专利名称：一种基于单片机的mdac窄带跟踪滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种滤波器，尤其涉及一种基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器。
背景技术：
不平衡是旋转机械产生噪声和发生故障的主要原因，而要消除转子不平衡就必须 首先测量旋转机械的不平衡量。不平衡量的测量主要是通过检测转轴(或支承)的振动信 号来实现的。由不平衡量引起的振动响应是与转子转速同频的信号，而实际由振动传感器获得 的振动信号，除包含有同频信号外，还包含由于受到转子、轴承、基础结构及其环境等影响 而产生的噪声信号。为此，必须采用滤波的方法从强干扰中提取不平衡量引起的振动信号。 由于转子转速的不稳定，相应地，不平衡振动响应频率也会随之变化。这要求动平衡测试系 统中的滤波器不仅要有极窄的带宽，而且要能跟踪转速的变化。动平衡测试系统中应用的窄带跟踪滤波器主要有瓦特计、开关电容式滤波器以及 基于EPR0M的乘法数模转换器(MDAC)窄带跟踪滤波器等。瓦特计是一种机械式乘法滤波 器，其缺点是带宽有限，且在低频时会出现光点晃动。开关电容滤波器信号滤波领域得到了 广泛的应用，但其应用于振动信号处理时具有一些不足之处，主要表现在一是由于开关电 容滤波器存在对模拟信号的采样过程，对前置低通滤波器要求较高，易造成对高频噪声信 号带来频谱混迭误差；二是开关电容滤波器的输出波形是阶梯状正弦波，使振动信号的波 形发生变形，引入了附加误差，并且后续处理过程比较复杂。基于EPR0M的MDAC窄带跟踪滤波器如图1所示，其中&表示与转速同频的基准 脉冲信号，e(t)表示振动信号，EpE2分别为低通滤波器1'的输出。可求出不平衡引起的同频振动信号幅值为Ez^Ef+g2，同频振动信号与 基准脉冲信号的相位差为识=arctan(JE2 IE)。基于EPR0M的MDAC窄带跟踪滤波器的优点是克服了瓦特计、开关电容式滤波器的 不足之处，具有良好的测量精度，缺点是该测量方法中采用512倍频器2 ‘、512进制环形计 数器3'和EPR0M正弦、余弦函数发生器4'、5'来产生正、余弦函数，硬件较为复杂，成本 高。此外由于采用硬件形式，使得电路设计的修改较为不便。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种基于单片机的MDAC窄带 跟踪滤波器，其硬件结构简单，充分利用单片机来实现信号的产生，使得生产和制造成本大 大降低。实现上述目的的技术方案是一种基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器，包括第一 乘法数模转换器、第二乘法数模转换器、与第一乘法数模转换器相连的第一低通滤波器、与 第二乘法数模转换器相连的第二低通滤波器，所述的第一乘法数模转换器和第二乘法数模 转换器均接收一振动信号，其中，还包括一连接于所述的第一乘法数模转换器和第二乘法数模转换器的输入端的单片机，该单片机的输入端接收一基准脉冲信号，输出端分别输出 数字正弦信号和数字余弦信号给所述的第一乘法数模转换器和第二乘法数模转换器。上述的基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器，其中，所述的单片机通过其I/O 口输 出信号给所述的第一乘法数模转换器和第二乘法数模转换器。上述的基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器，其中，所述的单片机包括有中断引 脚，该中断引脚接收所述的基准脉冲信号。本实用新型的有益效果是本实用新型的硬件结构简单，充分利用了单片机的功 能来实现信号的产生，替代了原来复杂的电路结构，并且可非常方便修改倍频数，例如由 256修改为512等，利用目前市场上供应的大多数单片机均可实现本实用新型。
图1是现有技术中基于EPR0M的MDAC窄带跟踪滤波器的结构示意图；图2是本实用新型的基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。请参阅图2，图中示出了本实用新型的一种基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器， 包括第一乘法数模转换器1、第二乘法数模转换器2、与第一乘法数模转换器1相连的第一 低通滤波器3、与第二乘法数模转换器1相连的第二低通滤波器4，第一乘法数模转换器1 和第二乘法数模转换器2均接收一振动信号e(t)，还包括一连接于第一乘法数模转换器1 和第二乘法数模转换器2的输入端的单片机5，该单片机5的输入端接收一基准脉冲信号 fo，输出端分别输出数字正弦信号和数字余弦信号给第一乘法数模转换器1和第二乘法数 模转换器2。