高精度机械振动频率测量仪研究

发布时间：2020-08-06 13:20

【摘要】：为避免非预期设计振动造成的损失,机械设备的振动监测显得愈来愈重要,振动频率也是设备故障诊断中最重要的检测对象之一。但是很多机械设备在正常工作时,机械振动幅度较低,直接利用常规传感器进行检测时,产生信号质量不好导致检测结果不理想。为了方便、快捷、精确地对设备的振动频率进行检测,本课题根据能量守恒定律,设计了一种特殊的振动测量传感器,该传感器在把机械参量转换为电信号之前对机械振动的振幅进行机械放大,然后再转换为能被处理电路识别的电信号,最后计算出最终的频率值。本文对振动测量传感器的机械放大原理进行了理论研究,找到了振幅放大倍数与放大装置几何参数、被测量振动频率的数学关系,并采用控制变量法的思想对其进行了深入的研究。在硬件电路方面,设计了电容电压转换电路把电容值的变化转化为电压信号的变化。为了实现高速数据采样,设计了以FPGA为核心的高速硬件采集电路,采集电路选择最高采样频率可达40M的模数转换器对模拟信号进行采样,并把转换后的数据实时存储在FPGA内部的缓存RAM中。在软件设计方面,设计了FPGA内部的采样控制模块、锁相环、存储器并对其做出时序仿真,给出了采样控制电路的时序仿真图。为了对振动时间进行纳秒级精度的测量,采用特殊的软件插补细分算法对信号过零点的时间进行精确计算,计算的理论时间分辨率达到0.244ns,为开发高精度频率测量仪打下了坚实的基础。
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH113.1;TH825
【图文】：

测周法示意图

图 2.1 频率测量仪方案选择示意图确定频率测量仪采用过零检测技术后，下一步设计是解决机械振动频率测量仪中振动时间精密测量的问题。在过零检测技术中，采样电路使用分辨率是 12 位的 A/D转换器，那么可将被测信号的幅值分为 4096 份，把 A/D 转换器的采样频率控制在

计和软件设计两大部分。2.2 频率测量仪整体结构如图2.2所示，高精度机械振动频率测量仪由测量传感器、C/V转换电路、信号处理电路和显示装置等组成。振动测量传感器主要由装有液体的桶体、桶盖组成，其中桶体的上部是锥形结构，在工作时桶中所装的液体不能超过锥形结构的下端，桶盖的顶部是一固定导电的金属电极板，桶盖的底部是一导电薄膜。电容电压转换电路把电容的连续变化转化为电压信号的连续变化。信号处理电路主要包括由放大电路、A/D转换电路、FPGA电路和CPU。图 2.2 测量仪整体框图

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 谷毅;振动测量传感器的发展现状[J];现代计量测试;1997年05期

2 纪国宜;赵淳生;;振动测试和分析技术综述[J];机械制造与自动化;2010年03期

本文编号：2782457