鋼球振動測量儀電氣系統(tǒng)的設(shè)計

作者：時間：2013-09-09 來源：網(wǎng)絡(luò)

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隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多功能強大的集成電路芯片，這些芯片往往可以將一個完整功能的電路集成到一個芯片上，或?qū)讉€相關(guān)功能的電路甚至整套的測控電路集成到一個芯片上。在現(xiàn)代儀器的開發(fā)設(shè)計中，應(yīng)盡可能地采用集成化器件。鋼球振動測量儀的電氣系統(tǒng)設(shè)計，充分采用了高集成度的芯片去簡化電路或電路設(shè)計，利用了集成狀態(tài)變量濾波器；集成化真有效值、對數(shù)轉(zhuǎn)換器；集成函數(shù)發(fā)生器等，提高了儀器電氣系統(tǒng)的性能，降低了成本。

1　工作原理

被測鋼球通過不同胎具固定在高精度主軸上旋轉(zhuǎn)，加速度傳感器與被測鋼球表面接觸，并拾取鋼球表面因波紋而產(chǎn)生的微弱振動信號。此信號經(jīng)電荷放大器放大后，通過170～400Hz或400～800Hz帶通濾波器，再送至有效值、對數(shù)電路，最后經(jīng)表頭指示出被測鋼球的波紋振動值，其振動值的大小用分貝值度量。該儀器設(shè)有自校電路，其電路產(chǎn)生260Hz與520Hz正弦波信號，用于隨時校準(zhǔn)。電氣系統(tǒng)的測量原理如圖1所示。

圖1　電氣系統(tǒng)的測量原理框圖

2　主要單元電路的設(shè)計

2.1　前置放大電路

鋼球振動測量儀的拾振器為壓電式加速度型傳感器。該類傳感器的結(jié)構(gòu)形式有3種：周邊壓縮式、中心壓縮式及剪切式。從性能和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，選用ＹＤ-12型中心壓縮式傳感器。該型傳感器的壓電片和質(zhì)量塊與外殼隔離，對基座應(yīng)變引起的誤差和橫向靈敏度均較小，比周邊壓縮式傳感器的抗環(huán)境干擾能力強。

與壓電元件配套的測量電路的前置放大器電路有兩種形式：一是用電阻反饋的電壓放大器，其輸出電壓與輸入電壓(即傳感器的輸出)成正比；另一種是帶電容反饋的電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷成正比。電壓放大器與電荷放大器相比，電路簡單，但易受外界干擾影響，并且電纜分布電容對傳感器測量精度影響很大，而電纜的分布電容量則與導(dǎo)線種類和長度有關(guān)，在測量中如果更換電纜，則必須對前置放大器的倍率重新進(jìn)行調(diào)整；電荷放大器的輸出電壓與傳感器的電荷量成正比，對電纜長度變化的影響幾乎可以忽略不計，所以在此測量系統(tǒng)中采用電荷放大器作為前置放大電路。電荷放大器是一個高增益的電容反饋放大器，其基本電路如圖2所示，虛線框內(nèi)為傳感器等效電路。

圖2　電荷放大器基本電路框圖