專利名稱：一種基于單片機(jī)的mdac窄帶跟蹤濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種濾波器，尤其涉及一種基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器。
背景技術(shù)：
不平衡是旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生噪聲和發(fā)生故障的主要原因，而要消除轉(zhuǎn)子不平衡就必須 首先測(cè)量旋轉(zhuǎn)機(jī)械的不平衡量。不平衡量的測(cè)量主要是通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)軸(或支承)的振動(dòng)信 號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由不平衡量引起的振動(dòng)響應(yīng)是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同頻的信號(hào)，而實(shí)際由振動(dòng)傳感器獲得 的振動(dòng)信號(hào)，除包含有同頻信號(hào)外，還包含由于受到轉(zhuǎn)子、軸承、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其環(huán)境等影響 而產(chǎn)生的噪聲信號(hào)。為此，必須采用濾波的方法從強(qiáng)干擾中提取不平衡量引起的振動(dòng)信號(hào)。 由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定，相應(yīng)地，不平衡振動(dòng)響應(yīng)頻率也會(huì)隨之變化。這要求動(dòng)平衡測(cè)試系 統(tǒng)中的濾波器不僅要有極窄的帶寬，而且要能跟蹤轉(zhuǎn)速的變化。動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)中應(yīng)用的窄帶跟蹤濾波器主要有瓦特計(jì)、開(kāi)關(guān)電容式濾波器以及 基于EPR0M的乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器(MDAC)窄帶跟蹤濾波器等。瓦特計(jì)是一種機(jī)械式乘法濾波 器，其缺點(diǎn)是帶寬有限，且在低頻時(shí)會(huì)出現(xiàn)光點(diǎn)晃動(dòng)。開(kāi)關(guān)電容濾波器信號(hào)濾波領(lǐng)域得到了 廣泛的應(yīng)用，但其應(yīng)用于振動(dòng)信號(hào)處理時(shí)具有一些不足之處，主要表現(xiàn)在一是由于開(kāi)關(guān)電 容濾波器存在對(duì)模擬信號(hào)的采樣過(guò)程，對(duì)前置低通濾波器要求較高，易造成對(duì)高頻噪聲信 號(hào)帶來(lái)頻譜混迭誤差；二是開(kāi)關(guān)電容濾波器的輸出波形是階梯狀正弦波，使振動(dòng)信號(hào)的波 形發(fā)生變形，引入了附加誤差，并且后續(xù)處理過(guò)程比較復(fù)雜?；贓PR0M的MDAC窄帶跟蹤濾波器如圖1所示，其中&表示與轉(zhuǎn)速同頻的基準(zhǔn) 脈沖信號(hào)，e(t)表示振動(dòng)信號(hào)，EpE2分別為低通濾波器1'的輸出。可求出不平衡引起的同頻振動(dòng)信號(hào)幅值為Ez^Ef+g2，同頻振動(dòng)信號(hào)與 基準(zhǔn)脈沖信號(hào)的相位差為識(shí)=arctan(JE2 IE)?；贓PR0M的MDAC窄帶跟蹤濾波器的優(yōu)點(diǎn)是克服了瓦特計(jì)、開(kāi)關(guān)電容式濾波器的 不足之處，具有良好的測(cè)量精度，缺點(diǎn)是該測(cè)量方法中采用512倍頻器2 ‘、512進(jìn)制環(huán)形計(jì) 數(shù)器3'和EPR0M正弦、余弦函數(shù)發(fā)生器4'、5'來(lái)產(chǎn)生正、余弦函數(shù)，硬件較為復(fù)雜，成本 高。此外由于采用硬件形式，使得電路設(shè)計(jì)的修改較為不便。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種基于單片機(jī)的MDAC窄帶 跟蹤濾波器，其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充分利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生，使得生產(chǎn)和制造成本大 大降低。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器，包括第一 乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器、與第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連的第一低通濾波器、與 第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連的第二低通濾波器，所述的第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模 轉(zhuǎn)換器均接收一振動(dòng)信號(hào)，其中，還包括一連接于所述的第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端的單片機(jī)，該單片機(jī)的輸入端接收一基準(zhǔn)脈沖信號(hào)，輸出端分別輸出 數(shù)字正弦信號(hào)和數(shù)字余弦信號(hào)給所述的第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器。上述的基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器，其中，所述的單片機(jī)通過(guò)其I/O 口輸 出信號(hào)給所述的第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器。上述的基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器，其中，所述的單片機(jī)包括有中斷引 腳，該中斷引腳接收所述的基準(zhǔn)脈沖信號(hào)。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充分利用了單片機(jī)的功 能來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生，替代了原來(lái)復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，并且可非常方便修改倍頻數(shù)，例如由 256修改為512等，利用目前市場(chǎng)上供應(yīng)的大多數(shù)單片機(jī)均可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中基于EPR0M的MDAC窄帶跟蹤濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖2，圖中示出了本實(shí)用新型的一種基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器， 包括第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器1、第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器2、與第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器1相連的第一 低通濾波器3、與第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器1相連的第二低通濾波器4，第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器1 和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器2均接收一振動(dòng)信號(hào)e(t)，還包括一連接于第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器1 和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器2的輸入端的單片機(jī)5，該單片機(jī)5的輸入端接收一基準(zhǔn)脈沖信號(hào) fo，輸出端分別輸出數(shù)字正弦信號(hào)和數(shù)字余弦信號(hào)給第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器1和第二乘法數(shù) 模轉(zhuǎn)換器2。