一種可攜式動平衡儀的製作方法

2023-05-15 03:14:06

專利名稱:一種可攜式動平衡儀的製作方法
本實用新型屬動不平衡振動信號分析儀領域。
拾振傳感器對旋轉機械轉子振動檢測過程中，不僅檢測到由於不平衡量引起的與轉子轉速同頻的信號，而且還會檢測到各種幹擾噪聲。有時，這些幹擾噪聲比不平衡量引起的信號大得多，甚至淹沒所要提取的不平衡信息。因此，在動平衡工藝過程中，需要有一種裝置能從複雜的噪聲背景下，準確提取轉子的不平衡引起的振動幅值和相位，作為消除不平衡量所引起的振動的參考信息。
目前，這類儀器多數採用相關濾波原理。日本明石公司生產的DEp－E動平衡儀，採用方波相關原理。它用光電傳感器輸出的參考方波與振動信號進行互相關處理，結果保留了兩者共同的頻率成分，濾除了其它幹擾。因參考方波中含有基頻(與轉子轉速同頻)成分和基頻的各次奇次諧波，所以當拾振傳感器所測得信號中包含基頻的奇次倍頻幹擾成份時，就會與不平衡量引起的信號一起被檢測出來。因此會影響平衡效率。DEp－E動平衡儀可用於現場動平衡。工作頻率範圍為3Hz－1000Hz相角精度為滿刻度值的±10％。該儀器濾除奇次倍頻幹擾能力差，相角精度較低。我國生產的ZDF－1通用振動分析儀，採用開關電阻跟蹤濾波器作為主濾波環節，它具有濾除奇次和偶次諧波幹擾的能力，但為了濾除中心頻率附近的近頻幹擾，Q值需作得比較高。因此，它的相頻特性在中心頻率處變化劇烈，使得信號相位容易受環境溫度的影響。
本實用新型提供一種可攜式動平衡儀。它具有以下的功能和性能1、當作為動平衡儀使用時，能自動跟蹤旋轉機械轉子的轉速，實現跟蹤濾波，有效地抑制各種幹擾，抑制溫度對相位的影響，工作頻率範圍為3Hz－1000Hz，相位精度小於±3°，價格便宜，僅為DEp－E動平衡儀的三分之一左右。具有幅值、相角、轉速輸出及數字顯示。
2、面板上設置手動掃頻旋鈕，可改變參考信號頻率，對振動信號進行譜分析。在作譜分析時，可給出幅值及轉速輸出和顯示。
本實用新型由一級Q值3－5的開關電阻跟蹤濾波器、兩級並聯的N分路濾波器串聯組成。兩級N分路濾波器帶寬為0.5～2Hz，由於通帶很窄能很好濾除中心頻率附近的近頻幹擾成份。包含16個支路的N分路濾波器，它的每支路的依次導通由鎖相環輸出的f0、2f0、4f0、8f0的編碼決定。它僅輸出基頻和所有整數倍頻的信號。另一個N分路濾波器由8個支路組成，每個支路的依次導通，由2f0、4f0、8f0編碼決定。它僅輸出基頻的所有偶數倍頻信號。兩個N分路濾波器的輸出相減可以消除所有偶次諧波幹擾。第一級和第二級開關電阻濾波器，由於Q值為3～5，其相頻特性曲線在中心頻率變化緩慢，因此輸出信號的相位不易受環境溫度變化的影響。這兩級開關電阻跟蹤濾波器參數相同，當Q值為3時，其幅頻特性如下式所示|K(j)|=1.710[1-(0)2]2+[0.2860]2]]>式中｜K(jω)｜——幅頻特性ω0——濾波器的中心頻率因為兩級開關電阻跟蹤濾波器串聯，其傳遞函數是相乘關係，由上式可算出兩級Q值為3的開關電阻跟蹤濾波器可以使三倍頻幅值衰減約70％，使五倍頻幅值衰減90％，其它的奇倍頻將衰減得更多。
圖1給出了本實用新型線路原理圖。
