专利名称:一种便携式动平衡仪的制作方法
本实用新型属动不平衡振动信号分析仪领域。
拾振传感器对旋转机械转子振动检测过程中，不仅检测到由于不平衡量引起的与转子转速同频的信号，而且还会检测到各种干扰噪声。有时，这些干扰噪声比不平衡量引起的信号大得多，甚至淹没所要提取的不平衡信息。因此，在动平衡工艺过程中，需要有一种装置能从复杂的噪声背景下，准确提取转子的不平衡引起的振动幅值和相位，作为消除不平衡量所引起的振动的参考信息。
目前，这类仪器多数采用相关滤波原理。日本明石公司生产的DEp－E动平衡仪，采用方波相关原理。它用光电传感器输出的参考方波与振动信号进行互相关处理，结果保留了两者共同的频率成分，滤除了其它干扰。因参考方波中含有基频(与转子转速同频)成分和基频的各次奇次谐波，所以当拾振传感器所测得信号中包含基频的奇次倍频干扰成份时，就会与不平衡量引起的信号一起被检测出来。因此会影响平衡效率。DEp－E动平衡仪可用于现场动平衡。工作频率范围为3Hz－1000Hz相角精度为满刻度值的±10％。该仪器滤除奇次倍频干扰能力差，相角精度较低。我国生产的ZDF－1通用振动分析仪，采用开关电阻跟踪滤波器作为主滤波环节，它具有滤除奇次和偶次谐波干扰的能力，但为了滤除中心频率附近的近频干扰，Q值需作得比较高。因此，它的相频特性在中心频率处变化剧烈，使得信号相位容易受环境温度的影响。
本实用新型提供一种便携式动平衡仪。它具有以下的功能和性能1、当作为动平衡仪使用时，能自动跟踪旋转机械转子的转速，实现跟踪滤波，有效地抑制各种干扰，抑制温度对相位的影响，工作频率范围为3Hz－1000Hz，相位精度小于±3°，价格便宜，仅为DEp－E动平衡仪的三分之一左右。具有幅值、相角、转速输出及数字显示。
2、面板上设置手动扫频旋钮，可改变参考信号频率，对振动信号进行谱分析。在作谱分析时，可给出幅值及转速输出和显示。
本实用新型由一级Q值3－5的开关电阻跟踪滤波器、两级并联的N分路滤波器串联组成。两级N分路滤波器带宽为0.5～2Hz，由于通带很窄能很好滤除中心频率附近的近频干扰成份。包含16个支路的N分路滤波器，它的每支路的依次导通由锁相环输出的f0、2f0、4f0、8f0的编码决定。它仅输出基频和所有整数倍频的信号。另一个N分路滤波器由8个支路组成，每个支路的依次导通，由2f0、4f0、8f0编码决定。它仅输出基频的所有偶数倍频信号。两个N分路滤波器的输出相减可以消除所有偶次谐波干扰。第一级和第二级开关电阻滤波器，由于Q值为3～5，其相频特性曲线在中心频率变化缓慢，因此输出信号的相位不易受环境温度变化的影响。这两级开关电阻跟踪滤波器参数相同，当Q值为3时，其幅频特性如下式所示|K(jω)|=1.71ωω0[1-(ωω0)2]2+[0.286ωω0]2]]>式中｜K(jω)｜——幅频特性ω0——滤波器的中心频率因为两级开关电阻跟踪滤波器串联，其传递函数是相乘关系，由上式可算出两级Q值为3的开关电阻跟踪滤波器可以使三倍频幅值衰减约70％，使五倍频幅值衰减90％，其它的奇倍频将衰减得更多。
图1给出了本实用新型线路原理图。
图1中的第一级开关电阻跟踪滤波器〔1〕和第二级开关电阻跟踪滤波器〔6〕线路及参数相同。它们都是由三个CD3140高输入阻抗运算放大器组成基本带通线路。决定带通滤波器中心频率的元件之一是积分单元的输入电位，它由开关CD4052与一个串联电阻R实现。CD4052的关断电阻很大，导通电阻很小，是一个较为理想的开关，又由于它的四个开关集成一个芯片上，具有良好的对称性，便于线路调试。又由于它有VEE端，可接－12v电源，因此它具有±12v动态范围。锁相环〔7〕输出参考信号的128倍频，经单稳4098后，到CD4052的编码端，实现了积分单元输入电阻的变化，达到跟踪外界输入信号频率变化的目的。图1中〔2〕是含有16个支路的N分路滤波器，它由两片CD4051开关，外接16个电容和一个电阻组成。同样CD4051关断电阻很大，导通电阻很小，也是一个较理想的开关，它具有VEE电源端，可接－12v，它的动态范围可在±12之间，N分路的每一支路的依次导通，由锁相环〔7〕引出的2f0、4f0、8f0。的编码和f0以及f0经反相器〔8〕输出决定。图1中的〔3〕是含有8个支路的N分路滤波器，由一片CD4051、8个电容和一个电阻组成。含有8个支路的N分路滤波器输出送给反相器〔4〕，然后与具有16支路的N分路滤波器〔2〕的输出同时送入求和器〔5〕，以消除偶次谐波干扰。
因此，本实用新型第一级开关电阻跟踪滤波器〔1〕和第二级开关电阻跟踪滤波器〔6〕能很好抑制高频及奇次谐波干扰，而具有16支路的N分路滤波器〔2〕和具有8个支路的N分路滤波器〔3〕的组合消除偶次谐波干扰。同时每个N分路滤波器还能抑制近频干扰。这两种滤波器互相结合和补充，既提高滤波能力，又抑制环境温度对相位的影响。另外，由于开关电阻滤波器〔6〕采样频率为128f0，能起到对N分路输出波形的平滑作用，有利于提高相角分辨率。
权利要求
1.一种便携式动平衡仪，其主要电路由二级开关电阻跟踪滤波器[1，6]，两级窄带N分路滤波器[2，3]及锁相环[7]，反相器[4，8]，求和器[5]所组成，其特征在于，a、第一级开关电阻跟踪滤波器[1](Q=3～5)连至两级相并联的具有16支路的N分路滤波器[2]，8个支路的N分路滤波器[3](带宽均为0.5～2Hz)，经反相器[4]，求和器[5]与第二级开关电阻跟踪滤波器[6](Q=3～5)相串联，b、含有16个支路的N分路滤波器[2]与含有8个支路的N分路滤波器[3]并联，经反相器[4]和求和器[5]以消除偶次谐波干扰，锁相环[7]输出的f.、2f.、4f.、8f。信号送到开关CD4051进行编码，使N分路的每个支路依次导通，c、在两个开关电阻跟踪滤波器[1，6]中，选用CD4052作为开关，由于CD4052在一块芯片上制作四个开关，具有良好的对称性，CD4052有VDD、VEE电源端，可接+12V与-12V电源，具有较大的动态工作范围。
专利摘要
一种便携式动平衡仪属动不衡振动信号分析仪领域。本实用新型的滤波电路由两级Q值为3～5的开关电阻跟踪滤波器和两级并联的带宽为0.5～2Hz窄带N分路滤波器组成。并联的窄带N分路滤波器有效地滤除所有偶次谐波干扰和中心频率附近的近频噪声，因此可以降低开关电阻跟踪滤波器Q值的要求，抑制环境温度变化对输出相位的影响。本实用新型可用于旋转机械转子的现场动平衡和振动信号的谱分析。
文档编号G01M1/00GK86200400SQ86200400
公开日1986年9月17日 申请日期1986年1月25日
发明者孙道祥, 韦文林, 毛东山 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan