CN204189046U - 一种振动控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种振动控制器，包括：8通道传感器信号采集模块，8通道AD模块，为后级主处理模块提供输入数据，以高性能浮点DSP为核心的主处理模块，以高性能的FPGA为核心的命令协同处理模块，DA模块，通讯组件，电源模块等。所述的AD模块、主处理模块、命令协同处理模块、DA模块、通讯组件集成在主板上，所述主板安装在小型立式机箱内，信号采集模块设置在机箱后面板，通讯组件接口、电源模块设置在机箱的前面板。本实用新型振动控制器还设置有采集前端，实现1-16个输入通道的灵活低成本配置。本实用新型提供的振动控制器大量使用最新高性能高集成芯片，通过合理规划功能结构，合理布局，解决干扰，散热等技术问题，实现振动控制器小型化立式布局，性能可靠稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种振动控制***，具体涉及一种振动控制器。
背景技术
振动控制***一般由振动台、控制器、功率放大器、计算机、加速度传感器等组件组成。计算机(PC)通过安装的控制软件操作振动控制器，设定振动控制的目标谱，振动控制器根据设定的目标谱输出信号给功率放大器，功率放大器放大信号后驱动振动台动圈，振动台动圈按照输入的驱动信号上下运动，加速度传感器感受振动台动圈振动后，把振动信号反馈给振动控制器，由于振动台动圈实际振动与输入的驱动信号往往会有偏差，振动控制器计算反馈的振动信号与设定的目标谱的误差，实时调整驱动输出，促使振动台下一时间点能按目标谱的要求振动。振动控制器是振动信号处理的核心单元，振动控制器的性能直接影响振动试验方法的有效性。现有的振动控制器使用集成度和性能不高的芯片，结构配置不合理，导致仪器体积较大，成本较高，性能和可靠性也不高，包装运输携带均不方便，现场布局和走线较乱，信号干扰大。
在振动试验中，信号是串行连接的，振动控制器输出的信号给功率放大器，功率放大器放大后输出到振动台，驱动振动台振动，粘在振动台动圈上的传感器输出振动信号到振动控制器，整个***组成一个闭环。由于环节较多，当试验有故障时，需要判断具体是那个环节有问题时，由于以前的振动控制器没有提供自查功能，使现场问题定位较为困难。
在试验过程中，一般根据试验试件的大小来确定传感器的数量，大多数情况下使用8个以内的传感器，即控制器要有8个输入通道。大型试验一般要使用8个以上的传感器，而现有振动控制器不具备扩展功能，就必须额外采购8个通道以上的振动控制器，此类控制器一般使用多处理器***，结构较为复杂，购买成本较高，但平时一般试验使用通道数都在8个以内，导致高成本购买的多通道控制器部分配置长期不用，造成资源浪费。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种结构紧凑、体积小巧、抗干扰能力强、具备输
入通道拓展能力的振动控制器，本实用新型是这样实现的：
一种振动控制器，其特征在于：该振动控制器包括：
信号采集模块，所述的信号采集模块为8通道传感器信号采集模块，其以精密差动运算放大器为核心，按8个通道为一组设计的传感器信号采集子板，完成传感器的供电，信号采集，信号放大，信号滤波；
AD模块：所述的AD模块是8通道AD模块，以高速8轨24bit，TDM接口，串行数据输出的AD转换器为核心，将信号采集模块采集的模拟信号转换为数字信号，为后级主处理模块提供输入数据；
主处理模块：所述的主处理模块是以高性能浮点DSP为核心，DSP从通讯组件读取来自计算机下发的振动目标谱数据，通过AD模块读取传感器的实时振动信号，计算分析实时振动信号与目标谱的偏差，通过DA模块输出修正信号，促使下个时间点的振动信号能匹配目标谱；
命令协同处理模块：所述的命令协同处理模块是以高性能的FPGA为核心，接受DSP发来的指令，解释处理后实时分发给各个处理单元，各个处理单元的状态信号通过FPGA综合后反馈给主处理模块，完成各模块的协同工作；
