[发明专利]一种振动信号的便携式采集分析装置及方法

摘要

本发明公开了一种便于携带的振动信号采集分析仪及实现方法。仪器硬件由振动信号采集、数据存储、信号分析、信号显示、电源等模块组成，采用ARM和DSP双CPU实现采集控制和分析。软件包括A/D转换与存储、信号分析与处理、图形显示、振动状态判别、系统参数设置、电源管理等模块。先对振动信号传感器输出的电压信号进行放大、调理、低通滤波，再通过A/D转换芯片得到数字量的振动信号数据，然后进行时域特征指标、频谱分析、频谱校正、短时傅立叶变换等分析处理，结果用图形化方式显示于液晶屏，同时与预先设定的阈值作比较，判断检测对象振动状态是否存在异常。本装置可对多路通道的信号进行同步采样与分析，便于携带和安装。 1

主权项

1.一种振动信号的便携式采集分析装置及方法，其特征在于所述方法由以下步骤构成：

步骤1：振动信号传感器安装于被测设备表面，将设备的机械振动转换为模拟的电压信号；所述电压信号反映振动的加速度、速度或位移，根据振动频率的高低选择；

步骤2：振动信号采集模块对模拟的电压信号进行放大和滤波处理，然后进行模/数(A/D)转换，得到数字信号；

步骤3：各通道转换得到的数字信号实时以文件形式存储于SD卡，同时将时域波形实时显示于液晶屏；

步骤4：选择存储于SD卡的振动信号文件，对所选振动信号进行分析；分析方法包括时域指标、频谱分析、频谱校正、短时傅立叶变换等；分析结果显示于液晶屏；时域指标用数值和柱状图显示；频谱分析结果用二维图形显示，包括主要频率分量的幅值、频率和相位；短时傅立叶变换的时频分布结果用灰度图显示；

步骤5：根据分析结果，判断设备振动的状态是否正常，给出初步的诊断结论；判断的阈值根据设备对象由用户设置。

2.一种振动信号的便携式采集分析装置，其特征在于所述装置硬件由五部分组成：由振动信号采集模块、振动数据存储模块、振动信号分析模块、信号处理结果显示模块、电源模块；

1)振动信号采集模块包括振动信号传感器、信号放大及调理、模/数(A/D)转换芯片和数据传输接口，负责将振动信号转换为电压信号，经过适当的放大与调理，低通滤波，再将模拟量的电压信号转换为数字量信号；

2)振动数据存储模块包括SD卡、数据传输接口，将A/D转换后的数字量振动数据保存于SD卡，即使掉电也不丢失；

3)振动信号分析模块主要由数字信号处理器(DSP)及扩展芯片组成，负责振动信号的分析与处理；

4)信号处理结果显示模块包括液晶显示屏和图形驱动微控制器，负责振动数据的图形化显示；

5)电源模块负责锂电池的充放电保护以及所有模块的供电，将锂电池的12V电压转换为各模块的所需的电压；

6)硬件采用双CPU模式，振动信号的采集、存储、显示等控制由ARM微控制器完成，振动信号的分析、处理由专用的数字信号处理器DSP完成，各模块之间通过高速串行接口SPI进行数据通信；

7)A/D转换采用单独的A/D转换芯片完成，转换精度为12～16位，多路同步采样，采样频率根据需要设定，每路最高采样频率达20KHz；

8)除振动信号传感器及连接线外，所有硬件集中于一个仪器盒，方便携带。

3.一种振动信号的便携式采集分析装置，其特征在于所述装置软件由六个模块组成：A/D转换与存储模块、信号分析与处理模块、图形显示模块、振动状态判别模块、系统参数设置模块、电源管理模块；

1)A/D转换与存储模块的控制由ARM微控制器负责，转换后的数据通过DMA方式直接传送到SD卡保存，每次采样的多通道数据采用二进制格式在于同一文件，文件名根据采样日期及时间命名；

2)信号分析与处理模块实现的功能包括时域指标提取、频谱分析、频谱校正、短时傅立叶变换等，分析处理算法在专用的DSP上实现；

3)图形显示模块的控制由ARM微控制器负责，分析处理结果都图形化方式进行显示，时域指标用柱状图和数值显示，频谱图用二维曲线图显示，短时傅立叶变换的时频分布结果用灰度图显示；

4)振动状态判别模块由ARM微控制器完成，根据分析结果与预先设定的阈值，初步判断设备振动的状态是否异常，判断结果用文字输出；

5)系统参数设置的控制由ARM微控制器负责，包括日期、时间、检测对象、阈值、采样频率等，参数一经设定，保存于系统中，掉电也不会丢失；

6)电源管理模块的控制由ARM微控制器负责，完成锂电池电压与电量的检测、电量不足时的声光报警、自动关机等功能；

7)所有软件都采用C语言编程实现。