专利名称:一种微机化的现场动平衡仪的制作方法
本发明属于振动分析仪器、动平衡机和动平衡仪领域。
目前国内外市场上尚无同类型的仪器，日本明石制作所的DEP-E型仪器，美国Bently公司的DVF-2矢量滤波器，西德Schenck公司的VIBROTEST都是用模拟电路实现相关滤波的。
本发明的目的是把模拟技术与数字技术巧妙地结合起来，创造一种多功能、高精度、价格低廉、适于便携的微机化的现场动平衡仪。
本发明可以用于刚性转子的现场动平衡。对测振传感器的信号进行处理，直接显示两个平衡平面的不平衡量大小及相角位置。本发明的仪器还可以直接作为动平衡机的测量、指示部分。利用本仪器的结构原理扩展内存，就可以进行高速、柔性转子的动平衡。本仪器也是一种振动分析仪，可以直接用于机械阻抗测试、传递函数分析、谐波分析、频谱分析以及机器的故障诊断等。
本发明是以8位微处理机为核心，对测量信号进行数字相关滤波，提取振动信号与参考信号(在旋转轴上的固定标志所获得的转速信号)同频成分的幅值和相角信息，再将上述信息进行处理、计算，最后直接显示平衡面上不平衡量的大小及角度位置，平衡转速等。本发明采用8位A/D转换器进行模-数转换，为了保证在恶劣的信噪比和宽广的动态范围下能得到良好的幅值和相角测试精度，本发明中利用锁相环路控制采样型的窄带梳状跟踪滤波器，并且利用软件控制一组增益能自动切换的控制放大器，所用的滤波方案既能显著改善信噪比，又不带来附加相移。A/D转换器的入口信号电平在受上述前置滤波放大电路处理后，便处于最佳匹配状态，这样在使用8位A/D转换器，就能在实现快速采样下，保证5%的幅值精度和3°以内的相角精度。A/D转换器是由锁相环路提供的倍频脉冲进行外触发采样的，这样可以在转速变动时能自动跟踪参考信号实现每转32(或64及其他)次的采样率，同时，自动消除数字信号处理中的栅栏效应。在微处理机中的只读存贮器中贮有32(或64及其他)点的正、余弦函数值和可供选择的窗函数值。因此采样信号便可和参考的“正、余弦”信号进行数字相关处理，获得幅值和相角信息(或直角坐标中同相及正交分量)。这种数字相关滤波的带宽由截取信号的窗宽和平均段数所决定，这些都是可以通过仪器面板的按钮选择的。传感器所测的在平衡转速下的初始不平衡量被贮存起来。通过在平衡平面上加试重，再启动机组，至原平衡转速，将传感器测得新的振动值，进行处理，显示为幅值和相角。本仪器自动把加试重前、后的读数进行矢量运算，得出所加单位试重的影响系数，然后再经过仪器中固存的影响系数法计算程序的运算，直接显示旋转机组原始不平衡量的幅值(重量或重径积)，以及其相角位置。因此籍助本仪器可以直接，简便地进行现场动平衡。它不像上面所提到的国外仪器，只能用模拟方法得出的仅仅是振动信号的幅值、相角读数，而后必须再籍助计算机(器)、才能实现平衡面上不平衡量的计算。对于挠性转子的多转速、多平面动平衡问题，只要对本仪器的计算机内存相应扩展和编制平面解算软件，也可以方便地实现。对于相同类型的转子或机组，具有相同的影响系数，则可以调用以前试验时贮存在仪器中的影响系数的大小和相角，而不要重复加试重。
本仪器的工作原理框图如图1所示，图中A为振动信号输入端;B为参考信号输入端;1-程序控制电平调整器;2-采样型窄带梳状跟踪滤波器;3-锁相环路系统;4-程序自动控制放大器;5-外触发跟踪采样保持器;6-8位A/D转换器;7-计算单元，本单元进行数字相关滤波，谐波分析，转速测量，程控放大器控制，平面解耦等的运算;8-输出外设，包括结果数字显示，结果打印输出，通过D/A转换器模拟输出，数字通讯输出等。
