[实用新型]用锁相放大器对动平衡机微弱信号检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及动平衡技术、微弱信号检测技术，具体地说是一种用锁相放大器对动平衡机微弱信号检测装置。

背景技术

动平衡机是用于测定转子不平衡量的设备，并按其测量结果对转子进行校正，以改善转子的质量分布，使转子转动时的振动或作用于轴承的力减少到允许使用范围内。在动平衡机的结构中，锁相放大器(lock in amplifier，LIA)是进行微弱信号检测的必要仪器之一。目前有模拟LIA和数字LIA两种主要的锁相放大器，其中模拟LIA价格低廉但是有温度漂移，数字LIA精度高但是一般要用数字信号处理器或大规模可编程逻辑电路，成本很高，针对以上情况，一种动平衡机用锁相放大器设计方法及装置的提出就有了重要意义。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提供一种低成本、低偏差、高精度的一种用锁相放大器对动平衡机微弱信号检测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种用锁相放大器对动平衡机微弱信号检测方法的实现装置，包括：信号处理电路、微处理器电路、模拟开关电路、无源低通滤波电路、校准/测量开关和数据传输电路；所述信号处理电路接收动平衡机输出的微弱信号，并将该信号进行正反两个方向放大，所述信号处理电路同时将参考信号S_ref放大并整形成方波信号作为斩波的开关；所述微处理器电路接收来自信号处理电路的方波信号，以该信号为基准微处理器电路对模拟开关的时机进行调整；所述模拟开关接收来自微处理器电路的开关信号，所述模拟开关选择正向信号或反向信号输出；所述无源低通滤波电路接收模拟开关输出信号，将模拟开关的输出信号进行低通滤波，除去该输出信号中的高频分量；所述校准/测量开关接收模拟开关的信号，进行选通校准或测量；所述数据传输电路将校准/测量开关的输出信号通过USB接口传输到PC机。

所述微处理器电路的控制流程为：

系统上电后，

检测校准/测量开关判断是校准，还是测量；

如果为校准，则判断是否进行模数转换；如果为否，则校准完成；

如果为是，则进行相位调整和校准，校准完成；校准完成后进行测量；

如果为测量，则判断是否进行模数转换；如果为否，则测量完成；如果为是，则进行测量和数据传输，最后测量完成；

将测量结果输出到PC机。

用锁相放大器对动平衡机微弱信号检测的方法，

工作原理为：

(1)，设参考信号为S_ref＝a*cos(ωt)，待测信号为 那么两个信号的乘积为： 

(2)，利用无源低通滤波器滤除2ωt及更高频率的信号，且假设滤波器具有理想的频率响应，得 即S_out为只受 调制的信号，通过调整参考信号和待测信号之间的相位差使 可以得到最大的输出S_out max＝-0.5*a*b；

测量过程为：

第一步，对S_in信号进行斩波调制，即利用模拟开关将S_in进行正反两个方向斩波，所述斩波的开关由S_ref信号经整形提供；

第二步，再将第一步中斩波调制的输出信号进行低通滤波，得到锁相放大器的输出S_out，微处理器利用模数转换模块采集该输出，并通过传输接口将测量值传输给PC机。

该方法，还包括校准过程为：

将S_ref进行放大接入模拟比较器，作为微处理器的中断输入，然后利用定时器对该信号进行移向输出作为模拟开关的开关信号，然后模数转换器不断采集锁相放大器的输出S_out，在某一时刻，该输出为最大，校准结束，微处理器记录该时刻的相移，并将其作为本次测量的标准，校准工作结束。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1.低成本；本实用新型利用高速的模拟开关和廉价的微处理器配合使用，避免了昂贵的数字信号处理器和大规模逻辑电路，从而降低了成本。

2.低偏差；本实用新型使用了高精度模数转换器进行相位校准，降低了锁定偏差。

3.高精度；本实用新型利用数字技术控制模拟开关的开关时机，从而控制源信号和参考信号的相位差，提高控制精度。

附图说明

图1为本实用新型装置工作原理示意图；

图2为本实用新型装置测量原理示意图；

图3为本实用新型装置校准原理示意图；