專利名稱:數(shù)字式袖珍測振儀的制作方法
本發(fā)明屬于振動測試儀表。
在現(xiàn)有技術(shù)中，有各種性能的測振儀，可以測量轉(zhuǎn)速，振動的幅度，基波和諧波的幅度和相位。測量精度高，分析參數(shù)多，但是這些儀表體積大，重量大，功耗也大，成本高，結(jié)構(gòu)復雜，不便于攜帶到現(xiàn)場進行巡回檢測。
在現(xiàn)有技術(shù)中，也有袖珍測振儀。這些儀表體積小，重量輕，可以隨身攜帶，但是它只能測量振動幅度的峰一峰值。測量精度差，功能少，例如ZXP－1型測振儀。
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使成本降低，測量精度提高，測量功能多，功率消耗低，便于攜帶的數(shù)字式袖珍測振儀，它可以在現(xiàn)場測量轉(zhuǎn)速，振動幅度的峰一峰值，基波的幅值和相位，二次和三次諧波的幅值，如果振動幅度超過一定數(shù)值，自動發(fā)出報警信號，它還能夠進行一個測點的動平衡分析，找到為了減小振動而應該施加配重的方向和大小。
本發(fā)明的構(gòu)思如下參看附圖1，A或B為待測轉(zhuǎn)速的信號，經(jīng)過整形后得到方波c作為開門信號，另外有一個周期為Tc的高頻計數(shù)信號D，測出在開門期間的脈沖數(shù)NS便可求出轉(zhuǎn)速n，即n＝60／NSTC轉(zhuǎn)／分。周期T＝NSTC。
按上述方法測出振動信號的周期之后，將此周期分割成32等分。參看圖2，在此32點處進行數(shù)據(jù)采集得到X1，X2，…，X32等值，這種采樣方法可稱為整周期采樣法，它特別適用于測量過程中振動信號的周期T近似不變或變化很小的場合，可以做到計算簡單，精度高。
在得到上述采樣數(shù)據(jù)之后，求出Xi的最大值和最小值之差便為振動幅度的峰一峰值。按照付里葉級數(shù)展開時計算系數(shù)的離散化公式計算下列各式an＝ 2/(N)K=0N-1]]>X(tk)Sin(2πnk／N)bn＝ 2/(N)
X(tk)Cos(2πnk／N)An＝a2n+b2n]]>θn＝tg－1(an)/(bn)n＝1，2，3N＝32本發(fā)明只對基波幅值A(chǔ)1，二次和三次諧波的幅值A(chǔ)2，A3和基波相位θ1進行計算和分析。
本發(fā)明是按照上述構(gòu)思使用十四個主要部件組合而成的。如圖3所示，拾振器將振動的速度信號變?yōu)殡娦盘朆送入積分電路〔1〕，從而得到反映振動幅度大小的模擬電信號，該信號送入前置放大器〔2〕進行放大后送入程控放大器〔3〕。程控放大器的放大倍數(shù)由計算機進行控制的，從而使儀表能夠根據(jù)輸入信號的大小自動調(diào)整放大倍數(shù)。〔4〕是末級放大器，它將程控放大器輸出的信號再進行放大，它的輸出一路送到采樣一保持電路〔5〕，以便進行采樣，另一路送到低通濾波器〔7〕，以便當開關(guān)〔14〕指向“內(nèi)”時計算轉(zhuǎn)速?！?〕是八位模擬——數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，它將來自采樣保持電路的信號變換數(shù)字量后送單片計算機。單片計算機〔9〕定時發(fā)出控制信號給采樣保持電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，以便按照一定的時間間隔對模擬電信號進行采樣和轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入單片計算機，單片計算機對這些量進行處理，并將結(jié)果送顯示器〔11〕顯示出來。
為了在兩種情況下均能測量轉(zhuǎn)速，安裝了開關(guān)〔14〕。一種情況是開關(guān)打向“外”時，來自光電頭A的相位基準脈沖送入整形電路〔8〕，第二種情況是開關(guān)打向“內(nèi)”時，末級放大器的輸出經(jīng)過低通濾波器〔7〕后的信號送入整形電路〔8〕，這兩種情況下整形電路輸出方波的脈寬均反映了周期的大小，因而可用它作為開門信號，該信號接到計算機的中斷輸入端
