具有高精度的懸浮軸振動測量傳感器的設(shè)計

由此，只要獲得合理的計數(shù)時間△T，就可以得到2個頻率信號的計數(shù)差值，設(shè)計時，△T是利用單片機計數(shù)光電編碼器的輸出脈沖確定的。由于光電編碼器采樣的時間間隔約為111μs，一個采樣周期內(nèi)除了計數(shù)外，必須留有計數(shù)值的記錄和運算時間，所以，選取ΔT=100μs111μs，由式(10)可知計數(shù)器的讀數(shù)差值與頻率的關(guān)系為

差頻計數(shù)器的啟停信號是由單片機控制的。當(dāng)單片機啟動控制信號GEP為高電平后，差頻計數(shù)器開始等待計數(shù)。差頻計數(shù)器的被測頻率信號是由2個與門控制輸入的。在每個采樣周期到來時即單片機接收光電編碼器脈沖e1為上升沿后，單片機分別檢測2個振蕩器的輸出頻率信號osc11，osc21，等待osc11，osc21信號的第一個上升沿，分別發(fā)出控制信號f1，f2啟動與門，使差頻計數(shù)器接收對應(yīng)的頻率信號并進(jìn)行計數(shù)，同時，單片機對應(yīng)的內(nèi)部計數(shù)器開始定時，定時時間為△T。定時時間到△T后，單片機關(guān)閉差頻計數(shù)器的對應(yīng)輸入信號的閘門，讀取差頻計數(shù)器的計數(shù)值，并對計數(shù)器進(jìn)行清零處理，當(dāng)2個計數(shù)器均完成計數(shù)后，單片機開始對D1，D2進(jìn)行數(shù)字處理。差頻計數(shù)器被測頻率信號與定時控制信號之間采用了同步鎖定的方法，并分別對2個頻率信號計數(shù)，這樣就消除±1的計數(shù)誤差。振蕩器輸出為高頻信號，因此，一個采樣周期內(nèi)2個頻率信號第一個上升沿到來的時間間隔不會大，即每個采樣周期內(nèi)都能完成對2個頻率信號的ΔT間隔計數(shù)，周而復(fù)始就實現(xiàn)了整個差頻計數(shù)的功能。差頻計數(shù)器的工作時序如圖4。圖中，1為單片機的啟?？刂菩盘朇EP，2為編碼器的輸出信號e1，3為測量傳感器的頻率信號osc11，4為與門1的控制信號f1，5為被計數(shù)器1計數(shù)的頻率信號osc12，6為溫度補償傳感器的頻率信號osc21，7為與門2的控制信號f2，8為被計數(shù)器2計數(shù)的頻率信號osc22。

2.2.3數(shù)據(jù)的處理
由于懸浮軸振動位移與單片機輸出計數(shù)值成單值函數(shù)關(guān)系，最后，利用C8051F020單片機編寫軟件程序把計數(shù)差值轉(zhuǎn)換成振動的位移量實現(xiàn)振動位移的存儲和分析。其中，振動位移分別用2個字節(jié)進(jìn)行存儲，振動位移的正負(fù)根據(jù)減法器的進(jìn)位位確定，它存儲在一個獨立的單元中，設(shè)定00H表示振動為正，01H表示振動位移為負(fù)。

綜合式(2)、式(3)、式(6)、式(11)可以推導(dǎo)計算出振動位移與計數(shù)器的差值之間的關(guān)系如表1。

3結(jié)束語
懸浮軸振動測量傳感器能夠測量振動頻率小于4.5 kHz，振動范圍在-25～25 μm內(nèi)的振動位移量，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)動時對其振動位移的測量，同時，避免了對本身運動規(guī)律的干擾，而且，硬件采用差頻測量、光電編碼器控制等角度采樣，結(jié)合軟件的數(shù)據(jù)處理，在很大程度上提高了測量精度，消除了傳感器調(diào)理電路電源波動、環(huán)境溫度變化、分布電容的影響，還能屏蔽電磁干擾，保證了測量結(jié)果的可靠性，可應(yīng)用在特殊的測控環(huán)境中。