专利名称：手持式振动测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量领域，特别是涉及一种实现稳定振动状态下物体振动频率和振动幅值测量的手持式振动测量仪。
本实用新型是通过以下方式实现的手持式振动测量仪，它包括单片机、加速度传感器、前置放大器、中间放大器、整形电路、采样保持电路、A/D转换电路、键盘电路、显示电路以及电池供电电路；加速度传感器通过屏蔽电缆线向前置放大器输入电荷信号，前置放大器的输出作为中间放大器的输入，中间放大器的输出作为整形电路和采样保持电路的输入，整形电路为单片机提供振动频率测量的方波脉冲信号，采样保持电路的输出作为A/D转换电路的输入，A/D转换电路为单片机提供振动幅值测量的数字量信号，键盘电路用于人对单片机的操作，显示电路显示测量结果和状态信息，电池供电电路为系统提供工作电压；本实用新型的特征是采样保持电路采样保持输入信号的峰值信号，A/D转换电路采用具有过量程和欠量程检测功能的A/D转换器，中间放大器采用数字电位器并由单片机对增益进行调节，键盘电路采用三键位键盘，分别用于测量过程启动、停止和显示内容为频率值或振幅值的选择控制；显示电路采用4位LCD，用于显示振动频率值、振动幅值或电池欠压状态时的闪烁提示信息。
由于本实用新型的单片机根据A/D转换电路的过量程和欠量程信息对放大器增益进行自动调节，因此只要选用合适的加速度传感器，本实用新型即具有较高的测量灵敏度；另外，本实用新型选用的器件多为低功耗器件，且单片机以节电方式运行，可以利用电池供电进行长时间的测量工作。
图中1为键盘电路，2为显示电路，3为前置放大器，4为中间放大器，5为采样保持电路，6为整形电路，7为加速度传感器，8为电池供电电路，9为A/D转换电路，10为单片机。5、具体实施方法
以下结合附图
对本实用新型做详细说明本实用新型，包括型号为AT89C51的单片机10、应变式加速度传感器7、前置放大器3、中间放大器4、整形电路6、采样保持电路5、A/D转换电路9、键盘电路1、显示电路2以及电池供电电路8。前置放大器3完成阻抗变换与初步信号放大，把加速度传感器7输出的电荷量信号转化为电压信号；中间放大器4进一步放大前置放大器3的输出信号，它采用了数字电位器调节增益，数字电位器由单片机10进行控制；前置放大器3和中间放大器4均采用了低功耗、高输入阻抗的MOS运算放大器LF444；整形电路6把中间放大器4输出的以正弦波形式变化的信号转化为脉冲方波信号，送至单片机10的计时器输入端，利用测量脉冲周期的方法实现振动频率值测量；采样保持电路5由运算放大器、NMOS管T和电容C构成峰值信号采样保持电路，使电容C的电压保持为输入正弦波信号的峰值电压值；A/D转换电路9把采样保持电路5采样保持的信号转化为数字量，A/D转换器件选用了具有过量程和欠量程检测功能的高精度、低功耗器件ICL7135；键盘电路1为三键位键盘，一个键用于测量过程启动控制，一个键用于测量过程的暂停控制，另有一个键用于显示内容为振动幅值或振动频率值的选择控制；显示电路2为4位LCD显示器，用于显示振动频率值、振动幅值或电池欠压状态时的闪烁提示信息，显示振动幅值内容时，最高一位为整数位(带小数点)，后三位为小数位，而显示振动频率值时，显示内容全为整数位，当电池欠压时4位LCD闪烁显示字形“8”，提示人们更换电池；电池供电电路8把两节电池的电压转换为系统工作需要的+5V和-5V工作电源，它还具有电池电压检测功能，当电池欠压时向单片机10提供检测信号。
测量开始时，单片机10的系统初始化程序把中间放大器4的放大增益设定为一个值(调节中间放大器4中的数字电位器)，然后启动A/D转换电路9进行转换；转换结束时，单片机10首先检测A/D转换电路9的过量程和欠量程输出，如果为过量程输出，说明中间放大器4的增益值较大，单片机10输出调节降低增益值，如果为欠量程输出，说明增益值较小，单片机10输出调节增大增益值；增益调节以后，单片机10工作程序再次启动A/D转换电路9进行转换，直到没有过量程和欠量程信息输出为止，这时本实用新型进入正常测量工作程序。正常测量时，单片机10在启动A/D转换电路9的同时，启动单片机10的定时器对整形电路6输入的单个脉冲周期进行计时；对单个脉冲周期测量的结果T处理即可得到振动频率值f＝1/T，而对A/D转换电路9转换的结果D(与峰值对应的数字量)以及振动频率值f进行表达式为D＝k·Aω2＝k·4π2Af2的综合处理，可以得到振动幅值A，k是与增益有关的比例系数。对A和f分别进行平滑处理，可以得到稳定振动状态物体的振动幅值和振动频率的稳定测量值。
由此可见，本实用新型适合于稳定振动状态下振动物体的振动频率值和振动振幅值测量。
权利要求1.手持式振动测量仪，它包括单片机[10]、加速度传感器[7]、前置放大器[3]、中间放大器[4]、整形电路[6]、采样保持电路[5]、A/D转换电路[9]、键盘电路[1]、显示电路[2]以及电池供电电路[8]；加速度传感器[7]通过屏蔽电缆线向前置放大器[3]输入电荷信号，前置放大器[3]的输出作为中间放大器[4]的输入，中间放大器[4]的输出作为整形电路[6]和采样保持电路[5]的输入，整形电路[6]为单片机[10]提供振动频率测量的方波脉冲信号，采样保持电路[5]的输出作为A/D转换电路[9]的输入，A/D转换电路[9]为单片机[10]提供振动幅值测量的数字量信号，键盘电路[1]连接为单片机[10]的输入电路，显示电路[2]连接为单片机[10]的输出电路；本实用新型的特征是采样保持电路[5]采样保持输入信号的峰值信号，A/D转换电路[9]采用具有过量程和欠量程检测功能的A/D转换器，中间放大器[4]采用数字电位器并由单片机[10]对增益进行调节，键盘电路[1]采用三键位键盘，显示电路[2]采用4位LCD。
专利摘要本实用新型涉及一种实现稳定振动状态下物体振动频率和振动幅值测量的手持式振动测量仪,它包括单片机、加速度传感器、前置放大器、中间放大器、整形电路、采样保持电路、A/D转换电路、键盘电路、显示电路以及电池供电电路;本实用新型结构小巧、功耗低、成本小;单片机根据A/D转换电路输出的过量程或欠量程信息对放大器增益进行调节,使测量具有较高的灵敏度,适用于稳定振动状态下物体较大幅值范围及较宽频率范围的振动幅值与振动频率值的测量。
文档编号G01H1/06GK2519251SQ0221248
公开日2002年10月30日 申请日期2002年1月28日 优先权日2002年1月28日
发明者霍孟友, 路长厚 申请人:山东大学