一種應用于隔膜泵單向閥故障檢測的聲發射信號采集裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種應用于隔膜泵單向閥故障檢測的聲發射信號采集裝置，屬于聲發射檢測技術領域。
【背景技術】
[0002]往復式高壓活塞隔膜泵是管道輸送的核心執行機構，需要重點監測維護，考察隔膜泵的結構和工作狀況發現:其吸入閥和排除閥均為單向閥，由于隔膜泵的構造，隔膜泵泵體的損壞往往是在單向閥損壞之后才發生的；在實際工作過程中表明單向閥的磨損率、故障率和更換率都是較高的，因此，如果可以監測單向閥故障并對其信號進行實時采集，就可以大大減少隔膜泵的故障，也在很大程度上保證了管道運輸的安全和穩定。
[0003]針對隔膜泵的特點，可以利用聲發射技術監測結構相對簡單的單向閥，從而間接監測隔膜泵。由于單向閥是在不斷運行中的，為了實現在線采集，需要使用一種無損檢測手段。利用聲發射手段進行檢測，是一種適合機械設備的動態無損監測方法，不同于與其它無損檢測方法的是:在外部條件的作用下，產生聲發射信號，對因設備故障產生的變化比較敏感，而且由于絕大多數材料都具有聲發射特性，因此聲發射檢測不會受到材料的限制。但是大多數聲發射信號屬于高頻信號，在背景嘈雜的工作環境中顯得極為微弱，需要借助于靈敏的聲發射采集監測設備才能將其檢測出來。但是基于單片機的聲發射信號的采集處理系統，主要運用不同種類不同型號的單片機作為聲發射信號的數據采集單元，利用電腦的其它程序對信號進行處理監測和特征提取。這類系統設計簡單、實現容易，但是主控芯片處理能力弱，運算速度慢，不適合大量數據的采集。因此需要設計一種更理想的信號采集裝置對故障?目號進行米集。
【發明內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題是:本實用新型提供一種應用于隔膜泵單向閥故障檢測的聲發射信號采集裝置，用于解決現有應用于隔膜泵單向閥故障檢測的采集裝置主控芯片處理能力弱，運算速度慢，不適合大量數據的采集的問題，針對單向閥的聲發射信號進行多通道、并行采集，實現實時快速傳輸。
[0005]本實用新型技術方案是:一種應用于隔膜泵單向閥故障檢測的聲發射信號采集裝置，包括三路采集通道、核心控制模塊7，三路采集通道并行采集數據，三路采集通道的結構完全相同，只是在進入核心控制模塊7時使用了 3組不同的GP1 口，每路采集通道包括聲發射傳感器1、模擬信號采集模塊2、A/D轉換模塊9、數據接收傳輸模塊14 ;所述聲發射傳感器I連接模擬信號采集模塊2的輸入端，模擬信號采集模塊2的輸出端連接A/D轉換模塊9的輸入端，A/D轉換模塊9的輸出端與數據接收傳輸模塊14的輸入端相連，數據接收傳輸模塊14將數據輸出；核心控制模塊7通過引腳與模擬信號采集模塊2相連，核心控制模塊7通過PWM為外部A/D轉換電路和高速FIFO單元12提供時鐘，并經數據接收傳輸模塊14的USB模擬串口 13將數據傳出，針對單向閥的聲發射信號，對其進行多通道、并行采集，實現實時快速傳輸。
[0006]所述模擬信號采集模塊2包括VREF電壓基準電路3、前置放大電路4、D/A轉換器5、增益控制電路6 ;所述增益控制電路6由核心控制模塊7的STM32F103ZET主控芯片8控制，增益控制電路6與核心控制模塊7連接，STM32F103ZET主控芯片8發出的數字信號經由D/A轉換器5轉換為模擬信號，然后再傳給增益控制電路6，所述的VREF電壓基準電路3為D/A轉換器5提供基準電壓，由TL431和0P07構成的電壓跟隨器組成；D/A轉換器5采用 TLC5615。
[0007]所述核心控制模塊7以Cortex-M3內核的32位微處理器STM32F103ZET主控芯片8為核心控制器，還包括AC/DC供電電源15，AC/DC供電電源15將外部交流轉換為直流向STM32F103ZET主控芯片8供電。
[0008]所述A/D轉換模塊9包括A/D轉換電路11、A/D驅動電路10 ;所述A/D轉換電路11采用AD9225，A/D驅動電路10采用AD8138單端至差分轉換驅動AD9225的差分輸入電路，該模塊的設計是為了保證采樣速度。
[0009]所述數據接收傳輸模塊14包括高速FIFO單元12、USB模擬串口 13，高速FIFO單元12的設計是為了保證高速傳輸:由于數據量大，傳輸速度快，所以采用A/D轉換電路11處理完成以后，核心控制芯片STM32F103ZET主控芯片8的處理能力不能滿足實時傳輸采樣數據的要求，因此在核心控制模塊7的輸入接口部分，需要設計數據緩存單元即高速FIFO單元12。
[0010]本實用新型所述的部件均為市面上能買到的普通部件。
[0011]本實用新型的工作原理是:
