CN108267217A - 震动噪声分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种震动噪声分析系统，该系统中被测物是导电的物体，该系统的分析包括如下步骤，精确标定检测的位移和电压；将设计好的检测探头与被测物间隔微小距离，此时应用检测电路生成一定频率的激励信号，此激励信号会随着被检测距离的变化成比例放大关系，电路经过整流、滤波处理取得相应的电压信号；上述步骤中得到的电压信号通过AD处理进入到DSP单片机；DSP单片机通过傅立叶分解进行震动信号分析，生成相应的波形频率和幅值并生成相应的数据和波形通过通信发送到输出设备上；输出设备对数据和波形进行显示和储存。本系统能够减少磨损，是一种成本低、要求低的分析系统。

Description

震动噪声分析系统

技术领域

本发明属于震动噪声分析技术领域，具体而言，涉及震动噪声分析系统。

背景技术

一些特殊场合的测试过程中，往往需要针对震动情况评价对试验环境的影响，对震动进行分析处理。但是，分析的前提是对震动信号进行具体的分析，以便知道震动的来源和应对方案。现如今震动检测大部分都是接触式的或者光学检测的，设备昂贵，接触有磨损或者不便于人机交互。比如压电应力法，该发明的原理是：当石英晶体或人工极化陶瓷受到机械应力作用时，其表面就产生电荷，所形成的电荷密度的大小与所施加的机械应力的大小成比例关系。这种方法就是需要接触式测量，有磨损，接触对于测量信号产生了不可避免的影响，使得测量产生误差。再比如常用的方法干涉法，主要依靠光的反射原理进行震动测量，该方法易受温度、湿度等影响，对使用环境要求高，并且成本价格高。

因此，寻求一种能够减少磨损，并且成本低、要求低的分析方法是本领域的技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供震动噪声分析系统，旨在改善因为接触带来的磨损和对信号自身的影响，降低光学检测的成本和对使用环境的苛刻要求。

为了实现上述的目的，本发明提供了震动噪声分析系统，该系统中被测物是导电的物体，该系统的分析包括如下步骤，

(1)精确标定检测的位移和电压；

(2)将设计好的检测探头与被测物间隔微小距离，此时应用检测电路生成一定频率的激励信号，此激励信号会随着被检测距离的变化成比例放大关系，电路经过整流、滤波处理取得相应的电压信号；

(3)步骤(2)中得到的电压信号通过AD处理进入到DSP单片机；

(4)DSP单片机通过傅立叶分解进行震动信号分析，生成相应的波形频率和幅值并生成相应的数据和波形通过通信发送到输出设备上；

(5)输出设备对数据和波形进行显示和储存；

进一步地，步骤(5)中的输出设备包括电脑、手机。

本发明的技术方案，应用震动会产生微小位移的特性，利用被测物与检测设备的检测端形成非接触式的位移变量，此变量的微小变化等效成成比例的电容值，检测设备会检测形成电容的电容值，从而推算出位移的变化量，并运用检测电路生成对应的电信号，电路信号进行调制数字化，从而进一步分析成人能熟悉分辨的数据和波形。本发明利用非接触式的设计提高了被测震动的真实度，放大电路的设计能提高震动的测量精度，此设计相对光学检测降低成本和使用环境要求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了本发明提供的分析系统的流程图；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，属于“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品、或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1，震动噪声分析系统，该系统中被测物是导电的物体，该系统的分析包括如下步骤，

精确标定检测的位移和电压；

因为一般的震动行程范围比较小，标定时选用纳米移动平台，对电容片运动片进行50纳米的递加阶跃，测量距离选用雷尼绍激光干涉仪进行测距，测量电压使用高精度3458A进行当前电压采集前置放大器的输出电压。纳米平台每向前移动50nm推动电容片移动后,经过一段延迟待其稳定，上位机读取当前激光干涉仪的距离和3458A读取前置放大电路的电压，共采集200组数据，然后对数据进行四阶拟合，以达到0.1％的线性度，拟合后的数据固化到MCU中，使其输出电压+-10V与标定的距离线性对应。(标定的距离和输出电压可根据实际需求改变)

