DK2Ⅲ型轴系扭振测量仪的设计与实现张艳春,等DK2Ⅲ型轴系扭振测量仪的设计与实现DesignandImplementofDK2IIIShaftingTorsionalVibrationMeasuringInstrument张艳春李彩霞施丽铭徐洪志231213(清华大学热能工程系,北京100084;河北大学电信学院,河北保定71002;66393部队,河北保定071000)摘要:介绍了DK2Ⅲ型轴系扭振测量仪的总体设计与各部分功能实现。该型测量仪基于脉冲时序计数原理设计,在前端信号处理部分引入跟踪滤波和峰值时序检测技术,并利用大规模可编程逻辑器件和USB接口完成系统逻辑设计及数据通信。在挠性转子实验台上的扭振测量实验表明,DK2Ⅲ型扭振测量仪可实现轴系扭振的较高精度测量。关键词:扭振测量脉冲时序计数跟踪滤波峰值时序检测轴系中图分类号:TP216+11文献标志码:BAbstract:Theoveralldesignandfunctionalimplementationof2oduced.Theinstrumenthasbeende2signedbasedonpulsesequentialcountingprinciple;andonareinvolvedinfrond2endsignalprocessingsec2tion;byadoptinglargescaledprlandthelogicdesignanddatacommunicationareachieved.Theex2perimentcarriedoutonforonalvibrationmeasurementshowsthattheDK2instrumentisabletoaccomplishhighprecisemeasuremⅢent.Keywords:TorsionalvibrationmeasuringPulsesequentialcountingTracefilteringPeaksequencedetectionShafting0引言在转子动力学研究中,轴系振动的测量分析占有重要的地位。旋转机械轴系扭转振动(以下简称扭振)的形态通常不明显,故因扭振造成的轴系疲劳损伤具有较大隐蔽性。一旦这种疲劳积累到一定程度,就可能导致轴系断裂,其损失将极为惨重。传统的A/D数据采集卡能同时记录传感器输出信号的振幅和时序信息,而对于扭振测量,只需相应的时序信息就足够了。工程中轴系的扭振幅度往往较小,对于多通道测量来说,要求数据采集卡的采样频率较高,这样就增加了仪器成本。本文基于脉冲时序计数原理研制的DK2Ⅲ型扭振测量仪,克服了测量齿盘分度不均的影响[1]仪器的便携性,已成为数据传输的重要接口方式。1硬件设计扭振测量仪硬件总体设计过程是:键相脉冲信号负责将计数器清零并启动计数,齿波形信号经跟踪滤波和峰值时序检测电路转为齿脉冲信号,送入计数器锁存当前计数值并存入FIFO存储器。MCU控制部分负责判断数据状态并读取数据,通过USB接口上传到计算机系统,经计算分析后获得轴系的扭振信息。测量仪计数时钟为10MHz,在工频转速50Hz下,仪器角分辨率为:DnnDEG=fcTr=010018°(1)。工程测量中,轴系所处环境非常式中:fc为计数频率;Tr为转速周期。1.1跟踪滤波为了消除输入信号中的毛刺等高频干扰信号,采用性能优良的集成滤波器MAX297结合锁相环等完成滤波功能。滤波器的拐角频率始终跟随齿波形信号频率的变化,从而获得较好的基频信号,恢复正确的齿脉冲相对时序。MAX297是8阶低通椭圆开关电容滤波器[2]复杂,传感器输出扰动较大,常为幅度不均的波形信号。因此仪器前端采用了跟踪滤波和峰值时序检测的方法,获取正确的齿脉冲时序。计数与逻辑管理等部分采用大规模可编程逻辑器件设计实现,提高了电路集成度。该仪器还采用USB接口进行数据传输。USB接口具有安装方便、高带宽、易于扩展等优点,提高了修改稿收到日期:2008-11-07。第一作者张艳春,男,1950年生,1977年毕业于清华大学,获学士学位,副教授;主要从事涡轮机强度与振动计算与试验研究。,其滚降速度快,从通频带到阻带的过渡带可以做的很窄。MAX297时钟可调拐角频率范围011Hz～50kHz,时钟对拐角频率比为501,∶可外接时钟或使用内部时钟。70PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONVol130No12February2009DK2Ⅲ型轴系扭振测量仪的设计与实现张艳春,等此外,MAX297还有一个独立的运算放大器(反相输入端已接地),可用于后置滤波、反混叠滤波等连续时间低通滤波器。图1为跟踪滤波部分的设计框图。线上[4]。图1跟踪滤波部分设计框图Fig.1Partialdesigndiagramoftracefiltering图3计数与管理逻辑设计Fig.3Logicdesignofcountingandmanagement1.2峰值时序检测在复杂环境下,电涡流传感器输出的负极性波形信号幅度常常大小不等,若采用传统的固定阈值波形-脉冲转换方法,将会使得脉冲...