采用数字信号处理技术的动平衡测试系统

    0　引言

    动平衡测试技术是随着旋转机械的制造和使用而提出来的,利用计算机技术及数字信号处理技术进行动平衡测试,研制以计算机为核心的动平衡电测系统,实现智能动平衡,已成为今后发展的方向。信号处理技术已被应用于许多学科与领域,如通讯、声纳、地震、遥感、振动、噪声、生物医学等,随着电子技术、数字计算机的发展和应用,信号处理技术得到了迅速的发展[1,2],信号处理的速度、精度、实时能力得到了很大的提高,在各方面的应用也得到了进一步的扩展。利用计算机技术及数字信号处理技术进行动平衡测试,可以提高测试精度和时效性,降低测试成本。

    模拟信号转换为数字信号的过程称为A/D转换过程如图1a~e所示,包括采样、量化、编码的过程[3]。

    在测试中由数据采集卡完成上述工作,并通过将其驱动程序引入所编写的测试软件中,完成与测试软件传输数据的功能。

    1　动平衡测试系统的构成

    整个动平衡测试系统是由硬支承动平衡机、传感器、硬件信号预处理、数据采集卡、计算机等五大部分组成。系统构成框图如图2。

     (1)硬支承平衡机是测力平衡机,在支承轴承两端放置的加速度传感器输出的不平衡量信号是一个正弦信号,其期是转子频率的倒数;

  　(2)信号通过前置电荷或电压放大器放大和硬件滤波后进入数据采集卡;

     (3)数据采集卡将得到的模拟信号转换为数字信号并输入计算机;

     (4)通过可视化的软件进行数字信号的处理、平衡解算,得到不平衡量。

    2　基于虚拟仪器技术开发的虚拟动平衡测试

    虚拟技术的冲击下,测量仪器和测试技术发生了巨大变革,测量仪器已经从模拟化、数字化发展到智能化、虚拟化,测试技术也随着测量仪器的发展而日新月异。虚拟仪器技术是虚拟技术领域中的重要组成部分,并已成为发达国家研究开发的热点技术之一。

    虚拟仪器的功能都要通过软件来实现,由软件可以定义各种仪器,也就是说“软件即仪器”。动平衡测试仪的开发正是基于这种思想和技术开发而成。动平衡测试软件的系统模块如图3。

    虚拟动平衡测试仪显示界面如图4所示。

   该测试软件集数据处理、波形显示、结果打印等众多功能于一身。

    3　测试软件中的数字信号处理模块

    3.1　数字信号的滤波模块

    (1)低通滤波:低通滤波算法是将普通硬件RC滤波器的微分方程用差分方程来表示,因此这种算法模拟了具有较大惯性的低通滤波功能。