[0012]如圖1所示，核心控制模塊7以Cortex-M3內核的32位微處理器STM32F103ZET主控芯片8為核心展開設計；主要包括STM32F103ZET主控芯片8對模擬信號采集模塊2的增益控制，A/D轉換電路11和高速FIFO單元12時鐘的控制，采集數據的控制以及輸出數據的控制，還包括，通過CS1、SCK和MOSI引腳；CS2、SCK和MOSI引腳；CS3、SCK和MOSI引腳為公用引腳，與D/A轉換器5中的SPI串行總線相連接；通過43腳PWM引腳為外部A/D轉換電路11和高速FIFO單元12提供時鐘，42腳USB_EN為數據傳輸端口。分別用PE、PF和PG三組GP1端口作為三路數據接收端口，其中，核心控制模塊7對于模擬信號采集模塊2的增益控制，A/D轉換電路11和高速FIFO單元12時鐘的控制，采集數據的控制以及輸出數據的控制均為自動化領域、計算機領域常用技術手段的應用。
[0013]如圖2所示，模擬信號采集模塊2是用于接收來自聲發射傳感器I采集的聲發射模擬信號；該模塊包括前置放大電路4、增益控制電路6、D/A轉換器5及其VREF電壓基準電路3 ;其中所述增益控制電路6由主控芯片STM32F103ZET主控芯片8控制，但STM32F103ZET主控芯片8所提供的控制信號為數字信號，而增益控制電路6所需的信號為模擬信號，所以采用D/A轉換器5進行數模轉換，所用的D/A轉換器5為TLC5615 ;所述的VREF電壓基準電路3為D/A轉換器5提供基準電壓，由TL431和0P07構成的電壓跟隨器組成。
[0014]圖2為本實用新型的分模塊設計思路圖，從虛線框圍成的四部分可以看出采集單元包括:核心控制模塊7、模擬信號采集模塊2、A/D轉換模塊9以及數據接收傳輸模塊14 ;數據來自最左端的聲發射傳感器1，由最右端的USB模擬串口 13將采樣數據傳送出去；
[0015]圖3為本實用新型的整體結構框圖:聲發射信號采集是3路通道并行采集數據的，3路通道的結構完全相同，只是在進入核心控制模塊7時使用了 3組不同的GP1 口，所以這里僅針對一路通道的設計進行分析介紹，其余兩路的設計思路和設計過程與介紹的這一路是完全一樣的。每路采集單元包括:模擬信號采集模塊2、A/D轉換模塊9以及數據接收傳輸模塊14。
[0016]本實用新型的有益效果是:
[0017]1、本實用新型針對單向閥的聲發射信號，實現信號的多通道，并行、實時采集以及高速傳輸；對聲發射信號進行以故障識別為目的的采集傳輸，核心工作為信號采集的設計實現。
[0018]2、能夠針對單向閥故障的聲發射頻帶進行有效的數據采集，提取出具有單向閥正常和故障特征的聲發射信號，并且有很高的準確性，針對性強；實現了多路通道并行數據采集，保證系統采集單元實時性的同時確保了系統的準確性，通過對聲發射信號的準確采集，進而掌握過程數據的顯著變化趨勢，最終提高檢測和識別故障的效率。
【附圖說明】
[0019]圖1本實用新型的主控芯片的電路圖；
[0020]圖2本實用新型的分模塊設計框圖；
[0021]圖3本實用新型的整體結構框圖。
[0022]圖1-3中各標號:1_聲發射傳感器、2-模擬信號采集模塊、3-VREF電壓基準電路、4-前置放大電路、5- D/A轉換器、6-增益控制電路、7-核心控制模塊、8- STM32F103ZET主控芯片、9-A/D轉換模塊、10-A/D驅動電路、11-A/D轉換電路、12-高速FIFO單元、13-USB模擬串口、14-數據接收傳輸模塊、15-AC/DC供電電源。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和具體實施例，對本實用新型作進一步說明。
[0024]實施例1:如圖1-3所示，一種應用于隔膜泵單向閥故障檢測的聲發射信號采集裝置，包括三路采集通道、核心控制模塊7，三路采集通道并行采集數據，三路采集通道的結構完全相同，每路采集通道包括聲發射傳感器1、模擬信號采集模塊2、A/D轉換模塊9、數據接收傳輸模塊14 ;所述聲發射傳感器I連接模擬信號采集模塊2的輸入端，模擬信號采集模塊2的輸出端連接A/D轉換模塊9的輸入端，A/D轉換模塊9的輸出端與數據接收傳輸模塊14的輸入端相連，數據接收傳輸模塊14將數據輸出；核心控制模塊7通過引腳與模擬信號采集模塊2相連，核心控制模塊7通過PWM為外部A/D轉換電路和高速FIFO單元12提供時鐘，并經數據接收傳輸模塊14的USB模擬串口 13將數據傳出。
[0025]實施例2:如圖1-3所示，一種應用于隔膜泵單向閥故障檢測的聲發射信號采集裝置，包括三路采集通道、核心控制模塊7，三路采集通道并行采集數據，三路采集通道的結構完全相同，每路采集通道包括聲發射傳感器1、模擬信號采集模塊2、A/D轉換模塊9、數據接收傳輸模塊14 ;所述聲發射傳感器I連接模擬信號采集模塊2的輸入端，模擬信號采集模塊2的輸出端連接A/D轉換模塊9的輸入端，A/D轉換模塊9的輸出端與數據接收傳輸模塊14的輸入端相連，數據接收傳輸模塊14將數據輸出；核心控制模塊7通過引腳與模擬信號采集模塊2相連，核心控制模塊7通過PWM為外部A/D轉換電路和高速FIFO單元12提供時鐘，并經數據接收傳輸模塊14的USB模