DA模块：所述的DA模块为2通道DA模块，以高速2轨24bit，TDM接口，串行数据输入的DA转换器为核心，主处理器输出的数字信号经该转换器转换为模拟信号后输出；
通讯组件：所述通讯组件连接主处理模块和计算机，完成主处理模块与计算机的数据和命令交换，内部分数据管道和命令管道，在大数据传输的同时及时响应计算机发出的控制指令；
电源模块：所述的电源模块为其余模块供电，其以低发热AC-DC转换器为核心，具有±15V，±12V，+5V，+3.3V，+2.5V，+1.2V直流输出，各输出电源间做隔离和防干扰处理。
更进一步的，所述的AD模块、主处理模块、命令协同处理模块、DA模块、通讯组件集成在主板上，所述主板安装在小型立式机箱内，信号采集模块设置在机箱后面板，通讯组件接口、电源模块设置在机箱的前面板，所述的机箱尺寸小于等于60mm(宽)*190mm(高)*255mm(深)。
更进一步的，所述的8通道传感器信号采集模块为IEPE型或电荷型，设置在机箱内并包覆屏蔽层。
更进一步的，所述信号采集模块还包括采集前端，所述的采集前端为扩展8通道输入，通过高速数据电缆连接振动控制器扩展插座。
更进一步的，所述的通讯组件为USB组件或蓝牙组件或WIFI组件。
更进一步的，所述振动控制器还包括自闭环切换开关，所述的自闭环切换开关设置在机箱后面板上，开关打开时断开外部连接，连通内部输出与输入，组成控制***自闭环，当振动控制***出现故障，如振动台不振动时，控制器面板的自检开关拨到自闭环处，根据控制器是否能够独立完成工作判断控制器本身是否发生故障。
更进一步的，所述的主处理模块采用了TI公司的TMS320C6000系列浮点DSP；所述的AD模块采用了CirrusLogic公司的24位、TDM格式输出、8个差分输入的AD芯片，所述的DA模块采用了CirrusLogic公司的24位、TDM格式输入、2个差分输出的DA芯片；所述的协同处理模块采用了赛灵思公司的FPGA芯片。
更进一步的，所述振动控制器还包括存储模块，该存储模块由镁光32位大容量SDRAM存储芯片及美国微芯高性能Flash芯片组成。
本实用新型提供的振动控制器大量使用最新高性能高集成芯片，通过合理规划功能结构，合理布局，解决干扰，散热等技术问题，实现振动控制器小型化立式布局，实现1-16个输入通道的灵活低成本配置，性能可靠稳定。本实用新型所述的振动控制器还设有自闭环切换开关，方便控制器自检。
附图说明
图1为本实用新型振动控制器原理图。
图2为本实用新型振动控制器在8个通道以内的使用示意图。
图3为本实用新型振动控制器在8-16个通道的使用示意图。
附图标记说明：
1.振动控制器、2.输入通道、3.输出通道、4.加速度传感器、5.振动台、6.功率放大器、7.采集前端、8.大型振动试件、9.控制器扩展插座。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
如图1所示的本实用新型振动控制器原理图，所述的振动控制器包括：
信号采集模块，所述的信号采集模块为8通道传感器信号采集模块，其以精密差动运算 放大器为核心，按8个通道为一组设计的传感器信号采集子板，完成传感器的供电，信号采集，信号放大，信号滤波；本实用新型振动控制器采用的8通道传感器信号采集模块为IEPE型或电荷型，设置在机箱内并包覆屏蔽层。为便于扩展使用范围，所述信号采集模块还包括采集前端，所述的采集前端为扩展8通道输入，通过高速数据电缆连接振动控制器扩展插座，在振动控制器设置通道扩展高速接口，该接口为插座形式。
所述信号采集模块还包括采集前端，所述的采集前端为扩展8通道输入，通过高速数据电缆连接所述振动控制器。
AD模块：所述的AD模块是8通道AD模块，以高速8轨24bit，TDM接口，串行数据输出的AD转换器为核心，将信号采集模块采集的模拟信号转换为数字信号，为后级主处理模块提供输入数据；例如采用CirrusLogic公司的24位、TDM格式输出、8个差分输入的AD芯片。
主处理模块：所述的主处理模块是以高性能浮点DSP为核心，例如：采用TI公司的TMS320C6000系列浮点DSP，DSP从通讯组件读取来自计算机下发的振动目标谱数据，通过AD模块读取传感器的实时振动信号，计算分析实时振动信号与目标谱的偏差，通过DA模块输出修正信号，促使下个时间点的振动信号能匹配目标谱；
