專利名稱：一種利用壓電效應(yīng)測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械往復(fù)振動的筆試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械的往復(fù)振動的設(shè)備，尤其涉及利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械的往復(fù)振動的速度值的裝置。
背景技術(shù)：
在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動保護(hù)中，評價機(jī)械振動的參考主要有振動加速度、振動速度、振動位移。振動速度反映振動的快慢，其中經(jīng)常需要測量振動速度的有效值(RMS表示)?，F(xiàn)有的測量振動速度的便攜式設(shè)備中，有以下三大缺點I、只單獨把測量的值顯示出來，對測量結(jié)果沒有評價，對機(jī)器沒有保護(hù)動作指導(dǎo)。
到底測量結(jié)果怎么樣，需要用戶記下測量值后，要么憑經(jīng)驗感覺進(jìn)行判斷，要么就是比對《機(jī)器振動評級標(biāo)準(zhǔn)》。目前測量振動速度的便攜式設(shè)備基本上都是在設(shè)備表面印刷一個評價標(biāo)準(zhǔn)或者只在說明書中給出評價標(biāo)準(zhǔn)。要在評價標(biāo)準(zhǔn)中找出評判結(jié)果雖然說不是很困難，但難免會出錯，也不是很方便，而且對剛接觸的機(jī)器振動的人就更容易出錯了。這樣對操作機(jī)器的員工要求就很高了，如果沒有迅速反應(yīng)，可能立即造成機(jī)器的損壞，后果無法估量。2、顯示暗淡。目前大多數(shù)都是用液晶顯示，可是由于體積和功耗的原因，沒有做背光，因此比較暗淡，在光線不好或視角不好時就難看清顯示數(shù)據(jù)了。
3、測量精度低?，F(xiàn)有的測量振動速度的便攜式設(shè)備的量程采用200mm/s的量程，而分辨率只有
O.lmm/s，相對于一般的機(jī)械振動速度在20mm/s就已經(jīng)很大的情況下，量程較大但精度太低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用壓電效應(yīng)測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械往復(fù)振動的筆試裝置，解決現(xiàn)有設(shè)備只有測量值顯示，沒有評價和保護(hù)動作指導(dǎo)，測量值精度不夠，設(shè)備顯示暗淡的缺陷。技術(shù)方案一種利用壓電效應(yīng)測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械往復(fù)振動的筆試裝置，包括內(nèi)置式壓電加速度傳感器和升壓電源電路，其特征在于所述壓電加速度傳感器連接信號預(yù)處理電路，將壓電加速度傳感器的信號傳送至信號預(yù)處理電路進(jìn)行信號過濾，過濾后傳送至A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)處理電路，所述單片機(jī)處理電路包括判斷模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、測量數(shù)據(jù)保存模塊和評判比較模塊，及顯示輸出模塊，所述顯示輸出模塊連接顯示電路，所述升壓電源電路的輸入部分連接電池，輸出分別與壓電加速度傳感器、信號預(yù)處理電路、單片機(jī)處理電路和顯示電路連接。所述信號預(yù)處理電路包括信號放大低通濾波電路，積分放大電路和真有效值檢波電路，將壓電加速度傳感器傳送來的信號進(jìn)行放大、濾波、積分和真有效值檢波后變成直流電壓信號傳送至a/d轉(zhuǎn)換電路。所述單片機(jī)處理電路還包括測量類型選擇模塊、量程選擇模塊和定時關(guān)機(jī)模塊，所述量程選擇模塊與數(shù)據(jù)處理模塊連接。裝置還包括開關(guān)按鍵，所述開關(guān)按鍵與所述單片機(jī)處理電路的定時關(guān)機(jī)模塊連接，所述定時關(guān)機(jī)模塊還分別與單片機(jī)處理電路的判斷模塊和升壓電源電路相連接，包括設(shè)定時間關(guān)機(jī)子模塊和振動檢測關(guān)機(jī)子模塊。所述顯示電路采用OLED顯示電路。有益效果本發(fā)明通過采用信號預(yù)處理電路對壓電加速度傳感器傳送的信號進(jìn)行放大、高低 通濾波、積分、有效值檢波處理提高了測量精度，采用單片機(jī)處理電路除了能通過設(shè)置判斷及比較模塊進(jìn)行振動評判，直接輸出保護(hù)動作指導(dǎo)之外，還能通過設(shè)置量程選擇更好的提高測量精度，以及通過設(shè)置定時關(guān)機(jī)降低功耗，延長裝置和電池使用壽命。


