CN105043614A - 一种基于带通滤波的电涡流测功系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于带通滤波的电涡流测功系统，由单片机(4)，与单片机(4)相连接的电机控制模块(5)、显示器(6)、操作模块(7)、信号放大电路(8)，与电机控制模块(5)相连接的待测电机(1)，与待测电机(1)相连接的电涡流测功机(2)，与电涡流测功机(2)相连接的信号处理模块(3)组成，其特征在于：在信号处理模块(3)和信号放大电路(8)之间还设置有带通滤波电路(9)；本发明通过带通滤波电路的作用可以过滤掉来自系统自身的干扰信号，使本发明对功率测试更加准确。

Description

一种基于带通滤波的电涡流测功系统

技术领域

本发明涉及一种电涡流测功系统，具体是指一种基于带通滤波的电涡流测功系统。

背景技术

电涡流测功机是目前国内先进的加载测功设备，尤其在中小功率以及微小功率的动力机械加载测功试验中，各动力机械的低速及高速加载测功试验方面，相对其它类型测功加载设备而言，在性能、价格、可靠性、维护难易程度等方面都有比较明显的优势。尤其在低速机械及微小功率机械的加载测功方面，则更是其它方法无可比拟的。因此，在很多场合电涡流测功机已取代磁粉离合器、水力测功机、直流发电机组等，用来测量各种电动机、汽油机、柴油机、齿轮箱等动力机械的性能，成为型式试验的必要设备。然而，目前所使用的电涡流测功系统容易受到系统自身干扰因素的影响，导致功率测试有很大的误差，影响测试人员对实测设备性能的评估。

发明内容

本发明的目的在于克服传统的电涡流测功系统容易受到系统自身干扰因素影响的缺陷，提供一种基于带通滤波的电涡流测功系统。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于带通滤波的电涡流测功系统，由单片机，与单片机相连接的电机控制模块、显示器、操作模块、信号放大电路，与电机控制模块相连接的待测电机，与待测电机相连接的电涡流测功机，与电涡流测功机相连接的信号处理模块，在信号处理模块和信号放大电路之间还设置有带通滤波电路。

进一步的，所述的带通滤波电路由滤波芯片U1，N极顺次经电阻R18和极性电容C9后与滤波芯片U1的IN-管脚相连接、P极则作为该带通滤波电路的一个输入极的二极管D5，一端与滤波芯片U1的IN+管脚相连接、另一端则顺次经电阻R19和电阻R20后与滤波芯片U1的OUT管脚相连接的电感L4，正极与滤波芯片U1的VEE管脚相连接、负极接地的极性电容C10，串接在滤波芯片U1的NC1管脚和NC2管脚之间的极性电容C11，以及正极与滤波芯片U1的VCC管脚相连接、负极则接15V电压的极性电容C12组成；所述滤波芯片U1的IN+管脚和二极管D5的P极一起作为该带通滤波电路的输入端、而滤波芯片U1的OUT管脚和其NC3管脚一起作为该带通滤波电路的输出端。

所述信号放大电路由放大器P1，放大器P2，放大器P3，或非门Q1，三极管VT5，一端经电阻R16后与放大器P3的负极相连接、另一端则顺次经电阻R11和电阻R14后与放大器P2的正极相连接的电阻R12，一端与放大器P2的正极相连接、另一端则与放大器P3的正极相连接的电阻R15，负极与放大器P1的正极相连接、正极则与放大器P1的输出端相连接的极性电容C8，与极性电容C8相并联的电阻R13，以及一端与三极管VT5的发射极相连接、另一端则与三极管VT5的集电极一起作为该信号放大电路的输出端的电阻R17，所述放大器P1的负极与放大器P3的输出端一起作为该信号放大电路的输入端、其输出端则与放大器P3的正极相连接；所述放大器P2的负极接地、其输出端则与三极管VT5的基极相连接；所述或非门Q1的正极与放大器P2的输出端相连接、其负极则分别与放大器P3的输出端以及电阻R12和电阻R16的连接点相连接、输出端则与三极管VT5的集电极相连接。

