基于ARM7TDMI的嵌入式测振系统

　　引言

　　在数字信息技术与网络技术高速发展的今天, 嵌入式系统已经广泛的应用于科学研究、工程设计及人们的日常生活。在许多机械装置中,都带有一种结构复杂的高速旋转机械,常称为动力或发动机,在正常状态下,由于转子高速旋转,齿轮转动啮合不畅及转子不平衡等原因,会引起整机振动。 据统计,发动机的结构强度故障,有 90%以上是由振动导致,或者和振动有关。 某工厂负责某大型发动机的维修,在维修后的调试过程中,许多参数要求测量并记录,并根据这些数据来判断维修效果。在这些测量指标中,一个非常重要的指标是振动量,研究开发振动量检测装置有着显著的现实意义。

　　1振动测量的理论与技术背景

　　1.1 机械振动的数学描述

　　机械振动是指物体在其稳定的平衡位置附近的往复运动,运动的位移、速度和加速度等物理量都是随时间呈周期性变化的,由物理学原理可知其是许多简谐振动的合成。简谐振动可以用振幅、初相位和频率来表示。 在工程实际中,许多振动是非简谐的,但是周期性的。 设周期振动 x(t)的周期为T,如1.1,

　　根据傅立叶级数理论,如果其满足狄利赫利条件,则可以按傅立叶级数展开,如 1.2,可见,周期振动可等价为频率为基频ω1及其整数倍的n 个简谐振动分量的合成。

　　1.2 拾振传感器和测量方法的分析与对比

　　目前在工程振动测量领域, 最常见的传感器可以分为位移型,速度型和加速度型振动传感器。

　　(1)位移型振动传感器

　　用来测量振动位移的传感器多以非接触式为主, 如激光测振仪、光纤位移测振传感器、电涡流式传感器、电容式振动位移传感器以及应变式振动位移传感器。

　　(2)速度型振动传感器

　　速度型振动传感器的原理仍然以传统的磁电感应为基础。即将振动源的机械信号转化为电信号。 磁电式传感器内可动部分由于惯性的作用将按振动频率沿振动方向相对于外壳作往复运动,实质上是外壳随振动往复运动,而中心可动部分悬浮在弹簧片上。检测线圈切割磁力线产生感应电动势,感应电压的频率等于振动频率,而大小则与振动的速度成正比。磁电式振动传感器通常是自发生式的,不需要外加电源供电;输出信号大,灵敏度相对较高;低内阻,对噪声信号不敏感。 其缺点是温度较高的振动环境永久磁铁容易发生磁衰;幅值线性度也明显降低。这种系统必须定期的更换传感器,开销很大。

　　(3)加速度型振动传感器

　　加速度型振动传感器的代表是压电式传感器。 它利用压电晶体的正压电效应输出的高阻电荷量, 再通过放大电路后输出一个与机械物理量成比例的电压信号。 常见的 ICP 型加速度传感器就是如此。 优点:体积小、刚度大、频响宽、灵敏度高;允许在恶劣环境中使用超长电缆传输信号;固定的电压灵敏度;不足之外:需要恒流源供电。