IC1、电阻R1~R7、电容C1~C6组成；振动冲击敏感元件YDP的正极连接至
由运放IC1B、电阻R1、电容C1组成的电荷放大器，振动冲击敏感元件YDP的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电流型振动温度传感器及其多参量接口模块， 包括ICP传感器、恒流恒压源、信号分离电路、减法器电路、全波整流电路、包络解调电路、低通滤波电路和两个一次积分电路，多参量信号提取电路经由连接器JK1、屏蔽双绞线、连接器JK2组成的信号连接组件与到安装于被监测对象之上的ICP传感器连接；其特征是：所述的ICP传感器由温度敏感元件、振动冲击敏感元件、检测电路组成，多参量信号提取电路包括恒流恒压源与信号分离电路、低通滤波与积分电路、包络解调电路、全波整流与减法器电路，恒流源用作ICP传感器的工作电源，恒压源用作多参量信号提取电路的工作电源，信号分离电路用于从ICP传感器的电源上分离出去除ICP传感器静态工作电流的直流分量信号V
DC
、交流分量信号V
AC1
和V
AC2
并为后续电路提供信号直流参考电平VREF，交流分量信号V
AC2
经低通滤波后得到监测信号中的振动加速度信号V
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、振动加速度信号V
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经一次积分后得到振动速度信号V
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、振动速度信号V
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再经一次积分后得到振动位移信号V
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，交流分量信号V
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经包络解调后监测信号中的冲击信号V
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，直流分量信号V
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经减法器减去交流分量信号V
AC1
经全波整流电路后的振动冲击直流分量而得到被监测对象的温度信号V
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，解决了机电设备运行状态监测中被监测对象安装空间受限的问题，有效抑制机电设备运行工况下的复杂电磁干扰，进而优化监测系统结构以提高稳定性和可靠性。2.根据权利要求1所述的电流型振动温度传感器及其多参量接口模块，其特征在于：所述的ICP传感器内置有温度敏感元件Rt、振动冲击敏感元件YDP和检测电路，温度敏感元件Rt为Pt系列铂热电阻，振动冲击敏感元件YDP为压电陶瓷晶体，测电路由双运放IC1、电阻R1~R7、电容C1~C6组成；振动冲击敏感元件YDP的正极连接至由运放IC1B、电阻R1、电容C1组成的电荷放大器，振动冲击敏感元件YDP的负极连接至由运放IC1A、电阻R2、电容C2组成的电荷放大器，连接在两个电荷放大器输出端的电阻R6为振动冲击取样电阻，C5、C6为电源退耦电容，电阻R3、R4、R5与电容C3、C4一起为两个电荷放大器提供信号直流参考电压，实现对振动冲击敏感元件YDP拾取信号的差分式电荷放大并电流取样，取R1=R2=R3=R、C1=C2=C3=C，监测对象振动、冲击变化引起振动冲击敏感元件YDP两端的电荷变化量为Q，则经过电阻R6的电流I
d
=2Q/(C*R6)；温度敏感元件Rt与限流电阻R7串联后并接在恒流源供电端与传感器地GND之间，ICP传感器静态工作电流为I
q
，通过温度敏感元件Rt的电流为I
t
，则传感器工作电流I
in
=I
q
+I
t
+I
d
是变化的，ICP传感器采用两线对绞连接方式，以有效抑制信号传输过程中的复杂电磁干扰。3.根据权利要求1所述的电流型振动温度传感器及其多参量接口模块，其特征在于：所述的恒流恒压源与信号分离电路包括由恒流芯片WD1、二极管D1、电阻R18~R19、电容C8~C9组成的恒流源，由恒压芯片WD2、电容C10~C13组成的恒压源，由运放IC2B、电阻R11~R12组成的直流参考电平VREF产生电路，由运放IC2C和IC2D、电阻R17、电容C7组成的交流分量信号V
AC1
和V
AC2
的分离电路，由运放IC2A、电阻R8~R10、电阻R13~R16组成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄采伦，张凯旋，方虎威，梁宁宁，田勇军，张磊，张钰杰，戴长城，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：新型
国别省市：