钢球振动测量仪电气系统的设计

作者：时间：2013-09-09来源：网络收藏

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。钢球振动测量仪的电气系统设计，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型传感器。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