命令协同处理模块：所述的命令协同处理模块是以高性能的FPGA为核心，例如采用赛灵思公司的FPGA芯片，接受DSP发来的指令，解释处理后实时分发给各个处理单元，各个处理单元的状态信号通过FPGA综合后反馈给主处理模块，完成各模块的协同工作；
DA模块：所述的DA模块为2通道DA模块，以高速2轨24bit，TDM接口，串行数据输入的DA转换器为核心，主处理器输出的数字信号经该转换器转换为模拟信号后输出；例如采用CirrusLogic公司的24位、TDM格式输入、2个差分输出的DA芯片。
通讯组件：所述通讯组件连接主处理模块和计算机，完成主处理模块与计算机的数据和命令交换，内部分数据管道和命令管道，在大数据传输的同时及时响应计算机发出的控制指令；所述的通讯组件可以为即插即用的USB组件或蓝牙组件或WIFI组件，便于不同场合的应用。
电源模块：所述的电源模块为其余模块供电，其以低发热AC-DC转换器为核心，具有±15V，±12V，+5V，+3.3V，+2.5V，+1.2V直流输出，各输出电源间做隔离和防干扰处理。
存储模块：该存储模块由镁光32位大容量SDRAM存储芯片及美国微芯高性能Flash芯片组成。
为了缩小本实用新型振动控制器的尺寸，以便于携带，所述的AD模块、主处理模块、命令协同处理模块、DA模块、通讯组件集成在主板上，所述主板安装在小型立式机箱内，信号采集模块设置在机箱后面板，通讯组件接口、电源模块设置在机箱的前面板，所述的机箱尺寸小于等于60mm(宽)*190mm(高)*255mm(深)。
所述振动控制器还包括自闭环切换开关，所述的自闭环切换开关设置在机箱后面板上，开关打开时断开外部连接，连通内部输出与输入，组成控制***自闭环，当振动控制***出现故障，如振动台不振动时，控制器面板的自检开关拨到自闭环处，根据控制器是否能够独立完成工作判断控制器本身是否发生故障。
本实用新型提供的振动控制器大量使用最新高性能高集成芯片，通过合理规划功能结构，合理布局，解决干扰，散热等技术问题，实现振动控制器小型化立式布局，实现1-16个输入通道的灵活低成本配置，性能可靠稳定。本实用新型所述的振动控制器还设有自闭环切换开关，方便控制器自检。
如图2所示为本实用新型振动控制器在8个通道以内的使用示意图，当振动控制器1使用的传感器数少于8个时，只使用单机箱，振动台5设置1-8个加速度传感器4，将采集的信号输入振动控制器1信号采集模块的1-8个输入通道2，经振动控制器1处理后由输出通道3反馈的驱动信号经放大器6放大后返回到振动台5。
如图3所示为本实用新型振动控制器在8-16个通道的使用示意图，当应用于大型振动试件8的振动测试时，现场使用的加速度传感器4数量一般大于8个，此时，将其中8个加速度传感器4直接连接到振动控制器1的输入通道2，其余8个加速度传感器4使用高速电缆连接采集前端接7，由采集前端通过高速电缆连接控制器扩展插座9，组成16通道***，无需额外采购8通道以上振动控制器，节约了成本。
Claims (8)
1.一种振动控制器，其特征在于：该振动控制器包括：
信号采集模块，所述的信号采集模块为8通道传感器信号采集模块，其是以精密差动运算放大器为核心，按8个通道为一组设计的传感器信号采集子板；
AD模块：所述的AD模块是8通道AD模块，其以高速8轨24位，TDM接口，串行数据输出的AD转换器为核心；
主处理模块：所述的主处理模块是以高性能浮点DSP为核心，DSP从通讯组件读取来自计算机下发的振动目标谱数据，通过AD模块读取传感器的实时振动信号，计算分析实时振动信号与目标谱的偏差，通过DA模块输出修正信号；
命令协同处理模块：所述的命令协同处理模块是以高性能的FPGA为核心，接受DSP发来的指令，解释处理后实时分发给各个处理单元，各个处理单元的状态信号通过FPGA综合后反馈给主处理单元，完成各单元的协同工作；
DA模块：所述的DA模块为2通道DA模块，以高速2轨24位，TDM接口，串行数据输入的DA转换器为核心；