所述的信号处理模块由信号处理电路，与信号处理电路相连接的与非门控制电路，与与非门控制电路相连接的双稳态触发电路，以及同时与双稳态触发电路和与非门控制电路相连接的后端变压输出电路组成。

所述的信号处理电路由处理芯片U，一端与处理芯片U的-SIG管脚相连接、另一端则经电阻R3后与处理芯片U的BIAS管脚相连接的电阻R1，一端与处理芯片U的-CAR管脚相连接、另一端接地的电阻R2，以及一端与处理芯片U的GMIN管脚相连接、另一端则经电位器R5后与处理芯片U的ADJ管脚相连接的电阻R4组成；所述处理芯片U的-V管脚分别与电阻R1和电阻R3的连接点以及双稳态触发电路相连接、其-OUT管脚和+OUT管脚均与与非门控制电路相连接；所述处理芯片U的+SIG管脚和其-V管脚一起作为该信号处理电路的输入端。

所述的与非门控制电路由与非门A1，与非门A2，正极顺次经电阻R6和极性电容C4后与与非门A1的输出端相连接、其负极接地的极性电容C1，N极与电阻R6和极性电容C4的连接点相连接、P极接地的二极管D1，正极经电阻R7后与二极管D1的N极相连接、负极接地的极性电容C2，一端与处理芯片U的-OUT管脚相连接、另一端则与与非门A1的正极相连接的电阻R8，一端与处理芯片U的+OUT管脚相连接、另一端则与与非门A1的负极相连接的电阻R9，负极与与非门A1的输出端相连接、正极则与与非门A2的负极相连接的极性电容C5，串接在与非门A2的正极和输出端之间的电阻R10，以及与电阻R10相并联的极性电容C7组成；所述处理芯片U的-OUT管脚与极性电容C1的正极相连接、其+OUT管脚则与极性电容C2的正极相连接；所述与非门A1的负极和其输出端均与双稳态触发电路相连接；所述与非门A2的负极与双稳态触发电路相连接、其输出端则分别与双稳态触发电路以及后端变压输出电路相连接。

所述的双稳态触发电路由三极管VT1，三极管VT2，正极与三极管VT1的集电极相连接、负极则与三极管VT2的基极相连接的极性电容C3，正极与三极管VT1的基极相连接、负极则与三极管VT2的发射极相连接的极性电容C6，以及N极与三极管VT2的集电极相连接、P极则与三极管VT1的发射极相连接的二极管D2组成；所述三极管VT1的集电极与与非门A1的负极相连接、其发射极则与处理芯片U的-V管脚相连接、基极则与与非门A2的负极相连接；所述三极管VT2的基极与与非门A1的输出端相连接、其发射极则与与非门A2的输出端相连接、集电极则与后端变压输出电路相连接。

所述的后端变压输出电路由变压器T，三极管VT3，三极管VT4，设置在变压器T源边的电感线圈L1和电感线圈L2，设置在变压器T副边的电感线圈L3，二极管D3，以及二极管D4组成；所述二极管D3的N极与电感线圈L1的抽头相连接、P极则与与非门A2的输出端相连接，二极管D4的P极与电感线圈L3的非同名端相连接、其N极则与电感线圈L3的同名端一起作为该后端变压输出电路的输出端；所述电感线圈L1的同名端与与非门A2的输出端相连接、其非同名端则与三极管VT4的基极相连接；所述电感线圈L2的同名端与三极管VT4的集电极相连接、非同名端则与三极管VT3的集电极相连接、其抽头则与电感线圈L1的同名端相连接；所述三极管VT3的发射极与三极管VT4的发射极相连接、其基极则分别与与非门A2的输出端以及三极管VT2的集电极相连接。

为了达到更好的实施效果，所述的处理芯片U为LM146集成电路，而滤波芯片U1则为MAX4104集成电路。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明结构简单，操作方便，系统造价低廉。