INT。
單片計算機的
ALE信號送入三分頻電路〔13〕，三分頻電路〔12〕的輸出就作為高頻計數(shù)信號送入單片計算機中計數(shù)器的輸入端下T1。當開門信號為低電平時，計數(shù)器開始計數(shù)，開門信號為高電平時，計數(shù)器停止計數(shù)，單片計算機讀出該計數(shù)后進行運算便可求出轉(zhuǎn)速。
〔12〕是一組鍵盤，用來向單片計算機送入各種數(shù)字和控制命令。
本發(fā)明的優(yōu)點是測量精度高，測量功能多，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，功耗小，便于攜帶到現(xiàn)場使用。
附圖1是部分電路波形圖附圖2是采樣波形示意圖附圖3是電路的總方框圖附圖4是積分電路和前置放大器電路圖附圖5是程控放大器電路圖附圖6是末級放大器電路圖附圖7是采樣一保持電路的電路圖附圖8是模擬一數(shù)字變換電路的電路圖附圖9是單片計算機及其接口電路的示意圖本發(fā)明的一個具體實施例是一個帶四位液晶顯示器的袖珍測振儀，體積為120×220×60mm3，重量約一公斤，功耗約1.5W，詳細的電路結(jié)構(gòu)說明如下參看圖4，R1、C1構(gòu)成積分電路，與速度成正比的輸入信號經(jīng)過它成為反映位移大小的模擬電信號。前置放大器〔2〕由單源運算放大器LM358以及九個電阻。三個電容構(gòu)成，它可以簡化儀表的電源。為了消除交越失真，輸出端接了電阻R9。程控放大器〔3〕是由一個六D觸發(fā)器，一個D／A轉(zhuǎn)換器，兩個運算放大器，一個門電路以及五個電阻，三個電容成電氣連接構(gòu)成，程控放大器的電路圖參見附圖5，其中LCB45174是CMOS的六D觸發(fā)器，用來鎖存來自單片計算機的控制信號。5G7520是七位CMOS簡易D／A轉(zhuǎn)換器，該級的放大倍數(shù)A2＝－ 1/2
(ai)/(2i) ，式中n＝7，ai為0或1，是單片計算機通過母線送來的控制信號。LM358(a)的作用是給LM358(b)提供一個電平，使它能夠以單電源工作。
圖6是末級放大器電路圖，它由一個運算放大器以及八個電阻，二個電容連接構(gòu)成，單電源供電。運算放大器仍然使用LM358，該級的增益A3是可以通過電位器W3來調(diào)整的。
上述三級放大器總的放大倍數(shù)是A總＝A1A2A3。在進行測量時，單片計算機均要先對采樣信號進行判斷，具體方法是先設(shè)置最大增益檔，判斷在此量程上放大的信號幅度是否合適，如果不合適，則降低一檔繼續(xù)判斷，直到一個合適的增益檔級為止。這樣使儀器能根據(jù)不同的輸入信號均有一個最佳的放大倍數(shù)，從而提高了測量精度。
采樣保持電路的電路圖見圖7，它由一個LM358一個電子開關(guān)以及三個電阻，一個保持信號的電容CH構(gòu)成，保持電容CH＝200PF，電子開關(guān)采用的是C574是CMOS型的開關(guān)，它的通與斷是由單片計算機送來的采樣命令信號S控制的。
A／D轉(zhuǎn)換電路使用八位的A／D芯片，型號為ADC0809。具體電路見圖8，所用的兩個或非門電路是用來控制信號的。每次變換的起動信號STRT由單片計算機送出，變換結(jié)束信號EOC送到單片計算機的T0端。使用八位A／D轉(zhuǎn)換芯片，成本低，它和程控放大器配合使用達到了所要求的測量精度。
圖9是單片計算機和主要接口的電原理圖。單片計算機〔9〕使用Intel8039，鎖存器〔15〕是用于鎖存來自單片計算機的地址的，型號為74LS373?！?6〕是可編程只讀存儲器，型號為2732，它接收鎖存器 的地址信號，輸出的數(shù)據(jù)信號給單片計算機〔9〕?！?2〕為鍵盤，用來向單片計算機輸入各種參數(shù)和控制命令，它們的狀態(tài)通過鎖存器〔17〕送入單片計算機，鎖存器的型號是74LS244。顯示器〔11〕共有兩種，一種是四位液晶顯示數(shù)碼管，用來顯示各種結(jié)果，一種是發(fā)光二極管，用來顯示各種運行標志和報警信號。〔6〕是A／D轉(zhuǎn)換器，〔3〕是程控放大器，它們均和單片計算機互相連接。