單片機(jī)5通過(guò)其I/O 口輸出信號(hào)給第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器1和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器 2，單片機(jī)5包括有中斷引腳INT，該中斷引腳INT接收基準(zhǔn)脈沖信號(hào)&，&表示與轉(zhuǎn)速同頻 的基準(zhǔn)脈沖信號(hào)，Ep E2分別為濾波器的輸出。單片機(jī)5接收基準(zhǔn)脈沖信號(hào)，該信號(hào)作為中 斷信號(hào)，即在每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期產(chǎn)生一次中斷，該中斷時(shí)刻點(diǎn)可作為一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)點(diǎn)，并執(zhí)行相 應(yīng)的中斷程序。中斷程序的功能包括①測(cè)量基準(zhǔn)脈沖的周期T，并計(jì)算頻率或轉(zhuǎn)速；②產(chǎn) 生數(shù)字正弦信號(hào)和數(shù)字余弦信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)5的I/O輸出到第一、第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器1、 2，本實(shí)用新型利用目前市場(chǎng)上供應(yīng)的大多數(shù)單片機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施例中采用的單片機(jī) 5的型號(hào)為AT89S52，第一、第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器1、2的型號(hào)為TLC7825，第一、第二低通濾波 器3、4采用由運(yùn)算放大器0P07和電阻、電容構(gòu)成的低通濾波器。工作原理假設(shè)被測(cè)振動(dòng)信號(hào)為
e(t) = A cos(co0t + (p) + n(t)(1)式中，A、c^W分別為振動(dòng)信號(hào)的幅值、角頻率、與基準(zhǔn)信號(hào)的相位差，n(t)為混入 振動(dòng)信號(hào)中的干擾信號(hào)。通過(guò)單片機(jī)5產(chǎn)生的數(shù)字正弦信號(hào)和數(shù)字余弦信號(hào)可分別表示為[0023]esin (t) = sin ( 0t)，ecos (t) = cos ( 0t)(2)第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器1和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器2的輸出分別為
e(t)esm (t) = [A sin(co0r + (p) + n(t)] sin( 00
11(3)
=—Acos((p) -—Acos(2o)0t + (p) + n(t) sin(co0r)
<tX0S (0 = lA sin(W+(P)+cos( 0o
= -^Asm(p + ^A sm(2o)0t + (p) + n(t) cos(o)0t)
⑷式(3)和式(4)中的第一項(xiàng)為直流項(xiàng)(常數(shù)項(xiàng))，第二、三項(xiàng)為交流項(xiàng)，因此可通過(guò)
低通濾波器去除交流項(xiàng)，取出直流項(xiàng)，即低通濾波器的輸出分別為
El =^Acos((p)(5)
E2=^Asm((p)(6)由式(5)、式(6)可求出不平衡引起的同頻振動(dòng)信號(hào)幅值以及該同頻振動(dòng)信號(hào)與 基準(zhǔn)脈沖信號(hào)的相位差為
\e = ^E^+E22 (7)
= arctan(￡'21Ex)以上實(shí)施例僅供說(shuō)明本實(shí)用新型之用，而非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域 的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因 此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求一種基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器，包括第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器、與第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連的第一低通濾波器、與第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連的第二低通濾波器，所述的第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器均接收一振動(dòng)信號(hào)，其特征在于，還包括一連接于所述的第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端的單片機(jī)，該單片機(jī)的輸入端接收一基準(zhǔn)脈沖信號(hào)，輸出端分別輸出數(shù)字正弦信號(hào)和數(shù)字余弦信號(hào)給所述的第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器，其特征在于，所述的單 片機(jī)通過(guò)其I/O 口輸出信號(hào)給所述的第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器，其特征在于，所述的單 片機(jī)包括有中斷引腳，該中斷引腳接收所述的基準(zhǔn)脈沖信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器，包括第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器、與第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連的第一低通濾波器、與第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連的第二低通濾波器，所述的第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器均接收一振動(dòng)信號(hào)，還包括一連接于所述的第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端的單片機(jī)，該單片機(jī)的輸入端接收一基準(zhǔn)脈沖信號(hào)，輸出端分別輸出數(shù)字正弦信號(hào)和數(shù)字余弦信號(hào)給所述的第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器。本實(shí)用新型的基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器，其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充分利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生，使得生產(chǎn)和制造成本大大降低。
文檔編號(hào)H03H17/02GK201656935SQ201020137260
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者方翔, 田社平, 秦琳 申請(qǐng)人:上海辛克試驗(yàn)機(jī)有限公司