鋼球振動(dòng)測(cè)量?jī)x電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
幅頻特性 當(dāng) 式中
ω-角頻率
Gf-Rf的電導(dǎo)
低頻時(shí)電荷放大的頻率響應(yīng)僅決定于反饋電路參數(shù)Rf和Cf。反饋電阻Rf還有提供直流反饋、減小零漂、使電荷放大器工作穩(wěn)定的作用。
2.2 濾波器
傳統(tǒng)鋼球振動(dòng)測(cè)量?jī)x中的濾波電路采用RC有源濾波器。這類濾波器由運(yùn)算放大器外接電阻、電容構(gòu)成的。濾波頻率由電阻、電容參數(shù)決定,選配困難,調(diào)試不便。為了方便測(cè)量系統(tǒng)的調(diào)試與維修,減小濾波器的溫漂與時(shí)漂,采用了集成狀態(tài)變量濾波器。
所謂狀態(tài)變量濾波器就是用狀態(tài)變量法解二階微分方程并致力于用模擬電子線路來(lái)獲得的一種濾波電路。它是一種有源的模擬濾波器,是時(shí)間連續(xù)的濾波,與開(kāi)關(guān)電容濾波器相比,噪聲較小,動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良。狀態(tài)變量濾波器便于集成化,外接幾個(gè)電阻便可構(gòu)成低通、高通、帶通帶阻等各種類型的濾波器。集成化的狀態(tài)變量濾波器基本單元是一個(gè)二階環(huán)節(jié),通過(guò)級(jí)聯(lián)可實(shí)現(xiàn)四階或八階濾波器。這種濾波器的誤差靈敏度低,即外接電阻參數(shù)稍有變化時(shí),對(duì)傳輸特性的影響不大。
集中狀態(tài)變量濾波器MAX274包含四個(gè)二階環(huán)節(jié),最高可構(gòu)成一個(gè)八階濾波器。圖3是利用MAX274設(shè)計(jì)的400~800Hz帶通濾波器,其頻率特性滿足《JB/T8075-1996 滾動(dòng)軸承鋼球振動(dòng)測(cè)量?jī)x的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的要求。
圖3 帶通濾波器
交流電壓通常是以有效值來(lái)度量的,測(cè)量交流電壓的電路有平均值轉(zhuǎn)換器和真有效值轉(zhuǎn)換器。平均值轉(zhuǎn)換器電路簡(jiǎn)單,成本低,廣泛應(yīng)用于低精度的儀器儀表中,但由于采用平均值的電壓表頭是按正弦有效值進(jìn)行刻度的,所以,只有在測(cè)僅包含正弦波的電壓信號(hào)時(shí),所顯示的結(jié)果才是正確的?,F(xiàn)代高精度儀器儀表很少再采用平均值轉(zhuǎn)換器,代之發(fā)展并廣為采用的是真有效值轉(zhuǎn)換器。真有效值轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)周期性交流電壓的有效值測(cè)量。其輸出的直流電壓,線性地正比于被測(cè)各種波形交流信號(hào)的有效值,不受輸出波形失真度的影響。
有效值測(cè)量集成電路視其測(cè)量范圍和精度要求有多種規(guī)格可選,較通用的有AD536、AD636、AD637、AD736及AD737D等。我們選用AD637,該集成器件是按有效值隱含運(yùn)算而設(shè)計(jì)的,其精度優(yōu)于0 1%,波峰因數(shù)≤10,相對(duì)穩(wěn)定時(shí)間快,是當(dāng)前集成真有效值轉(zhuǎn)換器性能較好的一種。AD637由絕對(duì)值電路、平方/除法器、低通濾波/放大器和緩沖放大器等組成。AD637還設(shè)有對(duì)數(shù)輸出口,通過(guò)外接電路設(shè)置對(duì)數(shù)電路零點(diǎn),AD637測(cè)量有效值的輸出值經(jīng)過(guò)差動(dòng)對(duì)數(shù)放大器后就得到所測(cè)量有效值的dB值。
2.4 校準(zhǔn)信號(hào)源
采用集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038和外接阻容元件構(gòu)成信號(hào)發(fā)生器,輸出260Hz與520Hz兩種正弦波信號(hào),用于電氣系統(tǒng)進(jìn)行自校。ICL8038的內(nèi)部電路主要有矩形波、三角波發(fā)生電路和三角波變正弦波電路。該信號(hào)源的失真度≤1%,頻率、波形調(diào)整方便。
3 抗干擾問(wèn)題
制作性能穩(wěn)定而可靠的測(cè)量電路,不僅需要正確設(shè)計(jì)電路、合理選擇元器件,而且應(yīng)從工藝上采取措施以抑制干擾和噪聲。
由于電荷放大器為一種高阻抗測(cè)量電路,因此在實(shí)測(cè)中干擾及噪聲的影響就顯得十分嚴(yán)重,必須加以注意。鋼球振動(dòng)測(cè)量?jī)x電氣系統(tǒng)測(cè)試的信號(hào)范圍為幾微伏到幾十毫伏,動(dòng)態(tài)范圍大,信號(hào)微弱。電氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)噪聲疊加到被測(cè)鋼球的振動(dòng)信號(hào)上,會(huì)影響到儀器的示值線形誤差。因此,在該寬動(dòng)態(tài)弱信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,抗干擾是要多加考慮的重要問(wèn)題。
在該電氣系統(tǒng)中,除了選用低噪聲的元器件,還著重采取了以下一些抗干擾措施:將接地和屏蔽正確結(jié)合起來(lái)使用;對(duì)電源加以處理以防止干擾或低頻自激;印制電路板上元器件的布局與信號(hào)走線、電氣系統(tǒng)的裝配工藝均要符合抗干擾的設(shè)計(jì)要求。
實(shí)踐證明,該電氣測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度高,基礎(chǔ)噪聲低,工作穩(wěn)定可靠,且操作簡(jiǎn)單,調(diào)試、維修方便。
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評(píng)論