钢球振动测量仪电气系统的设计

2013-09-09 13:15:09来源: 21ic 关键字:钢球振动  测量仪  电气系统  状态变量  滤波器
随着微电子技术的发展,出现了许多功能强大的集成电路芯片,这些芯片往往可以将一个完整功能的电路集成到一个芯片上,或将几个相关功能的电路甚至整套的测控电路集成到一个芯片上。在现代仪器的开发设计中,应尽可能地采用集成化器件。钢球振动测量仪电气系统设计,充分采用了高集成度的芯片去简化电路或电路设计,利用了集成状态变量滤波器;集成化真有效值、对数转换器;集成函数发生器等,提高了仪器电气系统的性能,降低了成本。

1 工作原理

被测钢球通过不同胎具固定在高精度主轴上旋转,加速度传感器与被测钢球表面接触,并拾取钢球表面因波纹而产生的微弱振动信号。此信号经电荷放大器放大后,通过170~400Hz或400~800Hz带通滤波器,再送至有效值、对数电路,最后经表头指示出被测钢球的波纹振动值,其振动值的大小用分贝值度量。该仪器设有自校电路,其电路产生260Hz与520Hz正弦波信号,用于随时校准。电气系统的测量原理如图1所示。


图1 电气系统的测量原理框图

2 主要单元电路的设计

2.1 前置放大电路

钢球振动测量仪的拾振器为压电式加速度传感器。该类传感器的结构形式有3种:周边压缩式、中心压缩式及剪切式。从性能和经济的角度考虑,选用YD-12型中心压缩式传感器。该型传感器的压电片和质量块与外壳隔离,对基座应变引起的误差和横向灵敏度均较小,比周边压缩式传感器的抗环境干扰能力强。

与压电元件配套的测量电路的前置放大器电路有两种形式:一是用电阻反馈的电压放大器,其输出电压与输入电压(即传感器的输出)成正比;另一种是带电容反馈的电荷放大器,其输出电压与输入电荷成正比。电压放大器与电荷放大器相比,电路简单,但易受外界干扰影响,并且电缆分布电容对传感器测量精度影响很大,而电缆的分布电容量则与导线种类和长度有关,在测量中如果更换电缆,则必须对前置放大器的倍率重新进行调整;电荷放大器的输出电压与传感器的电荷量成正比,对电缆长度变化的影响几乎可以忽略不计,所以在此测量系统中采用电荷放大器作为前置放大电路。电荷放大器是一个高增益的电容反馈放大器,其基本电路如图2所示,虚线框内为传感器等效电路。


图2 电荷放大器基本电路框图

输出幅值

式中 
Q-传感器电荷量
Ca-传感器电容量
Ra-传感器阻值
Cf-电荷放大器反馈电容
Rf-电荷放大器反馈电阻
A-运算放大器的增益

输出电压取决于Q和Cf。为了得到必要的测量精度,要求Cf的温度和时间稳定性要好。
[1] [2]

关键字:钢球振动  测量仪  电气系统  状态变量  滤波器

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0909/article_7779.html
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