(2)本发明在确保测试精度的同时更节约能耗，降低了电机测试过程中的成本。

(3)本发明通过信号放大电路的作用，可以放大电涡流测功机所输出的扭矩信号，以确保本发明检测待测电机输出功率的准确性。

(4)本发明通过带通滤波电路的作用可以过滤掉来自系统自身的干扰信号，使本发明对功率测试更加准确。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的信号处理模块电路结构示意图；

图3为本发明的信号放大电路电路结构示意图；

图4为本发明的带通滤波电路结构示意图。

以上附图中的附图标记名称为：

1—待测电机，2—电涡流测功机，3—信号处理模块，4—单片机，5—电机控制模块，6—显示器，7—操作模块，8—信号放大电路，9—带通滤波电路，31—信号处理电路，32—与非门控制电路，33—双稳态触发电路，34—后端变压输出电路。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例

如图1所示，本发明包括单片机4，与单片机4相连接的电机控制模块5、显示器6、操作模块7、信号放大电路8，与电机控制模块5相连接的待测电机1，与待测电机1相连接的电涡流测功机2，以及与电涡流测功机2相连接的信号处理模块3。为了达到本发明的目的，本发明在信号处理模块3和信号放大电路8之间还设置有带通滤波电路9。

其中，单片机4作为本发明的控制中心。电涡流测功机2则用于检测待测电机的扭矩信号并输出。信号处理模块3用于对电涡流测功机2所输出的扭矩信号进行处理。信号放大电路8则可以对扭矩信号进行放大处理，带通滤波电路9用于过滤来自系统自身的干扰因素。单片机4可以通过扭矩信号计算出待测电机1的实时功率，并通过显示器6直观的显示出来。电机控制模块5用于对待测电机1进行控制，而工作人员则可以通过操作模块7来设定待测电机1的输出功率。

工作时，启动待测电机1，操作员在操作模块7上设定待测电机1的输出功率，这时单片机4则发出指令给电机控制模块5，使其按照操作员所设定的功率对待测电机1进行控制。电涡流测功机2则检测待测电机1的扭矩信号，该扭矩信号经信号处理模块3、信号放大电路8以及带通滤波电路9的处理后输送给单片机4，单片机4则根据扭矩信号计算出待测电机1的实时功率并通过显示器6显示出来。操作员可以把待测电机1的实时功率与其设置在操作模块7内的功率值相比较，由此来判断待测电机1的性能。

为了达到更好的效果，该电涡流测功机2优先采用四川诚邦测控技术有限公司生产的DWD系统电涡流测功机来实现，该系列的电涡流测功机结构简单，操作维护方便，制动力矩大，测试精度高。而单片机4、电机控制模块5、操作模块7以及显示器6均采用现有的技术即可实现。

如图2所示，信号处理模块3由信号处理电路31，与信号处理电路31相连接的与非门控制电路32，与与非门控制电路32相连接的双稳态触发电路33，以及同时与双稳态触发电路33和与非门控制电路32相连接的后端变压输出电路34组成。

其中的信号处理电路31由处理芯片U，一端与处理芯片U的-SIG管脚相连接、另一端则经电阻R3后与处理芯片U的BIAS管脚相连接的电阻R1，一端与处理芯片U的-CAR管脚相连接、另一端接地的电阻R2，以及一端与处理芯片U的GMIN管脚相连接、另一端则经电位器R5后与处理芯片U的ADJ管脚相连接的电阻R4组成。所述处理芯片U的-V管脚分别与电阻R1和电阻R3的连接点以及双稳态触发电路33相连接、其-OUT管脚和+OUT管脚均与与非门控制电路32相连接。所述处理芯片U的+SIG管脚和其-V管脚一起作为该信号处理电路31的输入端。为了更好的实施本发明，所述的处理芯片U优先采用LM1496集成电路来实现。

