CN85200259U - 数字式袖珍测振仪 - Google Patents

Abstract

数字式袖珍测振仪。属于振动测试仪表。目的是提供一种结构简单，测量精度高，测量功能多，功耗低，便于携带的数字式袖珍测振仪。它主要由积分电路[1]，前置放大器[2]，程控放大器[3]，末级放大器[1]，采样保持电路[5]模数转换电路[6]，低通滤波器[7]，整形电路[8]，分频电路[13]，存储器[10]，显示器[11]，键盘[13]以及起控制作用的单片计算机[9]组合构成。本测振仪可以在现场测量转速，振动幅度，基波的幅度和相位，二次和三次谐波的幅值，进行动平衡分析时能自动显示出所需修正值的大小和方向。

Description

本发明属于振动测试仪表。

在现有技术中，有各种性能的测振仪，可以测量转速，振动的幅度，基波和谐波的幅度和相位。测量精度高，分析参数多，但是这些仪表体积大，重量大，功耗也大，成本高，结构复杂，不便于携带到现场进行巡回检测。

在现有技术中，也有袖珍测振仪。这些仪表体积小，重量轻，可以随身携带，但是它只能测量振动幅度的峰一峰值。测量精度差，功能少，例如ZXP－1型测振仪。

本发明的目的是提供一种结构简单，使成本降低，测量精度提高，测量功能多，功率消耗低，便于携带的数字式袖珍测振仪，它可以在现场测量转速，振动幅度的峰一峰值，基波的幅值和相位，二次和三次谐波的幅值，如果振动幅度超过一定数值，自动发出报警信号，它还能够进行一个测点的动平衡分析，找到为了减小振动而应该施加配重的方向和大小。

本发明的构思如下：参看附图1，A或B为待测转速的信号，经过整形后得到方波c作为开门信号，另外有一个周期为Tc的高频计数信号D，测出在开门期间的脉冲数N_S便可求出转速n，即n＝60／N_ST_C转／分。周期T＝N_ST_C。

按上述方法测出振动信号的周期之后，将此周期分割成32等分。参看图2，在此32点处进行数据采集得到X₁，X₂，…，X₃₂等值，这种采样方法可称为整周期采样法，它特别适用于测量过程中振动信号的周期T近似不变或变化很小的场合，可以做到计算简单，精度高。

在得到上述采样数据之后，求出X_i的最大值和最小值之差便为振动幅度的峰一峰值。按照付里叶级数展开时计算系数的离散化公式计算下列各式：

a_n＝ 2/(N) <math><SUM><FROM>K=0<TO>N-1<OF></SUM></math> X（t_k）Sin（2πnk／N）

b_n＝ 2/(N)

X（t_k）Cos（2πnk／N）

A_n＝ $\sqrt{a^2{}_n\mathrm{+b}{}^2{}_n}$

θ_n＝tg^－1(a_n)/(b_n)

n＝1，2，3

N＝32

本发明只对基波幅值A₁，二次和三次谐波的幅值A₂，A₃和基波相位θ₁进行计算和分析。

本发明是按照上述构思使用十四个主要部件组合而成的。如图3所示，拾振器将振动的速度信号变为电信号B送入积分电路〔1〕，从而得到反映振动幅度大小的模拟电信号，该信号送入前置放大器〔2〕进行放大后送入程控放大器〔3〕。程控放大器的放大倍数由计算机进行控制的，从而使仪表能够根据输入信号的大小自动调整放大倍数。〔4〕是末级放大器，它将程控放大器输出的信号再进行放大，它的输出一路送到采样一保持电路〔5〕，以便进行采样，另一路送到低通滤波器〔7〕，以便当开关〔14〕指向“内”时计算转速。〔6〕是八位模拟——数字转换电路，它将来自采样保持电路的信号变换数字量后送单片计算机。单片计算机〔9〕定时发出控制信号给采样保持电路和模数转换电路，以便按照一定的时间间隔对模拟电信号进行采样和转换。转换后的数字量送入单片计算机，单片计算机对这些量进行处理，并将结果送显示器〔11〕显示出来。

为了在两种情况下均能测量转速，安装了开关〔14〕。一种情况是开关打向“外”时，来自光电头A的相位基准脉冲送入整形电路〔8〕，第二种情况是开关打向“内”时，末级放大器的输出经过低通滤波器〔7〕后的信号送入整形电路〔8〕，这两种情况下整形电路输出方波的脉宽均反映了周期的大小，因而可用它作为开门信号，该信号接到计算机的中断输入端 INT。

单片计算机的 ALE信号送入三分频电路〔13〕，三分频电路〔12〕的输出就作为高频计数信号送入单片计算机中计数器的输入端下T₁。当开门信号为低电平时，计数器开始计数，开门信号为高电平时，计数器停止计数，单片计算机读出该计数后进行运算便可求出转速。

