一种IEPE传感器状态监测系统技术方案

本技术提供一种IEPE传感器状态监测系统，包括：数模转换器，用于输出可编程偏置电压；增益放大器，用于对可编程偏置电压进行放大，以使可编程偏置电压与低通滤波后的传感器直流偏置电压幅度匹配；电压比较器，用于将传感器的直流偏置电压与增益放大后的可编程偏置电压进行比较，并输出逻辑电平值至微控制器进行判断；微控制器，用于向数模转换器输出不同的可编程电压数值，并根据电压比较器输出的逻辑电平值判断传感器的状态以及下一步数模转换器待设置的可编程电压值。本技术可将多个模块集成于IEPE传感器振动采集板卡，在实现振动信号采集的同时，可以实时对传感器的状态进行监测和振动，从而保证振动采集系统的长期可靠运行。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及驱动电路，具体地说，涉及一种iepe传感器状态监测系统。

技术介绍

1、iepe是一种集成电路式压电传感器。由加速度传感器产生的电量很小，因此传感器产生的电信号很容易受到噪声干扰，需要用灵敏的电子器件对其进行放大和信号调理。iepe中集成了灵敏的电子器件使其尽量靠近传感器以保证更好的抗噪声性并更容易封装。由于iepe具备优异的性能，在近几年的发展当中常常被人们用来测量航天及建筑等领域的振动冲击数值。

2、由于iepe传感器常用于无人值守的振动冲击环境，因此，在长期工作过程中，传感器本体也容易产生故障，导致输出信号异常，从而失去对监测对象振动数据的测量能力。

3、因此，为保证iepe传感器工作状态的长期稳定可靠，需要对传感器的状态进行实时监测并诊断，便于工作人员在故障后进行快速维修或更换。

4、iepe传感器经过激励电流后输出的信号是带有零点电压以及振动信号的混合信号，零点电压即iepe传感器的直流偏置，该电压的状态与传感器状态关系密切，故直接判断该零点电压状态即可推断传感器状态。开路状态时，直流偏置电压较高，接近激励电流的兼容电压；短路状态时，直流偏置电压较低，接近零电平；正常工作状态时，直流偏置在一定电压范围内。因此，在线型传感器检测均基于直流偏置电压的幅度进行。

5、目前的在线型传感器故障检测，需要在原有振动信号采集系统基础上额外增加的数据采集模块以获得实时的传感器偏置电压。这种技术方案的缺点在于需要的单独的信号调理电路和数据转换器，电路复杂度高。特别是对于多通道振动信号采集系统，还需要增加多路切换器来实现多路传感器信号的切换采集。这些设计实现都需要占用额外的pcb空间资源，造成pcb布局布线难度增大。另外，故障检测及采集模块还会对原有的振动信号采集系统噪声性能等带来一定影响。

技术实现思路

1、本技术要解决的技术问题是提供一种iepe传感器状态监测系统，可简化传感器状态在线监测模块设计，进而将其集成于iepe传感器振动采集板卡，在实现振动信号采集的同时，可以实时对传感器的状态进行监测和振动，从而保证振动采集系统的长期可靠运行。

2、为解决上述技术问题，本技术的技术方案如下：

3、一种iepe传感器状态监测系统，包括：

4、低通滤波器，用于对传感器输出信号进行低通滤波，滤除高频振动信号及噪声，提取传感器的直流偏置电压；

5、数模转换器，用于输出可编程偏置电压；

6、增益放大器，用于对可编程偏置电压进行放大，以使可编程偏置电压与低通滤波后的传感器直流偏置电压幅度匹配；

7、电压比较器，用于将传感器的直流偏置电压与增益放大后的可编程偏置电压进行比较，并输出逻辑电平值至微控制器进行判断；

8、微控制器，用于向数模转换器输出不同的可编程电压数值，并根据电压比较器输出的逻辑电平值判断传感器的状态以及下一步数模转换器待设置的可编程电压值。

9、在一优选的实施例中，所述的iepe传感器的激励源为4ma恒流源，正常工作状态下传感器的偏置电压为14v。

10、在一优选的实施例中，所述低通滤波器为截止频率为0.5hz，一阶rc低通滤波器；所述数模转换器电压输出范围为0v～3.3v。

11、在一优选的实施例中，所述增益放大器为由运算放大器lm321构成的增益为7倍的同相放大器，数模转换器输出电压经增益放大后电压范围为0v～23.1v。

12、在一优选的实施例中，所述电压比较器的供电电压为24v。

13、在一优选的实施例中，所述微控制器为stm32微控制器，用于读取电压比较器的输出电平，并根据比较器结果对数模转换器进行电压输出设置，直至得到传感器偏置电压的量化值。

14、本技术的上述方案至少包括以下有益效果：

15、本技术的上述方案，通过微控制器的反馈控制实现传感器直流偏置电压的量化，简化了iepe传感器状态监测模块的设计，可以方便快速地与振动采集系统进行集成。对于传感器特定的故障阈值电压，可以通过微控制器直接对数模转换器的可编程电压进行设定，从而快速得到iepe传感器状态检测结果，提高检测与诊断效率。

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【技术保护点】

1.一种IEPE传感器状态监测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的IEPE传感器状态监测系统，其特征在于，所述IEPE传感器的激励源为4mA恒流源，正常工作状态下传感器的偏置电压为14V。

3.根据权利要求2所述的IEPE传感器状态监测系统，其特征在于，所述低通滤波器为截止频率为0.5Hz，一阶RC低通滤波器；所述数模转换器电压输出范围为0V～3.3V。

4.根据权利要求3所述的IEPE传感器状态监测系统，其特征在于，所述增益放大器为由运算放大器LM321构成的增益为7倍的同相放大器，数模转换器输出电压经增益放大后电压范围为0V～23.1V。

5.根据权利要求4所述的IEPE传感器状态监测系统，其特征在于，所述电压比较器的供电电压为24V。

6.根据权利要求5所述的IEPE传感器状态监测系统，其特征在于，所述微控制器为STM32微控制器，用于读取电压比较器的输出电平，并根据比较器结果对数模转换器进行电压输出设置，直至得到传感器偏置电压的量化值。

【技术特征摘要】

1.一种iepe传感器状态监测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的iepe传感器状态监测系统，其特征在于，所述iepe传感器的激励源为4ma恒流源，正常工作状态下传感器的偏置电压为14v。

3.根据权利要求2所述的iepe传感器状态监测系统，其特征在于，所述低通滤波器为截止频率为0.5hz，一阶rc低通滤波器；所述数模转换器电压输出范围为0v～3.3v。

4.根据权利要求3所述的iepe传感器状态监测系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明涛，蔡笃军，李纪研，
申请(专利权)人：北京锐科环宇科技有限公司，
类型：新型
国别省市：