所述的与非门控制电路32由与非门A1，与非门A2，正极顺次经电阻R6和极性电容C4后与与非门A1的输出端相连接、其负极接地的极性电容C1，N极与电阻R6和极性电容C4的连接点相连接、P极接地的二极管D1，正极经电阻R7后与二极管D1的N极相连接、负极接地的极性电容C2，一端与处理芯片U的-OUT管脚相连接、另一端则与与非门A1的正极相连接的电阻R8，一端与处理芯片U的+OUT管脚相连接、另一端则与与非门A1的负极相连接的电阻R9，负极与与非门A1的输出端相连接、正极则与与非门A2的负极相连接的极性电容C5，串接在与非门A2的正极和输出端之间的电阻R10，以及与电阻R10相并联的极性电容C7组成。所述处理芯片U的-OUT管脚与极性电容C1的正极相连接、其+OUT管脚则与极性电容C2的正极相连接；所述与非门A1的负极和其输出端均与双稳态触发电路33相连接。所述与非门A2的负极与双稳态触发电路33相连接、其输出端则分别与双稳态触发电路33以及后端变压输出电路34相连接。

所述的双稳态触发电路33由三极管VT1，三极管VT2，正极与三极管VT1的集电极相连接、负极则与三极管VT2的基极相连接的极性电容C3，正极与三极管VT1的基极相连接、负极则与三极管VT2的发射极相连接的极性电容C6，以及N极与三极管VT2的集电极相连接、P极则与三极管VT1的发射极相连接的二极管D2组成。所述三极管VT1的集电极与与非门A1的负极相连接、其发射极则与处理芯片U的-V管脚相连接、基极则与与非门A2的负极相连接。所述三极管VT2的基极与与非门A1的输出端相连接、其发射极则与与非门A2的输出端相连接、集电极则与后端变压输出电路34相连接。

所述的后端变压输出电路34由变压器T，三极管VT3，三极管VT4，设置在变压器T源边的电感线圈L1和电感线圈L2，设置在变压器T副边的电感线圈L3，二极管D3，以及二极管D4组成。连接时，所述的二极管D3的N极与电感线圈L1的抽头相连接、P极则与与非门A2的输出端相连接，二极管D4的P极与电感线圈L3的非同名端相连接、其N极则与电感线圈L3的同名端一起作为该后端变压输出电路34的输出端；所述电感线圈L1的同名端与与非门A2的输出端相连接、其非同名端则与三极管VT4的基极相连接；所述电感线圈L2的同名端与三极管VT4的集电极相连接、非同名端则与三极管VT3的集电极相连接、其抽头则与电感线圈L1的同名端相连接；所述三极管VT3的发射极与三极管VT4的发射极相连接、其基极则分别与与非门A2的输出端以及三极管VT2的集电极相连接。

如图3所示，信号放大电路8由放大器P1，放大器P2，放大器P3，或非门Q1，三极管VT5，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，极性电容C8组成。连接时，电阻R12的一端经电阻R16后与放大器P3的负极相连接、其另一端则顺次经电阻R11和电阻R14后与放大器P2的正极相连接，电阻R15的一端与放大器P2的正极相连接、其另一端则与放大器P3的正极相连接，极性电容C8的负极与放大器P1的正极相连接、其正极则与放大器P1的输出端相连接，电阻R13则与极性电容C8相并联，电阻R17的一端与三极管VT5的发射极相连接、其另一端则与三极管VT5的集电极一起作为该信号放大电路8的输出端。所述放大器P1的负极与放大器P3的输出端一起作为该信号放大电路8的输入端、其输出端则与放大器P3的正极相连接。所述放大器P2的负极接地、其输出端则与三极管VT5的基极相连接。所述或非门Q1的正极与放大器P2的输出端相连接、其负极则分别与放大器P3的输出端以及电阻R12和电阻R16的连接点相连接、输出端则与三极管VT5的集电极相连接。