〔12〕是一组键盘，用来向单片计算机送入各种数字和控制命令。

本发明的优点是测量精度高，测量功能多，结构简单，成本低，功耗小，便于携带到现场使用。

附图1是部分电路波形图

附图2是采样波形示意图

附图3是电路的总方框图

附图4是积分电路和前置放大器电路图

附图5是程控放大器电路图

附图6是末级放大器电路图

附图7是采样一保持电路的电路图

附图8是模拟一数字变换电路的电路图

附图9是单片计算机及其接口电路的示意图

本发明的一个具体实施例是一个带四位液晶显示器的袖珍测振仪，体积为120×220×60mm³，重量约一公斤，功耗约1.5W，详细的电路结构说明如下：

参看图4，R₁、C₁构成积分电路，与速度成正比的输入信号经过它成为反映位移大小的模拟电信号。前置放大器〔2〕由单源运算放大器LM358以及九个电阻。三个电容构成，它可以简化仪表的电源。为了消除交越失真，输出端接了电阻R₉。程控放大器〔3〕是由一个六D触发器，一个D／A转换器，两个运算放大器，一个门电路以及五个电阻，三个电容成电气连接构成，程控放大器的电路图参见附图5，其中LCB45174是CMOS的六D触发器，用来锁存来自单片计算机的控制信号。5G7520是七位CMOS简易D／A转换器，该级的放大倍数A₂＝－ 1/2

(a_i)/(2ⁱ) ，式中n＝7，a_i为0或1，是单片计算机通过母线送来的控制信号。LM358（a）的作用是给LM358（b）提供一个电平，使它能够以单电源工作。

图6是末级放大器电路图，它由一个运算放大器以及八个电阻，二个电容连接构成，单电源供电。运算放大器仍然使用LM358，该级的增益A₃是可以通过电位器W₃来调整的。

上述三级放大器总的放大倍数是A_总＝A₁A₂A₃。在进行测量时，单片计算机均要先对采样信号进行判断，具体方法是先设置最大增益档，判断在此量程上放大的信号幅度是否合适，如果不合适，则降低一档继续判断，直到一个合适的增益档级为止。这样使仪器能根据不同的输入信号均有一个最佳的放大倍数，从而提高了测量精度。

采样保持电路的电路图见图7，它由一个LM358一个电子开关以及三个电阻，一个保持信号的电容C_H构成，保持电容C_H＝200PF，电子开关采用的是C574是CMOS型的开关，它的通与断是由单片计算机送来的采样命令信号S控制的。

A／D转换电路使用八位的A／D芯片，型号为ADC0809。具体电路见图8，所用的两个或非门电路是用来控制信号的。每次变换的起动信号STRT由单片计算机送出，变换结束信号EOC送到单片计算机的T₀端。使用八位A／D转换芯片，成本低，它和程控放大器配合使用达到了所要求的测量精度。

图9是单片计算机和主要接口的电原理图。单片计算机〔9〕使用Intel8039，锁存器〔15〕是用于锁存来自单片计算机的地址的，型号为74LS373。〔16〕是可编程只读存储器，型号为2732，它接收锁存器    的地址信号，输出的数据信号给单片计算机〔9〕。〔12〕为键盘，用来向单片计算机输入各种参数和控制命令，它们的状态通过锁存器〔17〕送入单片计算机，锁存器的型号是74LS244。显示器〔11〕共有两种，一种是四位液晶显示数码管，用来显示各种结果，一种是发光二极管，用来显示各种运行标志和报警信号。〔6〕是A／D转换器，〔3〕是程控放大器，它们均和单片计算机互相连接。

仪表进行动平衡分析时，只安将各种数据通过键盘输入到单片计算机，按下进行动平衡分析的按键，便可以自动显示出所需要修正值的大小和方向。

Claims (9)

1、数字式袖珍测振仪，其特征在于，它是由下列部件组合构成：

(A)一个积分电路[1]，它分别与拾振器信号B和前置放大器[2]相连接；

(B)一个程控放大器[3]，它分别与上述的前置放大器[2]以及末级放大器[4]相连接；

(C)一个采样保持电路[5]，它分别与上述的末级放大器[4]以及模拟数字转换电路[6]，低通滤波器[7]相连接；

(D)一个开关[14]，它分别与上述的低通滤波器[7]以及光电头A，整形电路[8]相连接；

(E)一个单片计算机[9]，它分别与上述的程控放大器[3]，模拟数字转换电路[6]，可编程只读存储器[16]，锁存器[15]，显示器[11]，键盘[12]，整形电路[8]以及三分频电路[13]相连接。

2、据权利要求1所述的数字式袖珍测振仪，其特征在于所述的锁存器〔15〕和可编程只读存储器〔16〕相连接。

3、据权利要求1所述的数字式袖珍测振仪，其特征在于所述的单片计算机〔9〕的 LE端和T₁端按顺序分别与三分频电路〔13〕的输入端和输出端相连接。

4、据权利要求1所述的数字式袖珍测振仪，其特征在于所述的前置放大器〔2〕是由一个运算放大器及九个电阻三个电容成电气连接构成。

5、据权利要求1所述的数字式袖珍测振仪，其特征在于所述的程控换大器〔3〕是由一个六D触发器，一个D／A转换器，两个运算放大器，一个门电路以及五个电阻三个电容成电气连接构成。

6、据权利要求1所述的数字式袖珍测振仪，其特征在于所述的采样保持电路〔5〕是由二个运算放大器，一个电子开关以及三个电阻一个电容C_H成电气连接构成。

7、据权利要求1所述的数字式袖珍测振仪，其特征在于所述的末级放大器〔4〕是一个运算放大器以及八个电阻二个电容成电气连接构成。

8、据权利要求1所述的数字式袖珍测振仪，其特征在于所述的模数转换电路是由一个八位的A／D芯片和二个门电路成电气连接构成。

9、据权利要求1所述的数字式袖珍测振仪，其特征在于所述的开关〔14〕打向“外”时，光电头A与整形电路〔8〕相连接，开关〔14〕打向“内”时，低通滤波器〔7〕与整形电路〔8〕相连接。

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