[实用新型]一种基于Cortex-M4的多路振动信号采集系统

说明书

技术领域

本实用新型属于电子检测技术领域，涉及一种基于Cortex-M4的多路振动信号采集系统。

背景技术

旋转机械广泛用于电力、化工、机械以及一些军事工业部门。例如，电力系统的汽轮发电机组，化工系统的压缩机以及齿轮箱、鼓风机等机械设备。机器的振动总是伴随着机器的运转而存在的。即使是机器在最佳的运行状态，由于微小的缺陷，也将产生某些振动。因此，对这些设备进行状态检测和故障诊断对安全生产来说意义特别重大。而旋转机械大部分故障的征兆都包含在机械振动信号中，对设备振动信号进行监测和分析，为判断设备是否正常运行、是否存在潜在故障以及预测故障发展趋势等提供了十分有效的手段。

国内在故障监测诊断技术方面的研究起步较晚，主要是在引进国外先进技术的基础上，进行消化吸收发展起来的。经过多年的研究探索，我国已经从刚开始对各种机械设备的故障机理和诊断方法的研究以及简便的监测与诊断仪器的应用发展到如今监测诊断系统的网络化和远程通讯化。目前国内很多企业工厂都为大型转子配备了故障监测诊断系统，由此带来的经济效益也十分可观。

但是，目前我国简易的状态监测产品，其分析和诊断功能较弱，振动信号采集系统其输入模式比较单一，不能同时兼容AC(交流)、DC(直流)和ICP(压电加速度传感器)多种接口的传感器输入。而采用DSP+FPGA的振动信号采集系统等分析功能强的产品通常系统比较复杂，成本较高。因此，现在非常需要一种能支持多种输入模式且简单适用的状态监测产品，以便进行精密故障诊断。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有振动信号采集系统的不足，设计了一种基于Cortex-M4的多路振动信号的采集系统，用于旋转机械状态的监测和分析。

本实用新型的技术方案包括：设计了一种基于Cortex-M4的多路振动信号采集系统，其特征在于：所述的系统由8路通道传感器接口电路、可编程放大器、差分电压基准调整电路，A/D转换电路，以及嵌入式子系统组成；该嵌入式子系统包括FPGA和ARM处理器；所述的FPGA控制传感器接口电路中的继电器的工作模式、可编程放大器和A/D，在FPGA内部进行数字滤波后以一定的数据格式传输至ARM，再由ARM模块将数据传输至网络，并可实现数据的本地存储。

所述系统中传感器接口电路由共模滤波电感、ESD保护、恒流源激励、接口切换和差分放大电路组成。接口切换电路由PLY1、PLY2和C29组成，其中，PLY1和PLY2为G6K-2F型信号继电器，由FPGA确定其工作状态，实现不同输入模式。当PLY1和PLY2均为常态时，该通道处于非工作模式，传感器与后级差分放大电路正负输入端接地，有效保护传感器，并 且避免输入噪声对系统工作的影响；当PLY1为常态且PLY2为吸合态时，该通道处于差分输入模式，传感器与后级差分放大电路正负输入端直接连接；当PLY1为吸合态且PLY2为常态时，该通道处于ICP模式，为传感器提供恒定的电流源激励，且用C29去除输入信号中的直流成分，交流成分接入后级差分放大电路。

本实用新型的另一技术方案为：嵌入式子系统采用FPGA+ARM结构，采用FPGA与ARM相结合的方式实现振动信号的采集，并将采集到的数据进行本地存储。FPGA能够同时实现8路振动信号的实时采集，并能单独改变任何一个通道中继电器的工作模式、可编程放大器和A/D，在FPGA内部进行数字滤波后以一定的数据格式传输至ARM，ARM处理器采用基于Cortex-M4的STM320F407IG微处理器，其有丰富的外围接口，方便进行扩展，从其上面扩展出了主要应用DM9000以太网接口，并有备用的串口，USB接口，且扩展出了SD卡，以实现数据传输和本地存储。

与现有技术相比本实用新型的有益效果为：本系统通过控制继电器能够实现差分信号输入、单端信号输入、接地保护和电容耦合四种工作模式，有效降低信号干扰，提高处理准确度，同时能够兼容AC(交流)、DC(直流)和ICP(压电加速度传感器)多种接口的传感器输入，提高系统灵活性。且与采用DSP+FPGA的振动信号采集系统相比，使用Cortex-M4微处理器能降低系统复杂度，方便实现数据传输和本地存储，性价比高，因此具有很好的实用性。

附图说明

图1是振动信号采集系统整体原理框图；

图2是振动传感器接口电路原理图；

图3是差分电压基准调整电路原理图；

图4是A/D芯片原理图；

图5是嵌入式子系统结构图；