带通滤波电路9则为本发明的发明点所在，如图4所示，其由滤波芯片U1，电阻R18，电阻R19，电阻R20，极性电容C9，极性电容C10，极性电容C11，极性电容C12，电感L4，以及二极管D5组成。二极管D5的N极顺次经电阻R18和极性电容C9后与滤波芯片U1的IN-管脚相连接、其P极则作为该带通滤波电路9的一个输入极，电感L4的一端与滤波芯片U1的IN+管脚相连接、其另一端则顺次经电阻R19和电阻R20后与滤波芯片U1的OUT管脚相连接，极性电容C10的正极与滤波芯片U1的VEE管脚相连接、负极接地，极性电容C11则串接在滤波芯片U1的NC1管脚和NC2管脚之间，极性电容C12的正极与滤波芯片U1的VCC管脚相连接、其负极则接15V电压。所述滤波芯片U1的IN+管脚和二极管D5的P极一起作为该带通滤波电路9的输入端、而滤波芯片U1的OUT管脚和其NC3管脚一起作为该带通滤波电路9的输出端。为了达到更好的实施效果，该滤波芯片U1优先采用MAX4104集成电路来实现。

如上所述，便可很好的实现本发明。

Claims (9)

1.一种基于带通滤波的电涡流测功系统，由单片机（4），与单片机（4）相连接的电机控制模块（5）、显示器（6）、操作模块（7）、信号放大电路（8），与电机控制模块（5）相连接的待测电机（1），与待测电机（1）相连接的电涡流测功机（2），与电涡流测功机（2）相连接的信号处理模块（3）组成，其特征在于：在信号处理模块（3）和信号放大电路（8）之间还设置有带通滤波电路（9）；所述的带通滤波电路（9）由滤波芯片U1，N极顺次经电阻R18和极性电容C9后与滤波芯片U1的IN-管脚相连接、P极则作为该带通滤波电路（9）的一个输入极的二极管D5，一端与滤波芯片U1的IN+管脚相连接、另一端则顺次经电阻R19和电阻R20后与滤波芯片U1的OUT管脚相连接的电感L4，正极与滤波芯片U1的VEE管脚相连接、负极接地的极性电容C10，串接在滤波芯片U1的NC1管脚和NC2管脚之间的极性电容C11，以及正极与滤波芯片U1的VCC管脚相连接、负极则接15V电压的极性电容C12组成；所述滤波芯片U1的IN+管脚和二极管D5的P极一起作为该带通滤波电路（9）的输入端、而滤波芯片U1的OUT管脚和其NC3管脚一起作为该带通滤波电路（9）的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种基于带通滤波的电涡流测功系统，其特征在于：所述信号放大电路（8）由放大器P1，放大器P2，放大器P3，或非门Q1，三极管VT5，一端经电阻R16后与放大器P3的负极相连接、另一端则顺次经电阻R11和电阻R14后与放大器P2的正极相连接的电阻R12，一端与放大器P2的正极相连接、另一端则与放大器P3的正极相连接的电阻R15，负极与放大器P1的正极相连接、正极则与放大器P1的输出端相连接的极性电容C8，与极性电容C8相并联的电阻R13，以及一端与三极管VT5的发射极相连接、另一端则与三极管VT5的集电极一起作为该信号放大电路（8）的输出端的电阻R17，所述放大器P1的负极与放大器P3的输出端一起作为该信号放大电路（8）的输入端、其输出端则与放大器P3的正极相连接；所述放大器P2的负极接地、其输出端则与三极管VT5的基极相连接；所述或非门Q1的正极与放大器P2的输出端相连接、其负极则分别与放大器P3的输出端以及电阻R12和电阻R16的连接点相连接、输出端则与三极管VT5的集电极相连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于带通滤波的电涡流测功系统，其特征在于：所述的信号处理模块（3）由信号处理电路（31），与信号处理电路（31）相连接的与非门控制电路（32），与与非门控制电路（32）相连接的双稳态触发电路（33），以及同时与双稳态触发电路（33）和与非门控制电路（32）相连接的后端变压输出电路（34）组成。