通讯组件：所述通讯组件连接主处理模块和计算机，完成主处理模块与计算机的数据和命令交换，内部分数据管道和命令管道；
电源模块：所述的电源模块为其余模块供电，其以低发热AC-DC转换器为核心，具有±15V，±12V，+5V，+3.3V，+2.5V，+1.2V直流输出，各输出电源间做隔离和防干扰处理。
2.根据权利要求1所述的振动控制器，其特征在于：所述的AD模块、主处理模块、命令协同处理模块、DA模块、通讯组件集成在主板上，所述主板安装在小型立式机箱内，信号采集模块设置在机箱后面板，通讯组件接口、电源模块设置在机箱的前面板，所述的机箱尺寸小于等于60mm宽*190mm高*255mm深。
3.根据权利要求2所述的振动控制器，其特征在于：所述的8通道传感器信号采集模块为IEPE型或电荷型，设置在机箱内并包覆屏蔽层。
4.根据权利要求3所述的振动控制器，其特征在于：所述信号采集模块还包括采集前端，所述的采集前端为扩展8通道输入，通过高速数据电缆连接振动控制器扩展插座。
5.根据权利要求1或2或3所述的振动控制器，其特征在于：所述的通讯组件为USB组件或蓝牙组件或WIFI组件。
6.根据权利要求1或2或3所述的振动控制器，其特征在于：所述振动控制器还包括自闭环切换开关，所述的自闭环切换开关设置在机箱后面板上，开关打开时断开外部连接，连通内部输出与输入，组成控制***自闭环。
7.根据权利要求1或2或3所述的振动控制器，其特征在于：所述的主处理模块采用了TI公司的TMS320C6000系列浮点DSP；所述的AD模块采用了CirrusLogic公司的24位、TDM格式输出、8个差分输入的AD芯片，所述的DA模块采用了CirrusLogic公司的24位、TDM格式输入、2个差分输出的DA芯片；所述的协同处理模块采用了赛灵思公司的FPGA芯片。
8.根据权利要求7所述的振动控制器，其特征在于：所述振动控制器还包括存储模块，该存储模块由镁光32位大容量SDRAM存储芯片及美国微芯高性能Flash芯片组成。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN105929867A (zh) * | 2016-06-23 | 2016-09-07 | 山东威瑞外科医用制品有限公司 | 超声刀刀杆振幅控制装置及控制方法 |
| CN108918062A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-30 | 江苏大学 | 一种基于多dsp的液压振动台控制器 |
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2014
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| CN105929867B (zh) * | 2016-06-23 | 2017-12-05 | 山东威瑞外科医用制品有限公司 | 超声刀刀杆振幅控制装置及控制方法 |
| CN108918062A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-30 | 江苏大学 | 一种基于多dsp的液压振动台控制器 |
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| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: BEIJING XIKE OCEAN MECHANICAL AND ELECTRICAL EQUIP Free format text: FORMER OWNER: BEIJING MINGGUAN HUANSHI TECHNOLOGY LLC Effective date: 20150630 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
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