高精度动平衡测量中不平衡信号提取方法研究李传江1，2，费敏锐2，张自强1摘要:针对不平衡量较小时振动信号可能出现的拍频现象，提出一种估算拍频周期的方法和采用正弦逼近法提取不平衡量幅值和相位的方法。通过FFT运算得到近频干扰信号的频率，进而估算信号拍动周期，把一个拍动周期内的数据作为训练样本，采用正弦逼近法来提取不平衡信号的幅值和相位。仿真和实验结果表明:该方法有效解决了不平衡量比较小时测量结果不稳定的现象，提高了测量精度。关键词:动平衡;正弦逼近;整周期采样:文献标识码:TH825AMethodofunbalancesignalextractioninhighprecisiondynamicbalancingmeasurementLIChuan-激ang1，2，FEIMin-rui2，ZHANGZi-qiang1Abstract:Beatwavesmayappearinvibrationsignalwhenunbalanceissmall．AnestimationofbeatperiodusingFFTwasproposed．Thensineapproximationmethodwasusedinextractiontheunbalancemagnitudeandphasebasedonvibrationdatainawholebeatperiod．Simulationsandexperimentsshowthatthemethodresolvestheunsteadinessofmeasuredresultwhentheunbalanceissmall，andthemeasurementprecisionisimproved．Keywords:dynamicbalancing;sineapproximationmethod;fullperiodsampling动平衡测量系统广泛用于旋转机械的生产和维护中，提高测量系统精度可以节省转子的平衡时间和降低转子平衡的成本。动平衡测量的原理是:电机驱动转子旋转，通过对安装在机架支承处的振动传感器信号的调理、滤波和分析得到不平衡量的大小和相位。由于动平衡测量牵涉到驱动激励、信号转换、调理、传输以及分析处理等多个环节，有用信号除受电气干扰外，还受检测设备本身其他运动部件的振动串扰，检测到的振动信号往往受到严重污染，尤其是在低转速、变频驱动等场合，信噪比恶化严重。因此，提高动测量精度的核心是从含有噪声的信号中准确提取出不平衡信号。为方便不平衡信号的准确提取，通常需要信号滤波技术来滤除噪声信号，提高信噪比，同时采用增益调整环节改变信号幅值以便减少AD采样的误差。近年来，基于开关电容的自动跟踪滤波技术在动平衡领域得到了广泛的应用［1］，为降低硬件成本，增加可靠性，刘健等［2］提出了软件实现的数字跟踪滤波器，杨克己等［3］提出一种自适应滤波技术，成功应用到动平衡测量系统中。不平衡信号的提取方法是影响动平衡测量精度的关键因素，常用的方法有快速傅里叶变换法(FFT)、正交相关法［4］、正弦参数搜索法［5］等，前两种方法的精度相当，且都需要对振动信号进行整周期采样，但二者的计算量不同。正弦搜索法虽不需要整周期采样，但是运算时间较长，用于测量速度要求不太高的场合。通过软件的方式实现准整周期测量具有成本低、可靠性高的优点，被广泛应用于信号提取中。通过大量的现场试验发现，当不平衡较小时，现有的动平衡测量系统大多会出现测量结果不稳定、重复性差等问题，普遍采用多次测量求平均值的方法来减小测量结果的波动。但当出现机械或电测系统的近频干扰导致振动信号出现拍频现象时，求平均值的方法收效不大，尤其是不平衡量相位值很难准确测量。本文提出一种估算拍频周期的方法和采用正弦逼近法1信号处理系统构成如图1所示，动平衡测量中振动信号处理系统由模拟处理和数字处理两部分组成，模拟处理部分包括前置处理电路、自动增益控制电路，模拟处理后的信收稿日期:2011－03－30修改稿收到日期:2011－08－08第一作者李传江男，博士生，副教授，1978年生第14期李传江等:高精度动平衡测量中不平衡信号提取方法研究125经过AD转换模块进入微处理器，并由软件实现数字信号处理算法，该算法包括带通跟踪滤波、整周期数据抽取以及幅值和相位提取模块。振动传感器一般选用性价比较高、安装较方便的压电传感器，前置处理部分主要完成电荷放大、积分处理和低通滤波的功能，其中积分环节起到消除转速对不平衡信号的影响，同时具有对高频信号的抑制作用。自动增益控制有利于拓宽测量范围和提高测量精度［6］，通常采用微处理器输出开关信号控制电子开关切换电阻网络来实现不同放大倍数间的切换，通过一定的增益控制算法来实现档位的自...