圖I為本裝置外觀示意圖。 圖2為本裝置內(nèi)部組成示意框圖。圖3為本裝置內(nèi)單片機(jī)處理電路組成示意框圖。圖4為本裝置工作流程示意框圖。其中1_壓電加速度傳感器，2-0LED顯示屏，3-電池，4_開關(guān)按鍵，5-電池蓋。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例和附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。針對現(xiàn)在的測振儀的缺點，現(xiàn)重新設(shè)計新的利用壓電效應(yīng)測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械的往復(fù)振動的裝置。本裝置主要包括內(nèi)置式壓電加速度傳感器I、升壓電源電路、信號預(yù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)處理電路，OLED顯示電路等組成。由于是便攜式設(shè)備，因此必須考慮功耗，要盡可能選用低功耗的元器件。升壓電源電路電源采用3. 6V的鋰電池供電，需要的各路電源通過專門的電源升壓芯片對電源進(jìn)行調(diào)整。電路中傳感器至少需要IOV的電源電壓、信號預(yù)處理電路需要±5V的電源電壓，OLED顯示電路需要7. 2V電源電壓。分析后發(fā)現(xiàn)傳感器的電源和信號預(yù)處理的電源可以用同一電源，以減化電源。通過LT1944電源升壓芯片就可以將3. 6V的電池電源轉(zhuǎn)換為±5V，7. 2V的電源電壓。內(nèi)置式壓電加速度傳感器主要功能是將機(jī)械振動反映成電壓信號。根據(jù)壓電效應(yīng)，將壓電陶瓷產(chǎn)生的電荷信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為電壓信號，靈敏度為10mV/mm/s2。為了后面預(yù)處理電路的簡化，本設(shè)計去掉了普通壓電式加速度傳感器的偏置電壓，采用±5V電源給傳感器供電。內(nèi)置式壓電加速度傳感器除了考慮電學(xué)參數(shù)外，還要考慮機(jī)械尺寸和屏蔽，機(jī)械尺寸越小越好。具體外觀形狀如附圖I所示。
信號預(yù)處理電路由于機(jī)械振動是有一定的頻率范圍，因此通過濾波電路能濾掉部分干擾信號。內(nèi)置式壓電加速度傳感器輸出的是加速度信號，靈敏度為10mV/mm/s2，信號需要放大，濾波，積分、真有效值檢波后變成直流電壓進(jìn)A/D轉(zhuǎn)換電路。A/D轉(zhuǎn)換電路采用單片機(jī)內(nèi)部的10位A/D，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。單片機(jī)處理電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行分析處理，根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)給出評判結(jié)果，并顯示測量值、顯示評判結(jié)果和后步保護(hù)動作指導(dǎo)。為減小電路板的體積，盡量減少元器件，單片機(jī)就不用外部晶振，用內(nèi)部晶振，燒程序的JTAG接口電路也去掉，只是要先將單片機(jī)的程序燒入單片機(jī)后再焊接單片機(jī)，減少了很大的電路板面積，也少布了很多線。面板的按鍵通過單片機(jī)控制來實現(xiàn)開關(guān)機(jī)、類型選擇，測量數(shù)據(jù)保持的功能。由于使用了單片機(jī)，將振動的評判標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置于模塊和程序中，通過單片機(jī)處理電 路的判斷模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、測量數(shù)據(jù)保存模塊和評判比較模塊及顯示輸出模塊，自動實現(xiàn)振動速度值的測量、振動值的評價、輸出顯示功能，通過測量類型選擇模塊、量程選擇模塊和定時關(guān)機(jī)模塊實現(xiàn)測量類型選擇、量程選擇、測量數(shù)據(jù)保持、定時關(guān)機(jī)等功能，而且簡化了很多電路。一般的機(jī)械振動速度在20mm/s就很大了，沒有必要像現(xiàn)在的設(shè)備設(shè)置200mm/s的量程，在相同的分辨率下，量程越大精度越低，因此設(shè)計增加了量程選擇模塊進(jìn)行量程的設(shè)定。顯示電路本設(shè)計采樣非常節(jié)能的O. 84寸的OLED顯示屏，亮度高，即使在黑暗的地方也能清楚地看到顯示。OLED顯示屏2尺寸為38. 10X9. 20X1. 60mm，分辨率為96X16點，外接電路簡
單，通過I2C與單片機(jī)通訊。亮度可以通過外界的供電電源電壓的高低來控制。
具體工作情況是當(dāng)裝上電池后，單片機(jī)上電，程序初始化，給顯示和傳感器供電的電源選通，升壓電源電路開始工作，升壓電源電路產(chǎn)生的電源電壓給壓電加速度傳感器I供電，壓電加速度傳感器I產(chǎn)生信號，經(jīng)過信號預(yù)處理電路后進(jìn)單片機(jī)的A/D，單片機(jī)處理電路處理好數(shù)據(jù)后通過兩線串行接口輸出給OLED顯示屏。如果長時間沒有振動，單片機(jī)處理電路輸出電源控制信號，關(guān)閉升壓電源電路，使壓電加速度傳感器不工作，OLED不顯示，單片機(jī)處理電路進(jìn)入睡眠模式；要喚醒單片機(jī)處理電路，按一下裝置上開關(guān)按鍵4 “HOLD鍵”，單片機(jī)處理電路重新開始工作，輸出電源控制信號，壓電加速度傳感器I開始工作，OLED顯示屏2顯示。若在測量過程中按住“HOLD”鍵，顯示保持松開的那一瞬間的振動值不變,15S后自動關(guān)機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。