不平衡度测定装置的制作方法

专利名称:不平衡度测定装置的制作方法
本实用新型涉及平衡试验机和不平衡测量仪的不平衡测量。特别是一种应用模／数转换数字累加电路和微型计算机进行不平衡度测定的装置。
已有的不平衡度测量是由振动传感器输出与干扰振动相叠加的测试信号。该测试信号经低通滤波器，在转子旋转周期内，按一定的节拍通过模／数转换器转换成N个〈至少为3个〉数字瞬时值。这些瞬时值在测试过程中用计算机或计算器分别与同频的正弦和余弦值进行程控相乘。各次相乘的结果按正／余弦分别进行累计，并求出每个旋转周期平均值。该乘积平均值即代表转子校正面上的不平衡度分量，经过换算后按极坐标形式进行显示或记录。比如DE－OS2459－282，G01M1／22专利就是这种。这种测试装置的不足之一是模／数转换器所采集的是测量信号的瞬时值。而该瞬时值需要借助于乘法计算程序依次实现与正／余弦值相乘。因此运算时间长，影响测量精度。不足之二是由于这种程控相乘在求数字乘积平均值过程中，频率为转动频率的N－1，N＋1，2N－1…倍的干扰信号将造成乘积平均值的极大误差。因此需要在模／数转换之前设置与平衡转速相匹配的低通滤波器。要适应不同档次的转速，就得设置数个不同截止频率的滤波器网络，或者要相应的变更元件及参数。使得设备结构及操作复杂。
本实用新型的目的是提供一种截止频率为固定的单一低通滤波器和采用模／数转换器，数字累加电路及微型计算机实现测量信号的数字平均值与正余弦值相乘的不平衡度测定装置。
实现本实用新型的目的是把振动传感器的输出通过低通滤波送到模／数转换器与微型计算机接口。低通滤波器的截止频率是与模／数转换器的最高采样频率有关的一个固定值。实际中可选为最高采样频率的1／3或1／5。滤波器的增益要选得能使测试信号电压的变化范围与模／数转换器的输入范围相匹配。微型计算机中设有获得测量信号平均值并实现与正／余弦函数进行相乘的累加电路。该累加电路是由三个累加器A1、A2、A3和三个移位寄存器R1、R2、R3组成，并与微机总线相连。
测试时转子每转一周，光电传感器对转子的方位标记进行扫描，并向中央处理单元发送一个相位基准脉冲。中央处理单元把此基准脉冲的周期分成N个〈例如256个)相等的时间间隔，每个间隔又分成M个节拍。在每个时间间隔内，模／数转换器按照规定的节拍对滤波器输出的测试信号进行M次采样和转换。由累加器A1对M次数字转换值求和，取得累加器A1的高K位数，即得该时间间隔内的测试信号的算术平均值。该算术平均值送入移位寄存器R1与移位寄存器R2、R3的正／余弦函数值进行相乘。再由累加器A2、A3对此相乘的部分积进行求和，最后得出每个时间间隔内测试信号的平均值与相应正／余弦值的乘积。该乘积由中央处理单元读出，送往存贮器按转动周期分别对正／余弦求和，取滑动的L次测试平均值(即每求得一个新的转动周期测试值，则取代最老的一个测试值)经换算得到被测转子不平衡度的X－Y坐标平面上的分量。
本实用新型由于采用了截止频率与最高采样频率有关的单一滤波器，因而技术上容易实现，且结构简单。同时由于测量信号的算术平均值与正／余弦值进行硬件相乘，而求算术平均值与相乘运算是在相邻的时间间隔内同时进行，所以无时间损失，且运算速度快，能适应很高的转速。此处由于采用滑动的L次测试平均值作为测试结果，因而能有效地消除低于转动频率或随机的非周期干扰振动，不需增加测试时间，测量精度高。
以下结合附图对本实用新型的结构原理作详细说明。
图示为本实用新型的原理框图。