单片机5通过其I/O 口输出信号给第一乘法数模转换器1和第二乘法数模转换器 2，单片机5包括有中断引脚INT，该中断引脚INT接收基准脉冲信号&，&表示与转速同频 的基准脉冲信号，Ep E2分别为滤波器的输出。单片机5接收基准脉冲信号，该信号作为中 断信号，即在每个旋转周期产生一次中断，该中断时刻点可作为一个时间基准点，并执行相 应的中断程序。中断程序的功能包括①测量基准脉冲的周期T，并计算频率或转速；②产 生数字正弦信号和数字余弦信号，通过单片机5的I/O输出到第一、第二乘法数模转换器1、 2，本实用新型利用目前市场上供应的大多数单片机都可以实现，本实施例中采用的单片机 5的型号为AT89S52，第一、第二乘法数模转换器1、2的型号为TLC7825，第一、第二低通滤波 器3、4采用由运算放大器0P07和电阻、电容构成的低通滤波器。工作原理假设被测振动信号为
e(t) = A cos(co0t + (p) + n(t)(1)式中，A、c^W分别为振动信号的幅值、角频率、与基准信号的相位差，n(t)为混入 振动信号中的干扰信号。通过单片机5产生的数字正弦信号和数字余弦信号可分别表示为[0023]esin (t) = sin ( 0t)，ecos (t) = cos ( 0t)(2)第一乘法数模转换器1和第二乘法数模转换器2的输出分别为
e(t)esm (t) = [A sin(co0r + (p) + n(t)] sin( 00
11(3)
=—Acos((p) -—Acos(2o)0t + (p) + n(t) sin(co0r)
<tX0S (0 = lA sin(W+(P)+cos( 0o
= -^Asm(p + ^A sm(2o)0t + (p) + n(t) cos(o)0t)
⑷式(3)和式(4)中的第一项为直流项(常数项)，第二、三项为交流项，因此可通过
低通滤波器去除交流项，取出直流项，即低通滤波器的输出分别为
El =^Acos((p)(5)
E2=^Asm((p)(6)由式(5)、式(6)可求出不平衡引起的同频振动信号幅值以及该同频振动信号与 基准脉冲信号的相位差为
\e = ^E^+E22 (7)
= arctan(￡'21Ex)以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域 的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因 此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。
权利要求一种基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器，包括第一乘法数模转换器、第二乘法数模转换器、与第一乘法数模转换器相连的第一低通滤波器、与第二乘法数模转换器相连的第二低通滤波器，所述的第一乘法数模转换器和第二乘法数模转换器均接收一振动信号，其特征在于，还包括一连接于所述的第一乘法数模转换器和第二乘法数模转换器的输入端的单片机，该单片机的输入端接收一基准脉冲信号，输出端分别输出数字正弦信号和数字余弦信号给所述的第一乘法数模转换器和第二乘法数模转换器。
2.根据权利要求1所述的基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器，其特征在于，所述的单 片机通过其I/O 口输出信号给所述的第一乘法数模转换器和第二乘法数模转换器。
3.根据权利要求1所述的基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器，其特征在于，所述的单 片机包括有中断引脚，该中断引脚接收所述的基准脉冲信号。
专利摘要本实用新型公开了一种基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器，包括第一乘法数模转换器、第二乘法数模转换器、与第一乘法数模转换器相连的第一低通滤波器、与第二乘法数模转换器相连的第二低通滤波器，所述的第一乘法数模转换器和第二乘法数模转换器均接收一振动信号，还包括一连接于所述的第一乘法数模转换器和第二乘法数模转换器的输入端的单片机，该单片机的输入端接收一基准脉冲信号，输出端分别输出数字正弦信号和数字余弦信号给所述的第一乘法数模转换器和第二乘法数模转换器。本实用新型的基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器，其硬件结构简单，充分利用单片机来实现信号的产生，使得生产和制造成本大大降低。
文档编号H03H17/02GK201656935SQ201020137260
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月22日 优先权日2010年3月22日
发明者方翔, 田社平, 秦琳 申请人:上海辛克试验机有限公司