[其他]一种微机化的现场动平衡仪

说明书

本发明属于振动分析仪器、动平衡机和动平衡仪领域。

目前国内外市场尚无同类型的微机化现场动平衡仪。美国N.Bently公司的DVF-2矢量滤波器、日本明石制作所的DEF-E、DEP-F仪器、西德Schenck公司的VIBROTEST、VIBROPORT等仪器都是用模拟电路实现相关滤波，测试不平衡振动的幅值、相角和机组转速，而较正平面上不平衡量的大小和位置，则用外接或后续计算机进行解算。不仅价格昂贵，功能较窄，而且在信噪比恶劣条件下，测试精度差。微机化动平衡仪的技术关键在于：不平衡振动信号的数字化处理有一系列理论和实践问题需要解决，例如混叠、泄漏、栅栏效应，以及如何保留准确的振幅、相位信息等。欲达到现有模拟电路仪器的精度，需使用12位A/D变换器和16位CPU，这样，成本将超过现有模拟仪器。

本发明的目的是把数字技术与模拟技术巧妙地结合起来。直接利用计算机技术进行数字相关滤波来测试不平衡振动的幅值、相角和机组转速，将测振和平面解耦集于一体，解决了上述微机化动平衡仪的技术关键，创造一种多功能、高精度、价格低廉（与美国DVF-2的价格比9500人民币/15000美元）的直正微机化现场动平衡仪。仪器工作频率：60rpm～60000rpm;幅值动态范围：80dB（±1mv～±10v）不分档，由软件控制自动调整;幅、相误差分别为5%和3°;能在恶劣信噪比条件下正常工作，实现了仪器的初步智能化。

本发明可以用于刚性转子的现场动平衡，对测振传感器的信号进行处理，直接显示两个平衡平面的不平衡量大小及相角位置。本发明的仪器还可以直接作为动平衡机的测量、指示部分。利用本仪器的结构原理扩展内存，就可以进行高速、柔性转子的动平衡。本仪器也是一种振动分析仪，可以直接用于机械阻抗测试、传递函数分析、频谱分析、谐波分析及机械的故障分析等。

本发明是以8位微处理机为核心，对测量信号进行数字相关滤波，提取振动信号中与参考信号（在旋转轴上的固定标志所获得的转速信号）同频成分的幅值和相角信息，再进行平面解耦计算，最后直接显示平衡面上不平衡量大小及相角位置，平衡转速等。本发明采用8位A/D转换器进行模数转换，为了保证在恶劣的信噪比和宽广的动态范围下能得到良好的幅值和相角测试精度，本发明中利用锁相环路控制采样型的窄带梳状跟踪滤波器，并且利用软件控制一组增益能自动切换的控制放大器。所用的滤波方案既能显著改善信噪比，又不带来附加相移。A/D转换器的入口信号电平在受上述前置滤波放大处理后，便处于最佳匹配状态，量化误差最小。A/D转换器是由锁相环路提供的倍频脉冲进行外触发采样的，这样可以在转速变动时，能自动跟踪参考信号实现每转32（或64及其他）次的采样率，自动消除数字信号处理中的栅栏效应。在微处理机中的只读存贮器中贮有32（或64及其他）点的正、余弦函数值和可供选择的窗函数值，因此采样信号便可和参考的“正、余弦”信号进行数字相关滤波处理，获得幅值和相角信息（或直角坐标中同相及正交分量）。这种数字相关滤波的带宽由截取信号的窗宽和平均次数所决定。在平衡转速下传感器所测的初始不平衡量被贮存起来。通过在平衡面上加试重，再启动机组至原平衡转速，将传感器测得新的振动值，进行处理，显示为幅值和相角。本仪器自动把加试重前、后的读数进行矢量运算，得出所加单位试重的影响系数，然后再经过仪器中固存的影响系数法计算程序的运算，直接显示旋转机组原始不平衡的相角位置和幅值（重量或重径积）。因此籍助本仪器可以直接、简便地进行现场动平衡。而上面所提的国外仪器是用模拟电路测得振动信号的幅值和相角，再籍助后续或外接计算机（器），才能实现平衡面上不平衡量的解算。对于挠性转子的多平面动平衡问题，只要对本仪器的计算机内存相应扩展和编制平面解算软件，也可以方便地实现。对于相同类型的转子或机组，具有相同的影响系数，则可以调用以前试验时贮存在仪器中的影响系数，而不要重复加试重，一次启动即可完成动平衡。

本仪器的工作原理框图（静态描述）如图1所示。A为振动信号输入端;B为参考信号输入端，本发明由下列单元组成：1-程序控制电平调整器;2-采样型窄带梳状跟踪滤波器;3-锁相环路系统;4-程序自动控制放大器;5-外触发跟踪采样保持器;6-8位A/D转换器;7-运算单元，本单元进行数字相关跟踪滤波、谐波分析、转速测量和平面解耦运算，以及电平调整和程控放大器的增益控制;8-输出外设，包括结果数字显示，结果打印输出，通过D/A转换器模拟输出，数字通讯输出等。