图中的微型计算机部分是由累加电路(5)、中央处理单元(12)、可编程定时器(13)，存贮器(14)和输入输出单元(15)组成。它们之间用总线(16)相连。累加电路(5)由累加器A1(6)、A2(7)、A3(8)和移位寄存器R1(9)、R2(10)、R3(11)组成。安装在待测转子(1)上的机电振动传感器(2)的输出端，通过低通滤波器(3)和模／数转换器(4)，接到累加电路(5)的输入端。累加器A1(6)的输出接到移位寄存器R1(9)。移位寄存器R2(10)、R3(11)的输出分别接到累加器A2(7)、A3(8)的输入端。移位寄存器R2(10)、R3(11)里有从存贮器(14)中置入参加乘法运算的正／余弦函数值。存贮器(14)中有预先输入的N个正／余弦函数值和存放最近的L个〈例如3个，6个，12个或24个)转动周期的不平衡测试值。
当驱动转子(1)旋转时，光电传感器(17)对转子上涂设的方位标记(18)进行无触扫描，每转产生一个相位基准脉冲，输出到中央处理单元(12)中。中央处理单元(12)以两个脉冲的间隔作为测量周期，将其分为N个〈例如256个)相等的时间间隔并给定时器(13)编程，在每个时间间隔内均匀地输出M个采样／求和脉冲及K个移位／累加脉冲。
在每个时间间隔开始时，累加器A1(6)、A2(7)、A3(8)首先被清零，接着A1(6)开始新间隔的累计，而A2(7)、A3(8)则开始对前一间隔测试信号算术平均值与正／余弦函数相乘的部分积进行求和。具体工作过程是；累加器A1(6)中的算术平均值送入到移位寄存器R1(9)中，中央处理单元(12)给寄存器R2(10)、R3(11)置入相应的正余弦函数值。三个移位寄存器均在时钟脉冲的同步下进行移位。R1(9)的串行输出用来控制累加器A2(7)、A2(8)的动作。每来一个时钟脉冲，寄存器R1(9)左移一位，寄存器R2(10)、R2(11)就各右移一位。R2(10)和R3(11)的输出即代表该正／余弦函数的2－i倍。当第i次移出位为1时，使累加器A2(7)A3(8)分别与寄存器R2(10)和R3(11)相加，当第i次移出位为零时，使累加器A2(7)、A3(8)均保持不变。当K位算术平均值全部移出后，累加器A1(7)、A2(8)中的和分别代表前一时间间隔测试信号的算术平均值与相应正／余弦值的乘积。
在每个时间间隔结束时，由中央处理单元(12)读出累加器A2(7)A3(8)中的测量信号算术平均值与正／余弦函数值之积，并送往存贮器(14)分别进行累计。
在每个转动周期结束时，中央处理单元(12)将N个乘积的累计值取平均，作为该转动周期的测试值。每求得一个新的转动周期测试值，即取代L个转动周期中最早的一个测试值。取L次测试的平均值并换算到转子(1)的校正面上，作为当前的测试结果进行显示和打印，并可存贮于软磁盘上。
当采用两个校正面进行测试时，需要相对独立的两个通道。通道B(9)中的正／余弦函数寄存器及控制信号可与可与通道A(20)公用。
权利要求
1.一种包括振动传感器，低通滤波器，模/数转换器和微型计算机的不平衡度测定装置，其特征在于(a)低通滤波器的截止频率与模/数转换器的最高采样频率相匹配，(b)微机中设有获得测量信号数字算术平均值并实现与正/余弦函数值进行相乘的累加电路。
2.根据权利要求
1所述的装置，其特征在于累加电路是由三个累加器(6)、(7)、(8)和三个移位寄存器(9)、(10)、(11)组成。
3.根据权利要求
1所述的装置，其特征在于微型计算机的存贮器中存放着最近的L个转动周期的不平衡测试值。
专利摘要
本实用新型涉及一种测量动不平衡的装置。该装置是把振动传感器的输出通过模/数转换器与微机接口。测试时，模/数转换器按照规定的节拍对测试信号进行采样和转换，由累加电路得出M次采样的算术平均值并与寄存器中的正/余弦值进行相乘。N个乘积由中央处理单元依次读出，送往存贮器按转动周期分别对正/余弦求和，取其平均值经过换算得到被测转子不平衡度在X—Y坐标平面上的分量。
文档编号G01M1/14GK87203748SQ87203748
公开日1988年1月13日 申请日期1987年3月15日
发明者王立真 申请人:西北电讯工程学院