設(shè)計中，考慮到裝置是便攜式設(shè)備，體積越小越好，功耗越小越好。因此芯片全部選擇微功耗的芯片，信號預(yù)處理電路直接將交流信號變成直流信號，減少單片機(jī)處理電路的數(shù)據(jù)處理，從而降低單片機(jī)的頻率，減少單片機(jī)的功耗。本裝置通過采用信號預(yù)處理電路對壓電加速度傳感器傳送的信號進(jìn)行放大、高低通濾波、積分、有效值檢波處理提高了測量精度，采用單片機(jī)處理電路除了能通過設(shè)置判斷及比較模塊進(jìn)行振動評判，直接輸出保護(hù)動作指導(dǎo)之外，還能通過設(shè)置量程選擇更好的提高測量精度，以及通過設(shè)置定時關(guān)機(jī)降低功耗，延長裝置和電池使用壽命等。本裝置的有益效果還體現(xiàn)在I、有自動評判測量結(jié)果的功能，評判結(jié)果快速、準(zhǔn)確、可靠；
2、OLED顯示，亮度高，在昏暗的環(huán)境中也能清楚顯示；3、測量結(jié)果精度高； 4、體積小、重量輕、測量方便，體積小巧便于在狹小的地方測量；5、低功耗，電池使用時間長、待機(jī)時間長。
權(quán)利要求
1.一種利用壓電效應(yīng)測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械往復(fù)振動的筆試裝置，包括內(nèi)置式壓電加速度傳感器和升壓電源電路，其特征在于所述壓電加速度傳感器連接信號預(yù)處理電路，將壓電加速度傳感器的信號傳送至信號預(yù)處理電路進(jìn)行信號過濾，過濾后傳送至A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)處理電路，所述單片機(jī)處理電路包括判斷模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、測量數(shù)據(jù)保存模塊和評判比較模塊，及顯示輸出模塊，所述顯示輸出模塊連接顯示電路，所述升壓電源電路的輸入部分連接電池，輸出分別與壓電加速度傳感器、信號預(yù)處理電路、單片機(jī)處理電路和顯示電路連接。
2.如權(quán)利要求I所述的利用壓電效應(yīng)測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械往復(fù)振動的筆試裝置，其特征在于所述信號預(yù)處理電路包括信號放大低通濾波電路，積分放大電路和真有效值檢波電路，將壓電加速度傳感器傳送來的信號進(jìn)行放大、濾波、積分和真有效值檢波后變成直流電壓信號傳送至A/D轉(zhuǎn)換電路。
3.如權(quán)利要求I所述的利用壓電效應(yīng)測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械的往復(fù)振動的裝置，其特征在于所述單片機(jī)處理電路還包括測量類型選擇模塊、量程選擇模塊和定時關(guān)機(jī)模塊，所述量程選擇模塊與數(shù)據(jù)處理模塊連接。
4.如權(quán)利要求3所述的利用壓電效應(yīng)測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械往復(fù)振動的筆試裝置，其特征在于裝置還包括開關(guān)按鍵，所述開關(guān)按鍵與所述單片機(jī)處理電路的定時關(guān)機(jī)模塊連接，所述定時關(guān)機(jī)模塊還分別與單片機(jī)處理電路的判斷模塊和升壓電源電路相連接，包括設(shè)定時間關(guān)機(jī)子模塊和振動檢測關(guān)機(jī)子模塊。
5.如權(quán)利要求I所述的利用壓電效應(yīng)測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械往復(fù)振動的筆試裝置，其特征在于所述顯示電路采用OLED顯示電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械的往復(fù)振動的設(shè)備，屬于工業(yè)檢測設(shè)備領(lǐng)域。一種利用壓電效應(yīng)測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械往復(fù)振動的筆試裝置，包括內(nèi)置的壓電加速度傳感器和升壓電源電路，其特征在于所述壓電加速度傳感器連接信號預(yù)處理電路，將壓電加速度傳感器的信號傳送至信號預(yù)處理電路進(jìn)行信號過濾，過濾后傳送至A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)處理電路，所述單片機(jī)處理電路包括判斷模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、測量數(shù)據(jù)保存模塊和評判比較模塊，及顯示輸出模塊，所述顯示輸出模塊連接顯示電路，所述升壓電源電路的輸入部分連接電池，輸出分別與壓電加速度傳感器、信號預(yù)處理電路、單片機(jī)處理電路和顯示電路連接。
文檔編號G01H11/08GK102721463SQ20111040438
公開日2012年10月10日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者徐健 申請人:上海瑞視儀表電子有限公司