将设计好的检测探头与被测物间隔微小距离，此时应用检测电路生成一定频率的激励信号，此激励信号会随着被检测距离的变化成比例放大关系，电路经过整流、滤波处理取得相应的电压信号；

检测探头选用低膨胀系数塑性良好、性能稳定，受温度影响小的铟钢材质，这样材质降低了本设备对与使用环境的温度的苛刻要求，提高了稳定性。同时便于加工。采用三环结构，内环是测试环，外环是屏蔽环，最外环是地环，此结构大大改善了电容传感器的边缘效应带来的线性误差，同时提高了分辨率指标。

设备在使用时，因为已经进行了标定。在使用时，可根据说明已配置的正常电压输出范围，进行初始位置的调整(所谓的原点)。比如，该设备标定的输出电压范围为+-10V,在使用时，调整电容片的初始距离，当放大器输出电压进入-10V后，表示该距离进入正常标定距离，调整简单方便。

整流电路，抛弃了常规的二极管整流电路，因为激励信号在25K正弦信号，二极管压降在零点切换会带来额外的线性和分辨率影响。此次设计

采用ADI的AD630芯片采用其在平衡调制模式下，采用激励信号输入信号用作为它自己的参考，AD630将充当精确整流器的作用，高频性能将优于用二极管实现的反馈运算放大器，没有二极管压降，线性和噪声指标大大提高。

步骤(2)中得到的电压信号通过AD处理进入到DSP单片机；

AD采用音频级24位高分辨、高速芯片，采样率高达40K。提高了设备的分辨率和采集速率。

DSP单片机通过傅立叶分解进行震动信号分析，生成相应的波形频率和幅值并生成相应的数据和波形通过通信发送到输出设备上；

1.FFT算法的基本原理是把长序列的DFT逐次分解为较短序列的DFT。按照抽取方式的不同可分为DIT-FFT(按时间抽取)和DIF-FFT(按频率抽取)算法。按照蝶形运算的构成不同可分为基2、基4、基8以及任意因子(2n,n为大于1的整数)，基2、基4算法较为常用。

2.总体结构说明：

输入数据为串行的数据流，故在第一级蝶形运算模块前加入串并转换模块，将串行数据流转换为并行的两列数据流以适应基2蝶形运算模块的输入信号要求。由于每级蝶形运算一次处理的两个输入数据不能直接由前一级蝶形运算一次性输出，故在两个蝶形运算单元之间插入延时对齐模块，将前一级蝶形运算的结果(两列并行的数据流)作适当的延时并通过转接器对齐，形成后一级蝶形运算模块所需要的2列输入序列。

在最后一级蝶形运算后加入串并转换模块，将2列并行的数据流合成为1列。最后加入倒序模块将DIF-FFT得到的倒序输出序列整理为顺序输出。旋转因子产生模块产生各级基2蝶形运算所需的旋转因子。由运算流图可以看出最后一级的旋转因子其实是1，故可省略最后一级蝶形运算单元中的旋转因子乘法器。因此用一个双口ROM将两组数据分别输出到第一级和第二级的蝶形运算单元即可。基2蝶形运算模块由两个复数加法器和一个复数乘法器构成。旋转因子由ROM产生后，作为复数乘法器的输入之一，与前面复数加法器得到的结果相乘完成一次蝶形运算。为提高系统的运行速度可在蝶形运算单元中插入流水线寄存中间结果。

输出设备对数据和波形进行显示和储存；输出设备包括电脑、手机。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.震动噪声分析系统，该系统中被测物是导电的物体，其特征在于：该系统的分析包括如下步骤，

(1)精确标定检测的位移和电压；

(2)将设计好的检测探头与被测物间隔微小距离，此时应用检测电路生成一定频率的激励信号，此激励信号会随着被检测距离的变化成比例放大关系，电路经过整流、滤波处理取得相应的电压信号；

(3)步骤(2)中得到的电压信号通过AD处理进入到DSP单片机；

(4)DSP单片机通过傅立叶分解进行震动信号分析，生成相应的波形频率和幅值并生成相应的数据和波形通过通信发送到输出设备上；

(5)输出设备对数据和波形进行显示和储存。

2.如权利要求1所述的震动噪声分析系统，其特征在于：步骤(5)中的输出设备包括电脑、手机。