多功能电子式扭振标定器的研制

　　1　概述

　　目前对扭振仪进行标定的方法有两种:一种是用机械式扭振台进行标定^[1],另一种是利用电子式扭振标定器进行标定^[2]。机械式扭振标定台输出的是“真正”的轴系扭振信号,可以检验包括传感器在内的测试系统,还可以检验双传感器对横向振动的影响。但是由于磨损,机械式扭振标定台一般只能近似地保持信号的稳定性和精确度。更为重要的是,机械式扭振标定台体积和重量大、不便携带,无法在现场使用。电子式扭振标定器用电子线路来实现,可以输出稳定性和精度都很高的“模拟”扭振信号。它的特点是重量轻、体积小、便于携带。

　　美国亚特兰大科仪公司生产的2512型电子标定器原理如下^[3]:将固定频率为400kHz的晶振输出信号进行分频和重新组合处理,最后轮流输出50个5000Hz和50个5063.3Hz的方波脉冲。就相当于100个齿的齿轮输出前半转较慢、后半转较快的扭振信号。2512型标定器只能输出固定转速、固定频率的信号,输出的方波电压固定为5V。由于在研制扭振仪时要考虑高、中、低不同转速,2512扭振标定器的输出显然不能满足要求。东南大学研制了NB-1扭振标定器,将一个连续可调的振荡信号代替400kHz的晶振,这样就可得到一个幅值为0.566°(峰值)三角波形,但”模拟”的转速和频率为连续可变的扭振信号。

　　后来又采用8098单片机用软件来产生一个三角形的扭角位移信号。改变前后半转的频率差,就可以得到不同的扭角振幅;改变信号的平均频率就相当于改变了转速。但是这种扭振标定器的开发成本和制造成本都很高。

　　在开发扭振测试系统时,往往要对传感器过来的信号进行放大、或限幅处理。为了模拟传感器的幅值变化,要求标定器输出的电压幅值可变,以上三种电子式标定器未考虑这一要求。在内燃机扭振测试实践中,常见齿盘的齿数为60、100、180及其倍数,一般还要输出每周一个脉冲的上止点脉冲信号。以上的电子标定器都不能实现这一功能。

　　为了更好地满足内燃机扭振测试系统开发需要,作者设计了一种输出电压幅值可调、齿数三档可变,模拟的转速连续可变,每周输出一个上止点参考脉冲的电子式标定器。其型号定为TVC-1型。

　　2　工作原理与结构设计

　　TVC-1型标定器分为外振输入和本振两种振源。设计本振时输出和2512一致。标定器的原理框图如图1所示。

　　本振晶体振荡频率为400kHz,通过分频和重新组合处理,当齿数选择为100时,最后轮流输出50个5000Hz和50个5063.3Hz的方波脉冲。这样模拟轴系的扭振信号为三角波形,它的转速为3018r/min,扭振频率为50.31Hz,幅值为0.566°(峰值)。模拟上止点信号是当计数满齿数时输出一个方波信号,这时为每100齿输出一个方波信号。当选择外输入脉冲时,标定器将对外来脉冲信号进行分频和重新组合,使标定器模拟的轴系转速可以调节。