4.根据权利要求3所述的一种基于带通滤波的电涡流测功系统，其特征在于：所述的信号处理电路（31）由处理芯片U，一端与处理芯片U的-SIG管脚相连接、另一端则经电阻R3后与处理芯片U的BIAS管脚相连接的电阻R1，一端与处理芯片U的-CAR管脚相连接、另一端接地的电阻R2，以及一端与处理芯片U的GMIN管脚相连接、另一端则经电位器R5后与处理芯片U的ADJ管脚相连接的电阻R4组成；所述处理芯片U的-V管脚分别与电阻R1和电阻R3的连接点以及双稳态触发电路（33）相连接、其-OUT管脚和+OUT管脚均与与非门控制电路（32）相连接；所述处理芯片U的+SIG管脚和其-V管脚一起作为该信号处理电路（31）的输入端。

5.根据权利要求4所述的一种基于带通滤波的电涡流测功系统，其特征在于：所述的与非门控制电路（32）由与非门A1，与非门A2，正极顺次经电阻R6和极性电容C4后与与非门A1的输出端相连接、其负极接地的极性电容C1，N极与电阻R6和极性电容C4的连接点相连接、P极接地的二极管D1，正极经电阻R7后与二极管D1的N极相连接、负极接地的极性电容C2，一端与处理芯片U的-OUT管脚相连接、另一端则与与非门A1的正极相连接的电阻R8，一端与处理芯片U的+OUT管脚相连接、另一端则与与非门A1的负极相连接的电阻R9，负极与与非门A1的输出端相连接、正极则与与非门A2的负极相连接的极性电容C5，串接在与非门A2的正极和输出端之间的电阻R10，以及与电阻R10相并联的极性电容C7组成；所述处理芯片U的-OUT管脚与极性电容C1的正极相连接、其+OUT管脚则与极性电容C2的正极相连接；所述与非门A1的负极和其输出端均与双稳态触发电路（33）相连接；所述与非门A2的负极与双稳态触发电路（33）相连接、其输出端则分别与双稳态触发电路（33）以及后端变压输出电路（34）相连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于带通滤波的电涡流测功系统，其特征在于：所述的双稳态触发电路（33）由三极管VT1，三极管VT2，正极与三极管VT1的集电极相连接、负极则与三极管VT2的基极相连接的极性电容C3，正极与三极管VT1的基极相连接、负极则与三极管VT2的发射极相连接的极性电容C6，以及N极与三极管VT2的集电极相连接、P极则与三极管VT1的发射极相连接的二极管D2组成；所述三极管VT1的集电极与与非门A1的负极相连接、其发射极则与处理芯片U的-V管脚相连接、基极则与与非门A2的负极相连接；所述三极管VT2的基极与与非门A1的输出端相连接、其发射极则与与非门A2的输出端相连接、集电极则与后端变压输出电路（34）相连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于带通滤波的电涡流测功系统，其特征在于：所述的后端变压输出电路（34）由变压器T，三极管VT3，三极管VT4，设置在变压器T源边的电感线圈L1和电感线圈L2，设置在变压器T副边的电感线圈L3，二极管D3，以及二极管D4组成；所述二极管D3的N极与电感线圈L1的抽头相连接、P极则与与非门A2的输出端相连接，二极管D4的P极与电感线圈L3的非同名端相连接、其N极则与电感线圈L3的同名端一起作为该后端变压输出电路（34）的输出端；所述电感线圈L1的同名端与与非门A2的输出端相连接、其非同名端则与三极管VT4的基极相连接；所述电感线圈L2的同名端与三极管VT4的集电极相连接、非同名端则与三极管VT3的集电极相连接、其抽头则与电感线圈L1的同名端相连接；所述三极管VT3的发射极与三极管VT4的发射极相连接、其基极则分别与与非门A2的输出端以及三极管VT2的集电极相连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于带通滤波的电涡流测功系统，其特征在于：所述的处理芯片U为LM146集成电路。

9.根据权利要求1～7任一项所述的一种基于带通滤波的电涡流测功系统，其特征在于：所述的滤波芯片U1为MAX4104集成电路。