[实用新型]一种小型化多通道旋转设备微弱信号无线采集系统

说明书

1、技术领域

本实用新型涉及大型旋转复杂环境下的小型化多通道微弱信号无线采集系统，是一种在体积和重量严格受限条件下，实时采集监测大型旋转设备传感数据变化情况的装置，涉及远端(旋转设备)信号采集和采集参数控制、无线通信、本地(控制端)数据管理和实时信号分析等，能应用于大型旋转设备的信号采集。 

2、背景技术

旋转环境下的微弱信号采集是旋转设备测控技术的前沿领域，它是检测大型旋转设备运行质量的关键问题之一。对旋转设备的信号采集不同于一般环境中的弱信号采集，它具有环境恶劣、干扰大、工作条件苛刻、性能要求高等特点，一般环境中的弱信号采集技术很难直接用于旋转设备环境中。旋转设备信号采集大多采用用线方式，一般通过电刷实现采集信号的传输，这种方式的灵活性和机动性受到较大限制。 

要完成大型旋转设备的微弱信号无线采集，必须解决以下关键问题：(1)采集调理电路装置空间严格受限；(2)电路装置不能影响旋转设备运行；(3)抗干扰和抗震问题。 

3、实用新型内容

本实用新型目的在于针对大型旋转设备旋转部分传感数据灵活采集的问题，提供一种小型化多通道微弱信号的无线采集系统，在不影响旋转设备正常工作的前提下，实现多个传感器信号的长时间采集和数据的实时分析功能，具有体积小、通道配置灵活、采集通道多、检测性能高、工作稳定等特点。 

系统包括远端数据采集子系统和本地管理子系统两大子系统。远端数据采集子系统放置于转动台上，由程控增益放大器、程控滤波器、模数转换器、采集控制电路和无线通信电路构成，完成多通道(可达30通道)传感器信号的调理检测，并通过无线通信电路将远端数据采集子系统和本地管理子系统连接起来，实现采集控制指令和采样数据的无线传输。本地管理系统主要由控制计算机、无线网络适配器构成，完成向远端采集系统发射采集触发脉冲、与远端采集系统的数据无线收发、采集数据存储转发及分析处理等功能。 

系统采用层次模块化结构，远端数据采集子系统分为核心控制部分和数据采集部分。数据采集方面，每个数据采集通道构成一个小采集模块，再将每10个通道构成一个采集层，三个采集层即可实现30个通道的数据采集工作，并可根据实际情况调整采集模块数及其通道数，以实现更多通道传感器信号的调理与采集。核心控制方面，通过无线通信模块接收从本地管理子系统发出的指令，根据接收到的指令生成相应通道的配置参数再发送至各采集模块，并完成采样 数据存储、发送以及其它外设管理等功能。考虑到同步脉冲的实时性、采集数据的可靠性要求，使用两个相互独立的无线通道传输同步脉冲和采集数据。同步脉冲采用基于前向纠错编码的低速数据传输模块保证实时性和可靠性，采集数据采用基于802.11g的无线传输链路和FTP文件传输技术实现高速可靠传输。 

在远端数据采集子系统中，采用低功耗、低漂移的程控仪用放大器AD625和AD526作为第一级和第二级放大器，对不同传感器输入信号设置不同的增益参数，实现传感器信号的灵活检测。为降低采集过程中的噪声干扰和抗混叠处理，在放大器的输出端连接4阶巴特沃斯有源低通滤波器，该滤波器的通带平坦且-3dB处的衰减斜率大，能够有效保留低频信号和去除高频信号。另外，在采集模块上的FPGA通过配置相关参数来实现截止频率可调的滤波器，达到滤波器程控的目的。为保证旋转设备实验的可靠性和稳定性，防止无线通信在实验过程中出现故障，需要将采集得到传感器数据存储于远端采集子系统，采用FPGA和PC104相结合的方式来实现该功能，以满足复杂旋转设备环境条件下的数据存储和无线传输要求。 

4、附图说明

图1为远端数据采集子系统原理框图 

图2为一路信号采集电路的实施原理框图 

图3远端数据采集子系统结构图 

5、具体实施方式

以下结合附图对本实用新型详细说明。 

(1)远端采集子系统： 

远端采集子系统的原理框图如图1所示，主要包含两大部分，即数据采集部分和核心控制部分。数据采集部分完成传感器信号调理及采集控制模块，核心控制部分主要包括主控模块、PC104工控机模块和无线通信模块。其中，采集控制模块和主控模块均选用FPGA芯片，其型号分别为XC3S50和XC3S 1500，PC104的型号选用104-1645CLDN。