在转子上用一个反光或不反光的标志线，通过光电传感器可以获得一个矩形波，其频率就是机组转速频率，其上升沿或下降沿可以作角度基准线的零度。参考信号也可以利用旋转轴上的键槽位置和磁电式传感器获得，将参考信号通过锁相环路产生一系列的倍频脉冲作为A/D转换器的外触发脉冲和控制窄带采样型梳状滤波器的中心频率跟踪机组转速。
实现本发明的最好方式如附图2。
由传感器获得的振动信号从A端输入，经过由模拟开关(CD-4052)自动控制的程序控制电平调整器，使由4个模拟开关(CD-4051)和电阻R以及32个电容C组成的N分路跟踪窄带滤波器有合适的入口电平，N分路滤波器滤除近频干扰及噪声，提高了信噪比，再通过程序自动控制放大器3，控制模拟开关(CD-4051)，根据输入信号大小，自动调整增益，使A/D转换器(ADCO804)工作在最佳状态，量化误差最小，由A/D转换器输出的数字信号，进入计算机进行数字相关处理及平面解耦计算等。
参考信号由B端输入，进入由锁相环(CD4046)和分频(CD4040)组成的锁相一倍频环路，产生跟踪参考信号的32倍频脉冲，通过32选1译码器(74LS139)控制N分路跟踪带通滤波器中心频率。
由锁相环(CD4046)跟踪的基频信号f0的上升沿，送到D-触发器(74LS74)的CP端。其D端受送入另一个D-触发器的CP端的PIO启动脉冲的控制。这个基频信号f0经D-触发器输出(以其上升沿为基准)，与经过单稳(MC14538)定宽后的32倍脉冲构成对采样保持器(LF398)的启动脉冲;同时，它也控制A/D变换器的允许变换的片选
CS端，以及A/D变换向CPU申请中断的允许端
INTR。这就保证了采样时对基频信号的整周期截取和保留被采样信号准确的相位信息。
采样数据进入微处理机，与只读存贮器中的32点(或64点)的正、余弦函数值和可供选择的窗函数值，进行数字相关处理，获得幅、相信息，这种数字相关滤波的带宽由截取信号的窗宽和平均段数所决定，可通过面板选择。正如说明书前所述，籍助平面解算软件，可实现二个平面(或多平面)的解算。
权利要求
1.一种微机化现场动平衡仪，其特征在于采用专门设计的抗混叠窄带跟踪梳状滤波器和一种程序控制的自动增益放大器，使本仪器采用8位A/D转换器，就能在恶劣的信噪比和宽广的动态范围下，保证幅、相测试精度，本仪器利用转速参考信号进行锁相倍频，所以A/D转换器是跟踪外触发采样的，保证对有用信号成分整周期截取，这样在数字相关处理中不受栅栏效应影响，数字相关处理和平面分离运算都是籍专门自编的汇编语言软件在微型计算机CPU(TP-801B或其他)内完成的。
2.按权项1所述仪器，其特征在于采样型梳状窄带跟踪滤波器中的模拟开关(CD4051或其他)接在电阻与电容之间，抑制保持电容间的串扰。
3.按权项1所述仪器，其特征在于外触发跟踪采样A/D转换器前有程序自动控制增益放大器，以充分利用8位A/D转换器的动态范围，放大器采用同相输入，模拟开关(CD4051或其他)接在放大器反相输入端和各反馈电阻之间。
专利摘要
一种微机化的现场动平衡仪用于刚性转子现场动平衡测振机械阻抗测试，传递函数分析，谐波分析，故障诊断等。
文档编号G01H11/00GK85106632SQ85106632
公开日1987年3月25日 申请日期1985年9月4日
发明者韦文林, 严普强, 常佶, 钟建平 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan