【摘要】：為避免非預(yù)期設(shè)計振動造成的損失,機(jī)械設(shè)備的振動監(jiān)測顯得愈來愈重要,振動頻率也是設(shè)備故障診斷中最重要的檢測對象之一。但是很多機(jī)械設(shè)備在正常工作時,機(jī)械振動幅度較低,直接利用常規(guī)傳感器進(jìn)行檢測時,產(chǎn)生信號質(zhì)量不好導(dǎo)致檢測結(jié)果不理想。為了方便、快捷、精確地對設(shè)備的振動頻率進(jìn)行檢測,本課題根據(jù)能量守恒定律,設(shè)計了一種特殊的振動測量傳感器,該傳感器在把機(jī)械參量轉(zhuǎn)換為電信號之前對機(jī)械振動的振幅進(jìn)行機(jī)械放大,然后再轉(zhuǎn)換為能被處理電路識別的電信號,最后計算出最終的頻率值。本文對振動測量傳感器的機(jī)械放大原理進(jìn)行了理論研究,找到了振幅放大倍數(shù)與放大裝置幾何參數(shù)、被測量振動頻率的數(shù)學(xué)關(guān)系,并采用控制變量法的思想對其進(jìn)行了深入的研究。在硬件電路方面,設(shè)計了電容電壓轉(zhuǎn)換電路把電容值的變化轉(zhuǎn)化為電壓信號的變化。為了實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采樣,設(shè)計了以FPGA為核心的高速硬件采集電路,采集電路選擇最高采樣頻率可達(dá)40M的模數(shù)轉(zhuǎn)換器對模擬信號進(jìn)行采樣,并把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)實時存儲在FPGA內(nèi)部的緩存RAM中。在軟件設(shè)計方面,設(shè)計了FPGA內(nèi)部的采樣控制模塊、鎖相環(huán)、存儲器并對其做出時序仿真,給出了采樣控制電路的時序仿真圖。為了對振動時間進(jìn)行納秒級精度的測量,采用特殊的軟件插補(bǔ)細(xì)分算法對信號過零點(diǎn)的時間進(jìn)行精確計算,計算的理論時間分辨率達(dá)到0.244ns,為開發(fā)高精度頻率測量儀打下了堅實的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH113.1;TH825
【圖文】：

測周法示意圖

圖 2.1 頻率測量儀方案選擇示意圖確定頻率測量儀采用過零檢測技術(shù)后，下一步設(shè)計是解決機(jī)械振動頻率測量儀中振動時間精密測量的問題。在過零檢測技術(shù)中，采樣電路使用分辨率是 12 位的 A/D轉(zhuǎn)換器，那么可將被測信號的幅值分為 4096 份，把 A/D 轉(zhuǎn)換器的采樣頻率控制在

計和軟件設(shè)計兩大部分。2.2 頻率測量儀整體結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，高精度機(jī)械振動頻率測量儀由測量傳感器、C/V轉(zhuǎn)換電路、信號處理電路和顯示裝置等組成。振動測量傳感器主要由裝有液體的桶體、桶蓋組成，其中桶體的上部是錐形結(jié)構(gòu)，在工作時桶中所裝的液體不能超過錐形結(jié)構(gòu)的下端，桶蓋的頂部是一固定導(dǎo)電的金屬電極板，桶蓋的底部是一導(dǎo)電薄膜。電容電壓轉(zhuǎn)換電路把電容的連續(xù)變化轉(zhuǎn)化為電壓信號的連續(xù)變化。信號處理電路主要包括由放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、FPGA電路和CPU。圖 2.2 測量儀整體框圖

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 谷毅;振動測量傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀[J];現(xiàn)代計量測試;1997年05期

2 紀(jì)國宜;趙淳生;;振動測試和分析技術(shù)綜述[J];機(jī)械制造與自動化;2010年03期

本文編號：2782457