儀表進行動平衡分析時，只安將各種數(shù)據(jù)通過鍵盤輸入到單片計算機，按下進行動平衡分析的按鍵，便可以自動顯示出所需要修正值的大小和方向。
權(quán)利要求
1.數(shù)字式袖珍測振儀，其特征在于，它是由下列部件組合構(gòu)成(A)一個積分電路[1]，它分別與拾振器信號B和前置放大器[2]相連接；(B)一個程控放大器[3]，它分別與上述的前置放大器[2]以及末級放大器[4]相連接；(C)一個采樣保持電路[5]，它分別與上述的末級放大器[4]以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路[6]，低通濾波器[7]相連接；(D)一個開關(guān)[14]，它分別與上述的低通濾波器[7]以及光電頭A，整形電路[8]相連接；(E)一個單片計算機[9]，它分別與上述的程控放大器[3]，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路[6]，可編程只讀存儲器[16]，鎖存器[15]，顯示器[11]，鍵盤[12]，整形電路[8]以及三分頻電路[13]相連接。
2.據(jù)權(quán)利要求
1所述的數(shù)字式袖珍測振儀，其特征在于所述的鎖存器〔15〕和可編程只讀存儲器〔16〕相連接。
3.據(jù)權(quán)利要求
1所述的數(shù)字式袖珍測振儀，其特征在于所述的單片計算機〔9〕的
LE端和T1端按順序分別與三分頻電路〔13〕的輸入端和輸出端相連接。
4.據(jù)權(quán)利要求
1所述的數(shù)字式袖珍測振儀，其特征在于所述的前置放大器〔2〕是由一個運算放大器及九個電阻三個電容成電氣連接構(gòu)成。
5.據(jù)權(quán)利要求
1所述的數(shù)字式袖珍測振儀，其特征在于所述的程控換大器〔3〕是由一個六D觸發(fā)器，一個D／A轉(zhuǎn)換器，兩個運算放大器，一個門電路以及五個電阻三個電容成電氣連接構(gòu)成。
6.據(jù)權(quán)利要求
1所述的數(shù)字式袖珍測振儀，其特征在于所述的采樣保持電路〔5〕是由二個運算放大器，一個電子開關(guān)以及三個電阻一個電容CH成電氣連接構(gòu)成。
7.據(jù)權(quán)利要求
1所述的數(shù)字式袖珍測振儀，其特征在于所述的末級放大器〔4〕是一個運算放大器以及八個電阻二個電容成電氣連接構(gòu)成。
8.據(jù)權(quán)利要求
1所述的數(shù)字式袖珍測振儀，其特征在于所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路是由一個八位的A／D芯片和二個門電路成電氣連接構(gòu)成。
9.據(jù)權(quán)利要求
1所述的數(shù)字式袖珍測振儀，其特征在于所述的開關(guān)〔14〕打向“外”時，光電頭A與整形電路〔8〕相連接，開關(guān)〔14〕打向“內(nèi)”時，低通濾波器〔7〕與整形電路〔8〕相連接。
專利摘要
數(shù)字式袖珍測振儀。屬于振動測試儀表。目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，測量功能多，功耗低，便于攜帶的數(shù)字式袖珍測振儀。它主要由積分電路[1]，前置放大器[2]，程控放大器[3]，末級放大器[1]，采樣保持電路[5]模數(shù)轉(zhuǎn)換電路[6]，低通濾波器[7]，整形電路[8]，分頻電路[13]，存儲器[10]，顯示器[11]，鍵盤[13]以及起控制作用的單片計算機[9]組合構(gòu)成。本測振儀可以在現(xiàn)場測量轉(zhuǎn)速，振動幅度，基波的幅度和相位，二次和三次諧波的幅值，進行動平衡分析時能自動顯示出所需修正值的大小和方向。
文檔編號G01H11/06GK85200259SQ85200259
公開日1986年1月15日 申請日期1985年4月2日
發(fā)明者衣承斌, 丁杰, 謝建偉 申請人:南京工學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan