柴油机振动测试仪的硬件设计.pdfVIP

第 17卷增刊 振 动 工 程 学 报 Vol.17No.S 2004年 8月 JournalofVibrationEngineering Aug.2004 柴油机振动测试仪的硬件设计 胡以怀 许智灵 王振龙 (上海海运学院轮机工程系 上海 ，200135) 摘 要 首先分析了柴油机振动信号数据采样的特点，介绍了一种用单片微机电路设计的高速数据采集器，包括 数据采集器的功能、采集板的结构、控制逻辑。它具有8路同步采样、采样频率可调、内外触发方式可选，并且根据 柴油机振动信号的采样特点，有2路外部触发信号输人端口，以便判别柴油机的有效上止点。介绍了该仪器与计算 机上位机的通信命令格式以及通信程序的设计。 关键词:柴油机;振动监测;故障诊断;硬件设计 中图分类号:TK418 柴油主、辅机是远洋船舶动力装置中的重要设 备，其运行状态直接关系到整个船舶的正常航行。实 1 硬件结构组成 验证明，利用表面振动信号可以监测柴油机主要运 动部件的运行状态，并可带来巨大的经济效益。但除 数据采集器的结构组成如图1所示。为了减少 了应满足信号测试的一般要求之外，船舶柴油机的 小规模芯片的数量，采用了通用可编程逻辑芯片，主 振动测试还具有以下特点川: 要作触发控制和地址译码以及最终地址的判别控 (1)起始采样触发的同步要求:应根据实际的需 制。采用了8片MAX165的5微妙高速模数转换芯 要选择采样的起始位置和采样长度，这对于中速船 片，8片HD628128型号的128k字节RAM存储芯 用柴油机尤为重要; 片，1片MCS-51系列的单片微机芯片和GAI-16V8 (2)有效上死点的判别:四冲程柴油机每两转完 型号的通用可编程逻辑芯片。高速模数转换芯片的 成一个工作循环，会产生两个上死点信号，但只有膨 启动和 “数据有效”简化为单片微机繁荣两个输出端 胀冲程的上死点才是起始触发的有效上死点信号; 口，从而节省了可编程地址计数器和地址选择器。 (3)较高的采样频率:柴油机表面加速度振动信 号的主要频率成份集中在5kHz到10kHz范围内， 2 控制逻辑 因此需要20kHz到30kHz的单通道采样频率; (4)较大的存储容量:运行中的柴油机受许多偶 由振动传感器来的振动信号通过外接的电荷放 然因素的干扰，随机性很强，通常要对振动信号进行 大器变为士10伏的电压信号送到高速采样器，再分 多样本平均化处理，获得一个结果通常需要巧到 别送人8个信号预处理器电路，经过处理后进人高 20个样本。 速A/D的模拟量输人端，同时准备进行A/D转换。 目前，一般的PC插卡或常规形式的A/D转换 在初始化时，先确定可编程频率发生器的采样 器都无法满足上述要求。为此，采用单片微机电路自 频率，然后确定可编程地址计数器的采样总数即最 行设计了一套高速数据采集器。该仪器具有稳定、可 终地址。将两者都锁存后即准备就绪。 靠，各路振动信号完全同步触发采样。有自由触发方 当触发信号有效或转换条件满足时，同步开始 式，还有两路外部触发输人以判别四冲程柴油机的 模/数转换。 有效上止点信号，采样频率可达5MHz。每路128k (1)采样时钟的上升沿使高速A/D转换器启 字节，8路共 1024k字节，基本满足了船用柴油机 动，开始模/数转换，同时也是 “读”模数转换器信号 振动测试的要求。 的结束及 “写”存储器信号的有效。 (2)当经过不到半个采样时钟的时候，模数转换 上海市教委科学技术基金资助项目(编号:031K12) 收稿日期.2004-03-20