数字传感技术在振动参量监测方面的应用研究

发布时间：2017-09-25 19:14

  本文关键词：数字传感技术在振动参量监测方面的应用研究

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【摘要】：振动作为一种物质运动的表现形式,对该参量的监测已广泛应用在航空航天、工业控制、医疗卫生、环境监测等各个方面。尤其是在一些特殊环境下的振动信号可能会导致结构的疲劳损坏、瞬时超越损坏,仪器设备的功能失效和设备性能下降等问题,甚至对系统的生存周期产生不可逆转的影响,因此振动参量的监测在避免或者减小振动信号带来的影响方面起着至关重要的作用。目前对振动参量的监测主要采用模拟传感器方式进行,其信号精度低且抗干扰能力差;多点监测大多采用长线方式实现,连接电缆数量繁多且电磁干扰大。传感器数字化实现不仅增强了信号的抗干扰能力,还可实现对信号的零位、非线性等的高效补偿;CAN总线的应用可减少系统电缆数量,节约成本,增强信号传输的抗干扰能力,提高信号传输的可靠性和稳定性。本文基于CAN总线连接方式,采用数字传感技术,设计了一个振动参量监测系统。设计以微控制器C8051F060为核心,采用模块化设计思想,实现了1521系列振动传感器的数字化;模拟传感信号的数字转换采用单片机内置的16位ADC实现;为减小传感器工作中出现的零位温漂、非线性等误差对信号的影响,利用微处理器强大的数据处理能力和C语言的快速计算能力对传感器输出进行补偿;对CAN总线通讯进行了硬件设计和软件实现,将多个传感器节点挂接在CAN物理总线上实现传感信号的可靠传输与控制。通过与上位机连接进行振动测试,对系统的可行性和整体性能进行了验证。实验结果表明该数字传感技术可以增强信号的抗干扰能力,提高信号采集精度和传输稳定性,系统的电缆数量和成本降低,具有一定的可靠性和可行性。
【关键词】：数字传感技术 振动参量监测 CAN总线 温度补偿
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB53;TP274
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 国内外振动参量监测研究现状11-13
• 1.2.2 国内外传感器数字化研究现状13-15
• 1.2.3 国内外CAN总线研究现状15-17
• 1.3 论文研究的主要内容及结构安排17-19
• 2 系统总体设计19-27
• 2.1 系统功能分析19-21
• 2.2 系统方案设计21-22
• 2.3 现场总线技术22-24
• 2.4 温度补偿24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 传感器数字化实现27-43
• 3.1 中心控制模块27-28
• 3.1.1 控制方案设计27-28
• 3.1.2 控制方案实现28
• 3.2 电源模块28-30
• 3.3 信号调理模块30-33
• 3.3.1 信号滤波电路设计30-32
• 3.3.2 信号放大电路设计32-33
• 3.4 A/D转换模块33-37
• 3.4.1 工作方式的选择34
• 3.4.2 电压基准的选用34-35
• 3.4.3 A/D转换的实现35-37
• 3.5 温度补偿模块37-42
• 3.5.1 加速度计温漂性能测试37-38
• 3.5.2 加速度计工作温度测量38-39
• 3.5.3 加速度计温度补偿模型建立39-42
• 3.6 本章小结42-43
• 4 CAN总线通讯设计43-52
• 4.1 CAN总线技术特点43-44
• 4.2 CAN总线通信原理44-46
• 4.3 CAN总线通信硬件设计46-47
• 4.3.1 CAN通信核心器件选择46-47
• 4.3.2 CAN通信电路实现47
• 4.4 CAN总线通信软件设计47-51
• 4.4.1 系统初始化48-49
• 4.4.2 CAN节点发送子程序49-50
• 4.4.3 CAN节点接收子程序50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 5 实验与系统测试52-63
• 5.1 上位机测试软件52-58
• 5.1.1 上位机软件的构造平台52-53
• 5.1.2 USB通信53-54
• 5.1.3 数据采集54-56
• 5.1.4 数据分析56-57
• 5.1.5 数据显示57-58
• 5.2 振动参量监测系统性能测试58-62
• 5.2.1 传感器节点测试58-59
• 5.2.2 温度补偿测试59-60
• 5.2.3 系统采样测试60-62
• 5.2.4 CAN总线组网测试62
• 5.3 本章小结62-63
• 6 总结与展望63-65
• 6.1 本文内容总结63-64
• 6.2 前景展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果69-70
• 致谢70-71

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本文编号：919097