圖1中的第一級開關電阻跟蹤濾波器〔1〕和第二級開關電阻跟蹤濾波器〔6〕線路及參數相同。它們都是由三個CD3140高輸入阻抗運算放大器組成基本帶通線路。決定帶通濾波器中心頻率的元件之一是積分單元的輸入電位，它由開關CD4052與一個串聯電阻R實現。CD4052的關斷電阻很大，導通電阻很小，是一個較為理想的開關，又由於它的四個開關集成一個晶片上，具有良好的對稱性，便於線路調試。又由於它有VEE端，可接－12v電源，因此它具有±12v動態範圍。鎖相環〔7〕輸出參考信號的128倍頻，經單穩4098後，到CD4052的編碼端，實現了積分單元輸入電阻的變化，達到跟蹤外界輸入信號頻率變化的目的。圖1中〔2〕是含有16個支路的N分路濾波器，它由兩片CD4051開關，外接16個電容和一個電阻組成。同樣CD4051關斷電阻很大，導通電阻很小，也是一個較理想的開關，它具有VEE電源端，可接－12v，它的動態範圍可在±12之間，N分路的每一支路的依次導通，由鎖相環〔7〕引出的2f0、4f0、8f0。的編碼和f0以及f0經反相器〔8〕輸出決定。圖1中的〔3〕是含有8個支路的N分路濾波器，由一片CD4051、8個電容和一個電阻組成。含有8個支路的N分路濾波器輸出送給反相器〔4〕，然後與具有16支路的N分路濾波器〔2〕的輸出同時送入求和器〔5〕，以消除偶次諧波幹擾。
因此，本實用新型第一級開關電阻跟蹤濾波器〔1〕和第二級開關電阻跟蹤濾波器〔6〕能很好抑制高頻及奇次諧波幹擾，而具有16支路的N分路濾波器〔2〕和具有8個支路的N分路濾波器〔3〕的組合消除偶次諧波幹擾。同時每個N分路濾波器還能抑制近頻幹擾。這兩種濾波器互相結合和補充，既提高濾波能力，又抑制環境溫度對相位的影響。另外，由於開關電阻濾波器〔6〕採樣頻率為128f0，能起到對N分路輸出波形的平滑作用，有利於提高相角解析度。
權利要求
1.一種可攜式動平衡儀，其主要電路由二級開關電阻跟蹤濾波器[1，6]，兩級窄帶N分路濾波器[2，3]及鎖相環[7]，反相器[4，8]，求和器[5]所組成，其特徵在於，a、第一級開關電阻跟蹤濾波器[1](Q=3～5)連至兩級相併聯的具有16支路的N分路濾波器[2]，8個支路的N分路濾波器[3](帶寬均為0.5～2Hz)，經反相器[4]，求和器[5]與第二級開關電阻跟蹤濾波器[6](Q=3～5)相串聯，b、含有16個支路的N分路濾波器[2]與含有8個支路的N分路濾波器[3]並聯，經反相器[4]和求和器[5]以消除偶次諧波幹擾，鎖相環[7]輸出的f.、2f.、4f.、8f。信號送到開關CD4051進行編碼，使N分路的每個支路依次導通，c、在兩個開關電阻跟蹤濾波器[1，6]中，選用CD4052作為開關，由於CD4052在一塊晶片上製作四個開關，具有良好的對稱性，CD4052有VDD、VEE電源端，可接+12V與-12V電源，具有較大的動態工作範圍。
專利摘要
一種可攜式動平衡儀屬動不衡振動信號分析儀領域。本實用新型的濾波電路由兩級Q值為3～5的開關電阻跟蹤濾波器和兩級並聯的帶寬為0.5～2Hz窄帶N分路濾波器組成。並聯的窄帶N分路濾波器有效地濾除所有偶次諧波幹擾和中心頻率附近的近頻噪聲，因此可以降低開關電阻跟蹤濾波器Q值的要求，抑制環境溫度變化對輸出相位的影響。本實用新型可用於旋轉機械轉子的現場動平衡和振動信號的譜分析。
文檔編號G01M1/00GK86200400SQ86200400
公開日1986年9月17日 申請日期1986年1月25日
發明者孫道祥, 韋文林, 毛東山 申請人:清華大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan